מהו אלקטרון? המסה והמטען של אלקטרון

אלקטרונים - חלקיק יסודי, אחד מאותם כי הם היחידות המבניות של עניין. על פי הסיווג הוא פרמיונים (חלקיק עם ספין חצי אינטגרלי, על שמו הפיזיקאי אנריקו פרמי) ולפטונים (חלקיקים בעלי ספין חצי שלם, לא משתתף באינטראקציה החזקה, אחד מהארבעה הגדולים בפיסיקה). מספר באריוני של האלקטרון הוא אפס, כמו גם לפטונים אחרים.

עד לאחרונה סברו כי האלקטרון - אלמנטרית, כי היא בלתי ניתנת לחלוקה, שאין לו מבנה של חלקיק, אבל יש מדענים היום דעה שונה. מהו האלקטרון על המצגת של הפיזיקה המודרנית?

היסטוריה של השם

אפילו טבע יוון עתיק הבחין כי ענבר, טרום שפשף עם פרווה, מושך חפצים קטנים, כלומר מפגין תכונות אלקטרומגנטיות. השם של האלקטרון שהתקבל ἤλεκτρον היווני, שפירושו "ענבר". המונח הציע ג'ורג. Stoney ב 1894, אם כי החלקיק התגלה על ידי J .. תומפסון ב 1897. זה היה קשה למצוא את הסיבה לכך היא המסה הקטנה מטען האלקטרון הפכה למצוא חוויה מכרעת. התמונות הראשונות של חלקיקים היה צ'רלס וילסון עם מצלמה מיוחדת, אשר משמש גם בניסויים מודרניים נקרא לכבודו.

עובדה מעניינת היא כי אחד התנאים לפתיחת אלקטרון היא אמירה של בנג'מין פרנקלין. בשנת 1749 הוא פתח את השערת חשמל - חומר חומר. זהו ביצירותיו שמשו ראשונות במונחים כגון מטענים חיוביים ושליליים, פריקה של קבל, סוללה וחלקיקי חשמל. האישום הספציפי של האלקטרון נחשב שלילי, ואת הפרוטון - חיובי.

הגילוי של האלקטרון

בשנת 1846, את הקונספט של "אטום של חשמל" שימש ביצירותיו, הפיזיקאי הגרמני וילהלם ובר. Maykl Faradey גילה את המונח "יון", שהינה החברה, אולי, יודע כל עוד בבית הספר. שאלת האופי חשמל מעורבים חוקרים בולטים רבים כגון פיזיקאי ומתמטיקאי גרמני יוליוס Plucker, זאן Perren, הפיזיקאי אנגלית Uilyam Kruks, ארנסט רתרפורד ואחרים.

לכן, לפני Dzhozef Tompson השלימה בהצלחת הניסוי המפורסם שלו הוכיחה את קיומו של חלקיק קטן יותר אטום, בעבודת השדה של מדענים רבים ואת הגילוי יהיה בלתי אפשרי, הם לא עשו עבודה אדירה זו.

בשנת 1906, Dzhozef Tompson קיבל את פרס נובל. החוויה הייתה כדלקמן: דרך לוחות המתכת המקבילה של השדה החשמלי, הועברו קורות קרן קתודית. אז הם היו עושים אותו הדבר, אבל בתוך מערכת סליל ליצירת שדה מגנטי. תומפסון מצא כי כאשר שדה חשמלי מוסח קורות, ואותו הוא ציין עם פעולה מגנטית, אולם קורות מסלול קרן קתודית לא השתנה אם הם פעלו בשני התחומים האלה בפרופורציות מסוימות, אשר תלוי מהירות החלקיקים.

לאחר חישובים תומפסון נודע כי המהירות של חלקיקים אלה הוא נמוך משמעותית את מהירות האור, וזה אומר שלא יש להם מסה. מנקודת פיסיקה זו סובר כי החלקיקים הפתוחים כלולי חומר האטומים כי לאחר מכן אשר ידי רתרפורד. הוא קרא לזה "מודל פלנטרית של האטום."

פרדוקסים של העולם הקוונטי

השאלה מה מהווה מספיק מסובך אלקטרונים, לפחות בשלב זה של התפתחות המדע. לפני ששוקלים את זה, אתה צריך ליצור קשר עם אחד הפרדוקסים של פיזיקת הקוונטים שאפילו המדענים לא יכול להסביר. זהו ניסוי שני הסדקים המפורסמים, המסבירים את האופי הדואלי של האלקטרון.

מהותו היא כי לפני "האקדח", יורה חלקיקים, להגדיר מסגרת עם פתח מלבני אנכי. מאחוריה עומד קיר, שעליו יקוים עקבות של הלהיטים. אז, אתה קודם צריך להבין איך העניין מתנהג. הדרך הקלה לראות איך להתחיל את כדורי הטניס מכונה. חלק החרוזים לנפול לתוך החור, ואת העקבות של תוצאות הקיר הוסיפו בלהקה אנכית יחידה. אם במרחק מסוים כדי להוסיף עוד באותו עקבות החור יהוו, בהתאמה, שתי להקות.

הגלים גם מתנהגים אחרת במצב כזה. אם הקיר נראה עקבות של התנגשות עם גל, במקרה של להקה פתח אחד יהיה גם אחד. עם זאת, דברים משתנים במקרה של שני החריצים. הגל עובר דרך החורים, מחולק לשניים. אם החלק העליון של גל אחד פוגש בתחתית אחרת, הם מבטלים זה את זה, ואת תבנית ההתאבכות (פסים אנכיים מרובים) תופיע על הקיר. מניחים בצומת הגלים ישאיר חותם, ואת המקומות שבהם היה מרווה הדדית, לא.

גילוי מדהים

בעזרת הניסוי הנ"ל, המדענים יכולים להדגים בבירור לעולם את ההבדל בין הקוונטים לבין הפיזיקה הקלאסית. כשהחלו לירות קיר אלקטרונים, מתרחש בדרך כלל סימן אנכי על זה: כמה חלקיקים כמו כדור טניס נפל לתוך הפער, וחלק לא. אך כל זה השתנה, כאשר היה חור שני. על הקיר חשף את תבנית ההתאבכות! פיזיקה ראשית החליט כי האלקטרונים מתנגשים זה בזה והחליט לתת אותם אחד אחד. עם זאת, לאחר כמה שעות (מהירות האלקטרונים נעים הוא עדיין נמוך בהרבה ממהירות האור) שוב החלו להראות תבנית ההתאבכות.

תפנית לא צפויה

אלקטרונית, יחד עם חלקיקים אחרים מסוימים כגון פוטונים, מציג דואליות גל-חלקיק (גם משתמשת במונח "דואליזם הקוונטים-גל"). כמו חתול שרדינגר כי גם חי וגם מת, המדינה האלקטרון יכול להיות גם corpuscular ו גל.

עם זאת, השלב הבא בניסוי זה יצר עוד יותר תעלומות: חלקיק יסודי, אשר נראה שאין דבר, הציג הפתעה מדהימה. פיזיקאים להחליט להתקין חורים שסוקר מכשיר לנעול, שדרכו שיסף את החלקיקים הם, ואיך הם יכולים להתבטא גלים. אבל ברגע שהיא הועמדה למנגנון בקרה על הקיר היו רק שתי להקות מתאימות שני חורים, ואין תבנית התאבכות! ברגע "ההצללה" ניקתה, חלקיק החל שוב להראות את מאפייני הגל כאילו ידעתי שהיא כבר הייתה שאף אחד לא מסתכלת.

תיאוריה נוספת

הפיזיקאי נולד הציע החלקיק אינו הופך לגל פשוטו כמשמעו. Elektron "מכיל" גל של הסתברות, כי זה נותן תבנית התאבכות. חלקיקים אלה יש את המאפיין של סופרפוזיציה, כלומר הם יכולים להיות בכל מקום בהסתברות מסוימת, ולכן הם עשויים להיות מלווה כזה "גל".

עם זאת, התוצאה ברורה: עצם נוכחותו של הצופה משפיעה על תוצאות הניסוי. נראה מדהים, אבל זה לא הדוגמא היחידה מסוגה. ניסויים בפיסיקה בוצעו על חלק גדול של אמא, פעם מושא הקטע היה רדיד האלומיניום הדק. מדענים ציינו כי העצם של מדידות מסוימות להשפיע על הטמפרטורה של האובייקט. האופי של תופעות אלה הם מסבירים עדיין לא בתוקף.

מבנה

אבל מה מהווה את האלקטרון? בשלב זה, המדע המודרני לא יכול לענות על שאלה זו. עד לאחרונה נחשב חלקיקי יסוד לחלוקה, אך כעת מדענים נוטים להאמין כי זה מורכב גם של מבנים קטנים.

האישום הספציפי של האלקטרון גם נחשב בסיסי, אבל הם עכשיו קווארקים פתוחים עם תשלום חלקי. ישנן מספר תיאוריות לגבי מה מהווה אלקטרון.

היום אנו יכולים לראות את המאמר, אשר קובע כי המדענים הצליחו לחלק את האלקטרון. עם זאת, זה נכון רק בחלקו.

ניסויים חדשים

המדענים הסובייטים בשנות השמונים של המאה הקודמת יש להניח כי האלקטרון ניתן לחלק לשלוש דמויי-חלקיקים. בשנת 1996 הוא הצליח לחלק אותו spinon וחולון, ולאחרונה הפיזיקאי ואן דן ברינק וצוותו חולקה spinon החלקיקים ואת orbiton. עם זאת, פיצול אפשרי להשיג רק בנסיבות מיוחדות. הניסוי יכול להתבצע בתנאים של טמפרטורות נמוכות מאוד.

כאשר האלקטרונים הם "מגניבים" לאפס מוחלט, שהוא כ -275 מעלות צלזיוס, הם כמעט לעצור טופס ביניהם מעין משנה, אם התמזגות לתוך חלקיק בודד. בנסיבות כאלה, ופיסיקאים יכולים להתבונן דמויים-חלקיקים, אשר "הוא" אלקטרון.

נתוני ספקים

רדיוס אלקטרונים הוא קטן מאוד, זה שווה ^2.81794. 10 ^-13 ס"מ, אבל מתברר כי יש מרכיביו לגודל קטן בהרבה. כל אחד משלושת חלקי שלתוכו הצליחו "לחלק" את האלקטרון, נושא את המידע על זה. Orbiton, כפי שהשם מרמז, הוא מכיל מידע על החלקיקים הגלים מסלולית. Spinon אחראי הספין של האלקטרון, וחולון מספרת לנו על התשלום. לפיכך, הפיזיקה יכולה בנפרד ולבחון מצבים שונים של אלקטרונים בחומר מקורר בחום. הם הצליחו להתחקות זוג "חולון-spinon" ו "spinon-orbiton", אבל לא את שלושתם יחד.

טכנולוגיות חדשות

פיזיקאי שגילה האלקטרון היה צריך להמתין כמה עשורים לפני עד התגלית שלהם יושמה בפועל. כיום טכנולוגיות למצוא שימוש בכמה שנים, זה מספיק כדי לזכור גרפן - חומר מדהים המורכב מאטומי פחמן בשכבה אחת. הפיצול של האלקטרון יהיה מועיל? מדענים מעריכים כי יצירת מחשב קוונטים, על המהירות בה, על פי אותם, כמה עשרות פעמים גדולות יותר מזה של המחשבים החזקים ביותר של היום.

מהו הסוד של טכנולוגיית מחשב קוונטי? זה יכול להיקרא אופטימיזציה פשוטה. בשנתי ה המחשב הרגיל, החלק לחלוקת המינימום של המידע - קצת. ואם ניקח בחשבון את הנתונים עם משהו ויזואלי, משהו עבור המכונית רק שתי אפשרויות. Bit עשוי להכיל גם אפס או אחד, כי הוא חלק קוד בינארי.

שיטה חדשה

עכשיו בואו נדמיין קצת כלולה ואפס, והיחידה - A "ביט קוונטים" או "קיוב". התפקיד של משתנים פשוטים תשחק את הספין של האלקטרון (זה יכול לסובב או או נגד כיוון השעון). בניגוד קיוב קצת פשוט עשוי לבצע מספר פונקציות בו זמנית, וכן בשל עלייה זו יתרחש במהירות, מסת אלקטרון נמוכה ולחייב אינם חשובים כאן.

זו יכולה להיות מוסברת על ידי הדוגמא של המבוך. כדי לצאת מזה, אתה צריך לנסות הרבה אפשרויות שונות שמהן רק אחד יהיה נכון. מחשב מסורתי אפילו פותר בעיות במהירות, אך בעת ובעונה אחת בלבד יכול לעבוד על בעיה אחת. הוא מונה את כל האופציות על מערכת אחת, ובסופו של דבר מוצא את הדרך החוצה. המחשב הקוונטי, הודות דואליות kyubita יכול לפתור בעיות רבות בעת ובעונה אחת. הוא יסקור את כל האפשרויות אינן על קו, ברגע אחד בזמן, וגם לפתור את הבעיה. הקושי הוא רק עד כה הוא להשיג הרבה עבודה על אובייקט קוונטים - זה יהיה בסיס לדור חדש של מחשב.

יישום

רוב האנשים משתמשים במחשב ברמת הבית. עם עבודה מצוינת עד כה ומחשבי קונבנציונליים, אלא כדי לחזות באלפי אירועים ספציפיים, אולי מאות אלפי משתנים, המכונה חייב להיות פשוט עצום. מחשב קוונטים כמו להתמודד בקלות עם דברים כגון חיזוי מזג אוויר במשך חודש, לטיפול באסון ונתוני התחזית שלה, וגם יבצע חישובים מתמטיים מורכבים עם משתנים מרובים עבור שבריר שני, כל עם מעבד של כמה אטומים. אז זה אפשרי, בקרוב מאוד המחשבים החזקים ביותר שלנו הם נייר דק.

להישאר בריא

טכנולוגיית מחשב קוונטים תתרום תרומה אדירה ברפואה. האנושות תוכל ליצור nanomachinery עם פוטנציאל חזק, עם עזרה, ניתן תהיה לא רק כדי לאבחן מחלה על ידי פשוט על כל הגוף מבפנים, אלא גם כדי לספק טיפול רפואי ללא ניתוח: רובוטים זעירים עם "מוח" למעט מחשב יכול לבצע את כל הפעולות.

המהפכה הבלתי נמנעת בתחום משחקי מחשב. מכונות רבות עצמה שיכולה לפתור את הבעיה באופן מיידי, תוכלנה לשחק משחקים עם גרפיקה מציאותית מאוד, זה לא רחוק כבר ועולמות מחשב עם טבילה מלאה.