Apa yang elektron? Jisim dan caj elektron

Electron - zarah asas, salah seorang daripada mereka yang merupakan unit struktur jirim. Menurut klasifikasi adalah fermion (zarah dengan separuh penting spin, dinamakan sempena ahli fizik Enrico Fermi) dan lepton (zarah dengan separuh integer spin, tidak mengambil bahagian dalam interaksi kuat, salah satu daripada empat utama dalam fizik). nombor Baryon elektron adalah sifar, serta lepton lain.

Sehingga baru-baru ia dipercayai bahawa elektron - rendah, bahawa tidak boleh dilihat, yang tidak mempunyai struktur zarah, tetapi saintis mempunyai pendapat yang berbeza hari ini. Apa yang elektron pada persembahan fizik moden?

Sejarah nama

Walaupun dalam alamiah Greece purba menyedari bahawa amber, pra-disapu dengan bulu, menarik benda-benda kecil, iaitu mempamerkan sifat elektromagnet. Nama elektron yang diterima daripada ἤλεκτρον Yunani, yang bermaksud "ambar". jangka yang disyorkan George. Stoney pada tahun 1894, walaupun zarah telah ditemui oleh J .. Thompson pada tahun 1897. Ia adalah sukar untuk mencari punca ini ialah jisim kecil dan caj elektron menjadi untuk mencari pengalaman tegas. Gambar pertama zarah adalah Charles Wilson dengan kamera khas, yang digunakan walaupun dalam eksperimen moden dan dinamakan sempena nama beliau.

Satu fakta menarik ialah bahawa salah satu pra-syarat bagi pembukaan elektron adalah kata Benjamin Franklin. Pada tahun 1749 beliau membangunkan hipotesis bahawa elektrik - bahan material. Ia adalah dalam karya-karya beliau pertama kali istilah yang digunakan seperti caj positif dan negatif, nyahcas kapasitor, bateri dan zarah elektrik. Caj tertentu elektron dianggap negatif dan proton - positif.

Penemuan elektron

Pada tahun 1846, konsep yang "atom elektrik" telah digunakan dalam karya-karya beliau, ahli fizik Jerman Wilhelm Weber. Maykl Faradey menemui istilah "ion", yang kini, mungkin, tahu semua masih di sekolah. Persoalan sifat elektrik melibatkan banyak ulama terkenal seperti fizik dan matematik Jerman Julius Plucker, Zhan Perren, di Bahasa Inggeris fizik Uilyam Kruks, Ernest Rutherford dan lain-lain.

Oleh itu, sebelum Dzhozef Tompson berjaya menyelesaikan percubaan beliau yang terkenal dan membuktikan kewujudan zarah yang lebih kecil daripada atom, dalam kerja lapangan yang ramai saintis dan penemuan akan menjadi mustahil, mereka tidak lakukan kerja-kerja yang amat besar ini.

Pada tahun 1906, Dzhozef Tompson menerima Hadiah Nobel. Pengalaman adalah seperti berikut: melalui plat logam selari medan elektrik, katod rasuk ray telah berlalu. Kemudian mereka akan dilakukan dengan cara yang sama, tetapi dalam sistem gegelung untuk mewujudkan medan magnet. Thompson mendapati bahawa apabila medan elektrik dipesongkan rasuk, dan yang sama diperhatikan dengan tindakan magnet, bagaimanapun rasuk sinar katod trajektori tidak berubah jika mereka bertindak kedua-dua bidang ini dalam perkadaran yang tertentu, yang bergantung kepada halaju zarah.

Selepas pengiraan Thompson belajar bahawa halaju zarah ini adalah jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya, dan ini bermakna mereka mempunyai jisim. Dari sudut ini fizik telah datang untuk mempercayai bahawa zarah terbuka perkara termasuk dalam atom yang kemudiannya disahkan oleh Rutherford. Menamainya "model planet atom."

Paradoks dunia kuantum

Persoalan perkara yang membentuk cukup elektron rumit, sekurang-kurangnya pada peringkat pembangunan sains. Sebelum mempertimbangkan, anda perlu menghubungi salah satu daripada paradoks fizik kuantum bahawa walaupun para saintis tidak dapat menjelaskan. Ini terkenal eksperimen dua celah, menjelaskan sifat dua elektron.

Asasnya ialah sebelum "gun", menembak zarah, menetapkan rangka pembukaan segi empat tepat menegak. Di belakangnya adalah dinding, di mana akan kesan daripada hits dipatuhi. Jadi, anda perlu memahami bagaimana perkara berkelakuan. Cara yang paling mudah untuk melihat bagaimana untuk memulakan bola tenis mesin. Sebahagian daripada manik jatuh ke dalam lubang, dan kesan keputusan dinding di tambah dalam jalur menegak tunggal. Jika pada jarak tertentu untuk menambah satu lagi kesan lubang sama akan membentuk, masing-masing, kedua-dua kumpulan.

Ombak juga berkelakuan berbeza dalam keadaan seperti itu. Jika dinding akan menunjukkan kesan perlanggaran dengan gelombang, dalam kes satu band pembukaan akan juga salah menjadi. Walau bagaimanapun, perkara yang berubah dalam hal kedua-dua belahan. Gelombang melalui lubang-lubang, dibahagikan pada separuh. Jika bahagian atas satu gelombang memenuhi bahagian bawah yang lain, mereka menghapuskan satu sama lain, dan corak gangguan (banyak jalur menegak) akan muncul di dinding. Meletakkan di persimpangan gelombang akan meninggalkan tanda, dan tempat-tempat di mana terdapat pelindapkejutan bersama, tidak.

penemuan yang menakjubkan

Dengan bantuan eksperimen di atas, ahli-ahli sains dengan jelas boleh menunjukkan kepada dunia perbezaan antara kuantum dan fizik klasik. Apabila mereka mula menembak dinding elektron, biasanya berlaku pada tanda menegak di atasnya: beberapa zarah seperti bola tenis jatuh ke dalam jurang, dan ada yang tidak. Tetapi itu semua berubah, apabila terdapat lubang kedua. Pada dinding mendedahkan corak gangguan! Pertama Fizik memutuskan bahawa elektron mengganggu satu sama lain dan mengambil keputusan untuk membiarkan mereka satu demi satu. Walau bagaimanapun, selepas beberapa jam (kelajuan elektron bergerak adalah masih jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya) lagi mula menunjukkan corak gangguan.

tidak dijangka

Elektronik, bersama-sama dengan lain-lain zarah tertentu seperti foton, mempamerkan dualiti gelombang-zarah (juga menggunakan istilah "kuantum gelombang dualisme"). Seperti kucing Schrödinger yang kedua-dua hidup dan mati, negeri elektron boleh menjadi kedua-dua sel hidup dan gelombang.

Walau bagaimanapun, langkah seterusnya dalam eksperimen ini telah menjana lebih misteri: zarah asas, yang seolah-olah tahu segala-galanya, yang dibentangkan kejutan yang luar biasa. Ahli fizik membuat keputusan untuk memasang dalam lubang peranti skop untuk mengunci, di mana celah zarah, dan bagaimana mereka terserlah sebagai gelombang. Tetapi sebaik sahaja ia telah meletakkan mekanisme pemantauan di dinding terdapat hanya dua band yang sepadan dengan dua lubang, dan tiada corak gangguan! Sebaik sahaja "membayangi" dibersihkan, zarah bermula sekali lagi untuk menunjukkan ciri-ciri gelombang seolah-olah dia tahu bahawa dia sudah tiada siapa yang menonton.

teori lain

Fizik Born mencadangkan bahawa zarah tidak bertukar menjadi gelombang harfiah. Elektron "mengandungi" gelombang kebarangkalian, bahawa ia memberikan corak gangguan. Zarah-zarah ini mempunyai harta tindihan, bermakna mereka boleh berada di mana sahaja di kebarangkalian tertentu, dan oleh itu mereka boleh disertai dengan apa-apa "gelombang".

Walau bagaimanapun, hasilnya adalah jelas: kehadiran semata-mata pemerhati memberi kesan kepada hasil eksperimen. Ia seolah-olah yang luar biasa, tetapi ia bukan satu-satunya contoh seumpamanya. eksperimen fizik telah dijalankan ke atas sebahagian besar daripada ibu, apabila objek segmen itu foil aluminium nipis. Para saintis telah menyatakan bahawa fakta semata-mata beberapa ukuran menjejaskan suhu objek. Sifat fenomena ini mereka menjelaskan tidak lagi berkuat kuasa.

struktur

Tetapi apa yang dimaksudkan dengan elektron? Pada ketika ini, sains moden tidak boleh menjawab soalan ini. Sehingga baru-baru ia dianggap zarah asas agihkan, tetapi kini saintis cenderung untuk mempercayai bahawa ia terdiri daripada struktur yang lebih kecil.

Caj tertentu elektron juga dianggap sebagai asas, tetapi kini kuark terbuka dengan caj pecahan. Terdapat beberapa teori tentang apa yang merupakan elektron.

Hari ini kita boleh lihat artikel, yang menyatakan bahawa ahli-ahli sains dapat membahagikan elektron. Walau bagaimanapun, ini hanya sebahagiannya benar.

eksperimen baru

saintis Soviet kembali pada tahun lapan puluhan abad yang lalu telah diandaikan bahawa elektron boleh dibahagikan kepada tiga quasiparticles. Pada tahun 1996 beliau berjaya dibahagikan kepada spinon dan Holon, dan baru-baru fizik Van den Brink dan pasukannya telah dibahagikan kepada spinon zarah dan orbiton. Walau bagaimanapun, membelah adalah mungkin untuk mencapai hanya dalam hal keadaan khas. eksperimen boleh dijalankan di bawah keadaan suhu yang sangat rendah.

Apabila elektron adalah "sejuk" dengan sifar mutlak, iaitu kira-kira -275 darjah Celsius, mereka hampir berhenti dan bentuk antara mereka sejenis perkara, jika bergabung menjadi satu zarah tunggal. Dalam keadaan itu, dan ahli fizik boleh melihat quasiparticles, di mana "adalah" elektron.

maklumat pembawa

Electron radius adalah sangat kecil, ia adalah sama dengan ^2,81794. 10 ^-13 cm, tetapi ia ternyata bahawa komponennya mempunyai saiz yang lebih kecil. Setiap satu daripada tiga bahagian yang kepadanya berjaya "jurang" elektron, membawa maklumat mengenainya. Orbiton, seperti namanya, ia mengandungi data ke atas zarah gelombang orbit. Spinon bertanggungjawab putaran elektron, dan Holon memberitahu kita tentang pertuduhan. Oleh itu, fizik secara berasingan boleh melihat negeri yang berlainan elektron dalam bahan yang sangat sejuk. Mereka berjaya mengesan sepasang "Holon-spinon" dan "spinon-orbiton", tetapi tidak ketiga-tiga bersama-sama.

teknologi baru

Ahli fizik yang menemui elektron terpaksa menunggu beberapa dekad sebelum sehingga penemuan mereka telah digunakan dalam amalan. Pada masa kini teknologi mencari digunakan dalam beberapa tahun, ia sudah cukup untuk ingat graphene - bahan yang menakjubkan yang terdiri daripada atom karbon dalam satu lapisan. Pembelahan elektron akan menjadi berguna? Saintis meramalkan bahawa penciptaan komputer kuantum, kelajuan yang, menurut mereka, puluhan beberapa kali lebih besar daripada komputer yang paling berkuasa hari ini.

Apakah rahsia teknologi komputer kuantum? Ini boleh dipanggil pengoptimuman mudah. Dalam komputer konvensional, agihkan bahagian minimum bagi maklumat - sedikit. Dan jika kita mempertimbangkan data dengan sesuatu visual, sesuatu untuk kereta hanya dua pilihan. Bit mungkin mengandungi sama ada sifar atau satu, iaitu sebahagian daripada kod binari.

kaedah baru

Sekarang mari kita bayangkan bahawa dalam sedikit yang terkandung dan sifar, dan unit - "sedikit kuantum" atau "Cube". Peranan pembolehubah mudah akan memainkan spin elektron (ia boleh berputar sama ada mengikut arah jam atau lawan jam). Tidak seperti mudah bit Cube boleh melaksanakan beberapa fungsi pada masa yang sama, dan kerana peningkatan ini akan berlaku kelajuan, jisim elektron rendah dan caj tidak penting di sini.

Ini dapat dijelaskan oleh contoh labirin. Untuk mendapatkan daripada itu, anda perlu cuba banyak pilihan yang berbeza yang hanya satu akan betul. komputer tradisional walaupun menyelesaikan masalah dengan cepat, namun pada satu-satu masa hanya boleh bekerja pada satu masalah tunggal. Dia senaraikan semua pilihan pada satu saluran, dan akhirnya mendapati jalan keluar. Komputer kuantum, terima kasih kepada kyubita berbelah boleh menyelesaikan banyak masalah pada masa yang sama. Beliau akan mengkaji semula semua pilihan tidak pada baris, dan di saat satu dalam masa, dan juga menyelesaikan masalah tersebut. Kesukaran adalah hanya setakat adalah untuk mendapatkan banyak kerja pada objek kuantum - ini akan menjadi asas bagi generasi baru komputer.

permohonan

Kebanyakan orang menggunakan komputer di peringkat isi rumah. Dengan pekerjaan ini sangat baik setakat ini dan PC konvensional, tetapi untuk meramalkan peristiwa tertentu beribu-ribu, mungkin ratusan ribu pembolehubah, mesin mesti hanya besar. komputer kuantum mudah menghadapi perkara-perkara seperti ramalan cuaca bagi bulan itu, pemprosesan data bencana alam dan ramalan mereka, dan juga akan melakukan pengiraan matematik yang kompleks dengan banyak pemboleh ubah dalam masa beberapa saat, dan semua ini dengan pemproses saiz beberapa atom. Jadi ada kemungkinan, tidak lama lagi komputer yang paling berkuasa kami adalah kertas-nipis.

kekal sihat

teknologi komputer kuantum akan memberi sumbangan besar kepada bidang perubatan. Manusia akan dapat mewujudkan nanomachinery dengan potensi yang kukuh, dengan bantuan mereka, ia akan dibuat bukan sahaja untuk mendiagnosis penyakit dengan hanya melihat seluruh tubuh dari dalam, tetapi juga untuk menyediakan rawatan perubatan tanpa pembedahan: robot kecil dengan "otak" selain daripada komputer boleh melaksanakan semua operasi.

revolusi tidak dapat dielakkan dalam bidang permainan komputer. mesin berkuasa yang serta-merta dapat menyelesaikan masalah, akan dapat untuk bermain permainan dengan grafik yang sangat realistik, ia tidak jauh sudah dan dunia komputer dengan keasyikan penuh.