[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.A zatem klasyczna teoria względ­ności, przewidując istnienie osobliwości czasoprzestrzeni, w pewnym sensie zapowiada swój upadek, podobnie jak klasyczna (to znaczy nie-kwantowa) mechanika zapowiadała swój, gdyż prowadziła do wniosku, że atomy powinny zapaść się do stanu o nieskończonej gęstości.Nie dysponujemy jeszcze spójną teorią, łączącą teorię względności z me­chaniką kwantową, znamy tylko niektóre jej cechy.Konsekwencje takiej teorii dla czarnych dziur i wielkiego wybuchu omówimy w dalszych rozdziałach.Najpierw jednak rozważymy niedawne próby zrozumienia wszystkich niegrawitacyjnych sił natury w ramach jednej, jednolitej teo­rii kwantowej.Rozdział 5CZĄSTKI ELEMENTARNE l SIŁY NATURYArystoteles wierzył, że cała materia we wszechświecie składa się z czterech podstawowych elementów: ziemi, powietrza, ognia i wo­dy.Na te cztery elementy działają dwie siły: grawitacja, czyli skłonność ziemi i wody do opadania, oraz lewitacja, czyli skłonność powietrza i ognia do unoszenia się.Ów podział zawartości wszechświata na ma­terię i siły stosuje się do dziś.Arystoteles był przekonany, że materia jest ciągła, to znaczy, że każdy jej kawałek można bez końca dzielić na coraz to mniejsze części i nigdy nie dotrzemy do cząstki, której dalej podzielić się nie da.Inni Grecy, na przykład Demokryt, twierdzili, że materia jest ziarnista, i wszystko składa się z wielkiej liczby różnych atomów.(Greckie słowo atom oznacza “niepodzielny").Przez całe wieki trwała ta dyskusja, przy czym żadna ze stron nie przedstawiła choćby jednego rzeczywistego dowodu na poparcie swego stanowiska, dopóki w 1803 roku brytyjski chemik i fizyk John Dalton nie zauważył, że związki chemiczne zawsze łączą się w określonych proporcjach, co można wyjaśnić jako skutek grupowania się atomów w większe jednostki zwane molekułami.Jed­nakże spór między dwoma szkołami myślenia został ostatecznie roz­strzygnięty na korzyść atomistów dopiero na początku naszego wieku.Jeden z ważnych argumentów fizycznych zawdzięczamy Einsteinowi.W artykule napisanym w 1905 roku, na parę tygodni przed słynną pracą o szczególnej teorii względności, Einstein pokazał, że tak zwane ruchy Browna — nieregularne, przypadkowe ruchy małych drobin pyłu za­wieszonych w cieczy — można wytłumaczyć jako efekty zderzeń ato­mów cieczy z pyłkiem.W tym czasie przypuszczano już, że atomy wcale nie są niepodzielne.Kilka lat wcześniej członek Trinity College, Cambridge, J.J.Thomson, wykazał istnienie cząstki materii zwanej elektronem, o masie mniejszej niż jedna tysięczna masy najlżejszego atomu.Jego aparat doświadczalny przypominał dzisiejszy kineskop: rozgrzany do czerwoności drucik emi­tował elektrony, które — jako cząstki z ujemnym ładunkiem elektrycz­nym — można było przyśpieszyć za pomocą pola elektrycznego w kie­runku pokrytego fosforem ekranu.Kiedy elektrony uderzały w ekran, pojawiały się błyski światła.Rychło przekonano się, że elektrony muszą pochodzić z samych atomów, a w 1911 roku inny brytyjski uczony, Ernest Rutherford, udowodnił ostatecznie, iż atomy posiadają wewnętrz­ną strukturę: składają się z małego, dodatnio naładowanego jądra i krążą­cych wokół niego elektronów.Rutherford doszedł do tego wniosku, ba­dając rozproszenie cząstek alfa w zderzeniach z atomami (cząstki alfa to dodatnio naładowane cząstki emitowane przez promieniotwórcze atomy).Początkowo sądzono, że jądra atomowe zbudowane są z elektronów i pewnej liczby cząstek o ładunku dodatnim, nazwanych protonami (proton po grecku oznacza “pierwszy"), ponieważ uważano, że proton jest podstawową cząstką materii.Ale w 1932 roku kolega Rutherforda z Cambridge, James Chadwick, odkrył w jądrze jeszcze inną cząstkę, zwaną neutronem, mającą niemal taką samą masę jak proton, lecz po­zbawioną ładunku elektrycznego.Za to odkrycie Chadwick otrzymał Na­grodę Nobla i został wybrany Mistrzem Gonville i Caius College w Cam­bridge (do którego i ja dziś należę).Później musiał zrezygnować z tej funkcji z powodu sporów toczących się pomiędzy członkami college'u.Te ostre scysje trwały tam od czasu, kiedy grupa młodych naukowców, powróciwszy z wojny, doprowadziła w drodze wyborów do usunięcia wielu starszych kolegów ze stanowisk, które dzierżyli przez długie lata.To wszystko zdarzyło się jeszcze przed moim wstąpieniem do college'u w 1965 roku, kiedy to właśnie podobne nieporozumienia zmusiły do ustąpienia Mistrza — laureata Nagrody Nobla, Sir Nevilla Motta.Jeszcze dwadzieścia lat temu sądzono, że protony i neutrony są “ele­mentarnymi" cząstkami, ale doświadczenia, w których badano zderzenia protonów z protonami lub elektronami poruszającymi się z ogromną prędkością, wykazały, że w rzeczywistości protony są zbudowane z mniejszych cząstek.Murray Gell-Mann, fizyk z Caltechu i zdobywca Nagrody Nobla w 1969 roku, nazwał nowe cząstki kwarkami.Ta nazwa bierze początek z enigmatycznego cytatu z Joyce'a: “Three quarks for Muster Mark!" (Trzy kwarki dla Pana Marka).Istnieje wiele odmian kwarków: uważa się, że istnieje co najmniej sześć “zapachów"; “zapachy" te nazywamy: up, down, strange, charmed, bottom i top*.* Nie ma powszechnie przyjętych polskich nazw, zwłaszcza dla dwóch ostatnich kwarków; angielskie można przetłumaczyć jako: górny, dolny, dziwny, czarowny, spodni i szczytowy (przyp.tłum.).Kwark o danym zapachu może mieć trzy “kolory": czerwony, zielony i niebieski.(Należy podkreślić, że te terminy są wy­łącznie etykietkami: kwarki są o wiele mniejsze niż długość fali światła widzialnego i nie mają żadnego koloru w normalnym sensie tego słowa.Po prostu współcześni fizycy wykazują bogatszą wyobraźnię w wyborze nazw niż ich poprzednicy, nie ograniczają się już do greki!) Proton i neutron zbudowane są z trzech kwarków, po jednym każdego koloru.Proton zawiera dwa kwarki górne i jeden dolny; neutron składa się z jednego górnego i dwóch dolnych.Potrafimy tworzyć cząstki złożone z innych kwarków (dziwnych, czarownych, spodnich, szczytowych.), ale wszystkie one mają znacznie większe masy i bardzo szybko rozpa­dają się na protony i neutrony.Wiemy już, że atomy oraz protony i neutrony w ich wnętrzu są podzielne.Powstaje zatem pytanie: jakie cząstki są naprawdę elemen­tarne, czym są podstawowe cegiełki tworzące materię? Ponieważ dłu­gość fali światła widzialnego jest o wiele większa niż rozmiar atomu, nie możemy “popatrzeć" na atomy w zwykły sposób [ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

wblaskucienia.xlx.pl