«МЫСЛИ В СЛУХ»

НАУЧНЫЙ РОМАН НА ОСНОВЕ НАУЧНОЙ ТЕОРИИ
МИРОЗДАНИЯ, НЕЙТРОННОЙ ФИЗИКИ И НЕЙТРОННОЙ ХИМИИ

Валерий Фёдорович Андрус

"Наша задача развить средства получения энергии из запасов, которые вечны и неисчерпаемы, развить методы, которые не используют потребление и расход каких бы то ни было "материальных" носителей. Сейчас мы совершенно уверены, что реализация этой идеи не за горами. : возможности развития этой концепции заключаются именно в том, что бы использовать для работы двигателей в любой точке планеты чистую энергию окружающего пространства..."

(Тесла, 1897)

Оставьте комментарий

ЯДЕРНАЯ ХИМИЯ
СИНТЕЗ ЭЛЕМЕНТОВ С ПОЗИЦИИ НЕЙТРОННОЙ ФИЗИКИ

Мы говорили об искусственном синтезе элементов и отмечали, что это не элементы, а молекулы и даже сплавы. На первый взгляд может показаться, что это гипотеза и дело обстоит как–то иначе. Чтобы поставить окончательную точку над "i" в этих рассуждениях, перейдем к ядерной химии.

“...Предметом ядерной химии являются реакции, в которых происходит превращение элементов, т.е. изменение ядер их атомов.

Самопроизвольный распад радиоактивных атомов, рассмотренный выше (мы к нему вернемся), представляет собой ядерную реакцию, в которой исходным является одно ядро. Известны и другие реакции, в которых с ядром реагирует протон р, дейтрон (ядро атома дейтерия 1 2 H) d, альфа – частица α, нейтрон n или фотон γ (обычно гамма – лучи). Удалось вызвать атомные превращения и под действием быстрых электронов. Вместо α–частиц (ядер 4 Не) иногда используют ядра более легкого изотопа гелия 3 Не. В последнее время все шире применяют для бомбардировки атомных ядер ускоренные ядра более тяжелых элементов вплоть до неона.

Первой ядерной реакцией, осуществленной в лаборатории, была реакция (Резерфорд, 1919).

В этой реакции ядро азота реагирует с ядром гелия, обладающим значительной кинетической энергией. В результате соударения образуются два новых ядра: Кислород 17 О и Водорода 1 Н. Ядро 17 О стабильно, так что данная реакция не приводит к возникновению искусственной радиоактивности. В большинстве же ядерных реакций образуются нестабильные изотопы, которые затем серией радиоактивных превращений переходят в стабильные...”

Для удобства и контрастности, разобьем материал на небольшие кусочки с пояснениями.

Ядер у нас нет, но есть шестиконечный еж Азота (14 N), который бомбардируется ежом Гелия (4 Не) состоящим из атома Водорода и шести пятерок нейтронов по “плоскостям” кубика.

Рассматривая конечный результат реакции, можно смело утверждать следующее:

Еж Азота с шестью иголками присоединил на каждую иголку по одной пятерке с относительной массой 0,5, в результате чего получили ежа с относительной массой 17 – Кислород. Мы знаем, каждый новый слой пятерок это новый элемент.

Мог ли еж Азота получить все шесть пятерок в результате разрушения одного ежа Гелия? Конечно, не мог. Для получения одного ежа Кислорода понадобилось разрушить множество ежей Гелия, создавая нейтронный поток, подобный гравитационному, с той же схемой роста ежа. Этот поток мог и не совпадать с гравитационным. В результате разрушения Гелия оставались целыми и некоторые кубики Водорода. Излишние нейтроны – это или свободные тепловые носители или излучение. Результат реакции – это желаемое уравнение, не соответствующее действительности, так как не учтены избыточные нейтроны потока. Надеюсь, Вы помните, что нейтрон по НФ в 9 раз меньше по массе, чем тот, с которым идет сравнение в реакциях. Продолжим.

“...Согласно Реми, ядерные реакции можно классифицировать по аналогии с обычными химическими реакциями.

В большинстве искусственных ядерных превращений происходят так называемые реакции вытеснения или замещения. Например:

При написании ядерных реакций, используют чаще сокращенную запись, при которой бомбардирующая и выбиваемая частицы отделяются запятой и заключаются в скобки, перед которыми записывается символ исходного, а после – образующегося атома. Например, вышеприведенная реакция, которую впервые осуществил Резерфорд, может быть записана так: 14 N(б ,p) 17 O.

В такой записи приведем еще примеры ядерных реакций замещения, происходящих при бомбардировке ускоренными частицами алюминия:

17AL(d,α) 25 Mg, 27 AL(d,p) 28 AL, 27 AL(d,n) 28 Si, 27 AL(p,α) 24 Mg, 27 AL(n,p) 27 Mg...”

В этом отрывке идет речь о реакциях замещения. С позиции модели ежа здесь нет никаких реакций замещения. При бомбардировках ежа идет или абсолютно нормальный его рост, такой же, как в природе, или потеря некоторых пятерок в иголках. Владея изложенным материалом книги, можно написать полные ряды таких реакций без единого пропуска, и все они или уже получены, или их можно получить со 100% вероятностью.

“...В результате реакции присоединения бомбардирующая частиц захватывается ядром, которое, в свою очередь, не испускает никакой другой частицы, а освобождающаяся при этом энергия выделяется в виде γ–излучения, например:

27\AL(n,γ) 28 AL, 7 Li(p,γ) 8 Be...”

Это все тот же процесс нормального роста ежа, в результате которого некоторые нейтроны разрушились на осколки γ– излучение.

“...Ядерные реакции диссоциации (как и реакции термической диссоциации молекул) вызываются кинетической энергией сталкивающихся частиц. Например: 79 Вr(n,2n) 78 Вr, 2 Н(б ,n и б ) 1 Н, 2 Н(г, n) 1 H.

Последняя реакция является фотохимической реакцией, т.е. вызванной действием электромагнитного излучения, ядерной диссоциации.

В настоящее время известен целый ряд обратимых реакций:

Все реакции – это нейтронное взаимодействие ежа объекта – мишени, который находится в искусственном потоке или осколков нейтронов (γ), или нейтронов или других ежей, с бомбардирующим объектом. Если поток готовых нейтронов достаточно плотный, то он будет образовывать пятерки, и еж будет расти.

Если поток нейтронов рассеянный или его нужно получить, сначала разрушив бомбардирующего ежа, то еж–мишень теряет свои пятерки.

Реакция диссоциации – это промежуточное состояние потока между плотным и рассеянным.

О реакциях искусственного синтеза и деления мы уже говорили, но, как говорят американцы, мое слово против вашего может ничего не значить и тогда каждый останется при своем мнении. Однако реакция деления, которая сейчас будет приведена, фундаментально докажет, что взгляды НФ правильные.

Рассмотрим одну из реакций деления Урана–235, применяемую в ядерной энергетике, вследствие поглощения нейтрона.

110 54 Хе – β -110 55 Cs – β- 110 56 Ва – β–110 57 Za – β–110 58 Се стабильное ядро

235 92 U + 1 0 n → 5 1 0 n

91 36 Кг – β–91 37 Rb – β–91 38 Sr – β–91 39 – β–91 40 Zr стабильное ядро

Данная реакция – это символ торжества НФ. Как ранее утверждалось, что в результате синтеза получаются не элементы, а молекулы, так и Уран – 235 в результате деления показал, что он сплав Се и Zг. Даже теоретически нельзя получить из одного ежа делением двух ежей. Далее идут обычные превращения в нейтронном потоке по НФ (β–излучение).

Это самый яркий пример, который показывает, что различать элемент и молекулу, а тем более сплавы, мы пока не научились. Отсюда и таблица элементов, особенно после Технеция, является таблицей молекул (сплавов)!

Что за молекула U=ХеКг? Почему она обладает такой устойчивостью? Можно ли получить Уран из других составляющих элементов?

Начнем с последнего вопроса. Если Уран рассматривать как сумму относительных масс, то, естественно, его можно получить из многих вариантов слагаемых. Однако для нас они будут все на одно лицо, так как мы их не различаем. Когда с ним производят всевозможные исследования, то он всегда будет на кого–нибудь похож, более нам понятного, как нам кажется. Уран имеет серый металлический цвет, который подсказывает, что иголки его элементов имеют множество противоположно закрученных пятерок и разных ежей с различной закруткой нейтронов. Плотность Урана близка к предельной – 19,04 г/см З – это признак “воздушных структур”. Теплота плавления Урана + 1130°С, а Ксенона – 111,5°С и Криптона – 156,6°С. Молекула из двух элементов Хе и Кг в принципе не может иметь tпл. + 1130°С и тем более создать “воздушную структуру”.

Теперь внимательно посмотрим на конечные продукты реакции Се и Zr.

Церий имеет серебристо белый цвет, tпл. = 804°С, g = 6,77 г/смЗ.

Цирконий – серебристо белый цвет, tпл. = 1852°С, g = 6,52 г/смЗ

Чтобы получить характеристики Урана молекула должна состоять из Церия и Циркония, причем соединение иголок должно создавать не кубическую решетку, а ромбическую. Тогда появится сероватый цвет, увеличится “воздушность решетки” и плотностей tпл. приблизится к средней величине. Закрутка нейтронов Циркония уменьшится, а Церия увеличится. По данной реакции можно записать

U = Се Zr 4 – исходный продукт (сплав Се 20 Zr 80)

Уран получен в результате осадочных связей с узлами соединения в четыре иголки только с правильным ромбическим построением.

Подведем итоги:

Реакция синтеза – это соединение двух и более элементов в молекулу в скоротечном процессе, заменяющем медленный осадочный процесс в природе, с частичным их разрушением.

Реакция деления – это скоротечный разрыв молекулы на два и более элементов с частичным их разрушением. Количество конечных элементов равно количеству исходных в молекуле.

Как видим, с таблицей элементов придется еще помучиться.

Вернемся к ядерной реакции

Здесь Углерод получен в результате атаки α–пакетами Бора. Бор также сидит в клетке Бериллий–жидкость и имеет по три пятерки в иголках. Они оба находятся явно не на своем месте. Смотрим в таблицу Д.И. Менделеева и видим плотность в диапазоне 1,5÷2,5 г/см 3 у 11 элементов (Ве, В, С, Мg, Si, P, S, Cl, Ar, Ca, Cs).

Цезий (Сs) – 55 элемент с длиной иголок согласно относительной массы равной 44 пятеркам при плотности g = 1,959 г/см 3 . По нейтронной логике он должен стоять перед Бором и Углеродом и иметь длину иголок в две пятерки и быть невесомым в земной атмосфере, а этого на практике нет у всех трех элементов.

По анализу карбидов, который не будет приводиться, Углерод находится между Цирконием (Zr) и Ниобием (Nb). Последний (Nb) по таблице превращений садится в последнюю клетку Циркония (Zr).

Длина иголок Углерода должна быть в районе 30 пятерок. Только в этом случае алмаз может получить каналы, пробитые веревками Света как лазерным лучом с толщиной последних до 30 нитей в одной веревке.

Первый способ получения небольших алмазов, пригодных для бриллиантов состоит в следующем:

В сосуд с водой засыпается мелкодисперсный порошок графита, которому дают спокойно осесть.

После того, как весь порошок лег на дно, воду убирают наиболее спокойным образом.

Спрессованную плитку необходимо нагреть ТВЧ (токами высокой частоты) в сжатом состоянии до максимальной температуры, желательно до 3000 о С и выдержать.

Горячую плитку разместить под лазером, который должен провести свой луч построчно, наподобие кадровой развертки в телевизоре.

Замедленный и мягкий процесс позволит получить кристаллы толщиной с плитку. При этом можно контролировать и прозрачность, повторяя проход лазерного луча.

Для получения больших и очень больших алмазов весь процесс на финише необходимо провести еще медленнее. Четыре первых технологических пункта повторяем. Форма графита должна соответствовать форме будущего алмаза.

Горячий графит помещаем в камеру глубокой заморозки в регулируемый механизм встряхивания и резко снижаем температуру в камере до величины близкой к –260 о С. Достигая тем самым ударного теплового потока из центра заготовки к поверхности, который мягко разрушит часть соединений. После полного охлаждения производим мягкие встряхивания до получения полной прозрачности заготовки. В результате встряхивания наименьшие колебания будет получать структура алмаза, которая полностью связана между собой. Не связанный по вертикали графит будет иметь свободную раскачку, что приведет к обламыванию иголок и открытию каналов для веревок Света.

Последним из элементов, найденным в природе до того, как он был синтезирован искусственно, стал франций (1939 год). Первым синтезированным химическим элементом был технеций в 1937 году. По состоянию на 2012 год, синтезированы ядерным слиянием или распадом элементы до унуноктия с атомным номером 118, а также предпринимались попытки синтеза следующих сверхтяжёлых трансурановых элементов. Синтез новых трансактиноидов и суперактиноидов продолжается.

Наиболее известными лабораториями, синтезировавшими по несколько новых элементов и несколько десятков или сотен новых изотопов, являются Национальная лаборатория им. Лоуренса в Беркли и Ливерморская национальная лаборатория в США, Объединённый институт ядерных исследований в СССР/России (Дубна), Европейский Центр по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца в Германии, Кавендишская лаборатория Кембриджского университета в Великобритании, Институт физико-химических исследований в Японии и другие последние десятилетия над синтезом элементов в американских, немецком и российском центрах работают международные коллективы.

• 1 Открытие синтезированных элементов по странам
  • 1.1 СССР, Россия
  • 1.2 США
  • 1.3 Германия
  • 1.4 Спорные приоритеты и совместные результаты
    • 1.4.1 США и Италия
    • 1.4.2 СССР и США
    • 1.4.3 Россия и Германия
    • 1.4.4 Россия и Япония
• 2 Примечания
• 3 Ссылки

Открытие синтезированных элементов по странам

СССР, Россия

В СССР и России были синтезированы элементы нобелий (102), флеровий (114), унунпентий (115), ливерморий (116), унунсептий (117), унуноктий (118).

США

В США были синтезированы элементы прометий (61), астат (85), нептуний (93), плутоний (94), америций (95), кюрий (96), берклий (97), калифорний (98), эйнштейний (99), фермий (100), менделевий (101), сиборгий (106).

Германия

В Германии были синтезированы элементы хассий (108), мейтнерий (109), дармштадтий (110), рентгений (111), коперниций (112).

Спорные приоритеты и совместные результаты

Для ряда элементов приоритет равноутверждён согласно решению совместной комиссии ИЮПАК и ИЮПАП или остаётся спорным:

США и Италия

Технеций (43) - в результате совместной работы получен на ускорителе в Беркли, Калифорния и химически идентифицирован в Палермо, Сицилия.

СССР и США

Лоуренсий (103), резерфордий (104), дубний (105).

Россия и Германия

Борий (107).

Россия и Япония

Унунтрий (113).

Примечания

1. Emsley John. Nature"s Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. - New. - New York, NY: Oxford University Press, 2011. - ISBN 978-0-19-960563-7.
2. Институт в Дубне стал четвёртым в мире по количеству открытых изотопов
3. Isotope ranking reveals leading labs англ.
4. http://flerovlab.jinr.ru/rus/elements.html
5. Временное название для 115-го элемента; предложено название ланжевений.
6. Временное название для 117-го элемента;
7. Временное название для 118-го элемента; предложено название московий.
8. R. C. Barber et al. Discovery of the transfermium elements (англ.) // Pure and Applied Chemistry. - 1993. - Т. 65. - № 8. - С. 1757-1814.
9. последнее время мне неоднократно приходилось писать о ситуации с попранием приоритета советских ученых в синтезе сверхтяжелых
10. О защите приоритета
11. Chemistry: Periodic Table: darmstadtium: historical information
12. http://element114.narod.ru/Projects/ao-iupac.html
13. О защите приоритета
14. Временное название для 113-го элемента; предложены названия беккерелий, японий, рикений, нихоний.

14.1 Этапы синтеза элементов

Для объяснения распространенности в природе различных химических элементов и их изотопов в 1948 году Гамовым была предложена модель Горячей Вселенной. По этой модели все химические элементы образовывались в момент Большого Взрыва. Однако это утверждение впоследствии было опровергнуто. Доказано, что только легкие элементы могли образоваться в момент Большого Взрыва, а более тяжелые возникли в процессах нуклеосинтеза. Эти положения сформулированы в модели Большого Взрыва (см. п. 15).
По модели Большого Взрыва формирование химических элементов началось с первоначального ядерного синтеза легких элементов (Н, D, 3 Не, 4 Не, 7 Li) спустя 100 секунд после Большого Взрыва при температуре Вселенной 10 9 K.
Экспериментальную основу модели составляют расширение Вселенной, наблюдаемое на базе красного смещения, первоначальный синтез элементов и космическое фоновое излучение.
Большим достоинством модели Большого Взрыва является предсказание о распространенности D, Не и Li, отличающихся друг от друга на много порядков.
Экспериментальные данные о распространенности элементов в нашей Галактике показали, что атомов водорода 92%, гелия − 8%, и более тяжелых ядер − 1 атом на 1000, что согласуется с предсказаниями модели Большого Взрыва.

14.2 Ядерный синтез − синтез легких элементов (Н, D, 3 Не, 4 Не, 7 Li) в ранней Вселенной.

• Распространенность 4 Не или его относительная доля в массе Вселенной Y = 0.23 ±0.02. По крайней мере половина гелия, образованного в результате Большого Взрыва, содержится в межгалактическом пространстве.
• Первоначальный дейтерий существует только внутри Звезд и быстро превращается в 3 Не.
  Из данных наблюдений получаются следующие ограничения на распространенность дейтерия и Не относительно водорода:

10 -5 ≤ D/H ≤ 2·10 -4 и
1.2·10 -5 ≤ 3 Не/H ≤ 1.5·10 -4 ,

причем наблюдаемое отношение D/H составляет лишь долю ƒ от первоначального значения: D/H = ƒ(D/H) первонач. Поскольку дейтерий быстро превращается в 3 Не, получается следующая оценка для распространенности:

[(D + 3 Не)/H] первонач ≤ 10 -4 .

• Распространенность 7 Li измерить трудно, однако используются данные по изучению атмосфер звезд и зависимость распространенности 7 Li от эффективной температуры. Оказывается, что, начиная с температуры 5.5·10 3 K, количество 7 Li остается постоянным. Наилучшая оценка средней распространенности 7 Li имеет вид:

7 Li/H = (1.6±0.1)·10 -10 .

• Распространенность более тяжелых элементов, таких как 9 Be, 10 В и 11 В, меньше на несколько порядков. Так, распространенность 9 Ве/Н < 2.5·10 -12 .

14.3 Синтез ядер в звездах Главной Последовательности при Т < 108 K

Синтез гелия в звездах Главной Последовательности в рр- и CN-циклах происходит при температуре Т ~ 10 7 ÷7·10 7 K. Водород перерабатывается в гелий. Возникают ядра легких элементов: 2 Н, 3 Не, 7 Li, 7 Be, 8 Ве, но их мало из-за того, что в дальнейшем они вступают в ядерные реакции, а ядро 8 Be практически мгновенно распадается из-за малого времени жизни (~ 10 -16 с)

8 Ве → 4 Не + 4 Не.

Процесс синтеза, казалось, должен был бы прекратиться, но природа нашла обходной путь.
Когда Т > 7·10 7 K, гелий "сгорает" , превращаясь в ядра углерода. Происходит тройная гелиевая реакция − "Гелиевая вспышка" − 3α → 12 С, но ее сечение очень мало и процесс образования 12 С идет в два этапа.
Происходит реакция слияния ядер 8 Ве и 4 Не с образованием ядра углерода 12 С* в возбужденном состоянии, которое возможно благодаря наличию у ядра углерода уровня 7.68 МэВ, т.е. происходит реакция:

8 Ве + 4 Не → 12 С* → 12 С + γ.

Существование уровня энергии ядра 12 С (7.68 МэВ) помогает обойти малое время жизни 8 Be. Благодаря наличию этого уровня у ядра 12 С происходит Брейт-Вигнеровский резонанс . Ядро 12 С переходит на возбужденный уровень с энергией ΔW = ΔМ + ε,
где εM = (M 8Be − М 4Hе)− M 12C = 7.4 МэВ, а ε компенсируется за счет кинетической энергии.
Эта реакция была предсказана астрофизиком Хойлом, а затем воспроизведена в лабораторных условиях. Затем начинают идти реакции:

12 С + 4 Не → 16 0 + γ
16 0 + 4 Не → 20 Ne + γ и так до А ~ 20.

Так нужный уровень ядра 12 С позволил пройти узкое место в термоядерном синтезе элементов.
У ядра 16 О нет таких уровней энергии и реакция образования 16 О идет очень медленно

12 С + 4 Не → 16 0 + γ.

Эти особенности протекания реакций привели к важнейшим следствиям: благодаря им оказалось одинаковое число ядер 12 С и 16 0, что создало благоприятные условия для образования органических молекул, т.е. жизни.
Изменение уровня 12 С на 5% привело бы к катастрофе − дальнейший синтез элементов прекратился бы. Но так как этого не произошло, то образуются ядра с A в диапазоне

Это приводит к значениям А

Все ядра Fe, Co, Сr образуются за счет термоядерного синтеза.

Можно вычислить распространенность ядер во Вселенной, исходя из существования этих процессов.
Сведения о распространенности элементов в природе получаются из спектрального анализа Солнца и Звезд, а также космических лучей. На рис. 99 представлена интенсивность ядер при разных значениях А.

Рис. 99: Распространенность элементов во Вселенной.

Водород Н − самый распространенный элемент во Вселенной. Лития Li, бериллия Be и бора В на 4 порядка меньше соседних ядер и на 8 порядков меньше, чем Н и Не.
Li, Be, В − хорошее горючее, они быстро сгорают уже при Т ~ 10 7 K.
Труднее объяснить, почему они все же существуют − скорее всего, благодаря процессу фрагментации более тяжелых ядер на стадии протозвезды.
В космических лучах ядер Li, Be, В много больше, что также является следствием процессов фрагментации более тяжелых ядер при взаимодействии их с межзвездной средой.
12 С÷ 16 О − результат Гелиевой вспышки и существования резонансного уровня у 12 С и отсутствия такового у 16 О, ядро которого является также дважды магическим. 12 С − полумагическое ядро.
Таким образом, максимум распространенности у ядер железа 56 Fe, a затем − резкий спад.
Для А > 60 синтез энергетически невыгоден.

14.5 Образование ядер тяжелее железа

Доля ядер с А > 90 невелика − 10 -10 от ядер водорода. Процессы образования ядер связаны с побочными реакциями, происходящими в звездах. Таких процессов известно два:
s (slow) − медленный процесс,
г (rapid) − быстрый процесс.
Оба эти процесса связаны с захватом нейтронов т.е. надо, чтобы возникли такие условия, при которых образуется много нейтронов. Нейтроны образуются во всех реакциях горения.

13 С + 4 Не → 16 0 + n − горение гелия,
12 С + 12 С → 23 Mg + n − углеродная вспышка,
16 O + 16 O → 31 S + n − кислородная вспышка,
21 Ne + 4 Не → 24 Mg + n − реакция с α-частицами.

В результате накапливается нейтронный фон и могут протекать s-и r-процессы − захват нейтронов. При захвате нейтронов образуются нейтроно-избыточные ядра, а затем происходит β-распад. Он превращает их в более тяжелые ядра.

34.Строение химических элементов, синтез трансурановых элементов.

В 1861 году выдающийся русский химик А.М.Бутлеров

создал и обосновал теорию химического строения вещества, согласно

которой свойства веществ определяются порядком связей атомов в

молекулах и их взаимным влиянием. В 1869 году Д.И.Менделеев открыл9

один из фундаментальных законов естествознания - периодический закон

химических элементов, современная формулировка которого такова:

свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от электрического заряда их ядер.

35.Атомно-молекулярный «конструктор» строения вещества. Различие физического и химического подходов в изучении свойств вещества.

Атомом называется наименьшая частица данного химического элемента. Все существующие в природе атомы представлены в периодической системе элементов Менделеева.

Атомы соединяются в молекулу за счет химических связей, основанных на электрическом взаимодействии. Число атомов в молекуле может быть разным. Молекула может состоять из одного атома, из двух, трех и даже нескольких сотен атомов.

Примером двухатомных молекул могут служить СО, NO, O 2 , H 2 , трехатомных – CO 2 , H 2 O, SO 2 , четырехатомных – NH 3 . Таким образом, молекула состоит из одного или нескольких атомов одного или разных химических элементов.

Можно определить молекулу как наименьшую частицу данного вещества, обладающую его химическими свойствами. Между молекулами любого тела существуют силы взаимодействия – притяжения и отталкивания. Силы притяжения обеспечивают существование тела как целого. Для того чтобы разделить тело на части, необходимо приложить значительные усилия. Существование сил отталкивания между молекулами обнаруживается при попытке сжать тело.

40.Основные задачи космологии. Решение вопроса о происхождении Вселенной на разных этапах развития цивилизации.

Космология занимается изучением физических свойств Вселенной как целого. В частности, ее целью является создание теории всей охваченной астрономическими наблюдениями области пространства, которую принято называть Метагалактикой.

Как известно, теория относительности приводит к выводу о том, что присутствие больших масс влияет на свойства пространства - времени. Свойства привычного на евклидова пространства (например, сумма углов треугольника, свойства параллельных линий) вблизи больших масс изменяются или, как говорят, пространство "искривляется". Это искривление пространства, создаваемое отдельными массами (например, звездами), очень мало.

Так, следует ожидать, что вследствие искривления пространства луч света вблизиСолнца должен изменить свое направление. Точные измерения положений звезд вблизи Солнца но время полных солнечных затмений позволяют уловить этот эффект, правда, на пределе точности измерений.

Однако суммарное действие гравитирующих (т.е. обладающих притяжением) масс всех галактик и сверхгалактик может вызвать определенную кривизну пространства в целом, что существенным образом повлияет на его свойства, а следовательно, и на эволюцию всей Вселенной.

Даже сама постановка задачи определения (на основе законов теории относительности) свойств пространства и времени при произвольном распределении масс чрезвычайно трудна. Поэтому обычно рассматриваются некоторые приближенные схемы, называемые моделями Вселенной.

Самые простые из них основаны на предположении, что вещество во Вселенной в больших масштабах распределено одинаково (однородность), а свойства пространства одинаковы по всем направлениям (изотропность). Такое пространство должно обладать некоторой кривизной, а соответствующие ему модели называются

однородными изотропными моделями Вселенной.

Решения эйнштейновских уравнений тяготения для случая однородной изотропной

модели показывают, что расстояния между отдельными неоднородностями, если

исключить их индивидуальные хаотические движения (пекулярные скорости), не могут сохраняться постоянными: Вселенная должна либо сжиматься, либо, что

соответствует наблюдениям, расширяться. Если отвлечься от пекулярных скоростей

галактик, то скорость взаимного удаления любых двух тел во Вселенной тем больше, чем больше расстояние между ними. Для относительно малых расстояний эта зависимость линейна, причем коэффициентом пропорциональности служит постоянная Хаббла. Из сказанного следует, что расстояние между любой парой тел есть функция времени. Вид этой функции зависит от знака кривизны пространства. Если кривизна отрицательна, то "Вселенная" все время расширяется. При нулевой кривизне, соответствующей; евклидову пространству, расширение происходит с замедлением, причем скорость расширения стремится к нулю. Наконец, расширение "Вселенной", обладающей положительной кривизной, в некоторую эпоху должно смениться сжатием.

В последнем случае в силу неевклидовой геометрии пространство должно быть

конечным, т.е. иметь в любой момент времени определенный конечный объем,

конечное число звезд, галактик и т.д. Однако "границ" у Вселенной, естественно,

не может быть ни в каком случае.

Двумерной моделью такого замкнутого трехмерного пространства является

поверхность раздуваемого шара. Галактики в такой модели изображаются плоскими

фигурами, начерченными на поверхности. При растяжении шара увеличивается площадь поверхности и расстояние между фигурами. Хотя в принципе такой шар может неограниченно расти, площадь его поверхности конечна в каждый момент времени.

Тем не менее в его двумерном пространстве (поверхности) границ нет. Кривизна пространства в однородной изотропной модели за-висит от значения средней плотности вещества Если плотность меньше некоторого критического значения, кривизна отрицательна и имеет место первый случай. Второй случай (нулевая кривизна) осуществляется при критическом значении плотности. Наконец, при плотности больше критической ¾ кривизна положительна (третий случай). В процессе расширения абсолютное значение кривизны может меняться, но знак ее

остается постоянным.

Критическое значение плотности выражается через постоянную Хаббла Н и гравитационную постоянную f следующим образом: при Н = 55 км/сек × Мпс, r кр = 5 × 10-30 г/см3 Учет всех известных в Метагалактике масс приводит к оценке средней плотности около 5×10-31 г/см3

Однако это заведомо нижний предел, так как еще не известна масса невидимой среды между галактиками. Поэтому имеющаяся оценка плотности не дает оснований судить о знаке кривизны реального пространства.

В принципе возможны другие пути эмпирического выбора наиболее реальной модели Вселенной на основе определения красного смещения наиболее далеких объектов (от которых свет, дошедший до нас, был испущен сотни миллионов и миллиарды лет назад) и сопоставления этих скоростей с расстояниями до объектов, найденными другими методами. Фактически таким путем из наблюдении определяется изменение во времени скорости расширения. Современные наблюдения еще не настолько точны, чтобы можно было уверенно судить о знаке кривизны пространства. Можно сказать только, что кривизна пространства Вселенной близка к нулю.

Постоянная Хаббла, играющая такую важную роль в теории однородной изотропной

Вселенной, имеет любопытный физический смысл. Чтобы пояснить его, следует

обратить внимание на то, что обратная величина 1 / H имеет размерность времени и

равна 1/H = 6×1017 сек или 20 миллиардам лет. Легко сообразить, что это есть

промежуток времени, необходимый для расширения Метагалактики до современного состояния при условии, что в прошлом скорость расширения не менялась. Однако вопрос о постоянстве этой скорости, о предшествующей и последующей (по отношению к современной) стадиях расширения Вселенной еще плохо изучен.

Подтверждением того, что Вселенная действительно когда-то находилась в некотором особом состоянии, является открытое в 1965 г. космическое радиоизлучение, названное реликтовым (т.е. остаточным). Его спектр тепловой и воспроизводит кривую Планка для температуры около 3 ёК. [Заметим, что согласно формуле максимум такого излучения приходится на длину волны около 1 мм, близкую к доступному для наблюдений с Земли диапазону электромагнитного спектра.

Отличительной чертой реликтового излучения является одинаковость его

интенсивности по всем направлениям (изотропность). Именно этот факт и позволил выделить столь слабое излучение, которое не удавалось связать ни с каким объектом или областью на небе.

Название "реликтовое" дано потому, что это излучение должно быть остатком

излучения Вселенной, существовавшего в эпоху большой ее плотности, когда она

была непрозрачна к собственному излучению. Расчет показывает, что это должно

было иметь место при плотности r > 10-20 г/см3 (средняя концентрация атомов

порядка 104 см -3), т.е. когда плотность в миллиард раз превышала современную.

Поскольку плотность меняется обратно пропорционально кубу радиуса, то, полагая

расширение Вселенной в прошлом таким же, как и сейчас, получим, что в эпоху

непрозрачности все расстояния во Вселенной были в 1000 раз меньше. Во столько же раз была меньше и длины волны l . Поэтому кванты, имеющие сейчас длину волны 1мм, ранее имели длину волны около 1 мк, соответствующую максимуму излучения при температуре около 3000 ёК.

Таким образом, существование реликтового излучения является не только указанием на большую плотность Вселенной в прошлом, но и на ее высокую температуру ("горячая" модель Вселенной).

О том, была ли Вселенная в еще более плотных состояниях, сопровождавшихся

значительно более высокими температурами, в принципе можно было бы судить на

основании аналогичного изучения реликтовых нейтрино. Для них непрозрачность

Вселенной должна наступить при плотностях r " 107 г/см3 что могло быть только

на сравнительно очень ранних этапах развития Вселенной. Как и в случае

реликтового излучения, когда вследствие расширения Вселенная переходит в

состояние с меньшей плотностью, нейтрино перестают взаимодействовать с остальным веществом, как бы "отрываются" от него, и в дальнейшем претерпевают только космологическое красное смещение, обусловленное расширением. К сожалению, регистрация таких нейтрино, которые в настоящее время должны обладать энергией всего лишь в несколько десятитысячных долей электрон-вольт, вряд ли сможет быть осуществлена в скором времени.

Космология в принципе позволяет получить представление о наиболее общих

закономерностях строения и развития Вселенной. Легко понять, какое огромное

значение имеет этот раздел астрономии для формирования правильного

материалистического мировоззрения. Изучая законы всей Вселенной в целом, мы еще глубже познаем свойства материи, пространства и времени. Некоторые из них,

например, свойства реального физического пространства и времени в больших

масштабах, можно изyчить только в рамках космологии. Поэтому ее результаты имеют важнейшее значение не только для астрономии и физики, которые получают возможность уточнить свои законы, но и для философии, приобретающей обширный материал для обобщения закономерностей материального мира.

Объяснение периодической системы элементов – одна из важнейших задач атомной физики.

Установим теперь, сколько электронов может находится на оболочке и в атоме.

Графические изображения электронных s-, p- и d-оболочек

Графическое изображение 4f-оболочки

Схематические изображения электронных оболочек

Вид электронных оболочек

Недостатки короткой формы таблицы

Длинная форма таблицы

"Длин-ная" фор-ма таб-лицы, 2004г

Перио-дическая система элемен-тов, предло-женная Н.Бором в 1921г

Перио-дическая система, предло-женная Н.Бором, и дополнен-ная новыми элементами

Состав атомных ядер

Искусственные химические элементы

Технеций (Technetium, Tc)

Франций

Франций

Астат (Astatium, At)

Применение астата

Прометий (Prometium, Pm)

Применение прометия

Первые трансурановые элементы: нептуний и плутоний

Зависимость энергии связи ядра от параметра деформации