Строение вещества

Вещество – одна из двух форм проявления материи (вторая – поля). И несмотря на то, что ученые вплоть до конца девятнадцатого века работали только с веществами, первые теории о его строении были предложены только в двадцатом столетии.

Атомистическая гипотеза

Еще в Древней Греции философами Левкиппом и Демокритом было введено понятие атомов – неких фундаментальных мельчайших блоков, слагающих материю. В эпоху паровых двигателей и становления термодинамики к этой концепции вернулись. Дальтон, Ломоносов, Лавуазье и прочие великие умы внесли вклад в формирование атомистической гипотезы, которая, тем не менее, так и не объяснила, какова структура вещества.

Считалось, что атомы – это некие неделимые частицы (корпускулы), находящиеся в постоянном движении, и из них слагалась вся материя. Такой подход позволил решить назревшие проблемы и создать новые технологии, но не более.

Век расширения

Первоначальные сведения о строении вещества были получены только на рубеже 19-го и 20-го веков в опытах Томсона и Резерфорда. Стало ясно, что атомы – не неделимы, а состоят из ядер и электронов. При этом именно Резерфорд предложил модель атома, наиболее близкую современным представлениям.

Пудинговая модель атома Томсона

Рис. 1. Пудинговая модель атома Томсона.

Она называлась планетарной. В ней атом представлялся как некое массивное и маленькое ядро, на расстоянии от которого вращались электроны. Парадокс заключался в том, что в рамках классической физики эта модель была невозможной. Всё очень просто: вращающаяся частица должна испускать энергию, а значит терять скорость и со временем упасть на ядро. Но факты говорили об обратном: атом – достаточно устойчивая структура.

Планетарная модель атома Резерфорда

Рис. 2. Планетарная модель атома Резерфорда.

Ясность и одновременное туманность внесла квантовая теория. Орбиты превратились в стационарные облака распределения вероятности нахождения электрона. Переход между облаками стал дискретным процессом, для которого необходима определенная порция энергии. Это было начало 20-го века. Период, когда заговорили о дуализме материи. Ведь вся туманность квантовой теории именно в этом: всякая частица может проявлять себя как волна. Это иллюстрируется экспериментом на двух щелях. Если пучок электронов направить на две щели, то на экране выведется привычная интерференционная картина. Но если электроны фиксировать в самих щелях, то не будет интерференции. Электрон окажется либо в одной щели, либо в другой.

Двухщелевой эксперимент для электрона

Рис. 3. Двухщелевой эксперимент для электрона.

С тех пор строение вещества изучили достаточно подробно. Была создана Стандартная модель, в которой физики описали найденные элементарные частицы, описали виды всех возможных в природе взаимодействий и обозначили проблемы, которые еще предстоит решить. Существуют и альтернативные теории. Например, теория суперструн, которая математическими формулами описывает некие колеблющиеся струны, из которых на самом деле состоит материя. Но пока – это теории, не подтвержденные экспериментами.

Что мы узнали?

В ходе урока были рассмотрен важный фундаментальный вопрос о строении вещества. В силу того, что тема эта сложна, она была поведана в форме рассказа, без привлечения математических выражений. Более подробно строение вещества будет изучаться в университетском курсе современной физики.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.7. Всего получено оценок: 100.

Предметы