1
Дисциплина
«Концепции современного естествознания»
Лекция 7 – Строение атома и элементарные частицы
Автор – д.в.н., профессор
Дудь Александр Петрович
Представление о неделимых мельчайших частицах материи, возникшее еще в
глубокой древности, сопровождало развитие воззрений на природу на протяжении
всей истории научного познания. <...> Впервые понятие об атоме как последней и неделимой частице тела возникло, как
известно, в античной Греции в рамках натурфилософского учения школы Левкиппа—
Демокрита. <...> И хотя сейчас мы знаем, что атом вовсе не является последней, неделимой
частицей материи и имеет сложное строение, тенденция к поиску последних
элементарных частиц, из которых построено все мироздание, продолжает
существовать в новых формах атомистической концепции. <...> Поэтому трудно согласиться с идеей, что все многообразие сложного
и качественно разнообразного мира может быть сведено к немногим свойствам
небольшого числа простых, элементарных частиц. <...> В этой лекции мы продолжим дальнейшее рассмотрение концепции атомизма в
широкой перспективе, обратив внимание на особенности современных представлений
об элементарных частицах. <...> Дальнейшее развитие концепции атомизма
2
После того как физики установили, что атом не является последним кирпичиком
мироздания и сам он построен из более простых, элементарных частиц, идея поиска
таких частиц заняла главное место в физических исследованиях. <...> Однако в обычной практике физики называют элементарными такие
частицы, которые не являются атомами или частями атомных ядер, за исключением
протона и нейтрона. <...> Иногда элементарные частицы называют также субъядерными
частицами. <...> Первая элементарная частица — электрон — была открыта еще в конце XIX в. <...> Она представляет собой наименьшую единицу электрического заряда. <...> в
1919 г.
Третья частица — нейтрон — была открыта <...>
Лекция_7_Строение_атома_и_элементарные_частицы.pdf
1
Дисциплина
«Концепции современного естествознания»
Лекция 7 – Строение атома и элементарные частицы
Автор – д.в.н., профессор
Дудь Александр Петрович
Представление о неделимых мельчайших частицах материи, возникшее еще в
глубокой древности, сопровождало развитие воззрений на природу на протяжении
всей истории научного познания.
Впервые понятие об атоме как последней и неделимой частице тела возникло, как
известно, в античной Греции в рамках натурфилософского учения школы Левкиппа—
Демокрита.
Согласно этому учению, в мире существуют только атомы и пустота. Различные
комбинации атомов образуют самые разнообразные видимые тела. Эти тела могут
возникать и исчезать, но атомы, из которых они состоят, остаются неизменными. Они
могут лишь переходить от одних тел к другим.
Демокрит приписывал атомам только два свойства – величину и форму, Эпикур
добавлял третье – тяжесть.
Античная гипотеза об атомах не основывалась на каких-либо эмпирических
данных и была лишь гениальной догадкой, но тем не менее она определила на многие
столетия вперед все дальнейшее развитие естествознания.
И хотя сейчас мы знаем, что атом вовсе не является последней, неделимой
частицей материи и имеет сложное строение, тенденция к поиску последних
элементарных частиц, из которых построено все мироздание, продолжает
существовать в новых формах атомистической концепции.
Эта концепция, как уже отмечалось раньше, несомненно, обладает огромными
возможностями для объяснения свойств и особенностей сложных тел с помощью
свойств более простых элементов и частиц. Однако такое объяснение достигается, как
известно, посредством редукции, т.е. сведения сложного к простому, составного к
элементарному. Поэтому трудно согласиться с идеей, что все многообразие сложного
и качественно разнообразного мира может быть сведено к немногим свойствам
небольшого числа простых, элементарных частиц.
В этой лекции мы продолжим дальнейшее рассмотрение концепции атомизма в
широкой перспективе, обратив внимание на особенности современных представлений
об элементарных частицах.
Дальнейшее развитие концепции атомизма
Стр.1
2
После того как физики установили, что атом не является последним кирпичиком
мироздания и сам он построен из более простых, элементарных частиц, идея поиска
таких частиц заняла главное место в физических исследованиях. По-прежнему мысль
физиков была устремлена на то, чтобы свести все многообразие сложных свойств тел
и явлений природы к простым свойствам небольшого числа первичных, основных
частиц, которые впоследствии стали называть элементарными.
В точном смысле слова такие частицы не должны содержать каких-либо других
элементов. Однако в обычной практике физики называют элементарными такие
частицы, которые не являются атомами или частями атомных ядер, за исключением
протона и нейтрона. Иногда элементарные частицы называют также субъядерными
частицами.
Первая элементарная частица — электрон — была открыта еще в конце XIX в.
Она представляет собой наименьшую единицу электрического заряда. Вторая частица,
названная протоном, входящая в состав ядра атома, была открыта Э. Резерфордом в
1919 г.
Третья частица — нейтрон — была открыта Джеймсом Чедвиком в составе
космического излучения и так названа потому, что она является нейтральной и не
несет электрического заряда.
Четвертая частица, названная фотоном, является квантом излучения света и была
введена для объяснения фотоэффекта Энштейном. Все эти частицы и составили
первоначальный запас элементарных частиц.
Начиная с 1930-х гг. физики, занявшись исследованием космических лучей, год за
годом открывают в них новые элементарные частицы, число которых неуклонно
растет. В 1932 г. был открыт позитрон, первая античастица, теоретически
предсказанная известным английским физиком Полем Дираком, но впервые
обнаруженная в космических лучах американским ученым Андерсоном. Она оказалась
равной по массе электрону, но заряженной положительно.
Аналогично этому такая всепроницающая и, по-видимому, широко
распространенная легкая частица, как нейтрино, была предсказана видным
швейцарским физиком В. Паули в 1936 г., а экспериментально открыта лишь в 1953 г.
То же самое можно сказать о предвидении японским физиком X. Юкавой
существования (пи)-мезонов, которые были открыты в 1947 г.
Еще раньше были открыты мюоны, которые раньше называли -мезонами. Эти
частицы по массе занимают промежуточное положение между массой электрона,
которую они превышают примерно в 200 раз, и массой протона.
В дальнейшем были обнаружены К+ - и К--мезоны и Л (лямбда)-гипероны,
частицы, обладающие необычными свойствами, которые были названы «странными».
Если раньше большинство элементарных частиц открывали в космических лучах,
то начиная с 50-х гг. XX в. основным средством их обнаружения и исследования
становятся ускорители. С их помощью было открыто многочисленное семейство
Стр.2