· Cesta mikroskopu 3

· Limit mikroskopie 5

· Neviditelné záření 7

· Elektrony a elektronová optika 9

· Elektrony jsou vlny!? 12

· Struktura elektronového mikroskopu 13

· Předměty elektronové mikroskopie 15

· Typy elektronových mikroskopů 17

· Vlastnosti práce s elektronovým mikroskopem 21

· Způsoby, jak překonat difrakční limit elektronové mikroskopie 23

· Reference 27

· Obrázky 28

Poznámky:

1. Symbol znamená povýšení na moc. Například 2 3 znamená "2 na 3".

2. Symbol e znamená zápis čísla v exponenciálním tvaru. Například 2 e3 znamená "2 krát 10 na 3. mocninu."

3. Všechny obrázky jsou na poslední stránce.

4. Vzhledem k použití ne zcela „aktuální“ literatury nejsou údaje v tomto abstraktu příliš „čerstvé“.

Oko by slunce nevidělo,

kdyby nebyl jako

Ke slunci.

Goethe.

Způsob mikroskopie.

Když byl na přelomu 17. a 17. století vytvořen první mikroskop, sotva kdo (ani jeho vynálezce) si dokázal představit budoucí úspěchy a četné aplikace mikroskopie. Když se podíváme zpět, jsme přesvědčeni, že tento vynález znamenal něco víc než vytvoření nového zařízení: poprvé mohl člověk vidět dříve neviditelné.

Přibližně ve stejnou dobu se datuje další událost k vynálezu dalekohledu, který umožnil vidět neviditelné ve světě planet a hvězd. Vynález mikroskopu a dalekohledu představoval revoluci nejen ve způsobech studia přírody, ale i v samotné metodě výzkumu.

Přírodní filozofové starověku skutečně pozorovali přírodu a učili se o ní pouze to, co vidělo oko, cítila kůže a slyšelo ucho. Člověk se může jen divit, kolik správných informací o světě kolem sebe získali pomocí „nahých“ smyslů a bez provádění speciálních experimentů, jako je tomu nyní. Zároveň s přesnými fakty a brilantními odhady, kolik falešných „pozorování“, prohlášení a závěrů nám zanechali vědci starověku a středověku!

Až mnohem později byla nalezena metoda studia přírody, která spočívá v zakládání vědomě plánovaných experimentů, jejichž účelem je testovat předpoklady a jasně formulované hypotézy. Francis Bacon, jeden z jejích tvůrců, vyjádřil rysy této výzkumné metody následujícími, dnes již slavnými slovy: „Provádět experiment znamená vyslýchat přírodu.“ Úplně prvními kroky experimentální metody byly podle moderních představ. skromní a ve většině případů si tehdejší experimentátoři vystačili bez jakýchkoli přístrojů, které by „vylepšovaly“ smysly. Vynález mikroskopu a dalekohledu představoval ohromné ​​rozšíření možností pozorování a experimentu.

Již první pozorování, prováděná pomocí nejjednodušší a nejnedokonalejší technologie podle moderních konceptů, objevila „celý svět v kapce vody“. Ukázalo se, že známé předměty vypadají při zkoumání mikroskopem úplně jinak: povrchy, které jsou hladké na pohled i na dotek, jsou ve skutečnosti drsné a myriády drobných organismů se pohybují v „čisté“ vodě. Stejně tak první astronomická pozorování pomocí dalekohledů umožnila lidem vidět známý svět planet a hvězd novým způsobem: například povrch Měsíce, opěvovaný básníky všech generací, se ukázal být hornatý a posetý četnými krátery a bylo zjištěno, že Venuše má změnu fází, stejně jako Měsíce.

V budoucnu tato jednoduchá pozorování zrodí nezávislé oblasti vědy: mikroskopii a pozorovací astronomii. Uplynou roky a každá z těchto oblastí se vyvine v četné důsledky, vyjádřené v řadě velmi odlišných aplikací v biologii, medicíně, technologii, chemii, fyzice a navigaci.

Moderní mikroskopy, které na rozdíl od elektronických budeme nazývat optické, jsou dokonalými přístroji, které umožňují získat velká zvětšení s vysokým rozlišením. Rozlišení je určeno vzdáleností, ve které lze ještě vidět dva sousední konstrukční prvky odděleně. Jak však výzkum ukázal, optická mikroskopie prakticky dosáhla základní hranice svých možností v důsledku difrakce a interference ¾ jevů způsobených vlnovou povahou světla.

Stupeň monochromatičnosti a koherence je důležitou charakteristikou vln jakékoli povahy (elektromagnetické, zvukové atd.). Monochromatické vibrace ¾ jsou vibrace skládající se ze sinusových vln jedné specifické frekvence. Když si představíme oscilace ve formě jednoduché sinusoidy, respektive s konstantní amplitudou, frekvencí a fází, pak jde o určitou idealizaci, protože přísně vzato v přírodě neexistují žádné oscilace a vlny, které by byly naprosto přesně popsány sinusem. mávat. Jak však ukázaly studie, skutečné oscilace a vlny se mohou s větší či menší mírou přesnosti přiblížit ideální sinusoidě (mají větší či menší míru monochromatičnosti). Kmity a vlny složitého tvaru mohou být reprezentovány jako soubor sinusových oscilací a vln. Ve skutečnosti tuto matematickou operaci provádí hranol, který rozkládá sluneční světlo na barevné spektrum.

Monochromatické vlny, včetně světelných vln, o stejné frekvenci (za určitých podmínek!) se mohou vzájemně ovlivňovat tak, že se v důsledku toho „světlo promění ve tmu“ nebo, jak se říká, vlny mohou interferovat. Během interference dochází k místnímu vzájemnému „zesilování a potlačování“ vln. Aby vlnový interferenční obrazec zůstal v průběhu času nezměněn (například při pozorování okem nebo při fotografování), je nutné, aby vlny byly vzájemně koherentní (dvě vlny jsou vzájemně koherentní, pokud poskytují stabilní interferenční obrazec, který odpovídá rovnosti jejich frekvencí a konstantnímu fázovému posunu).

Pokud se do cesty šíření vln postaví překážky, výrazně ovlivní směr šíření těchto vln. Takovými překážkami mohou být okraje děr v obrazovkách, neprůhledné předměty, ale i jakékoli jiné typy nehomogenit v cestě šíření vln. Nehomogenitami mohou být zejména předměty, které jsou průhledné (pro dané záření), ale liší se indexem lomu, a tedy i rychlostí průchodu vln uvnitř nich. Jev změny směru šíření vln při jejich průchodu v blízkosti překážek se nazývá difrakce. Difrakce je obvykle doprovázena interferenčními jevy.

Hranice mikroskopie.

Obraz získaný pomocí libovolného optického systému je výsledkem interference různých částí světelné vlny procházející tímto systémem. Zejména je známo, že omezení světelné vlny vstupní pupilou soustavy (okraje čoček, zrcadel a clon tvořících optickou soustavu) a s tím spojený jev difrakce vede k tomu, že světelný bod bude znázorněn ve formě difrakčního kruhu. Tato okolnost omezuje schopnost rozlišovat malé detaily obrazu tvořeného optickým systémem. Obraz např. nekonečně vzdáleného světelného zdroje (hvězdy) v důsledku difrakce kulaté zornice (rám spektivu) je poměrně složitý obrázek (viz obr. 1). Na tomto obrázku můžete vidět sadu soustředných světlých a tmavých prstenců. Rozložení osvětlení, které lze opravit, pokud se přesunete od středu obrazu k jeho okrajům, je popsáno poměrně složitými vzorci, které jsou uvedeny v kurzech optiky. Vzory vlastní pozici prvního (od středu obrázku) tmavého prstence však vypadají jednoduše. Označme D průměr vstupní pupily optické soustavy a l vlnovou délku světla vyslaného nekonečně vzdáleným zdrojem.

Rýže. 1. Difrakční obraz svítícího bodu (tzv. Airyho disk).

Označíme-li j úhel, pod kterým je viditelný poloměr prvního tmavého prstence, pak, jak se ukázalo v optice,

hřích j » 1,22 * ( l /D) .

V důsledku omezení vlnoplochy na okraje optického systému (vstupní pupily) tedy namísto zobrazení svítícího bodu odpovídajícího objektu v nekonečnu získáme sadu difrakčních prstenců. Tento jev přirozeně omezuje schopnost rozlišovat dva blízko umístěné bodové zdroje světla. V případě dvou vzdálených zdrojů, například dvou hvězd umístěných velmi blízko sebe v nebeské klenbě, se totiž v rovině pozorování vytvoří dva systémy soustředných prstenců. Za určitých podmínek se mohou překrývat a rozlišení mezi zdroji je nemožné. Není náhodou, že v souladu s „doporučením“ výše uvedeného vzorce usilují o stavbu astronomických dalekohledů s velkou velikostí vstupní pupily. Mez rozlišení, při které lze pozorovat dva blízko sebe umístěné světelné zdroje, je určena následovně: pro jednoznačnost se za mez rozlišení považuje poloha difrakčních obrazů dvou bodových světelných zdrojů, při které je první tmavý prstenec vytvořený jedním z nich. zdrojů se shoduje se středem světlé skvrny, vytvořené jiným zdrojem.

HMOTA V MIKROSVĚTĚ

Podle moderních vědeckých názorů jsou všechny přírodní objekty uspořádané, strukturované, hierarchicky organizované systémy. Pomocí systémového přístupu přírodní věda nejen identifikuje typy hmotných systémů, ale odhaluje jejich souvislosti a vztahy. Existují tři úrovně struktury hmoty.

Makrosvět- svět makroobjektů, jejichž rozměr koreluje s měřítky lidská zkušenost; prostorové veličiny se vyjadřují v milimetrech, centimetrech a kilometrech a čas - v sekundách, minutách, hodinách, letech.

Mikrosvět- svět extrémně malých, není přímo pozorovatelný mikroobjekty, jejichž prostorový rozměr se pohybuje od 10 -8 do 10 -16 cm a životnost - od nekonečna do 10 -24 sec.

Megasvět- svět je obrovský kosmického měřítka a rychlosti, vzdálenost, ve které se měří ve světelných letech, a životnost vesmírných objektů se měří v milionech a miliardách let.

A přestože tyto úrovně mají své specifické zákony, mikro-, makro- a mega-světy jsou úzce propojeny.

Mikrosvět: koncepty moderní fyziky

Kvantově mechanický koncept popisu mikrosvěta. Při studiu mikročástic byli vědci postaveni před paradoxní situaci z pohledu klasické vědy: stejné objekty vykazovaly jak vlnové, tak korpuskulární vlastnosti. První krok tímto směrem učinil německý fyzik M. Planck (1858-1947).

V procesu studia tepelného záření „naprosto černého“ tělesa dospěl M. Planck k ohromujícímu závěru, že při radiačních procesech může být energie vydávána nebo absorbována ne kontinuálně a ne v jakémkoli množství, ale pouze v určitých nedělitelných částech - kvanta. Velikost těchto nejmenších částí energie je určena počtem kmitů odpovídajícího typu záření a univerzální přirozené konstanty, kterou M. Planck zavedl do vědy pod symbolem h: E = hy , který se později proslavil (kde hу - kvantum energie, na – frekvence).

Planck oznámil výsledný vzorec 19. prosince 1900 na setkání Berlínské fyzikální společnosti. V historii fyziky je tento den považován za narozeniny kvantové teorie a celé atomové fyziky; tento den znamená začátek nové éry přírodních věd.

Velký německý teoretický fyzik A. Einstein (1879-1955) přenesl v roce 1905 myšlenku kvantování energie během tepelného záření do záření obecně a tím podložil novou doktrínu světla. Myšlenka světla jako deště rychle se pohybujících kvant byla extrémně odvážná, o které zpočátku málokdo věřil, že je správná. S rozšířením kvantové hypotézy na kvantovou teorii světla nesouhlasil ani sám M. Planck, který svůj kvantový vzorec přisuzoval pouze na jím uvažované zákony tepelného záření černého tělesa.

A. Einstein naznačuje, že mluvíme o přirozeném vzoru univerzální charakteru a dospěl k závěru, že by měla být rozpoznána korpuskulární struktura světla. Kvantová teorie světla A. Einstein tvrdil, že světlo je vlnový jev neustále se šířící prostorem. A zároveň má světelná energie nespojitou strukturu. Světlo lze považovat za proud světelných kvant neboli fotonů. Jejich energie je určena elementárním kvantem Planckovy akce a odpovídajícím počtem vibrací. Světlo rozdílné barvy sestává ze světelných kvant různých energií.

Podařilo se zviditelnit jev fotoelektrického jevu, jehož podstatou je vyřazení elektronů z látky pod vlivem elektromagnetických vln. Fenomén fotoelektrického jevu byl objeven v druhé polovině 19. století a v letech 1888-1890 se fotoelektrickým jevem systematicky zabýval ruský fyzik Alexandr Grigorievič Stoletov. Navenek se efekt projevil tak, že při dopadu světelného toku na záporně nabitou kovovou desku elektroskop připojený k desce ukazuje přítomnost okamžitého elektrického proudu. Proud však protéká pouze uzavřeným obvodem a obvod „kovová deska – elektroskop“ uzavřen není. A. Einstein ukázal, že k takovému uzavření obvodu dochází prostřednictvím toku elektronů vyražených fotony z povrchu desky.

Experimenty ukázaly, že přítomnost nebo nepřítomnost fotoelektrického jevu je určena frekvencí dopadající vlny. Pokud předpokládáme, že každý elektron je vyvržen jedním fotonem, pak je zřejmé následující: efekt nastává pouze tehdy, je-li energie fotonu, a tedy jeho frekvence, dostatečně vysoká, aby překonala vazebné síly mezi elektronem a hmotou.

Rýže. Schéma fotoelektrického jevu

Za tuto práci obdržel Einstein v roce 1922 Nobelovu cenu za fyziku. Jeho teorie byla potvrzena v experimentech amerického fyzika R. E. Millikan(1868-1953). Objeven v roce 1923 americkým fyzikem A. H. Compton(1892-1962) jev (Comptonův efekt), který je pozorován, když jsou atomy s volnými elektrony vystaveny velmi tvrdému rentgenovému záření, opět a konečně potvrdil kvantovou teorii světla.

Nastala paradoxní situace: bylo zjištěno, že světlo se chová nejen jako vlna, ale také jako proud krvinek. V experimentech na difrakce A rušení jeho mávat vlastnosti a kdy fotoelektrický efekt - korpuskulární. Hlavní charakteristika jeho diskrétnosti (jeho vlastní část energie) byla vypočtena pomocí čistě vlnové charakteristiky - frekvence y (E = hy). Tak bylo zjištěno, že popsat pole nutné nejen kontinuální, ale i korpuskulární přístup.

Myšlenka přístupů ke studiu hmoty nezůstala nezměněna: v roce 1924 francouzský fyzik Louis de Broglie(1892-1987) předložil myšlenku vlnových vlastností hmoty, potřebu používat vlnové a korpuskulární koncepty nejen v teorii světla, ale i v teorie hmoty. To tvrdil vlnové vlastnosti spolu s korpuskulárními, platí pro všechny druhy látek: elektrony, protony, atomy, molekuly a dokonce i makroskopická tělesa. Podle de Broglieho každé těleso s hmotností T , pohybující se rychlostí proti , odpovídá vlně

Ve skutečnosti byl podobný vzorec znám již dříve, ale pouze ve vztahu ke světelným kvantům - fotony.

V roce 1926 rakouský fyzik E. Schrödinger(1887-1961), našel matematickou rovnici, která určuje chování vlnění hmoty, tzv. Schrödingerova rovnice. anglický fyzik P. Dirac(1902-1984) to shrnul. Odvážná myšlenka L. de Broglieho o univerzálním „dualismu“ částic a vln umožnila sestavit teorii, s jejíž pomocí bylo možné pokrýt vlastnosti hmoty a světla v jejich jednotě.

Nejpřesvědčivějším důkazem, že De Broglie měl pravdu, byl objev elektronové difrakce americkými fyziky v roce 1927 K. Davisson a L. Germer. Následně byly provedeny experimenty k detekci difrakce neutronů, atomů a dokonce i molekul. Ještě důležitější byl objev nových elementárních částic předpovězených na základě soustavy vzorců rozvinuté vlnové mechaniky.

Tedy nahradit dvě různé přišly přístupy ke studiu dvou různých forem hmoty: korpuskulární a vlnové singl přístup – vlnově-částicový dualismus. Zpověď dualita vlna-částice se stal v moderní fyzice univerzální: jakýkoli hmotný objekt je charakterizován přítomností jak korpuskulárních, tak vlnových vlastností.

Kvantově mechanický popis mikrosvěta je založen na vztah nejistoty, kterou založil německý fyzik W. Heisenberg(1901-76) a princip komplementarity dánský fyzik N. Bora(1885-1962),.

Vůně vztahy nejistoty To je V. Heisenberg je nemožné stejně přesně určit doplňkové charakteristiky mikročástice, například souřadnice částice a její hybnost (hybnost). Pokud se provede experiment, který přesně ukáže, kde se částice v danou chvíli nachází, pak je pohyb narušen do takové míry, že částici poté nelze najít. A naopak s přesným měřením rychlosti je nemožné určit polohu částice.

Z pohledu klasické mechaniky se zdá vztah neurčitosti absurdní. My lidé však žijeme v makrokosmu a v zásadě Nemůžeme sestavit vizuální model, který by byl adekvátní mikrosvětu. Vztah nejistoty je výraz nemožnosti pozorovat mikrosvět bez jeho narušení. Na korpuskulární popis měření se provádí za účelem získání přesné hodnoty energii a velikost pohybu mikročástic například při rozptylu elektronů. V experimentech zaměřených na přesné určení polohy se naopak používá vlnové vysvětlení, zejména při průchodu elektronů tenkými deskami nebo při pozorování vychýlení paprsků.

Základní princip kvantové mechaniky je také princip komplementarity, komu N. Bor dal následující formulaci: „Pojmy částic a vln se vzájemně doplňují a zároveň si odporují, jsou to doplňkové obrazy toho, co se děje“.

Tím pádem, korpuskulární a vlnové vzory se musí vzájemně doplňovat, tzn. být komplementární. Pouze při zohlednění obou aspektů si můžete udělat celkový obrázek o mikrosvětě. Existují dvě třídy zařízení: v některých se kvantové objekty chovají jako vlny, v jiných jako částice. M. Born(1882-1970) poznamenal, že vlny a částice jsou „projekcemi“ fyzické reality do experimentální situace.

Atomistické pojetí struktury hmoty. Atomistická hypotéza struktury hmoty předložená ve starověku Democritus, byl obnoven v 18. století. chemik J. Dalton. Ve fyzice koncept atomů jako posledních nedělitelných strukturních prvků hmoty přišel z chemie.

Vlastně fyzikální výzkum atomů začíná na konci 19. stol., kdy francouzský fyzik A. A. Becquerel(1852 – 1908) byl objeven fenomén radioaktivity. Ve studiu radioaktivity pokračovali francouzští fyzici a manželé P. Curie(1859-1906) a M. Sklodowská-Curie(1867-1934), který objevil nové radioaktivní prvky polonium a radium.

Historie studia atomová struktura začala v roce 1895 díky objevu anglického fyzika J. J. Thomson(1856 – 1940)elektron. Protože elektrony mají záporný náboj a atom jako celek je elektricky neutrální, byl učiněn předpoklad o přítomnosti kladně nabité částice. Hmotnost elektronu byla vypočtena jako 1/1836 hmotnosti kladně nabité částice.

Na základě takové hmotnosti kladně nabité částice anglický fyzik W. Thomson(1824 – 1907, od 1892 Lord Kelvin), navrhl první model atomu v roce 1902: kladný náboj je distribuován na poměrně velké ploše a jsou s ním rozptýleny elektrony, jako „rozinky v pudinku“. Tento model však neodolal experimentálnímu testování.

V roce 1908 E. Marsden A X. Geig zaměstnanci anglického fyzika E. Rutherforda provedli experimenty s průchodem částic alfa tenkými kovovými deskami a zjistili, že téměř všechny částice procházejí deskou, jako by neexistovala žádná překážka, a pouze 1/10 000 z nich zažívá silné vychýlení. . E. Rutherford(1871-1937) dospěl k závěru, že naráželi na nějakou překážku. což je kladně nabité jádro atomu, jehož velikost (10 -12 cm) je ve srovnání s velikostí atomu (10 -8 cm) velmi malá, ale hmotnost atomu je v něm téměř zcela soustředěna.

Atomový model navržený E. Rutherfordem v 1911 připomínal sluneční soustavu: ve středu je atomové jádro a kolem něj se po svých drahách pohybují elektrony. Neřešitelný rozpor tento model byl ten, že elektrony, aby neztratily stabilitu, musí hýbat se kolem jádra. Pohybující se elektrony přitom podle zákonů elektrodynamiky musí vyzařovat elektromagnetická energie. Ale v tomto případě elektrony velmi rychle ztratily veškerou svou energii a by spadl na jádro.

Další rozpor souvisí se skutečností, že emisní spektrum elektronu musí být spojité, protože elektron, který by se přiblížil k jádru, by změnil svou frekvenci. Atomy však vyzařují světlo pouze na určitých frekvencích. Rutherfordův planetární model atomu se ukázal jako neslučitelný s elektrodynamikou J. C. Maxwella.

V roce 1913 velký dánský fyzik N. Bor předložil hypotézu o struktuře atomu, založenou na dvou postulátech, zcela neslučitelných s klasickou fyzikou a založených na principu kvantování:

1) v každém atomu je několik stacionární dráhy elektrony, pohybující se podél kterých může existovat elektron, nevyzařující;

2) kdy přechod elektron z jedné stacionární dráhy na jiný atom vyzařuje nebo absorbuje část energie.

Bohrovy postuláty vysvětlují stabilita atomů: elektrony ve stacionárních stavech nevyzařují elektromagnetickou energii bez vnějšího důvodu. Vysvětleno a čárová spektra atomů: každá čára spektra odpovídá přechodu elektronu z jednoho stavu do druhého.

Teorie atomu N. Bohra umožnila podat přesný popis atomu vodíku, sestávajícího z jednoho protonu a jednoho elektronu, což docela dobře souhlasilo s experimentálními daty. Další rozšíření teorie na multielektronové atomy naráželo na nepřekonatelné obtíže. Vlnová délka pohybujícího se elektronu je přibližně 10 -8 cm, tzn. je stejného řádu jako velikost atomu. Pohyb částice patřící do jakéhokoli systému však lze s dostatečnou přesností popsat jako mechanický pohyb hmotného bodu po určité dráze pouze tehdy, pokud vlnová délka částice zanedbatelný ve srovnání s velikostí systému.

V důsledku toho je v zásadě nemožné přesně popsat strukturu atomu na základě představy o drahách bodových elektronů, protože takové dráhy ve skutečnosti neexistují. Vzhledem ke své vlnové povaze jsou elektrony a jejich náboje jakoby rozmazané po celém atomu, ale ne rovnoměrně, ale tak, že v některých bodech je časově zprůměrovaná hustota elektronového náboje větší a v jiných menší. .

Teorie N. Bohra představuje jakoby hranici prvního stupně vývoje moderní fyziky. Jedná se o nejnovější snahu popsat strukturu atomu na základě klasické fyziky, doplněnou pouze o malý počet nových předpokladů. Procesy v atomu v zásadě nelze vizuálně reprezentovat ve formě mechanických modelů analogií s událostmi v makrokosmu. I koncepty prostoru a času v podobě existující v makrosvětě se ukázaly jako nevhodné pro popis mikrofyzikálních jevů.

Elementární částice a kvarkový model atomu. Další rozvoj myšlenek atomismu byl spojen se studiem elementárních částic. Období "elementární částice" původně znamenalo nejjednodušší, dále nerozložitelné částice, které jsou základem jakýchkoli hmotných útvarů. Nyní bylo zjištěno, že částice mají jednu nebo druhou strukturu, nicméně historicky zavedené jméno nadále existuje. V současné době bylo objeveno více než 350 mikročástic.

Hlavní charakteristiky elementární částice jsou hmotnost, náboj, průměrná doba života, spin a kvantová čísla.

Klidová hmotnost elementárních částic určeno ve vztahu ke klidové hmotnosti elektronu. Existují elementární částice, které nemají klidovou hmotnost – fotony. Zbývající částice podle tohoto kritéria jsou rozděleny na leptony- lehké částice (elektron a neutrino); mezony- střední částice s hmotností od jednoho do tisíce elektronových hmotností; baryony- těžké částice, jejichž hmotnost přesahuje tisíc elektronových hmotností a které zahrnují protony, neutrony, hyperony a mnoho rezonancí.

Elektrický náboj. Všechny známé částice mají kladný, záporný nebo nulový náboj. Každá částice, kromě fotonu a dvou mezonů, odpovídá antičásticím s opačným nábojem. Předpokládá se, že kvarky jsou částice s zlomkové elektrický náboj.

Na celý životčástice se dělí na stabilní(foton, dva typy neutrin, elektron a proton) a nestabilní. Právě stabilní částice hrají ve struktuře makrotěles nejdůležitější roli. Všechny ostatní částice jsou nestabilní, existují asi 10 -10 - 10 -24 s, poté se rozpadají. Elementární částice s průměrnou dobou života 10 -23 - 10 -22 sec. volal rezonance, které se rozpadají ještě předtím, než vůbec opustí atom nebo atomové jádro. Proto je není možné odhalit v reálných experimentech.

Pojem "zadní", který nemá v klasické fyzice obdoby, označují vnitřní moment hybnosti mikročástice.

"kvantová čísla" vyjadřují diskrétní stavy elementárních částic, například polohu elektronu na konkrétní elektronové dráze, magnetický moment atd.

Všechny elementární částice jsou rozděleny do dvou tříd - fermiony(pojmenoval podle E. Fermi) A bosony(pojmenoval podle S. Bose). Fermiony tvoří látka, bosony nesou interakce, těch. jsou polní kvanta. Mezi fermiony patří zejména kvarky a leptony a mezi bosony patří kvanta pole (fotony, vektorové bosony, gluony, gravitina a gravitony). Tyto částice jsou uvažovány skutečně elementární těch. dále nerozložitelné. Zbývající částice jsou klasifikovány jako podmíněně elementární, těch. složené částice vytvořené z kvarků a odpovídajících kvantových polí.

Elementární částice se účastní všech typů známých interakcí. Existují čtyři typy základní interakce v přírodě.

Silná interakce se vyskytuje na úrovni atomových jader a představuje vzájemné přitahování a odpuzování jejich součástí. Působí na vzdálenost řádově 10 -13 cm.Za určitých podmínek silná interakce váže částice velmi pevně, což má za následek vznik hmotných systémů s vysokou vazebnou energií - atomových jader. Právě z tohoto důvodu jsou jádra atomů velmi stabilní a těžko zničitelná.

Elektromagnetická interakce asi tisíckrát slabší než silný, ale s mnohem delším dosahem. Tento typ interakce je charakteristický pro elektricky nabité částice. Nosičem elektromagnetické interakce je foton, který nemá náboj - kvantum elektromagnetického pole. V procesu elektromagnetické interakce se elektrony a atomová jádra spojují do atomů a atomy do molekul. V určitém smyslu tato interakce je obor chemie a biologie.

Slabá interakce případně mezi různými částicemi. Rozprostírá se na vzdálenost řádově 10 -13 - 10 -22 cm a souvisí zejména s rozpadem částic, např. s přeměnou neutronu na proton, elektron a antineutrino probíhající v atomovém jádře. Podle současného stavu poznání je většina částic nestabilní právě kvůli slabé interakci.

Gravitační interakce- nejslabší, nebere se v úvahu v teorii elementárních částic, protože při charakteristických vzdálenostech řádově 10 -13 cm poskytuje extrémně malé účinky. Nicméně, na ultra-malé vzdálenosti (asi 10 -33 cm) a při ultra velký energií, gravitace opět nabývá významného významu. Zde se začínají projevovat neobvyklé vlastnosti fyzikálního vakua. Supertěžké virtuální částice kolem sebe vytvářejí znatelné gravitační pole, které začíná deformovat geometrii prostoru. V kosmickém měřítku je gravitační interakce kritická. Rozsah jeho působení není omezen.

Stůl Základní interakce

Všechny čtyři interakce nutné a dostatečné vybudovat rozmanitý svět. Bez silné interakce atomová jádra by neexistovala a hvězdy a Slunce by nebyly schopny generovat teplo a světlo pomocí ještěří energie. Bez elektromagnetické interakce nebyly by žádné atomy, žádné molekuly, žádné makroskopické objekty a žádné teplo ani světlo. Bez slabé interakce V hlubinách Slunce a hvězd by nebyly možné jaderné reakce, nedocházelo by k výbuchům supernov a těžké prvky nezbytné pro život by se nemohly šířit vesmírem. Bez gravitační interakce Vesmír se nemohl vyvíjet, protože gravitace je sjednocujícím faktorem, který zajišťuje jednotu Vesmíru jako celku a jeho evoluci.

Moderní fyzika dospěla k závěru, že všechny čtyři základní interakce lze získat z jedné základní interakce – superschopnosti. Nejvýraznějším úspěchem byl důkaz, že při velmi vysokých teplotách (nebo energiích) se všechny čtyři síly spojují a tvoří jeden.

Při energii 100 GeV (100 miliard elektronvoltů) se spojují elektromagnetické a slabé interakce. Tato teplota odpovídá teplotě vesmíru 10 -10 s po velkém třesku. Při energii 10 15 GeV se k nim připojí silná interakce a při energii 10 19 GeV se spojí všechny čtyři interakce.

K tomu dále přispěl pokrok ve výzkumu částic vývoj konceptu atomismu. V současné době se má za to, že mezi mnoha elementárními částicemi lze rozlišit 12 základních částic a stejný počet antičástic. Šest částic je kvarky s exotickými jmény „horní“, „dolní“, „očarovaný“, „podivný“, „pravdivý“, „okouzlující“. Zbývajících šest je leptony: elektron, mion, částice tau a jim odpovídající neutrina (elektron, mion, tau neutrino).

Těchto 12 částic je seskupeno do tři generace, z nichž každá se skládá ze čtyř členů.

První obsahuje „horní“ a „dolní“ kvarky, elektron a elektronové neutrino.

Druhý obsahuje „kouzlo“ a „podivné“ kvarky, mion a mionové neutrino.

Ve třetí - „pravé“ a „krásné“ kvarky a částice tau s jejich neutriny.

Veškerá běžná hmota se skládá z částic první generace. Předpokládá se, že zbývající generace mohou být vytvořeny uměle na urychlovačích nabitých částic.

Na základě kvarkového modelu vyvinuli fyzici moderní řešení problému struktura atomů.

Každý atom se skládá z těžké jádro(silně vázána gluonovými poli protonů a neutronů) a elektronový obal. Proton má kladný elektrický náboj, neutron má nulový náboj. Proton se skládá ze dvou kvarků „nahoru“ a jednoho kvarku „dolů“ a neutron se skládá z jednoho kvarku „nahoru“ a dvou „dolů“. Připomínají mrak s rozmazanými hranicemi, skládající se z virtuálních částic, které se objevují a mizí.

Stále existují otázky o původu kvarků a leptonů, zda jsou základními „stavebními kameny“ přírody a jak zásadní jsou? Odpovědi na tyto otázky hledá moderní kosmologie. Velký význam má studium zrodu elementárních částic z vakua, konstrukce modelů primární jaderné fúze, která dala vzniknout určitým částicím v okamžiku zrodu Vesmíru.

Otázky pro sebeovládání

1. Co je podstatou systematického přístupu ke struktuře hmoty?

2. Odhalte vztah mezi mikro, makro a mega světy.

3. Jaké představy o hmotě a poli jako typech hmoty byly vyvinuty v rámci klasické fyziky?

4. Co znamená pojem „kvantový“? Řekněte nám o hlavních fázích vývoje myšlenek o kvantech.

5. Co znamená pojem „dualita vlny a částic“? Jaký význam má princip komplementarity N. Bohra při popisu fyzické reality mikrosvěta?

6. Jaká je stavba atomu z pohledu moderní fyziky?

8. Charakterizujte vlastnosti elementárních částic.

9. Vyzdvihněte hlavní strukturální úrovně organizace hmoty v mikrokosmu a odhalte jejich vztah.

10. Jaké představy o prostoru a čase existovaly v přednewtonském období?

11. Jak se změnily představy o prostoru a čase s vytvořením heliocentrického obrazu světa?

12. Jak I. Newton interpretoval čas a prostor?

13. Jaké představy o prostoru a čase se staly rozhodujícími v teorii relativity A. Einsteina?

14. Co je to časoprostorové kontinuum?

15. Rozšiřte moderní metrické a topologické vlastnosti prostoru a času.

Povinné:

4.2.1. Kvantově mechanický koncept popisu mikrosvěta

Při přechodu ke studiu mikrosvěta bylo zjištěno, že fyzická realita je sjednocená a mezi hmotou a polem není žádná propast.

Při studiu mikročástic byli vědci postaveni před paradoxní situaci z pohledu klasické vědy: stejné objekty vykazovaly jak vlnové, tak korpuskulární vlastnosti.

První krok tímto směrem učinil německý fyzik M. Planck. Jak známo, koncem 19. stol. Ve fyzice se objevila potíž, která se nazývala „ultrafialová katastrofa“. Podle výpočtů podle vzorce klasické elektrodynamiky se měla intenzita tepelného záření zcela černého tělesa neomezeně zvyšovat, což zjevně odporovalo zkušenostem. V procesu zkoumání tepelného záření, které M. Planck označil za nejtěžší ve svém životě, došel k ohromujícímu závěru, že při radiačních procesech může být energie vydávána nebo absorbována nikoli nepřetržitě a ne v jakémkoli množství, ale pouze ve známých nedělitelných částech. - kvanta. Energie kvant je určena prostřednictvím počtu kmitů odpovídajícího typu záření a univerzální přirozené konstanty, kterou M. Planck zavedl do vědy pod symbolem h : E= h u

Pokud zavedením kvanta ještě nevznikla skutečná kvantová teorie, jak M. Planck opakovaně zdůrazňoval, pak 14. prosince 1900, v den zveřejnění vzorce, byl položen její základ. Proto je v historii fyziky tento den považován za narozeniny kvantové fyziky. A protože koncept elementárního akčního kvanta následně posloužil jako základ pro pochopení všech vlastností atomového obalu a atomového jádra, je třeba 14. prosinec 1900 považovat jak za narozeniny celé atomové fyziky, tak za začátek nové éry. přírodních věd.

První fyzik, který s nadšením přijal objev elementárního kvanta akce a kreativně jej rozvinul A. Einstein. V roce 1905 přenesl geniální myšlenku kvantované absorpce a uvolňování energie při tepelném záření na záření obecně a tím podložil novou doktrínu světla.

Myšlenka světla jako proudu rychle se pohybujících kvant byla nesmírně odvážná, téměř troufalá a málokdo zpočátku věřil v její správnost. Předně M. Planck sám nesouhlasil s rozšířením kvantové hypotézy na kvantovou teorii světla a svůj kvantový vzorec odkázal pouze na jím uvažované zákony tepelného záření černého tělesa.

A. Einstein naznačil, že mluvíme o přírodním zákonu univerzální povahy. Aniž by se ohlížel na převládající názory v optice, aplikoval Planckovu hypotézu na světlo a dospěl k závěru, že by měla být uznána korpuskulární struktura světla.

Kvantová teorie světla nebo Einsteinova fotonová teorie A tvrdila, že světlo je vlnový jev neustále se šířící prostorem. A zároveň se světelná energie, aby byla fyzikálně účinná, koncentruje jen do určitých míst, takže světlo má nespojitou strukturu. Světlo lze považovat za proud nedělitelných energetických zrn, světelných kvant nebo fotonů. Jejich energie je určena elementárním kvantem Planckovy akce a odpovídajícím počtem vibrací. Světlo různých barev se skládá ze světelných kvant různých energií.

Einsteinova myšlenka světelných kvant pomohla pochopit a vizualizovat fenomén fotoelektrického jevu, jehož podstatou je vyřazení elektronů z látky pod vlivem elektromagnetických vln. Experimenty ukázaly, že přítomnost nebo nepřítomnost fotoelektrického jevu není určena intenzitou dopadající vlny, ale její frekvencí. Pokud předpokládáme, že každý elektron je vyvržen jedním fotonem, pak je zřejmé následující: efekt nastává pouze tehdy, je-li energie fotonu, a tedy jeho frekvence, dostatečně vysoká, aby překonala vazebné síly mezi elektronem a hmotou.

Správnost této interpretace fotoelektrického jevu (za tuto práci obdržel Einstein v roce 1922 Nobelovu cenu za fyziku) byla potvrzena o 10 let později v experimentech amerického fyzika RE. Milliken. Objeven v roce 1923 americkým fyzikem ACH. Compton jev (Comptonův efekt), který je pozorován, když jsou atomy s volnými elektrony vystaveny velmi tvrdému rentgenovému záření, opět potvrdil a konečně potvrdil kvantovou teorii světla. Tato teorie je jednou z nejvíce experimentálně potvrzených fyzikálních teorií. Ale vlnová povaha světla již byla pevně stanovena experimenty na interferenci a difrakci.

Nastala paradoxní situace: bylo zjištěno, že světlo se chová nejen jako vlna, ale také jako proud krvinek. Při experimentech s difrakcí a interferencí se odhalují jeho vlnové vlastnosti a při fotoelektrickém jevu jeho korpuskulární vlastnosti. V tomto případě se foton ukázal jako velmi zvláštní druh tělíska. Hlavní charakteristika jeho diskrétnosti - jeho vlastní část energie - byla vypočtena pomocí čistě vlnové charakteristiky - frekvence y (E= No).

Jako všechny velké přírodovědné objevy měla nová doktrína světla zásadní teoretický a epistemologický význam. Starý postoj o kontinuitě přírodních procesů, který důkladně otřásl M. Planck, vyloučil Einstein z mnohem většího pole fyzikálních jevů.

Rozvíjení myšlenek M. Plancka a A. Einsteina, francouzského fyzika Louis de Broche v roce 1924 předložil myšlenku vlnových vlastností hmoty. Ve svém díle „Světlo a hmota“ psal o nutnosti používat vlnové a korpuskulární pojmy nejen v souladu s učením A. Einsteina v teorii světla, ale i v teorii hmoty.

L. de Broglie tvrdil, že vlnové vlastnosti, spolu s korpuskulárními, jsou vlastní všem typům hmoty: elektrony, protony, atomy, molekuly a dokonce i makroskopická tělesa.

Podle de Broglieho každé těleso s hmotností T, pohybující se rychlostí PROTI, vlna odpovídá:

Ve skutečnosti byl podobný vzorec znám již dříve, ale pouze ve vztahu ke světelným kvantům – fotonům.

V roce 1926 rakouský fyzik E. Schrödinger našli matematickou rovnici, která určuje chování vlnění hmoty, tzv. Schrödingerovu rovnici. anglický fyzik P. Dirac shrnul to.

Odvážná myšlenka L. de Broglieho o univerzálním „dualismu“ částic a vln umožnila sestrojit teorii, s jejíž pomocí bylo možné pojmout vlastnosti hmoty a světla v jejich jednotě. V tomto případě se světelná kvanta stala zvláštním momentem obecné struktury mikrosvěta.

Vlny hmoty, které byly zpočátku prezentovány jako vizuálně reálné vlnové procesy podobné akustickým vlnám, nabyly abstraktní matematické podoby a získaly se díky německému fyzikovi M. Bornu symbolický význam jako „vlny pravděpodobnosti“.

De Broglieho hypotéza však potřebovala experimentální potvrzení. Nejpřesvědčivějším důkazem existence vlnových vlastností hmoty byl objev elektronové difrakce americkými fyziky v roce 1927 K. Davison A L. Ger- opatření. Následně byly provedeny experimenty k detekci difrakce neutronů, atomů a dokonce i molekul. Ve všech případech výsledky plně potvrdily de Broglieho hypotézu. Ještě důležitější byl objev nových elementárních částic předpovězených na základě soustavy vzorců rozvinuté vlnové mechaniky.

Uznání duality vlna-částice v moderní fyzice se stalo univerzálním. Jakýkoli hmotný objekt je charakterizován přítomností jak korpuskulárních, tak vlnových vlastností.

Skutečnost, že se stejný objekt jeví jako částice i vlna, zničila tradiční představy.

Forma částice implikuje entitu obsaženou v malém objemu nebo v konečné oblasti prostoru, zatímco vlna se šíří po rozsáhlých oblastech prostoru. V kvantové fyzice se tyto dva popisy reality vzájemně vylučují, ale jsou stejně nezbytné k tomu, aby bylo možné dané jevy plně popsat.

Ke konečnému zformování kvantové mechaniky jako konzistentní teorie došlo díky práci německého fyzika V. Heisenberg, kdo stanovil princip neurčitosti? a dánský fyzik N. Bora, který formuloval princip komplementarity, na jehož základě je popsáno chování mikroobjektů.

Vůně vztahy nejistoty V. Heisenberg je následující. Řekněme, že úkolem je určit stav pohybující se částice. Pokud by bylo možné použít zákony klasické mechaniky, pak by byla situace jednoduchá: stačilo by určit souřadnice částice a její hybnost (velikost pohybu). Ale zákony klasické mechaniky nelze aplikovat na mikročástice: je nemožné nejen prakticky, ale ani obecně určit se stejnou přesností místo a velikost pohybu mikročástice. Pouze jedna z těchto dvou vlastností může být přesně určena. W. Heisenberg ve své knize „Fyzika atomového jádra“ odhaluje obsah vztahu neurčitosti. On to píše nikdy nemůžete přesně znát oba páry současně metrů - souřadnice a rychlost. Nikdy nemůžete současně vědět, kde se částice nachází a jak rychle a jakým směrem se pohybuje. Pokud se provede experiment, který přesně ukáže, kde se částice v danou chvíli nachází, pak je pohyb narušen do takové míry, že částici poté nelze najít. Naopak při přesném měření rychlosti je nemožné určit polohu částice.

Z pohledu klasické mechaniky se zdá vztah neurčitosti absurdní. Pro lepší posouzení současné situace musíme mít na paměti, že my lidé žijeme v makrokosmu a v zásadě Nemůžeme sestavit vizuální model, který by byl adekvátní mikrosvětu. Vztah neurčitosti je výrazem nemožnosti pozorovat mikrosvět bez jeho narušení. Jakýkoli pokus poskytnout jasný obraz mikrofyzikálních procesů se musí opírat buď o korpuskulární nebo vlnovou interpretaci. V korpuskulárním popisu se provádí měření za účelem získání přesné hodnoty energie a velikosti pohybu mikročástice, například při rozptylu elektronů. V experimentech zaměřených na přesné určení polohy se naopak vlnové vysvětlení využívá zejména při průchodu elektronů tenkými deskami nebo při pozorování vychýlení paprsků.

Existence elementárního akčního kvanta slouží jako překážka pro stanovení současně a se stejnou přesností veličin, které jsou „kanonicky příbuzné“, tj. poloha a velikost pohybu částic.

Základním principem kvantové mechaniky, spolu se vztahem neurčitosti, je princip další ness, k čemuž dal N. Bohr následující formulaci: „Pojmy částic a vlnění se doplňují a zároveň si odporují, jsou komplementárními obrazy děje“1.

Rozpory ve vlastnostech částicových vln mikroobjektů jsou výsledkem nekontrolované interakce mikroobjektů a makrozařízení. Existují dvě třídy zařízení: v některých se kvantové objekty chovají jako vlny, v jiných jako částice. V experimentech nepozorujeme realitu jako takovou, ale pouze kvantový jev včetně výsledku interakce zařízení s mikroobjektem. M. Born obrazně poznamenal, že vlny a částice jsou „projekcemi“ fyzické reality do experimentální situace.

Vědec studující mikrosvět se tak mění z pozorovatele v herce, neboť fyzikální realita závisí na zařízení, tzn. nakonec ze svévole pozorovatele. N. Bohr se proto domníval, že fyzik nezná realitu samotnou, ale pouze svůj vlastní kontakt s ní.

Podstatným rysem kvantové mechaniky je pravděpodobnostní povaha předpovědí chování mikroobjektů, která je popsána pomocí vlnové funkce E. Schrödingera. Vlnová funkce určuje parametry budoucího stavu mikroobjektu s různou mírou pravděpodobnosti. To znamená, že při provádění stejných experimentů se stejnými objekty budou pokaždé získány jiné výsledky. Některé hodnoty však budou pravděpodobnější než jiné, např. bude teprve známo pravděpodobnostní rozdělení hodnot.

S přihlédnutím k faktorům neurčitosti, komplementarity a pravděpodobnosti podal N. Bohr tzv. „kodaňskou“ interpretaci podstaty kvantové teorie: „Dříve bylo obecně přijímáno, že fyzika popisuje vesmír. Nyní víme, že fyzika popisuje pouze to, co můžeme říci o vesmíru.“1

Pozici N. Bohra sdíleli W. Heisenberg, M. Born, W. Pauli a řada dalších méně známých fyziků. Zastánci kodaňské interpretace kvantové mechaniky neuznávali kauzalitu ani determinismus v mikrosvětě a věřili, že základem fyzikální reality je fundamentální nejistota – indeterminismus.

Zástupci kodaňské školy byli ostře proti G.A. Lorentz, M. Planck, M. Laue, A. Einstein, P. Langevin aj. A. Einstein o tom napsal M. Bornovi: „V našich vědeckých názorech jsme se vyvinuli v antipody. Vy věříte v Boha, který hraje v kostky, a já věřím v naprostou zákonnost objektivní existence... O čem jsem pevně přesvědčen, je, že se nakonec spokojí s teorií, ve které přirozeně nebudou pravděpodobnosti, ale fakta. připojeno "2. Postavil se proti principu neurčitosti, pro determinismus a proti roli přisuzované aktu pozorování v kvantové mechanice. Další vývoj fyziky ukázal, že pravdu měl Einstein, který věřil, že kvantová teorie ve své stávající podobě je prostě neúplná: skutečnost, že se fyzici ještě nemohou zbavit nejistoty, nenaznačuje omezení vědecké metody, jak tvrdil N. Bohr, ale pouze neúplnost kvantové mechaniky. Einstein dával stále více nových argumentů na podporu svého názoru.

Nejznámější je tzv. Einsteinův-Podolského-Rosenův paradox neboli EPR paradox, s jehož pomocí chtěli dokázat neúplnost kvantové mechaniky. Paradoxem je myšlenkový experiment: co by se stalo, kdyby se částice sestávající ze dvou protonů rozpadla tak, že by se protony rozlétly v opačných směrech? Vzhledem ke společnému původu jejich vlastnosti spolu souvisí nebo, jak říkají fyzici, korelují. Podle zákona zachování hybnosti, pokud jeden proton letí nahoru, pak druhý musí letět dolů. Po změření hybnosti jednoho protonu budeme určitě znát hybnost druhého, i když letěl na druhý konec vesmíru. Mezi částicemi existuje nelokální spojení, které Einstein nazval „působením duchů na dálku“, ve kterém každá částice v každém okamžiku ví, kde je druhá a co se s ní děje.

Paradox EPR je neslučitelný s nejistotou postulovanou v kvantové mechanice. Einstein věřil, že existují nějaké skryté parametry, které nebyly brány v úvahu. Otázky: existuje v mikrosvětě determinismus a kauzalita; Je kvantová mechanika kompletní? zda existují skryté parametry, které nezohledňuje, je předmětem diskusí mezi fyziky již více než půl století a své řešení nalezlo v teoretické rovině až na konci 20. století.

V roce 1964 J.S. Bela doložil postoj, podle kterého kvantová mechanika předpovídá silnější korelaci mezi vzájemně spojenými částicemi, než o které mluvil Einstein.

Bellova věta říká, že pokud existuje nějaký objektivní vesmír a jsou-li rovnice kvantové mechaniky strukturálně podobné tomuto vesmíru, pak existuje nějaký druh nelokálního spojení mezi dvěma částicemi, které kdy přijdou do kontaktu. Podstatou Bellova teorému je, že neexistují žádné izolované systémy: každá částice vesmíru je v „okamžité“ komunikaci se všemi ostatními částicemi. Celý systém, i když jsou jeho části odděleny obrovskými vzdálenostmi a nejsou mezi nimi žádné signály, pole, mechanické síly, energie atd., funguje jako jeden systém.

V polovině 80. let A. Aspekt(University of Paris) toto spojení experimentálně testovali studiem polarizace párů fotonů emitovaných jedním zdrojem směrem k izolovaným detektorům. Při porovnání výsledků dvou sérií měření byla mezi nimi zjištěna shoda. Z pohledu slavného fyzika D. Boma, Experimenty A. Aspecta potvrdily Bellovu větu a podpořily pozice nelokálních skrytých proměnných, jejichž existenci předpokládal A. Einstein. V interpretaci kvantové mechaniky D. Bohma neexistuje nejistota v souřadnicích částice a její hybnosti.

Vědci navrhli, že komunikace probíhá prostřednictvím přenosu informací, jejichž nositeli jsou speciální pole.

4.2.2. Vlnová genetika

Objevy kvantové mechaniky měly plodný dopad nejen na rozvoj fyziky, ale i na další oblasti přírodních věd, především biologii, v rámci které se rozvíjel koncept vlnové neboli kvantové genetiky.

Když v roce 1962 dostali J. Watson, A. Wilson a F. Crick Nobelovu cenu za objev dvoušroubovice DNA nesoucí dědičnou informaci, zdálo se genetikům, že hlavní problémy přenosu genetické informace jsou blízko vyřešení . Všechny informace jsou zaznamenány v genech, jejichž kombinace v buněčných chromozomech určuje vývojový program organismu. Úkolem bylo rozluštit genetický kód, což znamenalo celou sekvenci nukleotidů v DNA.

Realita však nenaplnila očekávání vědců. Po objevení struktury DNA a podrobném zvážení účasti této molekuly na genetických procesech zůstal hlavní problém fenoménu života – mechanismy jeho reprodukce – v podstatě nevyřešen. Rozluštění genetického kódu umožnilo vysvětlit syntézu bílkovin. Klasičtí genetici vycházeli z toho, že genetické molekuly, DNA, jsou materiální povahy a fungují jako látka, představující hmotnou matrici, na kterou je zapsán materiální genetický kód. V souladu s ní se vyvíjí tělesný, hmotný a hmotný organismus. Ale otázku, jak je časoprostorová struktura organismu zakódována v chromozomech, nelze vyřešit na základě znalosti nukleotidové sekvence. sovětští vědci A.A. Liu Bishchevym A A.G. Gurvich Již ve 20-30 letech byla vyslovena myšlenka, že považovat geny za čistě materiální struktury je pro teoretický popis fenoménu života zjevně nedostatečné.

A.A. Ljubiščev ve své práci „O povaze dědičných faktorů“, publikované v roce 1925, napsal, že geny nejsou ani kousky chromozomu, ani molekuly autokatalytických enzymů, ani radikály, ani fyzikální struktura. Věřil, že gen by měl být rozpoznán jako potenciální látka. Lepší pochopení myšlenek A.A. Ljubishchev je povzbuzen analogií genetické molekuly s hudební notací. Hudební notace sama o sobě je hmotná a představuje ikony na papíře, ale tyto ikony nejsou realizovány v hmotné podobě, ale ve zvucích, což jsou akustické vlny.

Při rozvíjení těchto myšlenek A.G. Gurvich tvrdil, že v genetice „je nutné zavést koncept biologického pole, jehož vlastnosti jsou formálně vypůjčeny z fyzikálních konceptů“1. Hlavní myšlenkou A.G. Gurvich spočíval v tom, že vývoj embrya probíhá podle předem stanoveného programu a nabývá forem, které již v jeho oboru existují. Jako první vysvětlil chování složek vyvíjejícího se organismu jako celku na základě oborových pojmů. Právě v terénu jsou obsaženy formy přijaté zárodkem během vývoje. Gurvich nazval virtuální formu, která v každém okamžiku určuje výsledek vývojového procesu, dynamicky předtvarovanou formou a vnesl tak do původní formulace oboru prvek teleologie. Po rozvinutí teorie buněčného pole rozšířil myšlenku pole jako principu, který reguluje a koordinuje embryonální proces, také na fungování organismů. Po zdůvodnění obecné myšlenky oboru ji Gurvich formuloval jako univerzální princip biologie. Objevil biofotonové záření z buněk.

Nápady ruských biologů A.A. Ljubiščev a A.G. Gurvich jsou gigantický intelektuální výkon, který předběhl dobu. Podstata jejich myšlenek je obsažena v triádě:

Geny jsou dualistické – jsou substancí i polem zároveň.

Prvky pole chromozomů vymezují prostor – čas organismu – a tím řídí vývoj biosystémů.

Geny mají esteticko-imaginativní a řeč regulační funkce.

Tyto myšlenky zůstaly podceňovány až do vzniku děl V.P. Kaznacheeva v 60. letech 20. století, v nichž byly experimentálně potvrzeny předpovědi vědců o přítomnosti levých forem přenosu informací v živých organismech. Vědecký směr v biologii reprezentovaný školou V.P. Treasurer, vznikl jako výsledek četných zásadních studií o tzv. zrcadlovém cytopatickém efektu, vyjádřeném v tom, že živé buňky oddělené křemenným sklem, které nepropustí jedinou molekulu látky, si přesto vyměňují informace. Po Kaznacheevově práci již nebylo pochyb o existenci kanálu znakových vln mezi buňkami biosystémů.

Současně s pokusy V.P. Kaznacheeva čínský výzkumník Jiang Kanzhen provedl řadu supergenetických experimentů, které odrážely prekognici A.L. Ljubiščev a A.G. Gurvich. Rozdíl mezi prací Jiang Kanzhena je v tom, že neprováděl experimenty na buněčné úrovni, ale na úrovni organismu. Vycházel z toho, že DNA - genetický materiál - existuje ve dvou formách: pasivní (ve formě DNA) a aktivní (ve formě elektromagnetického pole). První forma uchovává genetický kód a zajišťuje stabilitu těla, zatímco druhá je schopna jej měnit ovlivněním bioelektrickými signály. Čínský vědec navrhl zařízení, které bylo schopno číst, přenášet na dálku a zavádět vlnové supergenetické signály z dárcovského biosystému do akceptorového organismu. V důsledku toho vyvinul nepředstavitelné hybridy, „zakázané“ oficiální genetikou, která funguje pouze na základě skutečných genů. Tak se zrodily zvířecí a rostlinné chiméry: slepice-kachny; kukuřice, z jejíchž klasů vyrostly pšeničné klasy atd.

Vynikající experimentátor Jiang Kanzhen intuitivně rozuměl některým aspektům experimentální vlnové genetiky, kterou skutečně vytvořil, a věřil, že nositeli genetické informace pole jsou ultravysokofrekvenční elektromagnetické záření používané v jeho zařízení, ale nedokázal poskytnout teoretické odůvodnění.

Po experimentální práci V.P. Kaznacheev a Jiang Kanzheng, které nebylo možné vysvětlit z hlediska tradiční genetiky, existovala naléhavá potřeba teoretického rozvoje modelu vlnového genomu ve fyzikálním, matematickém a teoretickém biologickém pochopení práce chromozomu DNA v oboru a rozměry materiálu.

První pokusy o vyřešení tohoto problému učinili ruští vědci P.P. Garjajev, A.A. Berezin A A.A. Vasiljev, který stanoví tyto úkoly:

ukázat možnost dualistické interpretace práce buněčného genomu na úrovni hmoty a pole v rámci fyzikálních a matematických modelů;

ukázat možnost normálních a „anomálních“ způsobů fungování buněčného genomu pomocí fantomových vln obrazových znamének;

Najděte experimentální důkaz o správnosti navržené teorie.

V rámci jimi vyvinuté teorie zvané vlnová genetika bylo předloženo, podloženo a experimentálně potvrzeno několik základních principů, které významně rozšířily chápání fenoménu života a procesů probíhajících v živé hmotě.

Geny nejsou jen hmotné struktury, ale také vlnové matrice, podle kterých se jakoby podle šablon staví organismus.

Vzájemný přenos informací mezi buňkami, který napomáhá utváření těla jako uceleného systému a správného koordinovaného fungování všech tělesných systémů, neprobíhá pouze chemicky – prostřednictvím syntézy různých enzymů a dalších „signálních“ látek. P.P. Garjajev navrhl a následně experimentálně prokázal, že buňky, jejich chromozomy, DNA, proteiny přenášejí informace pomocí fyzikálních polí – elektromagnetických a akustických vln a trojrozměrných hologramů, čtených laserovým chromozomálním světlem a vyzařováním tohoto světla, které se přeměňuje na rádiové vlny a přenáší dědičné nové informace v prostoru těla. Genom vyšších organismů je považován za bioholografický počítač, který tvoří časoprostorovou strukturu biosystémů. Nosiče polních matric, na kterých je organismus postaven, jsou vlnoplochy nastavené genogologramy a tzv. solitony na DNA - speciální typ akustických a elektromagnetických polí produkovaných genetickým aparátem samotného organismu a schopných zprostředkovat funkce v výměna strategických regulačních informací mezi buňkami, tkáněmi a orgány biosystému.

Ve vlnové genetice se potvrdily představy Gurviče - Ljubiščeva - Kaznačeeva - Jiang Kanzhena o terénní úrovni genové informace. Jinými slovy, dualismus kombinování jednoty „vlna – částice“ nebo „hmota – pole“, akceptovaný v kvantové elektrodynamice, se ukázal být použitelný v biologii, kterou svého času předpověděl AG. Gurvich a AA. Ljubiščev. Gen-substance a gen-field se navzájem nevylučují, ale doplňují.

Živá hmota se skládá z neživých atomů a elementárních částic, které kombinují základní vlastnosti vln a částic, ale tytéž vlastnosti využívají biosystémy jako základ pro výměnu energie vln a informací. Jinými slovy, genetické molekuly vyzařují informačně-energetické pole, ve kterém je zakódován celý organismus, jeho fyzické tělo a duše.

Geny nejsou jen to, co tvoří takzvanou genetiku ical kód, ale také všechno ostatní, většina DNA, která bývala byl považován za nesmyslný.

Ale právě tato velká část chromozomů je analyzována v rámci vlnové genetiky jako hlavní „inteligentní“ struktura všech buněk těla: „Nekódující oblasti DNA nejsou jen odpadky, ale struktury určené pro některé účel s nejasným účelem... nekódující sekvence DNA (což je 95-99 % genomu) jsou strategickým informačním obsahem chromozomů... Evolucí biosystémů vznikly genetické texty a genom - biopočítač - biopočítač jako kvaziinteligentní „předmět“, na své vlastní úrovni „čtení a porozumění“ těmto „textům“1. Tato složka genomu, která se nazývá supergeno-kontinuum, tzn. supergen, zajišťuje vývoj a život lidí, zvířat, rostlin a také programuje přirozené umírání. Mezi geny a supergeny není žádná ostrá a nepřekročitelná hranice, působí jako jeden celek. Geny poskytují materiální „repliky“ ve formě RNA a proteinů a supergeny transformují vnitřní a vnější pole a vytvářejí z nich vlnové struktury, ve kterých je zakódována informace. Genetická shoda lidí, zvířat, rostlin a prvoků spočívá v tom, že na úrovni proteinů jsou tyto varianty u všech organismů prakticky stejné nebo mírně odlišné a jsou kódovány geny, které tvoří jen několik procent celkové délky chromozomu. Liší se však na úrovni „odpadové části“ chromozomů, která tvoří téměř celou jejich délku.

Vlastní informace chromozomů k vývoji nestačí tělo. Chromozomy jsou v určité dimenzi fyzicky obrácenyČínské vakuum, které poskytuje hlavní část informací pro vývoj embrya. Genetický aparát je schopen sám o sobě a pomocí vakua generovat příkazové vlnové struktury, jako jsou hologramy, poskytující ovlivňující vývoj organismu.

Významná pro hlubší pochopení života jako kosmo-planetárního jevu byla experimentální data získaná P.P. Garyaev, který prokázal nedostatečnost buněčného genomu plně reprodukovat program vývoje organismu v podmínkách izolace informací v biopole. Pokus spočíval ve vybudování dvou komor, v každé z nich byly vytvořeny všechny přirozené podmínky pro vývoj pulců z žabích vajíček – potřebné složení vzduchu a vody, teplota, světelné podmínky, jezírkový bahno atp. Rozdíly byly pouze v tom, že jedna komora byla vyrobena z permalloy, materiálu, který nepropouští elektromagnetické vlny, a druhá byla vyrobena z obyčejného kovu, který vlny neruší. Do každé komory bylo umístěno stejné množství oplodněných žabích vajíček. V důsledku experimentu se v první komoře objevili všichni podivíni, kteří po pár dnech uhynuli, ve druhé komoře se v pravý čas vylíhli a normálně se vyvíjeli pulci, kteří se později změnili v žáby.

Je jasné, že pro normální vývoj pulců v první komoře jim chyběl nějaký faktor, který nesl chybějící část dědičné informace, bez níž by se organismus nedal „sestavit“ celý. A protože stěny první komory odřízly pulce pouze od záření, které volně proniklo do druhé komory, je přirozené předpokládat, že filtrace nebo zkreslení přirozeného informačního pozadí způsobuje deformaci a smrt embryí. To znamená, že komunikace genetických struktur s vnějším informačním polem je jistě nezbytná pro harmonický vývoj organismu. Vnější (exobiologické) signály pole přenášejí další a možná hlavní informace do kontinua genů Země.

Texty DNA a hologramy chromozomálního kontinua lze číst ve vícerozměrném časoprostoru a sémantickém možnosti. Existují vlnové jazyky buněčného genomu, podobné člověk.

Ve vlnové genetice si zvláštní pozornost zaslouží zdůvodnění jednoty fraktální (opakující se na různých měřítcích) struktury sekvencí DNA a lidské řeči. Skutečnost, že čtyři písmena genetické abecedy (adenin, guanin, cytosin, thymin) v textech DNA tvoří fraktální struktury, byla objevena již v roce 1990 a nevyvolala žádnou zvláštní reakci. Objev genově podobných fraktálních struktur v lidské řeči však byl překvapením pro genetiky i lingvisty. Ukázalo se, že přijímané a již známé srovnávání DNA s texty, které mělo po objevení jednoty fraktální struktury a lidské řeči metaforickou povahu, je zcela oprávněné.

Spolu s pracovníky Matematického ústavu Ruské akademie věd se skupina P.P. Garyaeva vyvinul teorii fraktální reprezentace přirozených (lidských) a genetických jazyků. Praktické testování této teorie v oblasti „řečových“ charakteristik DNA ukázalo strategicky správnou orientaci výzkumu.

Stejně jako v experimentech Jiang Kanzhena, skupina P.P. Garyaeva, byl získán efekt translace a zavedení vlnové supergenetické informace od dárce k akceptorovi. Vznikla zařízení - generátory solitonových polí, do kterých bylo možné zadávat řečové algoritmy např. v ruštině nebo angličtině. Takové řečové struktury se proměnily v solitonová modulovaná pole – analoga těch, které buňky provozují v procesu vlnové komunikace. Tělo a jeho genetický aparát „rozpoznají“ takové „vlnové fráze“ jako své vlastní a jednají v souladu s řečovými doporučeními, které člověk zavede zvenčí. Bylo možné například vytvořením určitých řečových a verbálních algoritmů obnovit radiací poškozená semena pšenice a ječmene. Semena rostlin navíc „rozuměla“ této řeči, bez ohledu na to, jakým jazykem byla mluvena - rusky, německy nebo anglicky. Experimenty byly prováděny na desítkách tisíc buněk.

Aby se otestovala účinnost programů vln stimulujících růst v kontrolních experimentech, byly do rostlinného genomu prostřednictvím generátorů zaváděny nesmyslné řečové pseudokódy, které neměly žádný vliv na metabolismus rostlin, zatímco sémantický vstup do sémantických vrstev biopole rostlinného genomu poskytl dramatický, ale krátkodobý efekt.výrazné zrychlení růstu.

Rozpoznávání lidské řeči rostlinnými genomy (bez ohledu na jazyk) je plně v souladu s postojem lingvistické genetiky o existenci prajazyka v genomu biosystémů v raných fázích jejich evoluce, společného všem organismům a zachovaného v obecné struktuře genofondu Země. Zde je vidět korespondence s myšlenkami klasika strukturální lingvistiky N. Chomského, který věřil, že všechny přirozené jazyky mají hlubokou vrozenou univerzální gramatiku, neměnnou pro všechny lidi a pravděpodobně i pro jejich vlastní supergenetické struktury.

4.2.3. Atomistické pojetí struktury hmoty

Atomistická hypotéza struktury hmoty předložená ve starověku Democritus, byl obnoven v 18. století. chemik J. Dalton, který vzal atomovou hmotnost vodíku za jednu a srovnával s ní atomové hmotnosti ostatních plynů. Díky pracím J. Daltona se začaly studovat fyzikální a chemické vlastnosti atomu. V 19. stol DI. Mendělejev sestrojil systém chemických prvků na základě jejich atomové hmotnosti.

Ve fyzice koncept atomů jako posledních týdenních strukturních prvků hmoty přišel z chemie. Vlastní fyzikální výzkum atomu začal na konci 19. století, kdy francouzský fyzik A.A. Becquerel Byl objeven fenomén radioaktivity, který spočíval ve samovolné přeměně atomů některých prvků na atomy prvků jiných. Ve studiu radioaktivity pokračovali francouzští fyzici a manželé Pierre A Marie Curie, který objevil nové radioaktivní prvky polonium a radium.

Historie výzkumu struktury atomu začala v roce 1897 díky objevu J. Thomson elektron - záporně nabitá částice, která je součástí všech atomů. Protože elektrony mají záporný náboj a atom jako celek je elektricky neutrální, předpokládalo se, že kromě elektronu existuje i kladně nabitá částice. Podle výpočtů byla hmotnost elektronu 1/1836 hmotnosti kladně nabité částice - protonu.

Na základě obrovské, oproti elektronu, hmotnosti kladně nabité částice, anglický fyzik W. Thomson(pán Kelvin) navrhl v roce 1902 první model atomu - kladný náboj je distribuován na poměrně velké ploše a jsou v něm rozptýleny elektrony, jako „rozinky v pudinku“. Tato myšlenka byla vyvinuta J. Thomson. Experimentálnímu ověření neodolal model atomu J. Thomsona, na kterém pracoval téměř 15 let.

V roce 1908 E. Marsden A X . Geiger, Spolupracovníci E. Rutherforda prováděli experimenty s průchodem částic alfa tenkými pláty zlata a jiných kovů a zjistili, že téměř všechny prošly deskou, jako by tam žádná překážka nebyla, a pouze u 1/10 000 z nich došlo k silnému vychýlení. Model J. Thomsona to nedokázal vysvětlit, ale E. Rutherford našel cestu ven. Upozornil na skutečnost, že většina částic je vychýlena o malý úhel a malá část - až 150 °. E. Rutherford došel k závěru, že narazili na nějakou překážku, kterou je jádro atomu - kladně nabitá mikročástice, jejíž velikost (10-12 cm) je velmi malá ve srovnání s velikostí atomu ( 10-8 cm), ale zaměřuje se téměř výhradně na hmotnost atomu.

Model atomu, navržený E. Rutherfordem v roce 1911, připomínal sluneční soustavu: ve středu je atomové jádro a kolem něj se po svých drahách pohybují elektrony.

Jádro má kladný náboj a elektrony záporný náboj. Místo gravitačních sil působících ve sluneční soustavě působí v atomu síly elektrické. Elektrický náboj jádra atomu, číselně rovný pořadovému číslu v periodické soustavě Mendělejeva, je vyvážen součtem nábojů elektronů – atom je elektricky neutrální.

Neřešitelným rozporem tohoto modelu bylo, že elektrony, aby neztratily stabilitu, se musí pohybovat kolem jádra. Přitom podle zákonů elektrodynamiky musí vyzařovat elektromagnetickou energii. Ale v tomto případě by elektrony velmi rychle ztratily veškerou svou energii a dopadly by na jádro.

Další rozpor souvisí se skutečností, že emisní spektrum elektronu musí být spojité, protože elektron, který by se přiblížil k jádru, by změnil svou frekvenci. Zkušenosti ukazují, že atomy vyzařují světlo pouze na určitých frekvencích. To je důvod, proč se atomová spektra nazývají čárová spektra. Jinými slovy, Rutherfordův planetární model atomu se ukázal jako neslučitelný s elektrodynamikou J. C. Maxwella.

V roce 1913 velký dánský fyzik N. Bor aplikoval princip kvantování při řešení problému struktury atomu a charakteristik atomových spekter.

Model atomu N. Bohra vycházel z planetárního modelu E. Rutherforda a jím vyvinuté kvantové teorie struktury atomu. N. Bohr předložil hypotézu o struktuře atomu, založenou na dvou postulátech, které jsou zcela neslučitelné s klasickou fyzikou:

1) v každém atomu je několik stacionární s stojící(v jazyce planetárního modelu několik stacionárních drah) elektronů, pohybujících se podél kterých může existovat elektron, nevyzařující;

2) kdy přechod elektronu z jednoho stacionárního stavu do druhého atomu vyzařuje nebo absorbuje část energie.

Bohrovy postuláty vysvětlují stabilitu atomů: elektrony ve stacionárních stavech nevyzařují elektromagnetickou energii bez vnějšího důvodu. Je jasné, proč atomy chemických prvků nevyzařují záření, pokud se jejich stav nemění. Vysvětlena jsou také čárová spektra atomů: každá čára spektra odpovídá přechodu elektronu z jednoho stavu do druhého.

Teorie atomu N. Bohra umožnila podat přesný popis atomu vodíku, sestávajícího z jednoho protonu a jednoho elektronu, což docela dobře souhlasilo s experimentálními daty. Další rozšíření teorie na víceelektronové atomy a molekuly naráželo na nepřekonatelné obtíže. Čím více se teoretici snažili popsat pohyb elektronů v atomu a určit jejich dráhy, tím větší byl rozpor mezi teoretickými výsledky a experimentálními daty. Jak se ukázalo během vývoje kvantové teorie, tyto nesrovnalosti souvisely především s vlnovými vlastnostmi elektronu. Vlnová délka elektronu pohybujícího se v atomu je přibližně 10-8 cm, tzn. je stejného řádu jako velikost atomu. Pohyb částice patřící do jakéhokoli systému lze s dostatečnou mírou přesnosti popsat jako mechanický pohyb hmotného bodu po určité dráze (dráze) pouze v případě, že vlnová délka částice je zanedbatelná ve srovnání s velikostí systému. Jinými slovy, mělo by se s tím počítat elektron není bod nebo pevná koule, má vnitřní strukturu, který se může lišit v závislosti na jeho stavu. Podrobnosti o vnitřní struktuře elektronu však nejsou známy.

V důsledku toho je v zásadě nemožné přesně popsat strukturu atomu na základě představy o drahách bodových elektronů, protože takové dráhy ve skutečnosti neexistují. Vzhledem ke své vlnové povaze jsou elektrony a jejich náboje jakoby rozmazané po celém atomu, ale ne rovnoměrně, ale tak, že v některých bodech je časově zprůměrovaná hustota elektronového náboje větší a v jiných menší. .

Popis rozložení hustoty elektronového náboje byl uveden v kvantové mechanice: hustota elektronového náboje v určitých bodech dává maximum. Křivka spojující body s maximální hustotou se formálně nazývá elektronová dráha. Trajektorie vypočítané v teorii N. Bohra pro jednoelektronový atom vodíku se shodovaly s křivkami maximální průměrné hustoty náboje, což určovalo shodu s experimentálními daty.

Teorie N. Bohra představuje jakoby hranici prvního stupně vývoje moderní fyziky. Jedná se o nejnovější snahu popsat strukturu atomu na základě klasické fyziky, doplněnou pouze o malý počet nových předpokladů. Postuláty zavedené Bohrem to jasně ukázaly klasická fyzika nedokáže vysvětlit ani ty nejjednodušší experimenty související struktura atomu. Postuláty cizí klasické fyzice narušily její integritu, ale umožnily vysvětlit pouze malý rozsah experimentálních dat.

Zdálo se, že postuláty N. Bohra odrážejí některé nové, neznámé vlastnosti hmoty, ale jen částečně. Odpovědi na tyto otázky byly získány jako výsledek vývoje kvantová mechanika. odhalilo, ten atomový model N. Bora není je třeba brát doslova, Jak to bylo nejprve. Procesy v atom v podstatě je to zakázáno vizuálně jej znázorňují v mechanické podobě nebe modely podle analogie S události v makrokosmos. ani to nechápu tia prostoru a času v existujícím makrokosmos formulář se ukázalo jako nevhodné pro popis mikrofyzikálních jevů. Atom teoretických fyziků byl stále více a více abstraktně nepozorovatelný součet rovnic.

4.2.4. Elementární částice a kvarkový model atomu

Další rozvoj myšlenek atomismu byl spojen se studiem elementárních částic. Částice, které tvoří dříve „nedělitelný“ atom, se nazývají elementární. Patří sem také částice, které jsou produkovány za experimentálních podmínek na silných urychlovačích. V současné době bylo objeveno více než 350 mikročástic.

Období "elementární částice" původně znamenalo nejjednodušší částice, které nejsou dále rozložitelné na nic, které jsou podkladem jakýchkoli hmotných útvarů. Později si fyzici uvědomili celou konvenci termínu „elementární“ ve vztahu k mikroobjektům. Nyní není pochyb o tom, že částice mají tu či onu strukturu, ale přesto historicky zavedené jméno nadále existuje.

Hlavní charakteristiky elementárních částic jsou hmotnost, náboj, průměrná životnost, spin a kvantová čísla.

Odpočinková mše elementární částice jsou určeny ve vztahu ke klidové hmotnosti elektronu. Existují elementární částice, které nemají klidovou hmotnost – fotony. Zbývající částice se podle tohoto kritéria dělí na: leptony- lehké částice (elektron a trino); mezony - střední částice s hmotností od jednoho do tisíce elektronových hmotností; baryony- těžké částice, jejichž hmotnost přesahuje tisíc elektronových hmotností a které zahrnují protony, neutrony, hyperony a mnoho rezonancí.

Elektrický náboj je další důležitou vlastností elementárních částic. Všechny známé částice mají kladný, záporný nebo nulový náboj. Každá částice, kromě fotonu a dvou mezonů, odpovídá antičásticím s opačným nábojem. V roce 1967 americký fyzik M. Gell- Mann předložit hypotézu o existenci kvarků - částic s nepatrným elektrickým nábojem.

Podle doby života se částice dělí na stabilní A nestabilní Nový Existuje pět stabilních částic: foton, dva typy neutrin, elektron a proton. Právě stabilní částice hrají ve struktuře makrotěles nejdůležitější roli. Všechny ostatní částice jsou nestabilní, existují asi 10-10 - 10-24 , načež se rozpadají.

Kromě náboje, hmotnosti a doby života jsou elementární částice popsány také pojmy, které nemají v klasické fyzice obdoby: pojem "roztočit", nebo vnitřní moment hybnosti mikročástice a koncept „kvantová čísla Los Angeles", vyjadřující stav elementárních částic.

Podle moderních koncepcí jsou všechny elementární částice rozděleny do dvou tříd: fermiony(pojmenovaný po E. Fermim) a bosony(pojmenovaný po S. Bose).

Fermiony zahrnují kvarky a leptony a bosony zahrnují kvanta pole (fotony, vektorové bosony, gluony, gravitina a gravitony). Tyto částice jsou uvažovány skutečně elementární těch. dále nerozložitelné. Zbývající částice jsou klasifikovány jako podmíněně základní, těch. složené částice vytvořené z kvarků a odpovídajících kvantových polí. Fermiony tvoří hmotu bosony nesou interakce.

Elementární částice se účastní všech typů známých interakcí. V přírodě existují čtyři typy základních interakcí: silné, elektromagnetické, slabé a gravitační.

Silná interakce se vyskytuje na úrovni atomových jader a představuje vzájemnou přitažlivost jejich součástí. Působí na vzdálenost cca 10-13 cm.Za určitých podmínek silná interakce váže částice velmi pevně, což má za následek vznik hmotných systémů s vysokou vazebnou energií - atomových jader. Právě z tohoto důvodu jsou jádra atomů velmi stabilní a těžko zničitelná.

Elektromagnetická interakce asi tisíckrát slabší než silný, ale s mnohem delším dosahem. Tento typ interakce je charakteristický pro elektricky nabité částice. Nosičem elektromagnetické interakce je foton, který nemá náboj - kvantum elektromagnetického pole. V procesu elektromagnetické interakce se elektrony a atomová jádra spojují do atomů a atomy do molekul. V jistém smyslu je tato interakce zásadní v chemii a biologii.

Slabý interakce případně mezi různými částicemi. Rozprostírá se na vzdálenost řádově 10-15-10-22 cm a souvisí zejména s rozpadem částic, např. s přeměnou neutronu na proton, elektron a antineutrino probíhající v atomovém jádře. Podle současného stavu poznání je většina částic nestabilní právě kvůli slabé interakci.

Gravitační interakce - nejslabší, nebere se v úvahu v teorii elementárních částic, protože při charakteristických vzdálenostech asi 10-13 cm poskytuje extrémně malé účinky. Avšak na ultrakrátké vzdálenosti (řádově 10-33 cm) a při ultravysokých energiích se gravitace opět stává významnou. Zde se začínají projevovat neobvyklé vlastnosti fyzikálního vakua. Supertěžké virtuální částice kolem sebe vytvářejí znatelné gravitační pole, které začíná deformovat geometrii prostoru. V kosmickém měřítku je gravitační interakce kritická. Rozsah jeho působení není omezen.

Doba, po kterou dochází k přeměně elementárních částic, závisí na síle interakce. Jaderné reakce spojené se silnými interakcemi probíhají během 10-24-10-23 s. Jedná se přibližně o nejkratší časový interval, za který částice urychlená na vysoké energie na rychlost blízkou rychlosti světla projde elementární částicí o velikosti asi 10-13 cm. Změny způsobené elektromagnetickými interakcemi probíhají během 10-19-10-21 s a slabé (např. rozpad elementárních částic) - většinou během 10-10 s.

Podle doby různých transformací lze posoudit sílu interakcí s nimi spojených.

Všechny čtyři interakce jsou nezbytné a dostatečné k vybudování rozmanitého světa.

Bez silných interakcí by atomová jádra neexistovala a hvězdy a Slunce by nebyly schopny vytvářet teplo a světlo pomocí jaderné energie.

Bez elektromagnetických interakcí by neexistovaly žádné atomy, žádné molekuly, žádné makroskopické objekty, stejně jako teplo a světlo.

Bez slabých interakcí by nebyly možné jaderné reakce v hlubinách Slunce a hvězd, nedocházelo by k výbuchům supernov a těžké prvky nezbytné pro život by se nemohly šířit vesmírem.

Bez gravitační interakce by nejenže neexistovaly galaxie, hvězdy, planety, ale nemohl by se vyvíjet celý Vesmír, neboť gravitace je jednotícím faktorem, který zajišťuje jednotu Vesmíru jako celku a jeho vývoj.

Moderní fyzika dospěla k závěru, že všechny čtyři základní interakce nutné k vytvoření složitého a rozmanitého hmotného světa z elementárních částic lze získat z jedné základní interakce – supersíly. Nejvýraznějším úspěchem byl důkaz, že při velmi vysokých teplotách (nebo energiích) se všechny čtyři interakce spojí do jedné.

Při energii 100 GeV (100 miliard elektronvoltů) se spojí elektromagnetické a slabé síly. Tato teplota odpovídá teplotě Vesmíru 10 - 10 s po Velkém třesku. Při energii 1015 GeV se k nim připojí silná interakce a při energii 1019 GeV nastává kombinace všech čtyř interakcí.

Tento předpoklad je čistě teoretický, protože jej nelze experimentálně ověřit. Tyto myšlenky jsou nepřímo potvrzeny astrofyzikálními daty, které lze považovat za experimentální materiál nashromážděný Vesmírem.

Pokrok v oblasti výzkumu elementárních částic přispěl k dalšímu rozvoji konceptu atomismu. V současné době se má za to, že mezi mnoha elementárními částicemi můžeme rozlišit 12 základních částic a stejný počet antičástic1. Těchto šest částic jsou kvarky s exotickými jmény: „horní“, „dolní“, „okouzlený“, „podivný“, „pravdivý“, „krásný“. Zbývajících šest jsou leptony: elektron, mion, částice tau a jim odpovídající neutrina (elektron, mion, neutrino tau).

Těchto 12 částic je seskupeno do tří generací, z nichž každá se skládá ze čtyř členů.

V první generaci jsou kvarky „horní“ a „dolní“, elektron a elektronové neutrino.

Ve druhé generaci existují „kouzlo“ a „podivné“ kvarky, miony a mionová neutrina.

Ve třetí generaci - „pravé“ a „krásné“ kvarky a částice tau s jejich neutriny.

Obyčejná hmota se skládá z částic první generace.

Předpokládá se, že zbývající generace mohou být vytvořeny uměle na urychlovačích nabitých částic.

Pomocí kvarkového modelu vyvinuli fyzici jednoduché a elegantní řešení problému struktury atomu.

Každý atom se skládá z těžkého jádra (silně vázaného gluonovými poli protonů a neutronů) a elektronového obalu. Počet protonů v jádře se rovná pořadovému číslu prvku v periodické tabulce chemických prvků D.I. Mendělejev. Proton má kladný elektrický náboj, hmotnost 1836x větší než hmotnost elektronu, rozměry řádově 10 - 13 cm. Elektrický náboj neutronu je nulový. Proton se podle kvarkové hypotézy skládá ze dvou kvarků „nahoru“ a jednoho „dolů“ a neutronu – z jednoho kvarku „nahoru“ a dvou „dolů“. Nelze si je představit jako pevnou kouli, spíše připomínají mrak s rozmazanými hranicemi, skládající se z virtuálních částic, které se rodí a mizí.

Stále existují otázky o původu kvarků a leptonů, zda jsou hlavními „stavebními kameny“ přírody a jak jsou zásadní. Odpovědi na tyto otázky hledá moderní kosmologie. Velký význam má studium zrodu elementárních částic z vakua, konstrukce modelů primární jaderné fúze, která dala vzniknout určitým částicím v okamžiku zrodu Vesmíru.

4.2.5. Fyzikální vakuum

Vakuové přeloženo z latiny ( vakuum ) znamená prázdnotu.

Již ve starověku byla vznesena otázka, zda je vesmírný prostor prázdný nebo vyplněný nějakým druhem hmotného prostředí, něčím jiným než prázdnotou.

Podle filozofické koncepce velkého starověkého řeckého filozofa Democritus, Všechny látky se skládají z částic, mezi kterými je prázdnota. Ale podle filozofického konceptu jiného neméně slavného starověkého řeckého filozofa Ari Stotel, Na světě není nejmenší místo, kde by nebylo „nic“. Toto médium, prostupující všechny prostory Vesmíru, se nazývalo éter.

Pojem „éter“ vstoupil do evropské vědy. Velký Newton pochopil, že zákon univerzální gravitace bude mít smysl, pokud bude mít prostor fyzikální realitu, tzn. je médium s fyzikálními vlastnostmi. Napsal: „Myšlenka, že... jedno tělo mohlo ovlivňovat druhé skrze prázdnotu na dálku, bez účasti něčeho, co by přenášelo působení a sílu z jednoho těla na druhé, mi připadá absurdní.“1

V klasické fyzice neexistovala žádná experimentální data, která by potvrzovala existenci éteru. Nebyly však žádné údaje, které by to vyvrátily. Newtonova autorita přispěla k tomu, že éter začal být považován za nejdůležitější pojem ve fyzice. Pojem „éter“ začal zahrnovat vše, co bylo způsobeno gravitačními a elektromagnetickými silami. Ale protože jiné zásadní interakce nebyly před příchodem atomové fyziky prakticky studovány, začali jakékoli jevy a jakýkoli proces vysvětlovat pomocí éteru.

Éter měl zajistit fungování zákona univerzální gravitace; éter se ukázal být médiem, kterým putují světelné vlny; éter byl zodpovědný za všechny projevy elektromagnetických sil. Rozvoj fyziky nás donutil obdarovat éter stále více protichůdnými vlastnostmi.

Michelsonův experiment, největší ze všech „negativních“ experimentů v dějinách vědy, vedl k závěru, že hypotéza o stacionárním světovém éteru, do kterého klasická fyzika vkládala velké naděje, byla nesprávná. Po zvážení všech předpokladů týkajících se éteru od dob Newtona až do počátku 20. století shrnul A. Einstein výsledky ve své práci „Vývoj fyziky“: „Všechny naše pokusy učinit éter skutečným selhaly. Neobjevil ani jeho mechanickou strukturu, ani absolutní pohyb. Ze všech vlastností éteru nezůstalo nic... Všechny pokusy objevit vlastnosti éteru vedly k potížím a rozporům. Po tolika neúspěších přichází chvíle, kdy byste měli na vysílání úplně zapomenout a snažit se o něm už nikdy nemluvit.“

Ve speciální teorii relativity byl pojem „éter“ opuštěn.

V obecné teorii relativity byl prostor považován za hmotné médium interagující s tělesy s gravitační hmotností. Sám tvůrce obecné teorie relativity věřil, že nějaké všudypřítomné hmotné prostředí musí stále existovat a mít určité vlastnosti. Po zveřejnění prací o obecné teorii relativity se Einstein opakovaně vracel k pojmu „éter“ a věřil, že „v teoretické fyzice se neobejdeme bez éteru, tedy kontinua obdařeného fyzikálními vlastnostmi“.

Pojem „éter“ však již patřil do dějin vědy, nebylo k němu návratu a „kontinuum obdařené fyzikálními vlastnostmi“ se nazývalo fyzikální vakuum.

V moderní fyzice se věří, že roli základního materiálního základu světa hraje fyzikální vakuum, které je univerzálním médiem, které prostupuje veškerý prostor. Fyzikální vakuum je spojité prostředí, ve kterém nejsou ani částice hmoty, ani pole, a zároveň je to fyzikální objekt, a nikoli „nic“ bez jakýchkoli vlastností. Fyzikální vakuum není přímo pozorováno, v experimentech je sledován pouze projev jeho vlastností.

Práce má zásadní význam pro řešení problémů vakua P. Dirac. Před jejich objevením se věřilo, že vakuum je čisté „nic“, které, bez ohledu na to, jakými transformacemi prochází, se nemůže změnit. Diracova teorie otevřela cestu k transformacím vakua, v nichž by se dřívější „nic“ změnilo v mnoho párů „částice-antičástice“.

Diracovo vakuum je moře elektronů s negativní energií jako homogenním pozadím, které neovlivňuje výskyt elektromagnetických procesů v něm. Elektrony s negativní energií nepozorujeme právě proto, že tvoří souvislé neviditelné pozadí, na kterém se odehrává veškeré světové dění. Pozorovat lze pouze změny stavu vakua, jeho „narušení“.

Když energeticky bohaté světelné kvantum – foton – vstoupí do moře elektronů, způsobí poruchu a elektron s negativní energií může přejít do stavu s pozitivní energií, tzn. bude pozorován jako volný elektron. Poté se v moři negativních elektronů vytvoří „díra“ a zrodí se pár: elektron + díra.

Původně se předpokládalo, že díry v Diracově vakuu jsou protony, jediné v té době známé elementární částice s nábojem opačným než elektron. Tato hypotéza však nebyla předurčena k přežití: v experimentu

Nikdo nikdy nepozoroval anihilaci elektronu s protonem.

Otázku skutečné existence a fyzikálního významu děr vyřešil v roce 1932 americký fyzik K.A. Andersen, zabývající se fotografováním stop částic přicházejících z vesmíru v magnetickém poli. V kosmickém záření objevil stopu dosud neznámé částice, která je ve všech ohledech totožná s elektronem, ale má náboj opačného znaménka. Tato částice se nazývala pozitron. Při přiblížení k elektronu s ním pozitron anihiluje na dva vysokoenergetické fotony (gama kvanta), jejichž nutnost je dána zákony zachování energie a hybnosti:

Následně se ukázalo, že téměř všechny elementární částice (i ty bez elektrického náboje) mají své „zrcadlové“ protějšky – antičástice, které s nimi mohou anihilovat. Jedinou výjimkou je několik skutečně neutrálních částic, jako jsou fotony, které jsou totožné s jejich antičásticemi.

Velkou zásluhou P. Diraca bylo, že vyvinul relativistickou teorii pohybu elektronů, která předpovídala pozitron, anihilaci a zrození elektron-pozitronových párů z vakua. Ukázalo se, že vakuum má složitou strukturu, ze které se mohou zrodit dvojice: částice + antičástice. Experimenty na urychlovačích tento předpoklad potvrdily.

Jedním z rysů vakua je přítomnost polí s energií rovnou nule a bez skutečných částic. Nabízí se otázka: jak může existovat elektromagnetické pole bez fotonů, elektron-pozitronové pole bez elektronů a pozitronů atd.

Pro vysvětlení oscilací pole nulového bodu ve vakuu byl zaveden koncept virtuální (možné) částice - částice s velmi krátkou životností v řádu 10 - 21 - 10-24 s. To vysvětluje, proč se částice - kvanta odpovídajících polí - neustále rodí a mizí ve vakuu. Jednotlivé virtuální částice nelze principiálně detekovat, ale jejich celkový vliv na běžné mikročástice je zjišťován experimentálně. Fyzici se domnívají, že naprosto všechny reakce, všechny interakce mezi reálnými elementárními částicemi probíhají za nepostradatelné účasti vakuového virtuálního pozadí, které elementární částice také ovlivňují. Z běžných částic vznikají částice virtuální. Elektrony například neustále emitují a okamžitě pohlcují virtuální fotony.

Další výzkum v kvantové fyzice byl věnován studiu možnosti vzniku skutečných částic z vakua, pro které bylo uvedeno teoretické zdůvodnění E. Schrödinge rum v roce 1939

V současné době je koncept fyzikálního vakua nejvíce rozvinutý v dílech akademika Ruské akademie přírodních věd G.I. Shipova1, je diskutabilní: existují příznivci i odpůrci jeho teorie.

V roce 1998 G.I. Shipov vyvinul nové základní rovnice, které popisují strukturu fyzikálního vakua. Tyto rovnice jsou systémem nelineárních diferenciálních rovnic prvního řádu, který zahrnuje geometrizované Heisenbergovy rovnice, geometrizované Einsteinovy ​​rovnice a geometrizované Yang-Millsovy rovnice. Prostor – čas v teorii G.I. Shipov je nejen zakřivený, jako v Einsteinově teorii, ale také zkroucený, jako v Riemann-Cartanově geometrii. Francouzský matematik Eli Carton byl první, kdo vyjádřil myšlenku, že pole generovaná rotací by měla v přírodě existovat. Tato pole se nazývají torzní pole. Vzít v úvahu torzi prostoru G.I. Shipov zavedl do geometrizovaných rovnic sadu úhlových souřadnic, což umožnilo použít v teorii fyzikálního vakua úhlovou metriku, která určuje druhou mocninu infinitezimální rotace čtyřrozměrného referenčního systému.

Přidání rotačních souřadnic, s jejichž pomocí je popsáno torzní pole, vedlo k rozšíření principu relativity na fyzikální pole: všechna fyzikální pole obsažená ve vakuových rovnicích mají relativní povahu.

Rovnice vakua po příslušných zjednodušeních vedou k rovnicím a principům kvantové teorie. Takto získaná kvantová teorie se ukazuje být deterministický Noe, i když pravděpodobnostní interpretace chování kvantových objektů zůstává nevyhnutelná. Částice představují limitující případ čistě polního útvaru, kdy hmotnost (nebo náboj) tohoto útvaru má tendenci ke konstantní hodnotě. V tomto limitujícím případě dochází k dualismu částice-vlna. Vzhledem k tomu, že se nebere v úvahu relativní povaha fyzikálních polí spojených s rotací, Že kvantová teorie není úplná a potvrzuje tak předpoklady A. Einsteina, že „dokonalejší kvantovou teorii lze nalézt rozšířením principu relativity“2.

Shilovovy vakuové rovnice popisují zakřivený a zkroucený prostor - čas, interpretovaný jako vakuově inteligentní excitace ve virtuálním stavu.

V základním stavu má absolutní vakuum nulové průměrné hodnoty momentu hybnosti a dalších fyzikálních charakteristik a je pozorovatelné v nenarušeném stavu. Při jeho kolísání vznikají různé stavy vakua.

Pokud je zdrojem rušení náboj q , pak se jeho stav projeví jako elektromagnetické pole.

Pokud je zdrojem rušení hmota T, Tento stav vakua je charakterizován jako gravitační pole, které poprvé vyjádřil A.D. Sacharov.

Pokud je zdrojem rušení rotace, pak je stav vakua interpretován jako spinové pole nebo torzní pole (torzní pole).

Na základě skutečnosti, že fyzikální vakuum je dynamický systém s intenzivními fluktuacemi, se fyzici domnívají, že vakuum je zdrojem hmoty a energie, a to jak již realizovaných ve Vesmíru, tak v latentním stavu. Podle akademika G.I. Naana,"Vakuum je všechno a všechno je vakuum."

4.3. Megasvět: moderní astrofyzikální a kosmologické koncepty

Moderní věda nahlíží na megasvět neboli vesmír jako na vzájemně se ovlivňující a vyvíjející se systém všech nebeských těles. Megasvět má systémovou organizaci v podobě planet a planetárních systémů, které vznikají kolem hvězd a hvězdných systémů – galaxií.

Všechny existující galaxie jsou zahrnuty do systému nejvyššího řádu - Metagalaxie. Rozměry Metagalaxy jsou velmi velké: poloměr kosmologického horizontu je 15-20 miliard světelných let.

Pojmy „vesmír“ a „metagalaxie“ jsou velmi blízké pojmy: charakterizují stejný objekt, ale v různých aspektech. Pojem "Vesmír" označuje celý existující hmotný svět; pojem "metagalaxie"- stejný svět, ale z hlediska jeho struktury - jako uspořádaný systém galaxií.

Studuje se struktura a vývoj vesmíru kosmologie. Kosmologie jako odvětví přírodních věd se nachází na jedinečném průsečíku vědy, náboženství a filozofie. Kosmologické modely Vesmíru jsou založeny na určitých ideologických premisách a tyto modely samy o sobě mají velký ideologický význam.

4.3.1. Moderní kosmologické modely vesmíru

Jak bylo naznačeno v předchozí kapitole, v klasické vědě existovala tzv teorie ustáleného stavu Vše Lenno, podle kterého byl Vesmír vždy téměř stejný jako nyní. Věda 19. století atomy považovány za věčné nejjednodušší prvky hmoty. Zdroj energie hvězd byl neznámý, takže nebylo možné posoudit jejich životnost. Když zhasnou, vesmír ztmavne, ale bude stále nehybný. Studené hvězdy by pokračovaly ve svém chaotickém a věčném putování vesmírem a planety by generovaly svůj neustálý let po riskantních drahách. Astronomie byla statická: studovaly se pohyby planet a komet, popisovaly se hvězdy, vytvářely se jejich klasifikace, což bylo samozřejmě velmi důležité. Ale otázka vývoje vesmíru nebyla vznesena.

Klasická newtonovská kosmologie explicitně nebo implicitně akceptovala následující postuláty1:

Vesmír je všechno, co existuje, „svět jako celek“. Kosmologie poznává svět takový, jaký existuje sám o sobě, bez ohledu na podmínky poznání.

Prostor a čas Vesmíru jsou absolutní, nezávisí na hmotných objektech a procesech.

Prostor a čas jsou metricky nekonečné.

Prostor a čas jsou homogenní a izotropní.

Vesmír je nehybný a neprochází evolucí. Konkrétní vesmírné systémy se mohou změnit, ale ne svět jako celek.

V newtonovské kosmologii vznikly dva paradoxy související s postulátem nekonečnosti Vesmíru.

První paradox se nazývá gravitační Jeho podstatou je, že pokud je Vesmír nekonečný a je v něm nekonečné množství nebeských těles, pak bude gravitační síla nekonečně velká a Vesmír by se měl zhroutit, a ne existovat věčně.

Druhý paradox se nazývá fotometrické: pokud existuje nekonečný počet nebeských těles, pak musí existovat nekonečná svítivost oblohy, která se nepozoruje.

Tyto paradoxy, které nelze vyřešit v rámci newtonovské kosmologie, řeší moderní kosmologie, v jejímž rámci byla představena myšlenka vyvíjejícího se vesmíru.

Moderní relativistická kosmologie staví modely vesmíru, vycházející ze základní gravitační rovnice, kterou zavedl A. Einstein v obecné teorii relativity (GTR).

Základní rovnice obecné relativity spojuje geometrii prostoru (přesněji metrický tenzor) s hustotou a rozložením hmoty v prostoru.

Vesmír se poprvé ve vědě objevil jako fyzický objekt. Teorie zahrnuje její parametry: hmotnost, hustotu, velikost, teplotu.

Einsteinova gravitační rovnice nemá jedno, ale mnoho řešení, což vysvětluje existenci mnoha kosmologických modelů vesmíru. První model vyvinul A. Einstein v roce 1917. Odmítl postuláty newtonovské kosmologie o absolutnosti a nekonečnosti prostoru. V souladu s kosmologickým modelem vesmíru A. Einsteina je světový prostor homogenní a izotrotický, hmota je v průměru rovnoměrně rozložena, gravitační přitažlivost hmot je kompenzována univerzálním kosmologickým odpuzováním. Model A. Einsteina je ve své podstatě stacionární, protože metrika prostoru je považována za nezávislou na čase. Existence Vesmíru je nekonečná, tzn. nemá začátek ani konec a prostor je neomezený, ale konečný.

Vesmír v kosmologickém modelu A. Einsteina je stacionární, nekonečný v čase a neomezený v prostoru.

Tento model se v té době zdál docela uspokojivý, protože byl v souladu se všemi známými fakty. Ale nové myšlenky předložené A. Einsteinem podnítily další výzkum a brzy se přístup k problému rozhodně změnil.

Také v roce 1917 holandský astronom W. de Sitter navrhl jiný model, který je také řešením gravitačních rovnic. Toto řešení mělo tu vlastnost, že by existovalo i v případě „prázdného“ Vesmíru bez hmoty. Pokud se v takovém Vesmíru objevily hmoty, pak řešení přestalo být stacionární: vznikl jakýsi kosmický odpor mezi masami, který měl tendenci je od sebe oddalovat. Trend expanze Podle V. de Sitter, se stal patrným až na velmi velké vzdálenosti.

V roce 1922 ruský matematik a geofyzik A.A. Friedman zavrhl postulát klasické kosmologie o stacionaritě vesmíru a získal řešení Einsteinových rovnic, které popisují vesmír s „rozpínajícím se“ prostorem.

Řešení rovnic A.A. Friedman umožňuje tři možnosti. Pokud je průměrná hustota hmoty a záření ve vesmíru rovna určité kritické hodnotě, ukáže se světový prostor jako euklidovský a vesmír se neomezeně rozpíná z počátečního bodového stavu. Pokud je hustota menší než kritická, prostor má Lobačevského geometrii a také se neomezeně rozšiřuje. A konečně, pokud je hustota větší než kritická, ukáže se, že prostor vesmíru je Riemannovský, expanze je v určité fázi nahrazena kompresí, která pokračuje až do počátečního bodového stavu.

Protože průměrná hustota hmoty ve Vesmíru není známa, dnes nevíme, ve kterém z těchto prostorů Vesmíru žijeme.

V roce 1927 belgický opat a vědec J. Lvmeter spojil „rozšiřování“ vesmíru s daty z astronomických pozorování. Lemaitre představil koncept „počátku vesmíru“ jako singularitu (tj. superhustý stav) a zrození vesmíru jako velký třesk.

V roce 1929 americký astronom E.P. Hubble objevili existenci zvláštního vztahu mezi vzdáleností a rychlostí galaxií: všechny galaxie se od nás vzdalují a rychlostí, která se zvyšuje úměrně vzdálenosti - ha systém mléčný expanduje.

Expanze vesmíru byla dlouho považována za vědecky podložený fakt, ale v současnosti se nezdá možné jednoznačně vyřešit problém ve prospěch toho či onoho modelu.

4.3.2. Problém vzniku a vývoje vesmíru

Bez ohledu na to, jak je otázka rozmanitosti kosmologických modelů vyřešena, je zřejmé, že náš Vesmír se vyvíjí. Podle teoretických výpočtů J. Lemaitra byl poloměr Vesmíru v původním stavu roven 10-12 cm, což se velikostí blíží poloměru elektronu, a jeho hustota byla 1096 g/cm3. V singulárním stavu byl vesmír mikroobjektem zanedbatelné velikosti.

Z počátečního singulárního stavu se vesmír v důsledku velkého třesku posunul k expanzi. Od konce 40. let. V minulém století přitahovala fyzika procesů v různých fázích kosmologické expanze stále větší pozornost v kosmologii. Student A.A. Friedman G.A. Gamow vyvinuli model horký Vesmír, po zvážení jaderných reakcí, ke kterým došlo na samém počátku expanze vesmíru, a nazval to "prýmek teologie velkého třesku“.

Retrospektivní výpočty odhadují stáří vesmíru na 13-15 miliard let. G.A. Gamow navrhl tu teplotu 130

moc byla velká a padla s expanzí vesmíru. Jeho výpočty ukázaly, že vesmír ve svém vývoji prochází určitými fázemi, během kterých dochází k tvorbě chemických prvků a struktur. V moderní kosmologii je pro jasnost počáteční fáze vývoje vesmíru rozdělena na éry1.

Hadronová éra(těžké částice, které vstupují do silných interakcí). Doba trvání éry je 0,0001 s, teplota je 1012 stupňů Kelvina, hustota je 1014 cm3. Na konci éry dochází k anihilaci částic a antičástic, ale určitý počet protonů, hyperonů a mezonů zůstává.

Éra leptonů(světelné částice vstupující do elektromagnetické interakce). Doba trvání éry je 10 s, teplota je 10 10 stupňů Kelvina, hustota je 104/cm3. Hlavní roli hrají lehké částice, které se účastní reakcí mezi protony a neutrony.

Fotonová éra. Doba trvání 1 milion let. Převážná část hmoty – energie vesmíru – pochází z fotonů. Na konci éry teplota klesne z 1010 na 3000 stupňů Kelvina, hustota - ze 104 g/cm3 na 10 - 21 g/cm3. Hlavní roli hraje záření, které se na konci éry odděluje od hmoty.

Hvězdná éra nastává 1 milion let po zrození vesmíru. Ve hvězdné éře začíná proces formování proto-každodenních a proto-galaxií.

Poté se rozvine grandiózní obraz formování struktury Metagalaxie.

V moderní kosmologii, spolu s hypotézou velkého třesku, tzv inflační model Vesmír, ve kterém se uvažuje o myšlence stvoření vesmíru. Tato myšlenka má velmi složité opodstatnění a je spojena s kvantovou kosmologií. Tento model popisuje vývoj vesmíru od okamžiku 10-45 s po začátku expanze.

V souladu s inflační hypotézou prochází kosmický vývoj v raném vesmíru řadou fází.

Start Vesmír je teoretickými fyziky definován jako stát kvantová supergravitace s poloměrem vesmíru 10-50 cm (pro srovnání: velikost atomu je definována jako 10-8 cm a velikost atomového jádra je 10-13 cm). Hlavní události v raném vesmíru se odehrály v zanedbatelně krátkém časovém úseku od 10-45 s do 10-30 s.

Fáze inflace. V důsledku kvantového skoku přešel Vesmír do stavu excitovaného vakua a při absenci hmoty a záření v něm intenzivně expandoval podle exponenciálního zákona. V tomto období vznikl prostor a čas samotného Vesmíru. Během inflační fáze trvající 10 - 34 s se vesmír nafoukl z nepředstavitelně malé kvantové velikosti 10 - 33 cm na nepředstavitelně velkých 101 000 000 cm, což je o mnoho řádů větší než velikost pozorovatelného Vesmíru – 1028 cm Během celého tohoto počátečního období se ve Vesmíru nevyskytovala hmota ani záření.

Přechod z inflační fáze do fáze fotonové. Stav falešného vakua se rozpadl, uvolněná energie šla ke zrodu těžkých částic a antičástic, které po anihilaci daly silný záblesk záření (světla), které osvětlovalo prostor.

Stupeň oddělení hmoty od záření: látka zbývající po anihilaci se stala pro záření transparentní a kontakt mezi látkou a zářením zmizel. Záření oddělené od hmoty tvoří moderní reliktní pozadí, teoreticky předpovězené G.A. Gamow a experimentálně objeven v roce 1965.

Následně se vývoj Vesmíru ubíral směrem od mák nejjednodušší homogenní stav vytvářet další a další složité struktury- atomy (zpočátku atomy vodíku), galaxie, hvězdy, planety, syntéza těžkých prvků v útrobách hvězd, včetně těch nezbytných pro vznik života, vznik života a jako koruna stvoření i člověka.

Rozdíl mezi fázemi vývoje Vesmíru v inflačním modelu a modelu velkého třesku se týká pouze počáteční fáze v řádu 10-30 s, pak mezi těmito modely nejsou zásadní rozdíly v chápání fází kosmický vývoj. Rozdíly ve vysvětlení mechanismů kosmické evoluce jsou spojeny s odlišnými světonázory. Od samého počátku vzniku myšlenky rozšiřujícího se a vyvíjejícího se vesmíru kolem ní začal boj.

Prvním byl problém počátku a konce doby existence Vesmíru, jehož uznání odporovalo materialistickým tvrzením o věčnosti času a nekonečnosti prostoru, nestvořitelnosti a nezničitelnosti hmoty.

Jaká jsou přírodovědná zdůvodnění začátku a konce existence Vesmíru?

Toto zdůvodnění je prokázáno v roce 1965 americkými teoretickými fyziky Penrose a S. Hawking teorém, podle kterého v každém modelu Vesmíru s expanzí musí nutně existovat singularita - zlom v časových liniích v minulosti, který lze chápat jako počátek času. Totéž platí pro situaci, kdy je expanze nahrazena kompresí – pak v budoucnu dojde k přerušení časových linií – konec času. Navíc bod, ve kterém začíná komprese, interpretuje fyzik F. Tiple rum jako konec času - Velký odtok, do kterého proudí nejen galaxie, ale také samotné „události“ celé minulosti Vesmíru.

Druhý problém souvisí se stvořením světa z ničeho. Materialisté odmítli možnost stvoření, protože vakuum není nic, ale druh hmoty. Ano, je to tak, vakuum je zvláštní druh hmoty. Faktem ale je, že A.A. Friedmane, matematicky je okamžik počátku expanze vesmíru odvozen nikoli z ultramalého, ale z nula hlasitost. Ve své populární knize Svět jako prostor a čas, vydané v roce 1923, hovoří o možnosti „stvořit svět z ničeho“.

V teorii fyzikálního vakua G.I. Shilove, nejvyšší úrovní reality je geometrický prostor – Absolutní nic. Tato pozice jeho teorie odráží výroky anglického matematika W. Clifforda, že na světě není nic jiného než prostor s jeho torzí a zakřivením a hmota jsou shluky prostoru, zvláštní kopce zakřivení na pozadí plochého prostoru. Myšlenky W. Clifforda využil i A. Einstein, který v obecné teorii relativity poprvé ukázal obecný hluboký vztah mezi abstraktním geometrickým konceptem zakřivení prostoru a fyzikálními problémy gravitace.

Z absolutního Nic, prázdného geometrického prostoru, v důsledku jeho torze vznikají časoprostorové víry pravé a levé rotace, nesoucí informace. Tyto víry lze interpretovat jako informační pole, které prostupuje prostorem. Rovnice, které popisují informační pole, jsou nelineární, takže informační pole mohou mít složitou vnitřní strukturu, která jim umožňuje být nositeli značného množství informací.

Primární torzní pole (informační pole) generují fyzikální vakuum, které je nositelem všech ostatních fyzikálních polí – elektromagnetického, gravitačního, torzního. V podmínkách informačního energetického buzení vakuum generuje materiálové mikročástice.

V 80. letech byl učiněn pokus vyřešit jeden z hlavních problémů vesmíru – vznik všeho z ničeho. XX století americký fyzik A. Gut a sovětský fyzik A. Linde. Energie vesmíru, která je zachována, byla rozdělena na gravitační a negravitační části, které mají různá znamení. A pak bude celková energie vesmíru rovna nule. Fyzici se domnívají, že pokud se potvrdí předpovězené nezachování baryonového čísla, pak pak žádný ze zákonů zachování nezabrání zrození Vesmíru z ničeho. Tento model lze zatím vypočítat pouze teoreticky a otázka zůstává otevřená.

Největší problém pro vědce nastává při vysvětlování důvodů kosmický vývoj. Ponecháme-li stranou jednotlivosti, můžeme rozlišit dva hlavní pojmy, které vysvětlují evoluci Vesmíru: koncept sebeorganizace a koncept kreacionismu.

Pro koncepty sebeorganizace hmotný vesmír je jedinou realitou a žádná jiná realita kromě něj neexistuje. Evoluce vesmíru je popsána z hlediska sebeorganizace: existuje spontánní uspořádání systémů ve směru vytváření stále složitějších struktur. Dynamický chaos vytváří řád. Otázka o cíle kosmickou evoluci nelze zařadit do rámce konceptu sebeorganizace.

V rámci kreacionistické koncepty, těch. stvoření, evoluce Vesmíru je spojena s realizací programy, určeno realitou vyššího řádu, než je hmotný svět. Zastánci kreacionismu upozorňují na existenci řízené nomogeneze ve vesmíru (z řec. nomos - zákon a Genesis - vznik) - vývoj od jednoduchých systémů ke stále složitějším a informačně náročnějším, při kterých byly vytvořeny podmínky pro vznik života a člověka. Jako další argument používáme antropický prin cip, formulované anglickými astrofyziky B. Carrom A Rissom.

Podstatou antroponometrického principu je, že existence Vesmíru, ve kterém žijeme, závisí na číselných hodnotách základních fyzikálních konstant - Planckova konstanta, gravitační konstanta, interakční konstanty atd.

Číselné hodnoty těchto konstant určují hlavní rysy vesmíru, velikosti atomů, atomových jader, planet, hvězd, hustotu hmoty a životnost vesmíru. Pokud by se tyto hodnoty lišily od těch stávajících byť jen nepatrným množstvím, pak by nejenže nebyl možný život, ale byl by nemožný i samotný vesmír jako složitá uspořádaná struktura. Z toho vyplývá závěr, že fyzická struktura Vesmíru je naprogramována a nasměrována ke vzniku života. Konečným cílem kosmické evoluce je objevení se člověka ve Vesmíru v souladu s plány Stvořitele1.

Mezi moderními teoretickými fyziky jsou zastánci jak konceptu sebeorganizace, tak konceptu kreacionismu. Tito uznávají, že rozvoj základní teoretické fyziky vyžaduje naléhavou potřebu vytvořit jednotný vědecko-teistický obraz světa, syntetizující všechny úspěchy na poli vědění a víry. První z nich se drží přísně vědeckých názorů.

4.3.3. Struktura vesmíru

Vesmír na různých úrovních, od konvenčně elementárních částic až po obří superkupy galaxií, se vyznačuje strukturou. Moderní struktura vesmíru je výsledkem kosmické evoluce, během níž vznikly galaxie z protogalaxií, hvězdy z protohvězd a planety z protoplanetárních mraků.

Metagalaxie je soubor hvězdných systémů - galaxií a jeho struktura je dána jejich rozložením v prostoru, naplněných extrémně řídkým mezigalaktickým plynem a pronikajícím mezigalaktickými paprsky.

Podle moderních koncepcí se Metagalaxy vyznačuje buněčnou (síťovou, porézní) strukturou. Tyto myšlenky jsou založeny na datech z astronomických pozorování, která prokázala, že galaxie nejsou rovnoměrně rozmístěny, ale jsou soustředěny v blízkosti hranic buněk, uvnitř kterých nejsou téměř žádné galaxie. Kromě toho byly nalezeny obrovské objemy prostoru (řádově milion kubických megaparseků), v nichž dosud nebyly objeveny galaxie. Prostorovým modelem takové struktury může být kus pemzy, který je heterogenní v malých izolovaných objemech, ale homogenní ve velkých objemech.

Vezmeme-li nikoli jednotlivé úseky Metagalaxie, ale její rozsáhlou strukturu jako celek, pak je zřejmé, že v této struktuře nejsou žádná zvláštní, zřetelná místa ani směry a hmota je rozložena poměrně rovnoměrně.

Stáří Metagalaxie je blízké stáří Vesmíru, protože k formování její struktury dochází v období po oddělení hmoty a záření. Podle moderních údajů se stáří Metagalaxie odhaduje na 15 miliard let. Vědci se domnívají, že stáří galaxií, které se zformovaly v jedné z počátečních fází expanze Metagalaxie, se tomu zjevně blíží.

Galaxie- obří systém sestávající ze shluků hvězd a mlhovin tvořících ve vesmíru poměrně složitou konfiguraci.

Na základě svého tvaru se galaxie běžně dělí na tři typy: eliptické, spirální a nepravidelné.

Eliptický galaxie mají prostorový elipsoidní tvar s různým stupněm komprese. Mají nejjednodušší strukturu: rozložení hvězd rovnoměrně klesá od středu.

Spirála galaxie jsou prezentovány ve tvaru spirály, včetně spirálních ramen. Jedná se o nejpočetnější typ galaxie, který zahrnuje i naši Galaxii – Mléčnou dráhu.

Nesprávný galaxie nemají zřetelný tvar, chybí jim centrální jádro.

Některé galaxie se vyznačují výjimečně silným rádiovým vyzařováním převyšujícím viditelné záření. Toto jsou rádiové galaxie.

Rýže. 4.2. Spirální galaxie NGG 224 (mlhovina Andromeda)

Ve struktuře „běžných“ galaxií lze velmi jednoduše rozlišit centrální jádro a sférickou periferii, prezentovanou buď ve formě obrovských spirálních větví nebo ve formě eliptického disku, včetně nejžhavějších a nejjasnějších hvězd a masivních oblaků plynu. .

Galaktická jádra projevují svou aktivitu v různých formách: v nepřetržitém odlivu toků hmoty; v emisích plynových shluků a plynových oblaků o hmotnosti milionů slunečních hmot; v netepelné radiové emisi z perinukleární oblasti.

Nejstarší hvězdy, jejichž stáří se blíží stáří galaxie, jsou soustředěny v jádru galaxie. V galaktickém disku se nacházejí hvězdy středního a mladého věku.

Hvězdy a mlhoviny v galaxii se pohybují poměrně složitým způsobem: spolu s galaxií se účastní rozpínání vesmíru; navíc se podílejí na rotaci galaxie kolem její osy.

hvězdy. V současné fázi vývoje Vesmíru je v něm hmota hlavně in hvězdný stav. 97 % hmoty v naší Galaxii je soustředěno ve hvězdách, což jsou obří plazmové útvary různých velikostí, teplot a s různými charakteristikami pohybu. Mnoho, ne-li většina, dalších galaxií má „hvězdnou hmotu“, která tvoří více než 99,9 % jejich hmoty.

Stáří hvězd se pohybuje v poměrně širokém rozmezí hodnot: od 15 miliard let, což odpovídá stáří vesmíru, až po statisíce – ty nejmladší. Existují hvězdy, které právě vznikají a jsou v protohvězdném stádiu, tzn. ještě se nestali skutečnými hvězdami.

Velký význam má studium vztahu hvězd a mezihvězdného prostředí, včetně problému kontinuálního vzniku hvězd z kondenzující difúzní (rozptýlené) hmoty.

Ke zrodu hvězd dochází v plyno-prachových mlhovinách vlivem gravitačních, magnetických a jiných sil, díky nimž vznikají nestabilní homogenity a difúzní hmota se rozpadá na řadu kondenzací. Pokud takové koncentrace přetrvávají dostatečně dlouho, pak se časem promění ve hvězdy. Je důležité poznamenat, že proces zrození není individuální izolovanou hvězdou, ale hvězdnými asociacemi. Vzniklá plynná tělesa se k sobě přitahují, ale nemusí se nutně spojit do jednoho obrovského tělesa. Obvykle se začnou vůči sobě otáčet a odstředivá síla tohoto pohybu působí proti síle přitažlivosti, což vede k další koncentraci. Hvězdy se vyvíjejí z protohvězd, obřích koulí plynu s nízkou září a nízkou teplotou, až po hvězdy – hustá plazmatická tělesa s vnitřní teplotou milionů stupňů. Poté začíná proces jaderných přeměn, popsaný v jaderné fyzice. K hlavnímu vývoji hmoty ve vesmíru došlo a probíhá v hlubinách hvězd. Právě tam se nachází „tavící kelímek“, který určil chemický vývoj hmoty ve vesmíru.

V hlubinách hvězd, při teplotě řádově 10 milionů stupňů a při velmi vysoké hustotě, jsou atomy v ionizovaném stavu: elektrony jsou téměř úplně nebo úplně všechny odděleny od svých atomů. Zbývající jádra spolu interagují, díky čemuž se vodík, který je ve většině hvězd hojný, přeměňuje za účasti uhlíku na helium. Tyto a podobné jaderné přeměny jsou zdrojem obrovského množství energie unášené hvězdným zářením.

Obrovská energie vyzařovaná hvězdami je generována jako výsledek jaderných procesů probíhajících uvnitř nich. Stejné síly, které se uvolňují při výbuchu vodíkové bomby, vytvářejí uvnitř hvězdy energii, která jí umožňuje vyzařovat světlo a teplo po miliony a miliardy let přeměnou vodíku na těžší prvky, především helium. Výsledkem je, že v konečné fázi vývoje se hvězdy mění v inertní („mrtvé“) hvězdy.

Hvězdy neexistují izolovaně, ale tvoří systémy. Nejjednodušší hvězdné systémy – tzv. vícenásobné systémy – se skládají ze dvou, tří, čtyř, pěti nebo více hvězd obíhajících kolem společného těžiště. Komponenty některých vícenásobných systémů jsou obklopeny společnou slupkou difúzní hmoty, jejímž zdrojem jsou zjevně samotné hvězdy, které ji vyvrhují do vesmíru ve formě silného proudu plynu.

Hvězdy se také sdružují do ještě větších skupin – hvězdokup, které mohou mít „rozptýlenou“ nebo „kulovitou“ strukturu. Otevřené hvězdokupy čítají několik stovek jednotlivých hvězd, kulové hvězdokupy mnoho stovek nebo tisíců. A asociace nebo shluky hvězd také nejsou neměnné a věčně existující. Po určité době, odhadované na miliony let, jsou rozptýleny silami galaktické rotace.

Sluneční Soustava je skupina nebeských těles, velmi odlišných velikostí a fyzickou strukturou. Do této skupiny patří: Slunce, devět velkých planet, desítky planetárních satelitů, tisíce malých planetek (asteroidů), stovky komet, nespočet meteoritů pohybujících se jak v rojích, tak ve formě jednotlivých částic. Do roku 1979 bylo známo 34 satelitů a 2000 asteroidů. Všechna tato tělesa jsou spojena do jednoho systému vlivem gravitační síly centrálního tělesa – Slunce. Sluneční soustava je uspořádaná soustava, která má své vlastní strukturální zákony. Jednotná povaha sluneční soustavy se projevuje v tom, že všechny planety obíhají kolem Slunce ve stejném směru a téměř ve stejné rovině. Většina satelitů planet (jejich měsíce) rotuje stejným směrem a ve většině případů v rovníkové rovině jejich planety. Slunce, planety, satelity planet rotují kolem svých os ve stejném směru, ve kterém se pohybují po svých trajektoriích. Struktura sluneční soustavy je také přirozená: každá následující planeta je přibližně dvakrát tak daleko od Slunce než ta předchozí. Vezmeme-li v úvahu zákonitosti struktury Sluneční soustavy, její náhodné vytvoření se zdá nemožné.

Neexistují také žádné obecně přijímané závěry o mechanismu vzniku planet ve Sluneční soustavě. Sluneční soustava podle vědců vznikla přibližně před 5 miliardami let a Slunce je hvězdou druhé (nebo i pozdější) generace. Sluneční soustava tedy vznikla z produktů životní činnosti hvězd předchozích generací, které se hromadily v oblacích plynu a prachu. Tato okolnost dává důvod nazývat sluneční soustavu malou součástí hvězdného prachu. Věda ví o původu Sluneční soustavy a jejím historickém vývoji méně, než je nutné k vybudování teorie vzniku planet. Od prvních vědeckých hypotéz předložených přibližně před 250 lety až do současnosti bylo navrženo velké množství různých modelů vzniku a vývoje Sluneční soustavy, ale žádný z nich nebyl povýšen na úroveň obecně uznávané teorie. . Většina dříve předložených hypotéz má dnes pouze historický význam.

První teorie o původu sluneční soustavy byly předloženy německým filozofem I. Kantom a francouzský matematik P.S. Laplace. Jejich teorie vstoupily do vědy jako jakási kolektivní kosmogonická hypotéza Kant-Laplace, ačkoli byly vyvinuty nezávisle na sobě.

Podle této hypotézy vznikla soustava planet kolem Slunce jako výsledek přitažlivých a odpudivých sil mezi částicemi rozptýlené hmoty (mlhovinami) v rotačním pohybu kolem Slunce.

Počátkem další etapy ve vývoji názorů na vznik Sluneční soustavy byla hypotéza anglického fyzika a astrofyzika J. X . Džíny. Navrhl, že Slunce se kdysi srazilo s jinou hvězdou, v důsledku čehož se z ní vytrhl proud plynu, který se kondenzací přeměnil na planety. Vzhledem k obrovské vzdálenosti mezi hvězdami se však taková srážka zdá zcela neuvěřitelná. Podrobnější rozbor odhalil další nedostatky této teorie.

Moderní koncepce vzniku planet sluneční soustavy vycházejí z toho, že je třeba brát v úvahu nejen mechanické síly, ale i další, zejména elektromagnetické. Tuto myšlenku předložil švédský fyzik a astrofyzik X . Alfa jed a anglický astrofyzik F. Hoyle. Je považováno za pravděpodobné, že to byly elektromagnetické síly, které hrály rozhodující roli při zrodu Sluneční soustavy.

Podle moderních představ se původní plynný mrak, ze kterého vzniklo Slunce i planety, skládal z ionizovaného plynu podléhajícího vlivu elektromagnetických sil. Poté, co se Slunce vytvořilo z obrovského plynového mraku koncentrací, zůstaly malé části tohoto mraku ve velmi velké vzdálenosti od něj. Gravitační síla začala přitahovat zbývající plyn k výsledné hvězdě - Slunci, ale její magnetické pole zastavilo padající plyn v různých vzdálenostech - přesně tam, kde se nacházejí planety. Gravitační a magnetické síly ovlivnily koncentraci a kondenzaci padajícího plynu a v důsledku toho vznikly planety.

Když vznikly největší planety, stejný proces se opakoval v menším měřítku a vznikly tak soustavy satelitů. Teorie vzniku Sluneční soustavy jsou hypotetické povahy a v současné fázi vědeckého vývoje nelze jednoznačně vyřešit otázku jejich spolehlivosti. Všechny existující teorie mají rozpory a nejasné oblasti.

Otázky pro sebeovládání

Co je podstatou systematického přístupu ke struktuře hmoty?

Odhalte vztah mezi mikro, makro a mega světy.

Jaké by představy o hmotě a poli jako o typech hmoty

byly vyvinuty v rámci klasické fyziky?

4. Co znamená pojem kvanta? Řekněte nám o hlavních fázích vývoje myšlenek o kvantech.

5. Co znamená pojem „dualita vlny a částic“? Který

Je princip komplementarity N. Bohra důležitý při popisu fyzické reality mikrosvěta?

6. Jaký vliv měla kvantová mechanika na moderní genetiku?

netiku? Jaké jsou hlavní principy vlnové genetiky?

7. Co znamená pojem „fyzické vakuum“? Jaká je jeho role

vývoj hmoty?

8. Zvýrazněte hlavní strukturální úrovně organizace hmoty v

mikrokosmos a charakterizovat je.

9. Určete hlavní strukturní úrovně organizace hmoty

v megasvětě a dát jim vlastnosti.

Jaké modely vesmíru byly vyvinuty v moderní kosmologii?

Popište hlavní etapy vývoje vesmíru z pohledu moderní vědy.

Bibliografie

Weinberg S. První tři minuty. Moderní pohled na vznik vesmíru. - M.: Nauka, 1981.

Vladimirov Yu.S. Základní fyzika, filozofie a náboženství. - Kostroma: Nakladatelství MITSAOST, 1996.

Gernek F. Průkopníci atomového věku. - M: Progress, 1974.

Dorfman Ya.G. Světové dějiny fyziky od počátku 19. století do poloviny 20. století. - M: Věda, 1979.

Idlis G.M. Revoluce v astronomii, fyzice a kosmologii. - M.: Nauka, 1985.

Kaira F. Tao fyziky. - Petrohrad, 1994.

Kirillin V.A. Stránky dějin vědy a techniky. - M.: Nauka, 1986.

Kudrjavcev P.S. Kurz o historii fyziky. - M.: Mir, 1974.

Liozzi M. Historie fyziky. - M: Mir, 1972.

1 Q. Marion J.B. Fyzika a fyzikální svět. - M.: Mir, 1975.

Nalimov V.V. Na prahu třetího tisíciletí. - M.: Nauka, 1994.

Shklovsky I.S. hvězdy, jejich narození, život a smrt. - M: Věda, 1977.

Garjajev P.P. Vlnový genom. - M.: Veřejně prospěšná, 1994.

Shipov G.I. Teorie fyzikálního vakua. Nové paradigma. - M.: NT-Center, 1993.

Fyzika mikrosvěta

Strukturní úrovně hmoty ve fyzice

(vložte obrázek)

Strukturní úrovně látek v mikrokosmu

Molekulární úroveň- úroveň molekulární struktury látek. Molekula – jediný kvantově-mechanický systém spojující atomy

Atomová úroveň- úroveň atomové struktury látek.

Atom – konstrukční prvek mikrokosmu, sestávající z jádra a elektronového obalu.

Nukleonová úroveň- úroveň jádra a částic jeho složek.

Nucleon – obecný název pro proton a neutron, které jsou součástí atomových jader.

Úroveň kvarku- hladina elementárních částic – kvarků a leptonů

Atomová struktura

Velikosti atomů jsou řádově 10-10 m.

Velikost atomových jader všech prvků je asi 10-15 m, což je desetitisíckrát menší než velikost atomů.

Jádro atomu je kladné a elektrony rotující kolem jádra s sebou nesou záporný elektrický náboj. Kladný náboj jádra se rovná součtu záporných nábojů elektronů. Atom je elektricky neutrální.

Rutherfordův planetární model atomu . (vložte obrázek)

Jsou znázorněny kruhové dráhy čtyř elektronů.

Elektrony na oběžné dráze jsou drženy silami elektrické přitažlivosti mezi nimi a jádrem atomu

Elektron nemůže být ve stejném energetickém stavu. V elektronovém obalu jsou elektrony uspořádány ve vrstvách. Každá slupka obsahuje určité množství: v první vrstvě nejblíže k jádru - 2, ve druhé - 8, ve třetí - 18, ve čtvrté - 32 atd. Po druhé vrstvě se dráhy elektronů spočítají do podvrstev .

Energetické hladiny atomu a konvenční znázornění procesů absorpce a emise fotonů (viz obrázek)

Při přechodu z nízké energetické hladiny na vyšší energetickou hladinu atom absorbuje energii (energetické kvantum) rovnající se energetickému rozdílu mezi přechody. Atom emituje kvanta energie, pokud elektron v atomu přechází z vyšší energetické hladiny na nižší (přechody náhle).

Obecná klasifikace elementárních částic

Elementární částice- jedná se o nerozložitelné částice, jejichž vnitřní struktura není kombinací jiných volných částic, nejedná se o atomy ani atomová jádra, s výjimkou protonu

Klasifikace

Fotony

Elektrony

• Baryony

Neutron

Základní charakteristiky elementárních částic

Hmotnost

Leptony (světlo)

Mezony (střední)

Baryony (těžké)

Život

stabilní

Kvazistabilní (rozpadá se slabými a elektromagnetickými interakcemi)

Rezonance (nestabilní částice s krátkou životností, které se rozpadají v důsledku silných interakcí)

Interakce v mikrokosmu

Silná interakce poskytuje silnou vazbu a neutrony v jádrech atomů, kvarky v nukleonech

Elektromagnetická interakce zajišťuje spojení mezi elektrony a jádry, atomy v molekulách

Slabá interakce zajišťuje přechod mezi různými typy kvarků, zejména určuje rozpad neutronů, způsobuje vzájemné přechody mezi různými typy leptonů

Gravitační interakce v mikrokosmu ve vzdálenosti 10 -13 cm nelze ignorovat, nicméně ve vzdálenostech řádově 10 -33 cm se začínají objevovat zvláštní vlastnosti fyzikálního vakua - virtuální supertěžké částice se obklopují gravitačním polem, které deformuje geometrii prostoru

Charakteristika interakce elementárních částic

Typ interakce	Relativní intenzita	Rozsah cm	Částice, mezi kterými dochází k interakci	Částice jsou nositeli interakce
				název	Hmotnostní GeV
Silný			Hadrony (neutrony, protony, mezony)	Gluony
Elektromagnetické			Všechna elektricky nabitá tělesa a částice	Foton
Slabý			Všechny elementární částice kromě fotonů	Vektorové obozóny W + , W - , Z 0
Gravitační			Všechny částice	Gravitony (hypoteticky částice)

Strukturální úrovně organizace hmoty (pole)

Pole

Gravitační (kvanta – gravitony)

Elektromagnetické (kvanta - fotony)

Nukleární (kvanta - mezony)

Elektronicky pozitivní (kvantové – elektrony, pozitrony)

Strukturální úrovně organizace hmoty (hmota a pole)

Hmota a pole jsou jiné

Odpočinkovou hmotou

Podle vzorců pohybu

Podle stupně propustnosti

Podle stupně koncentrace hmoty a energie

Jako částicové a vlnové entity

Obecný závěr : rozdíl mezi látkami a poli správně charakterizuje reálný svět v makroskopickém přiblížení. Tento rozdíl není absolutní a při přechodu na mikroobjekty se jeho relativita jasně projeví. V mikrokosmu působí pojmy „částice“ (hmota) a „vlny“ (pole) jako další charakteristiky, které vyjadřují vnitřní nekonzistenci podstaty mikroobjektů.

Kvarky jsou součástí elementárních částic

Všechny kvarky mají zlomkový elektrický náboj. Charakteristické jsou kvarky zvláštnost, kouzlo a krása.

Baryonový náboj všech kvarků je 1/3 a náboj odpovídajících antikvarků je 1/3. Každý kvark má tři stavy, tyto stavy se nazývají barevné stavy: R - červená, G - zelená a B - modrá

Odeslat svou dobrou práci do znalostní báze je jednoduché. Použijte níže uvedený formulář

Studenti, postgraduální studenti, mladí vědci, kteří využívají znalostní základnu ve svém studiu a práci, vám budou velmi vděční.

Zveřejněno na http://www.allbest.ru/

Test

Mikrosvět: koncepty moderní fyziky

Úvod

Mikrosvět je svět extrémně malých, ne přímo pozorovatelných mikroobjektů. (Prostorový rozměr, který se počítá od 10-8 do 10-16 cm, a životnost - od nekonečna do 10-24 s.)

Kvantová mechanika (vlnová mechanika) je teorie, která zavádí metodu popisu a zákonitostí pohybu na mikroúrovni.

Studium jevů mikrosvěta vedlo k výsledkům, které se ostře rozcházely s těmi, které jsou obecně přijímány v klasické fyzice a dokonce i v teorii relativity. Klasická fyzika spatřovala svůj cíl v popisu objektů existujících ve vesmíru a ve formulaci zákonitostí, jimiž se řídí jejich změny v čase. Ale pro takové jevy, jako je radioaktivní rozpad, difrakce, emise spektrálních čar, lze pouze tvrdit, že existuje určitá pravděpodobnost, že individuální objekt je takový a má takovou a takovou vlastnost. Kvantová mechanika nemá místo pro zákony upravující změny v jednom objektu v průběhu času.

Klasická mechanika se vyznačuje popisem částic upřesněním jejich polohy a rychlostí a závislostí těchto veličin na čase. V kvantové mechanice se stejné částice za stejných podmínek mohou chovat odlišně.

1. Mikrosvět: pojmy moderní fyziky popisující mikrosvět

Při přechodu ke studiu mikrosvěta bylo zjištěno, že fyzická realita je sjednocená a mezi hmotou a polem není žádná propast.

Při studiu mikročástic byli vědci postaveni před paradoxní situaci z pohledu klasické vědy: stejné objekty vykazovaly jak vlnové, tak korpuskulární vlastnosti.

První krok v tomto směru učinil německý fyzik M. Planck. Jak známo, koncem 19. stol. Ve fyzice se objevila potíž, která se nazývala „ultrafialová katastrofa“. Podle výpočtů podle vzorce klasické elektrodynamiky se měla intenzita tepelného záření zcela černého tělesa neomezeně zvyšovat, což zjevně odporovalo zkušenostem. V procesu zkoumání tepelného záření, které M. Planck označil za nejtěžší ve svém životě, došel k ohromujícímu závěru, že při radiačních procesech může být energie vydávána nebo absorbována ne nepřetržitě a ne v jakémkoli množství, ale pouze v určitých nedělitelných množstvích. porce - kvanta. Energie kvant je určena prostřednictvím počtu kmitů odpovídajícího typu záření a univerzální přirozené konstanty, kterou M. Planck zavedl do vědy pod symbolem h: E = h y.

Pokud zavedením kvanta ještě nevznikla skutečná kvantová teorie, jak M. Planck opakovaně zdůrazňoval, pak 14. prosince 1900, v den zveřejnění vzorce, byl položen její základ. Proto je v historii fyziky tento den považován za narozeniny kvantové fyziky. A protože koncept elementárního akčního kvanta následně posloužil jako základ pro pochopení všech vlastností atomového obalu a atomového jádra, je třeba 14. prosinec 1900 považovat jak za narozeniny celé atomové fyziky, tak za začátek nové éry. přírodních věd.

Prvním fyzikem, který s nadšením přijal objev elementárního kvanta akce a kreativně jej rozvinul, byl A. Einstein. V roce 1905 přenesl geniální myšlenku kvantované absorpce a uvolňování energie při tepelném záření na záření obecně a tím podložil novou doktrínu světla.

Myšlenka světla jako proudu rychle se pohybujících kvant byla nesmírně odvážná, téměř troufalá a málokdo zpočátku věřil v její správnost. Předně M. Planck sám nesouhlasil s rozšířením kvantové hypotézy na kvantovou teorii světla a svůj kvantový vzorec odkázal pouze na jím uvažované zákony tepelného záření černého tělesa.

A. Einstein naznačil, že mluvíme o přírodním zákonu univerzální povahy. Aniž by se ohlížel na převládající názory v optice, aplikoval Planckovu hypotézu na světlo a dospěl k závěru, že by měla být rozpoznána korpuskulární struktura světla.

Kvantová teorie světla nebo Einsteinova fotonová teorie A tvrdila, že světlo je vlnový jev neustále se šířící prostorem. A zároveň se světelná energie, aby byla fyzikálně účinná, koncentruje jen do určitých míst, takže světlo má nespojitou strukturu. Světlo lze považovat za proud nedělitelných energetických zrn, světelných kvant nebo fotonů. Jejich energie je určena elementárním kvantem Planckovy akce a odpovídajícím počtem vibrací. Světlo různých barev se skládá ze světelných kvant různých energií.

Einsteinova myšlenka světelných kvant pomohla pochopit a vizualizovat fenomén fotoelektrického jevu, jehož podstatou je vyřazení elektronů z látky pod vlivem elektromagnetických vln. Experimenty ukázaly, že přítomnost nebo nepřítomnost fotoelektrického jevu není určena intenzitou dopadající vlny, ale její frekvencí. Pokud předpokládáme, že každý elektron je vyvržen jedním fotonem, pak je zřejmé následující: efekt nastává pouze tehdy, je-li energie fotonu, a tedy jeho frekvence, dostatečně vysoká, aby překonala vazebné síly mezi elektronem a hmotou.

Správnost této interpretace fotoelektrického jevu (za tuto práci obdržel Einstein v roce 1922 Nobelovu cenu za fyziku) byla potvrzena o 10 let později v experimentech amerického fyzika R.E. Milliken. Objeven v roce 1923 americkým fyzikem A.H. Comptonův jev (Comptonův jev), který je pozorován, když jsou atomy s volnými elektrony vystaveny velmi tvrdému rentgenovému záření, opět a konečně potvrdil kvantovou teorii světla. Tato teorie je jednou z nejvíce experimentálně potvrzených fyzikálních teorií. Ale vlnová povaha světla již byla pevně stanovena experimenty na interferenci a difrakci.

Nastala paradoxní situace: bylo zjištěno, že světlo se chová nejen jako vlna, ale také jako proud krvinek. Při difrakčních a interferenčních experimentech jsou odhaleny jeho vlnové vlastnosti a při fotoelektrickém jevu jeho korpuskulární vlastnosti. V tomto případě se foton ukázal jako velmi zvláštní druh tělíska. Hlavní charakteristika jeho diskrétnosti - jeho vlastní část energie - byla vypočtena pomocí čistě vlnové charakteristiky - frekvence y (E = Nu).

Jako všechny velké přírodovědné objevy měla nová doktrína světla zásadní teoretický a epistemologický význam. Starý postoj o kontinuitě přírodních procesů, který důkladně otřásl M. Planck, vyloučil Einstein z mnohem většího pole fyzikálních jevů.

Francouzský fyzik Louis de Broche rozvíjející myšlenky M. Plancka a A. Einsteina předložil v roce 1924 myšlenku vlnových vlastností hmoty. Ve svém díle „Světlo a hmota“ psal o nutnosti používat vlnové a korpuskulární pojmy nejen v souladu s učením A. Einsteina v teorii světla, ale i v teorii hmoty.

L. de Broglie tvrdil, že vlnové vlastnosti, spolu s korpuskulárními, jsou vlastní všem typům hmoty: elektrony, protony, atomy, molekuly a dokonce i makroskopická tělesa.

Podle de Broglieho každé těleso o hmotnosti m pohybující se rychlostí V odpovídá vlně:

Ve skutečnosti byl podobný vzorec znám již dříve, ale pouze ve vztahu ke světelným kvantům – fotonům.

mikrokosmos kvantová mechanická genetika fyzika

2. Pohledy M. Plancka, Louise De Broglieho, E. Schrödingera, W. Heisenberga, N. Bohra a dalších na povahu mikrosvěta

V roce 1926 našel rakouský fyzik E. Schrödinger matematickou rovnici, která určuje chování vlnění hmoty, tzv. Schrödingerovu rovnici. Anglický fyzik P. Dirac to zobecnil.

Odvážná myšlenka L. de Broglieho o univerzálním „dualismu“ částic a vln umožnila sestrojit teorii, s jejíž pomocí bylo možné pojmout vlastnosti hmoty a světla v jejich jednotě. V tomto případě se světelná kvanta stala zvláštním momentem obecné struktury mikrokosmu.

Vlny hmoty, které byly zpočátku prezentovány jako vizuálně reálné vlnové procesy podobné akustickým vlnám, získaly abstraktní matematický vzhled a díky německému fyzikovi M. Bornovi získaly symbolický význam jako „vlny pravděpodobnosti“.

De Broglieho hypotéza však potřebovala experimentální potvrzení. Nejpřesvědčivějším důkazem existence vlnových vlastností hmoty byl objev elektronové difrakce v roce 1927 americkými fyziky K. Davissonem a L. Germerem. Následně byly provedeny experimenty k detekci difrakce neutronů, atomů a dokonce i molekul. Ve všech případech výsledky plně potvrdily de Broglieho hypotézu. Ještě důležitější byl objev nových elementárních částic předpovězených na základě soustavy vzorců rozvinuté vlnové mechaniky.

Uznání duality vlna-částice v moderní fyzice se stalo univerzálním. Jakýkoli hmotný objekt je charakterizován přítomností jak korpuskulárních, tak vlnových vlastností.

Skutečnost, že se stejný objekt jeví jako částice i vlna, zničila tradiční představy.

Forma částice implikuje entitu obsaženou v malém objemu nebo v konečné oblasti prostoru, zatímco vlna se šíří po rozsáhlých oblastech prostoru. V kvantové fyzice se tyto dva popisy reality vzájemně vylučují, ale jsou stejně nezbytné k tomu, aby bylo možné dané jevy plně popsat.

Ke konečnému zformování kvantové mechaniky jako konzistentní teorie došlo díky práci německého fyzika W. Heisenberga, který zavedl princip neurčitosti? a dánský fyzik N. Bohr, který formuloval princip komplementarity, na jehož základě je popsáno chování mikroobjektů.

Podstata vztahu neurčitosti W. Heisenberga je následující. Řekněme, že úkolem je určit stav pohybující se částice. Pokud by bylo možné použít zákony klasické mechaniky, pak by byla situace jednoduchá: stačilo by určit souřadnice částice a její hybnost (velikost pohybu). Ale zákony klasické mechaniky nelze aplikovat na mikročástice: je nemožné nejen prakticky, ale ani obecně určit se stejnou přesností místo a velikost pohybu mikročástice. Pouze jedna z těchto dvou vlastností může být přesně určena. W. Heisenberg ve své knize „Fyzika atomového jádra“ odhaluje obsah vztahu neurčitosti. Píše, že nikdy není možné současně přesně znát oba parametry – polohu i rychlost. Nikdy nemůžete současně vědět, kde se částice nachází a jak rychle a jakým směrem se pohybuje. Pokud se provede experiment, který přesně ukáže, kde se částice v danou chvíli nachází, pak je pohyb narušen do takové míry, že částici poté nelze najít. Naopak při přesném měření rychlosti je nemožné určit polohu částice.

Z pohledu klasické mechaniky se zdá vztah neurčitosti absurdní. Pro lepší posouzení současné situace musíme mít na paměti, že my lidé žijeme v makrosvětě a z principu si neumíme sestavit vizuální model, který by byl adekvátní mikrosvětu. Relace neurčitosti je výrazem nemožnosti pozorovat mikrosvět bez jeho narušení. Jakýkoli pokus poskytnout jasný obraz mikrofyzikálních procesů se musí opírat buď o korpuskulární nebo vlnovou interpretaci. V korpuskulárním popisu se měření provádí za účelem získání přesné hodnoty energie a velikosti pohybu mikročástice, například při rozptylu elektronů. V experimentech zaměřených na přesné určení polohy se naopak využívá vlnové vysvětlení, zejména při průchodu elektronů tenkými deskami nebo při pozorování vychýlení paprsků.

Existence elementárního akčního kvanta slouží jako překážka pro stanovení současně a se stejnou přesností veličin, které jsou „kanonicky příbuzné“, tj. poloha a velikost pohybu částic.

Základním principem kvantové mechaniky je spolu se vztahem neurčitosti princip komplementarity, ke kterému dal N. Bohr následující formulaci: „Pojmy částic a vln se vzájemně doplňují a zároveň si odporují, jsou doplňující obrázky toho, co se děje“1.

Rozpory ve vlastnostech částicových vln mikroobjektů jsou výsledkem nekontrolované interakce mikroobjektů a makrozařízení. Existují dvě třídy zařízení: v některých se kvantové objekty chovají jako vlny, v jiných - jako částice. V experimentech nepozorujeme realitu jako takovou, ale pouze kvantový jev včetně výsledku interakce zařízení s mikroobjektem. M. Born obrazně poznamenal, že vlny a částice jsou „projekcemi“ fyzické reality do experimentální situace.

Vědec studující mikrosvět se tak mění z pozorovatele v herce, neboť fyzikální realita závisí na zařízení, tzn. nakonec ze svévole pozorovatele. N. Bohr se proto domníval, že fyzik nezná realitu samotnou, ale pouze svůj vlastní kontakt s ní.

Podstatným rysem kvantové mechaniky je pravděpodobnostní povaha předpovědí chování mikroobjektů, která je popsána pomocí vlnové funkce E. Schrödingera. Vlnová funkce určuje s různou mírou pravděpodobnosti parametry budoucího stavu mikroobjektu. To znamená, že při provádění stejných experimentů se stejnými objekty budou pokaždé získány jiné výsledky. Některé hodnoty však budou pravděpodobnější než jiné, např. bude známo pouze rozdělení pravděpodobnosti hodnot.

S přihlédnutím k faktorům neurčitosti, komplementarity a pravděpodobnosti podal N. Bohr tzv. „kodaňskou“ interpretaci podstaty kvantové teorie: „Dříve bylo obecně přijímáno, že fyzika popisuje vesmír. Nyní víme, že fyzika popisuje pouze to, co můžeme říci o vesmíru.“1

Pozici N. Bohra sdíleli W. Heisenberg, M. Born, W. Pauli a řada dalších méně známých fyziků. Zastánci kodaňské interpretace kvantové mechaniky neuznávali kauzalitu ani determinismus v mikrosvětě a věřili, že základem fyzikální reality je fundamentální nejistota – indeterminismus.

Zástupci kodaňské školy byli ostře proti G.A. Lorentz, M. Planck, M. Laue, A. Einstein, P. Langevin aj. A. Einstein o tom napsal M. Bornovi: „V našich vědeckých názorech jsme se vyvinuli v antipody. Vy věříte v Boha, který hraje v kostky, a já věřím v naprostou zákonnost objektivní existence... O čem jsem pevně přesvědčen, je, že se nakonec spokojí s teorií, ve které přirozeně nebudou pravděpodobnosti, ale fakta. připojeno." 2. Postavil se proti principu neurčitosti, pro determinismus a proti roli přisuzované aktu pozorování v kvantové mechanice. Další vývoj fyziky ukázal, že pravdu měl Einstein, který věřil, že kvantová teorie ve své stávající podobě je prostě neúplná: skutečnost, že se fyzici ještě nemohou zbavit nejistoty, nenaznačuje omezení vědecké metody, jak tvrdil N. Bohr, ale pouze neúplnost kvantové mechaniky . Einstein dával stále více nových argumentů na podporu svého názoru.

Nejznámější je tzv. Einsteinův-Podolského-Rosenův paradox neboli EPR paradox, s jehož pomocí chtěli dokázat neúplnost kvantové mechaniky. Paradoxem je myšlenkový experiment: co by se stalo, kdyby se částice sestávající ze dvou protonů rozpadla tak, že by se protony rozlétly v opačných směrech? Vzhledem ke společnému původu jejich vlastnosti spolu souvisí nebo, jak říkají fyzici, korelují. Podle zákona zachování hybnosti, pokud jeden proton letí nahoru, pak druhý musí letět dolů. Po změření hybnosti jednoho protonu budeme určitě znát hybnost druhého, i když letěl na druhý konec vesmíru. Mezi částicemi existuje nelokální spojení, které Einstein nazval „působením duchů na dálku“, ve kterém každá částice v daný čas ví, kde je druhá a co se s ní děje.

Paradox EPR je neslučitelný s nejistotou postulovanou v kvantové mechanice. Einstein věřil, že existují nějaké skryté parametry, které nebyly brány v úvahu. Otázky: existuje v mikrosvětě determinismus a kauzalita; Je kvantová mechanika kompletní? zda existují skryté parametry, které nezohledňuje, je předmětem diskusí mezi fyziky již více než půl století a své řešení nalezlo v teoretické rovině až na konci 20. století.

V roce 1964 J.S. Bela tvrdil, že kvantová mechanika předpovídá silnější korelaci mezi propojenými částicemi, než předpovídal Einstein.

Bellova věta říká, že pokud existuje nějaký objektivní vesmír a jsou-li rovnice kvantové mechaniky strukturálně podobné tomuto vesmíru, pak existuje nějaký druh nelokálního spojení mezi dvěma částicemi, které kdy přijdou do kontaktu. Podstatou Bellova teorému je, že neexistují žádné izolované systémy: každá částice vesmíru je v „okamžité“ komunikaci se všemi ostatními částicemi. Celý systém, i když jsou jeho části odděleny obrovskými vzdálenostmi a nejsou mezi nimi žádné signály, pole, mechanické síly, energie atd., funguje jako jeden systém.

V polovině 80. let 20. století A. Aspect (University of Paris) toto spojení experimentálně testoval studiem polarizace párů fotonů emitovaných jedním zdrojem směrem k izolovaným detektorům. Při porovnání výsledků obou sérií měření byla mezi nimi zjištěna shoda. Z pohledu slavného fyzika D. Bohma experimenty A. Aspecta potvrdily Bellovu větu a podpořily postavení nelokálních skrytých proměnných, jejichž existenci předpokládal A. Einstein. V interpretaci kvantové mechaniky D. Bohma neexistuje nejistota v souřadnicích částice a její hybnosti.

Vědci navrhli, že komunikace probíhá prostřednictvím přenosu informací, jejichž nositeli jsou speciální pole.

3. Vlnová genetika

Objevy kvantové mechaniky měly plodný dopad nejen na rozvoj fyziky, ale i na další oblasti přírodních věd, především biologii, v rámci které se rozvíjel koncept vlnové neboli kvantové genetiky.

Když v roce 1962 dostali J. Watson, A. Wilson a F. Crick Nobelovu cenu za objev dvoušroubovice DNA nesoucí dědičnou informaci, zdálo se genetikům, že hlavní problémy přenosu genetické informace jsou blízko vyřešení . Všechny informace jsou zaznamenány v genech, jejichž kombinace v buněčných chromozomech určuje vývojový program organismu. Úkolem bylo rozluštit genetický kód, což znamenalo celou sekvenci nukleotidů v DNA.

Realita však nenaplnila očekávání vědců. Po objevení struktury DNA a podrobném zvážení účasti této molekuly na genetických procesech zůstal hlavní problém fenoménu života – mechanismy jeho reprodukce – v podstatě nevyřešen. Rozluštění genetického kódu umožnilo vysvětlit syntézu bílkovin. Klasičtí genetici vycházeli z toho, že genetické molekuly, DNA, jsou materiální povahy a fungují jako látka, představující hmotnou matrici, na kterou je zapsán materiální genetický kód. V souladu s ní se vyvíjí tělesný, hmotný a hmotný organismus. Ale otázku, jak je časoprostorová struktura organismu zakódována v chromozomech, nelze vyřešit na základě znalosti nukleotidové sekvence. Sovětští vědci A.A. Ljubiščev a A.G. Gurvich ve 20. a 30. letech vyslovil myšlenku, že považovat geny za čistě materiální struktury je zjevně nedostatečné pro teoretický popis fenoménu života.

A.A. Ljubiščev ve své práci „O povaze dědičných faktorů“, publikované v roce 1925, napsal, že geny nejsou ani kousky chromozomu, ani molekuly autokatalytických enzymů, ani radikály, ani fyzikální struktura. Věřil, že gen by měl být rozpoznán jako potenciální látka. Lepší pochopení myšlenek A.A. Lyubishchev je podporován analogií genetické molekuly s hudební notací. Hudební notace sama o sobě je hmotná a představuje ikony na papíře, ale tyto ikony nejsou realizovány v hmotné podobě, ale ve zvucích, což jsou akustické vlny.

Při rozvíjení těchto myšlenek A.G. Gurvich tvrdil, že v genetice „je nutné zavést koncept biologického pole, jehož vlastnosti jsou formálně vypůjčeny z fyzikálních konceptů“1. Hlavní myšlenkou A.G. Gurvich spočíval v tom, že vývoj embrya probíhá podle předem stanoveného programu a nabývá forem, které již v jeho oboru existují. Jako první vysvětlil chování složek vyvíjejícího se organismu jako celku na základě oborových pojmů. Právě v terénu jsou obsaženy formy přijaté zárodkem během vývoje. Gurvich nazval virtuální formu, která v každém okamžiku určuje výsledek vývojového procesu, dynamicky předtvarovanou formou a vnesl tak do původní formulace oboru prvek teleologie. Po rozvinutí teorie buněčného pole rozšířil myšlenku pole jako principu, který reguluje a koordinuje embryonální proces, také na fungování organismů. Po zdůvodnění obecné myšlenky oboru ji Gurvich formuloval jako univerzální princip biologie. Objevil biofotonické záření z buněk.

Nápady ruských biologů A.A. Ljubiščev a A.G. Gurvich jsou gigantický intelektuální výkon, který předběhl dobu. Podstata jejich myšlenek je obsažena v triádě:

Geny jsou dualistické – jsou substancí i polem zároveň.

Prvky pole chromozomů vymezují prostor – čas organismu – a tím řídí vývoj biosystémů.

Geny mají esteticko-imaginativní a řeč regulační funkce.

Tyto myšlenky zůstaly podceňovány, dokud se neobjevila díla V.P. Kaznacheev v 60. letech 20. století, ve kterém byly experimentálně potvrzeny předpovědi vědců o přítomnosti terénních forem přenosu informací v živých organismech. Vědecký směr v biologii reprezentovaný školou V.P. Kaznacheev, vznikl jako výsledek četných zásadních studií o takzvaném zrcadlovém cytopatickém efektu, vyjádřeném ve skutečnosti, že živé buňky oddělené křemenným sklem, které nepropouští jedinou molekulu látky, si přesto vyměňují informace. Po práci V.P. Kaznacheeva, o existenci kanálu znaménkových vln mezi buňkami biosystémů už nebylo pochyb.

Současně s pokusy V.P. Kaznacheev, čínský výzkumník Jiang Kanzhen provedl řadu supergenetických experimentů, které odrážely předvídavost A.L. Ljubiščev a A.G. Gurvich. Rozdíl mezi prací Jiang Kanzhena je v tom, že neprováděl experimenty na buněčné úrovni, ale na úrovni organismu. Vycházel z toho, že DNA - genetický materiál - existuje ve dvou formách: pasivní (ve formě DNA) a aktivní (ve formě elektromagnetického pole). První forma uchovává genetický kód a zajišťuje stabilitu těla, zatímco druhá je schopna jej měnit ovlivněním bioelektrickými signály. Čínský vědec navrhl zařízení, které bylo schopno číst, přenášet na dálku a zavádět vlnové supergenetické signály z dárcovského biosystému do akceptorového organismu. V důsledku toho vyvinul nepředstavitelné hybridy, „zakázané“ oficiální genetikou, která funguje pouze na základě skutečných genů. Tak se zrodily zvířecí a rostlinné chiméry: slepice-kachny; kukuřice, z jejíchž klasů vyrostly pšeničné klasy atd.

Vynikající experimentátor Jiang Kanzheng intuitivně rozuměl některým aspektům experimentální vlnové genetiky, kterou skutečně vytvořil, a věřil, že nositeli genetické informace pole jsou ultravysokofrekvenční elektromagnetické záření používané v jeho zařízení, ale nemohl poskytnout teoretické odůvodnění.

Po experimentální práci V.P. Kaznacheev a Jiang Kanzhen, které nebylo možné vysvětlit z hlediska tradiční genetiky, existovala naléhavá potřeba teoretického rozvoje modelu vlnového genomu ve fyzikálním, matematickém a teoretickém biologickém pochopení práce chromozomu DNA v terénu. a rozměry materiálu.

První pokusy o vyřešení tohoto problému učinili ruští vědci P.P. Garjajev, A.A. Berezin a A.A. Vasiliev, který stanovil tyto úkoly:

ukázat možnost dualistické interpretace práce buněčného genomu na úrovni hmoty a pole v rámci fyzikálních a matematických modelů;

ukázat možnost normálních a „anomálních“ způsobů fungování buněčného genomu pomocí fantomových vlnových obrazových matic;

*najít experimentální důkaz o správnosti navrhované teorie.

V rámci jimi vyvinuté teorie zvané vlnová genetika bylo předloženo, podloženo a experimentálně potvrzeno několik základních principů, které významně rozšířily chápání fenoménu života a procesů probíhajících v živé hmotě.

*Geny nejsou jen materiální struktury, ale i ty vlnové
matrice, podle kterých se jakoby podle šablon staví tělo.

Vzájemný přenos informací mezi buňkami, který napomáhá utváření těla jako uceleného systému a správného koordinovaného fungování všech tělesných systémů, neprobíhá pouze chemicky – prostřednictvím syntézy různých enzymů a dalších „signálních“ látek. P.P. Garjajev navrhl a následně experimentálně prokázal, že buňky, jejich chromozomy, DNA, proteiny přenášejí informace pomocí fyzikálních polí – elektromagnetických a akustických vln a trojrozměrných hologramů, čtených laserovým chromozomálním světlem a vyzařováním tohoto světla, které se přeměňuje na rádiové vlny a přenáší dědičné informace v prostoru těla. Genom vyšších organismů je považován za bioholografický počítač, který tvoří časoprostorovou strukturu biosystémů. Nosičem polních matric, na kterých je organismus postaven, jsou vlnoplochy nastavené genogologramy a tzv. DNA solitony - speciální typ akustických a elektromagnetických polí produkovaných genetickým aparátem samotného organismu a schopných zprostředkovatelských funkcí při výměně strategických regulačních informací mezi buňkami, tkáněmi a orgány biosystému.

Ve vlnové genetice se potvrdily představy Gurviče - Ljubiščeva - Kaznačeeva - Jiang Kanzhena o terénní úrovni genové informace. Jinými slovy, dualismus kombinování jednoty „vlna – částice“ nebo „hmota – pole“, akceptovaný v kvantové elektrodynamice, se ukázal být použitelný v biologii, kterou svého času předpověděl AG. Gurvich a AA. Ljubiščev. Gen-substance a gen-field se navzájem nevylučují, ale doplňují.

Živá hmota se skládá z neživých atomů a elementárních částic, které kombinují základní vlastnosti vln a částic, ale tytéž vlastnosti využívají biosystémy jako základ pro výměnu energie vln a informací. Jinými slovy, genetické molekuly vyzařují informačně-energetické pole, ve kterém je zakódován celý organismus, jeho fyzické tělo a duše.

*Geny nejsou jen to, co tvoří takzvanou genetiku
ical kód, ale také všechno ostatní, většina DNA, která bývala
byl považován za nesmyslný.

Ale právě tato velká část chromozomů je analyzována v rámci vlnové genetiky jako hlavní „inteligentní“ struktura všech buněk těla: „Nekódující oblasti DNA nejsou jen odpadky, ale struktury určené pro některé účel s nejasným účelem.. nekódující sekvence DNA (což je 95-99% genomu) jsou strategickým informačním obsahem chromozomů... Evolucí biosystémů vznikly genetické texty a genom - biopočítač - biopočítač jako kvaziinteligentní „subjekt“, na své úrovni „čtení a porozumění » těmto „textům“1. Tato složka genomu, která se nazývá supergeno-kontinuum, tzn. supergen, zajišťuje vývoj a život lidí, zvířat, rostlin a také programuje přirozené umírání. Mezi geny a supergeny není žádná ostrá a nepřekročitelná hranice, působí jako jeden celek. Geny poskytují materiální „repliky“ ve formě RNA a proteinů a supergeny transformují vnitřní a vnější pole a vytvářejí z nich vlnové struktury, ve kterých je zakódována informace. Genetická shoda lidí, zvířat, rostlin a prvoků spočívá v tom, že na úrovni proteinů jsou tyto varianty u všech organismů prakticky stejné nebo mírně odlišné a jsou kódovány geny, které tvoří jen několik procent celkové délky chromozomu. Liší se však na úrovni „odpadové části“ chromozomů, která tvoří téměř celou jejich délku.

*Vlastní informace chromozomů pro vývoj nestačí
tělo. Chromozomy jsou v určité dimenzi fyzicky obráceny
Čínské vakuum, které poskytuje hlavní část informací pro rozvoj em
Briona. Genetický aparát je schopen sám o sobě a pomocí vakua
generovat příkazové vlnové struktury, jako jsou hologramy, poskytující
ovlivňující vývoj organismu.

Významná pro hlubší pochopení života jako kosmo-planetárního jevu byla experimentální data získaná P.P. Garyaev, který prokázal nedostatečnost buněčného genomu plně reprodukovat program vývoje organismu v podmínkách izolace informací v biopole. Pokus spočíval ve vybudování dvou komor, v každé z nich byly vytvořeny všechny přirozené podmínky pro vývoj pulců z žabích vajíček – potřebné složení vzduchu a vody, teplota, světelné podmínky, jezírkový bahno atp. Rozdíly byly pouze v tom, že jedna komora byla vyrobena z perma-loy, materiálu, který nepropouští elektromagnetické vlny, a druhá byla vyrobena z obyčejného kovu, který vlny neruší. Do každé komory bylo umístěno stejné množství oplodněných žabích vajíček. V důsledku experimentu se v první komoře objevili všichni podivíni, kteří po pár dnech uhynuli, ve druhé komoře se v pravý čas vylíhli a normálně se vyvíjeli pulci, kteří se později změnili v žáby.

Je jasné, že pro normální vývoj pulců v první komoře jim chyběl nějaký faktor, který nesl chybějící část dědičné informace, bez níž by se organismus nedal „sestavit“ celý. A protože stěny první komory odřízly pulce pouze od záření, které volně proniklo do druhé komory, je přirozené předpokládat, že filtrace nebo zkreslení přirozeného informačního pozadí způsobuje deformaci a smrt embryí. To znamená, že komunikace genetických struktur s vnějším informačním polem je jistě nezbytná pro harmonický vývoj organismu. Vnější (exobiologické) signály pole přenášejí další a možná hlavní informace do kontinua genů Země.

* Texty DNA a hologramy chromozomálního kontinua lze číst ve vícerozměrných časoprostorových a sémantických verzích. Existují vlnové jazyky buněčného genomu, podobné těm lidským.

Ve vlnové genetice si zvláštní pozornost zaslouží zdůvodnění jednoty fraktální (opakující se na různých měřítcích) struktury sekvencí DNA a lidské řeči. Skutečnost, že čtyři písmena genetické abecedy (adenin, guanin, cytosin, thymin) v textech DNA tvoří fraktální struktury, byla objevena již v roce 1990 a nevyvolala žádnou zvláštní reakci. Objev genově podobných fraktálních struktur v lidské řeči však byl překvapením pro genetiky i lingvisty. Ukázalo se, že přijímané a již známé srovnávání DNA s texty, které mělo po objevení jednoty fraktální struktury a lidské řeči metaforickou povahu, je zcela oprávněné.

Spolu s pracovníky Matematického ústavu Ruské akademie věd se skupina P.P. Garyaeva vyvinul teorii fraktální reprezentace přirozených (lidských) a genetických jazyků. Praktické testování této teorie v oblasti „řečových“ charakteristik DNA ukázalo strategicky správnou orientaci výzkumu.

Stejně jako v experimentech Jiang Kanzhena, skupina P.P. Garyaeva, byl získán efekt translace a zavedení vlnové supergenetické informace od dárce k akceptorovi. Vznikla zařízení - generátory solitonových polí, do kterých bylo možné zadávat řečové algoritmy např. v ruštině nebo angličtině. Takové řečové struktury se proměnily v solitonová modulovaná pole – analoga těch, které buňky provozují v procesu vlnové komunikace. Tělo a jeho genetický aparát „rozpoznají“ takové „vlnové fráze“ jako své vlastní a jednají v souladu s řečovými doporučeními, které člověk zavede zvenčí. Bylo možné například vytvořením určitých řečových a verbálních algoritmů obnovit radiací poškozená semena pšenice a ječmene. Semena rostlin navíc „rozuměla“ této řeči, bez ohledu na to, jakým jazykem byla mluvena - rusky, německy nebo anglicky. Experimenty byly prováděny na desítkách tisíc buněk.

Aby se ověřila účinnost programů vln stimulujících růst v kontrolních experimentech, byly do rostlinného genomu prostřednictvím generátorů vneseny nesmyslné řečové pseudokódy, které neměly žádný vliv na metabolismus rostlin, zatímco smysluplný vstup do sémantických vrstev biopole rostlinného genomu poskytl efekt prudké, ale krátkodobé zrychlení růstu.

Rozpoznávání lidské řeči rostlinnými genomy (bez ohledu na jazyk) je plně v souladu s postojem lingvistické genetiky o existenci prajazyka genomu biosystémů v raných fázích jejich evoluce, společného všem organismům a zachovaného v obecná struktura genofondu Země. Zde je vidět korespondence s myšlenkami klasika strukturální lingvistiky N. Chomského, který věřil, že všechny přirozené jazyky mají hlubokou vrozenou univerzální gramatiku, neměnnou pro všechny lidi a pravděpodobně i pro jejich vlastní supergenetické struktury.

Závěr

Zásadně nové body ve studiu mikrosvěta byly:

· Každá elementární částice má jak korpuskulární, tak vlnové vlastnosti.

· Hmota se může změnit v záření (anihilací částice a antičástice vzniká foton, tedy kvantum světla).

· Umístění a hybnost elementární částice můžete předpovědět jen s určitou pravděpodobností.

· Zařízení, které studuje realitu, ji ovlivňuje.

· Přesné měření je možné pouze při emitování proudu částic, nikoli však jedné částice.

Bibliografie

1. P.P. Goryaev, „Vlnový genetický kód“, M., 1997.

2. G. Idlis, „Revoluce v astronomii, fyzice a kosmologii“, M., 1985.

3. A.A. Gorelov. Kurz přednášek „Koncepce moderních přírodních věd“,

4. Moskva „Centrum“ 2001

5. V.I. Lavriněnko, V.P. Ratnikov, „Koncepce moderní přírodní vědy“, M., 2000.

6. Pojmy moderních přírodních věd: Učebnice pro vysoké školy / Ed. prof. V.N. Lavriněnko, prof. V.P. Ratnikovová. -- 3. vyd., přepracováno. a doplňkové -- M.: UNITY-DANA, 2006.

Publikováno na Allbest.ru

Podobné dokumenty

Teorie atomově-molekulární struktury světa. Objekty mikrosvěta: elektron, fundamentální částice, fermiony, leptony, hadrony, atom, atomové jádro a molekula. Vývoj kvantové mechaniky a jevů mikrosvěta. Pojmy mikrosvěta a kvantové mechaniky.

abstrakt, přidáno 26.07.2010


Vznik neklasických pojmů ve fyzice. Vlnová povaha elektronu. Davissonův a Germerův (1927) experiment. Vlastnosti kvantově mechanického popisu mikrosvěta. Heisenbergova maticová mechanika. Elektronová struktura atomů a molekul.

prezentace, přidáno 22.10.2013


Historie zrodu kvantové teorie. Objev Comptonova efektu. Obsah pojmů Rutherforda a Bohra ohledně struktury atomu. Základní principy Broglieho vlnové teorie a Heisenbergova principu neurčitosti. Dualita vlna-částice.

abstrakt, přidáno 25.10.2010


Fyzikální pojmy starověku a středověku. Vývoj fyziky v moderní době. Přechod od klasických k relativistickým konceptům ve fyzice. Koncept vzniku řádu z chaosu Empedoklem a Anaxagorem. Moderní fyzika makro- a mikrosvěta.

abstrakt, přidáno 27.12.2016


Historie vývoje kvantové teorie. Kvantové pole obraz světa. Základní principy kvantově mechanického popisu. Princip pozorovatelnosti, jasnost kvantově mechanických jevů. Vztah nejistoty. N. Bohrův princip komplementarity.

abstrakt, přidáno 22.06.2013


Tepelné záření, Planckova kvantová hypotéza. Kvantové vlastnosti elektromagnetického záření. Einsteinův vzorec pro fotoelektrický jev. Částicově vlnový dualismus hmoty. Heisenbergovy vztahy neurčitosti. Stacionární Schrödingerova rovnice.

tutoriál, přidáno 05.06.2013


Hlavní představitelé fyziky. Základní fyzikální zákony a pojmy. Pojmy klasické přírodní vědy. Atomistické pojetí struktury hmoty. Utváření mechanického obrazu světa. Vliv fyziky na medicínu.

abstrakt, přidáno 27.05.2003


Fyzikální význam de Broglieho vln. Heisenbergův vztah neurčitosti. Dualita částicově vlnových vlastností částic. Podmínka pro normalizaci vlnové funkce. Schrödingerova rovnice jako základní rovnice nerelativistické kvantové mechaniky.

prezentace, přidáno 14.03.2016


Principy neklasické fyziky. Moderní představy o hmotě, prostoru a čase. Základní myšlenky a principy kvantové fyziky. Moderní představy o elementárních částicích. Struktura mikrosvěta. Základní fyzikální interakce.

abstrakt, přidáno 30.10.2007


Určení těžiště molekuly a popis Schrödingerovy rovnice pro kompletní vlnovou funkci molekuly. Výpočet energie molekuly a sestavení rovnice pro vibrační část molekulární vlnové funkce. Pohyb elektronů a molekulová spektroskopie.