avs4
Мыслитель
(6789)
5 лет назад
Вещества как объект изучения химии и некоторых разделов физики состоят из молекул и атомов, некоторым образом взаимодействующих между собой. Именно в атоме или в молекуле заключены его минимальные свойства. Естественно, свойства отдельной молекулы всё же не совпадают со свойствами вещества, образованного множеством молекул, если под веществом понимать какие-то конкретные его материальные реализации. Если взять, например, какую-то твёрдую частицу, образованную из относительно малого числа молекул одного сорта, то свойства этой частицы будут довольно сильно зависеть как минимум от числа молекул, её образующих (особые свойства наночастиц). Кроме того, естественно имеет значение то, как именно взаимодействуют молекулы между собой, какую они кристаллическую решётку образуют, какие дефекты и в каком количестве имеются в этой решётке. Иллюстрацией таких зависимостей могут служить атомы углерода и очень различающиеся по своим свойствам структуры, из них получающиеся: графит, алмаз, графен, нанотрубки, фуллерены, ..Естественно свойства вещества зависят и от внешних условий: температура, давление, наличие каких-то полей и т. д.
Далее при переходе к рассмотрению отдельных молекул и атомов начинает иметь сильное значение структура атомов, наличие в них ядер и электронов, опять же, определённым образом взаимодействующих между собой. Даже атом одного химического элемента может обладать несколько разными свойствами в зависимости от того, в каком состоянии он находится. Эти свойства отражаются, естественно, и на свойствах всего вещества, содержащего эти атомы.
В случае радиоактивных изотопов либо при переходе к изучению более тонких свойств атомов начинает иметь большое значение уже не только состав атомов, но и строение и свойства их ядер, которые также могут пребывать в разных состояниях, а кроме того, ещё и распадаться или, наоборот, соединяться, излучая или поглощая при этом ещё и другие частицы, ядрами не являющиеся.
На свойства атомов могло бы влиять и "строение" электронов, но измерения пока никакого такого влияния не обнаруживают и вообще, в принципе, не выявляют каких-то частиц, находящихся "внутри" электрона, чего нельзя сказать о ядрах, которые состоят из протонов и нейтронов, и о самих протонах и нейтронах, состоящих из кварков. Тут следует отметить, что сами по себе протоны и нейтроны ядро не образовывали бы, если бы они не взаимодействовали между собой. А всякое взаимодействие (наличие некоторого поля) в представлениях современной физики имеет частицы (кванты поля), которыми оно переносится. Так, например, переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны, переносчиками сильного взаимодействия, скрепляющего кварки в протоне и нейтроне, являются глюоны. Ядерные силы, удерживающие протоны и нейтроны в ядре, связаны с сильным взаимодействием, но непосредственными его переносчиками являются составные частицы - пионы.
Таким образом, ясно, что не все частицы имеют какую-то определяемую с помощью экспериментов "структуру". Бесструктурные (по известным на текущий момент данным) частицы называются элементарными или фундаментальными. К ним относятся в том числе электрон и фотон, кварки и глюоны. Но можно ли сказать, что это и есть те мельчайшие неделимые крупицы (пазлы, "кубики лего"), из которых всё состоит?... Это не совсем так хотя бы из-за того, что все эти крупицы связаны между собой. Так, например, при столкновении электрона и позитрона (антиэлектрона) получаются фотоны (реакция аннигиляции). То есть из одних крупиц можно получить другие. Значит, должны быть какие-то более элементарные структурные элементы всего существующего в мире (вещества, полей, всего пространства в целом...). Струны это, браны или что-то ещё? Существует ли вообще теория всего? В том числе этими вопросами как раз и занимается современная физика.