Як відомо, все матеріальне у Всесвіті складається з атомів. Атом - це найдрібніша одиниця матерії, яка несе в собі її властивості. У свою чергу, структура атома складається з чарівного триєдності мікрочастинок: протонів, нейтронів і електронів.
При цьому кожна з мікрочастинок універсальна. Тобто, годі й шукати на світлі двох різних протонів, нейтронів або електронів. Всі вони абсолютно один на одного схожі. І властивості атома будуть залежати тільки від кількісного складу цих мікрочастинок в загальну будову атома.
Наприклад, структура атома водню складається з одного протона і одного електрона. Наступний за складністю, атом гелію складається з двох протонів, двох нейтронів і двох електронів. Атом літію - з трьох протонів, чотирьох нейтронів і трьох електронів і т. Д.
Атоми з'єднуються в молекули, а молекули - в речовини, мінерали і організми. Молекула ДНК, що є основою всього живого - структура, зібрана з тих же трьох чарівних цеглинок світобудови, що і камінь, що лежить на дорозі. Хоча ця структура і набагато складніша.
Ще більш дивні факти відкриваються тоді, коли ми намагаємося ближче розглянути пропорції і будова атомної системи. Відомо, що атом складається з ядра і електронів, що рухаються навколо нього по траєкторії, яка описує сферу. Тобто це навіть не можна назвати рухом в звичайному розумінні цього слова. Електрон швидше знаходиться скрізь і відразу в межах цієї сфери, створюючи навколо ядра електронну хмару і формуючи електромагнітне поле.
Ядро атома складається з протонів і нейтронів, і в ньому зосереджена майже вся маса системи. Але при цьому, саме ядро настільки мало, що якщо збільшити його радіус до масштабу в 1 см, то радіус всієї структури атома досягне сотні метрів. Таким чином, все, що ми сприймаємо як щільну матерію, більш ніж на 99% складається з одних тільки енергетичних зв'язків між фізичними частками і менш ніж 1% - з самих фізичних форм.
Але що представляють собою ці фізичні форми? З чого вони складаються, і наскільки вони матеріальні? Щоб відповісти на ці питання, давайте докладніше розглянемо структури протонів, нейтронів і електронів. Отже, ми спускаємося ще на одну сходинку в глибини мікросвіту - на рівень субатомних частинок.
З чого складається електрон
Найменша частка атома - електрон. Електрон має масу, але при цьому не володіє об'ємом. У науковому поданні електрон ні з чого не перебуває, а являє собою безструктурну точку.
Під мікроскопом електрон неможливо побачити. Він спостерігаємо тільки у вигляді електронної хмари, яке виглядає як розмита сфера навколо атомного ядра. При цьому з точністю, де знаходиться електрон в момент часу, неможливо сказати. Прилади ж здатні відобразити не саму частку, а тільки лише її енергетичний слід. Суть електрони не вкладається в уявлення про матерію. Він скоріше подібний якоїсь порожньої формі, яка існує тільки в русі і за рахунок руху.
Ніякої структури в електроні до сих пір не було виявлено. Він є такий же точкової часткою, як і квант енергії. Фактично, електрон - і є енергія, однак, це більш стійка її форма, ніж та, яка представлена фотонами світла.
На даний момент електрон вважають неподільним. Це зрозуміло, адже неможливо розділити те, що не має об'єму. Однак в теорії вже є напрацювання, згідно з якими в складі електрона лежить триєдність таких квазічастинок як:
- Орбітон - містить інформацію про орбітальному положенні електрона;
- Спиноне - відповідальний за спин або обертальний момент;
- Холон - несе інформацію про заряд електрона.
Втім, як бачимо, квазічастинки з матерією вже не мають абсолютно нічого спільного, і несуть в собі одну тільки інформацію.
Цікаво, що електрон може поглинати кванти енергії, наприклад, світла або тепла. У цьому випадку атом переходить на новий енергетичний рівень, а кордони електронного хмари розширюються. Буває і таке, що енергія, що поглинається електроном настільки велика, що він може вискочити з системи атома, і далі продовжити свій рух як незалежна частка. При цьому він веде себе подібно фотону світла, тобто, він нібито перестає бути частинкою і починає проявляти властивості хвилі. Це було доведено в експерименті.
експеримент Юнга
В ході експерименту на екран з двома прорізаними в ньому щілинами був спрямований потік електронів. Проходячи через ці прорізи, електрони стикалися з поверхнею ще одного - проекційного - екрану, залишаючи на ньому свій слід. В результаті такої «бомбардування» електронами на проекційному екрані з'являлася інтерференційна картина, подібна до тієї, яка з'явилася б, якби через два прорізи проходили б хвилі, але не частки.
Такий малюнок виникає через те, що хвиля, проходячи між двох щілин, ділиться на дві хвилі. В результаті подальшого руху хвилі накладаються один на одного, і на деяких ділянках відбувається їх взаємне гасіння. В результаті ми отримуємо багато смуг на проекційному екрані, замість однієї, як це було б, якби електрон поводився як частка.
Структура ядра атома: протони і нейтрони
Протони і нейтрони становлять ядро атома. І до того ж, що в загальному обсязі ядро займає менше 1%, саме в цій структурі зосереджена майже вся маса системи. А ось на рахунок структури протонів і нейтронів фізики розділилися в думках, і на даний момент існує відразу дві теорії.
Стандартна модель говорить про те, що протони і нейтрони складаються з трьох кварків, з'єднаних між собою хмарою глюонів. Кварки є точковими частинками, так само, як кванти і електрони. А глюони - це віртуальні частинки, що забезпечують взаємодію кварків. Однак в природі так і не було знайдено ні кварків, ні глюонів, тому ця модель піддається жорстокій критиці.
А ось з альтернативної теорії єдиного поля, розробленої Ейнштейном, протон, як і нейтрон, як і будь-який інша частка фізичного світу, являє собою обертається зі швидкістю світла електромагнітне поле.
Які ж принципи будови атома?
Все в світі - тонке і щільне, рідке, тверде й газоподібне - це лише енергетичні стану незліченних полів, які пронизують простір Всесвіту. Чим вище рівень енергії в поле, тим воно тонше і невловимим. Чим нижче енергетичний рівень, тим воно більш стійке і відчутне. У структурі атома, як і в структурі будь-який інший одиниці Всесвіту, лежить взаємодія таких полів - різних за енергетичної щільності. Виходить, основа всього - енергія. а матерія - лише ілюзія розуму.