Весь мир вокруг, начиная с самых глубин земли и до космического пространства, состоит из бесчисленного количества объектов, каждый из которых материален. Ученые считают, что материю невозможно уничтожить или сотворить, она бесконечна и вечна. Движение является одним из качеств, неотъемлемо сопутствующих материи. Это не только пространственное перемещение самих тел, но также и изменение их состояний, свойств и так далее.
Материя и ее системы
Пространство и время считаются формой бытия для материи. Одним из первостепенных ее свойств является возможность отражаться в сознании людей.
В науке сегодня различают следующие уровни материи и ее системы:
- элементарные частицы;
- атомы;
- молекулы;
- поля;
- тела макроскопические;
- геологические системы;
- планеты;
- звезды;
- галактики;
- системы галактик;
- вселенные;
- системы вселенных.
Все материальные системы состоят из живых веществ, то есть различных организмов, которые, в отличие от других, способны размножаться. Своего рода строительным элементом для материи являются элементарные частицы. Это может быть мельчайшая электрически нейтральная частица химического элемента, которая имеет тот или иной заряд.
Элементарные частицы
Всего элементарных частиц, которых открыто в настоящее время, насчитывается до трехсот. Если частица имеет заряд, то должна существовать и античастица. Исключение составляет мельчайшая электрически нейтральная частица химического элемента.
Все они подразделяются на:
- адроны, которые участвуют во всех взаимодействиях, они делятся на барионы (гипероны и нуклоны) и мезоны;
- лептоны участвуют во всех взаимодействиях, за исключением сильного (среди которых встречаются электроны, мюоны и нейтрино).
И только фотоны не принадлежат ни одной из названных групп.
Деление производится, основываясь на фундаментальных взаимодействиях, которые бывают сильными или слабыми, электромагнитными, гравитационными. Сильное взаимодействие гораздо больше электромагнитного (в сто раз). Влияние оказывается на сверхмалом расстоянии — 10ˉ¹⁵ метров. Конечно, слабое гораздо меньше электромагнитного, зато превышает гравитационное во много раз.
Структура и устойчивость свойств
Четких разграничений, которые имеет мельчайшая электрически нейтральная частица химического элемента и другие элементарные частицы, нет. К примеру, известно, что они имеют сложную структуру, куда входят так называемые кварки.
Если рассмотреть свойства по времени, то частицы проявляют их стабильно или нестабильно. Среди первых выделяются фотоны, мюонное и электронное нейтрино, протоны с электронами и своими античастицами. Другие элементарные частицы могут распадаться в период с 10³ для нейтронов, находящихся в свободном состоянии, до 10ˉ²²-10ˉ²⁴ для тех частиц, которые называются резонансами.
Электроны, протоны и нейтроны
Элементарные частицы, которые входят в состав физических объектов, называются электронами, протонами и нейтронами.
Первые имеют стабильный отрицательный заряд и массу 9*10ˉ³¹ килограммов. Они являются лептонами, так как участвуют во всех взаимодействиях, кроме сильных. Протоны также имеют стабильные свойства, однако их масса превышает электронную в 1836 раз. Это барион из ядра легкого изотопа водородного атома. Нейтроны, как ясно из названия, - это нейтральные частицы с массой выше протонной. Это также барионы. Они нестабильны и имеют продолжительность жизни до шестнадцати минут. Протоны и нейтроны образуют ядра атомов.
Состав атома
Мельчайшая электрически нейтральная частица химического элемента называется атомом. В его центре расположено ядро, которое имеет почти всю массу. Ядро заряжено положительно, так как имеет в своем составе только протоны и нейтроны. Количество протонов можно определить по номеру элемента и таблице Менделеева: их число совпадает с порядковым номером.
Вокруг ядра движутся электроны, число которых такое же, как и у протонов. Мельчайшая электрически нейтральная частица способна отдавать электроны или, наоборот, присоединять их. В зависимости от этого атом приобретает отрицательный или положительный заряд. Химические свойства проявляются в зависимости от числа электронов, которые могут быть расположены от ядра на разном расстоянии и двигаться по различным орбитам, с разными скоростями, энергиями.
Электрическая нейтральная элементарная частица не может быть выражена графически. Физики сегодня представляют себе атом в виде тяжелого ядра с электронным сплошным облаком вокруг. Невозможно определить расположение электронов, так как не существует соответствующего оборудования, а также из-за того, что они проявляют одновременно и волновые свойства.
Благодаря квантовой механике было доказано, что каждая электрическая нейтральная элементарная частица может иметь до нескольких групп электронов, которые создают электронные сферические оболочки, максимальное число которых семь.
Переходя на более глубокий уровень, электрон излучает квант — фотон. Каждый электрон, помимо прочего, вращается по своей оси. Свойство получило название «спин». Считается, что эта скорость является постоянной, ее нельзя каким-либо образом изменить.
Совокупность атомов
Как строится электрически нейтральная частица, изучается при помощи спектра. Атом испускает или поглощает световые линии. Это становится возможным благодаря энергии, которая принимает дискретные, соответствующие атомным состояниям значения и изменяется на квантовых переходах.
Множество атомов, обладающих одним зарядом, становятся химическим элементом. Сегодня их известно 107, причем 19 было получено первоначально искусственным путем и лишь потом открыто в природе.
Ядра, имеющие тяжелую массу, являются неустойчивыми, поэтому америций и следующие химические элементы получают лишь в ядерных реакциях.
Когда одна электрически нейтральная частица химического элемента соединяется с другой (число атомов может насчитывать при этом до двух тысяч), образуется молекула, которая представляет собой мельчайшую частицу вещества со всеми своими химическими свойствами. Но это уже тема другой статьи.
