Čo je elektrón? Hmotnosť a náboj elektrónu

Elektrón - základné častice, jedna z tých, ktoré sú štrukturálne jednotky záležitosti. Podľa klasifikácie je fermión (častice s napoly integrálne rotácie, pomenoval fyzik Enrico Fermi) a leptons (častíc s polovice-celočíselné spinu, nepodieľajú silnej interakcie, jeden zo štyroch hlavných vo fyzike). baryonové číslo elektrónu je nula, rovnako ako iné leptóny.

Až do nedávnej doby to bolo veril, že elektrón - elementárnej, ktorá je nedeliteľná, ktorá nemá štruktúru častice, ale vedci majú iný názor dnes. Čo je elektrón na prezentáciu modernej fyziky?

História názvu

Dokonca aj v starom Grécku prírodovedcov si všimol, že jantár, pre-trela s kožušinou, priťahuje malé objekty, teda vykazuje elektromagnetických vlastností. Názov elektrónu dostala od gréckeho ἤλεκτρον, čo znamená "žlto". Termín navrhol George. Stoneyho v roku 1894, aj keď častice bol objavený J .. Thompson v roku 1897. Bolo ťažké nájsť príčinu toho je malá hmotnosť a náboj elektrónu stala nájsť rozhodujúci zážitok. Prvé fotografie z častíc bol Charles Wilson so špeciálnou kamerou, ktorá sa používa aj v moderných experimentov a je menovaný v jeho cti.

Zaujímavé je, že jedným z predpokladov pre otvorenie elektrónu je príslovie Benjamin Franklin. V roku 1749 vyvinul hypotézu, že elektrina - hmotnú substanciu. To je v jeho práce boli najprv použité výrazy ako kladných a záporných nábojov, vybitia kondenzátora, batérie a elektrické častíc. Špecifický náboj elektrónu je považovaný za negatívny, a protón - pozitívne.

objav elektrónu

V roku 1846 sa koncept "atómu elektriny" bol použitý v jeho prácach, nemecký fyzik Wilhelm Weber. Maykl Faradey objavil termín "ión", ktorý je teraz možno viete všetko ešte v škole. Otázka elektriny prírody zúčastňuje mnoho významných učencov, ako je nemecký fyzik a matematik Julius Plucker, Zhan Perren, anglický fyzik Uilyam Kruks, Ernest Rutherford a iní.

Pred tým, než Dzhozef Tompson úspešne dokončil svoj slávny experiment a preukázali existenciu častice menšie ako atóm, v poli práce mnohých vedcov a objav by bolo nemožné, ale neurobili tento kolosálny dielo.

V roku 1906, Dzhozef Tompson dostal Nobelovu cenu. Skúsenosti bola nasledujúca: cez paralelný kovových dosiek elektrického poľa, s katódovú lúčmi boli odovzdané. Potom by urobil rovnakým spôsobom, ale v systéme cievky pre vytvorenie magnetického poľa. Thompson zistené, že keď elektrické pole vychýlené nosníky, a to isté je pozorované s magnetickým pôsobením však nosníky s katódovú trajektórie nemení v prípade, že konal obe tieto polia v určitých pomeroch, ktoré sú závislé na rýchlosti častíc.

Po výpočte Thompson zistili, že rýchlosť týchto častíc je výrazne nižšia, než je rýchlosť svetla, a to znamená, že majú hmotnosť. Z tohto hľadiska fyziky prišli k presvedčeniu, že otvorená častice záležitosť zahrnuté do atómov, ktoré následne potvrdilo Rutherford. Nazval ju "planetárny model atómu."

Paradoxy kvantového sveta

Otázka, čo predstavuje elektrónový dosť komplikovaná, aspoň v tejto fáze vývoja vedy. Pred posúdením, bude potrebné obrátiť sa na niektorého z paradoxov kvantovej fyziky, že aj vedci nedokážu vysvetliť. To je slávny dvoch rozrezal experiment, vysvetľuje dvojitú povahu elektrónu.

Jeho podstatou je to, že pred "pištole", strieľajúci častíc, stanovené rám so zvislým obdĺžnikovým otvorom. Za ňou je stena, na ktorej budú pozorovať stopy hitov. Takže najprv je potrebné pochopiť, ako sa hmota chová. Najjednoduchší spôsob, ako zistiť, ako na spustenie stroja tenisové loptičky. Časť guličiek spadajú do diery, a stopy výsledkov steny v pridanej v jednom zvislom páse. Ak v určitej vzdialenosti pridať ďalšie rovnaký otvor stopy sa vytvorí, respektíve dva pásy.

Vlny sa správajú odlišne v takejto situácii. V prípade, že stena sa zobrazí stopy zrážke s vlnou, v prípade jednej otvorenej pásma bude tiež jeden. Avšak, veci sa menia v prípade dvoch štrbín. Vlna prechádza otvory, rozdelené na dve polovice. V prípade, že horná časť jednej vlny spĺňa dno druhého, ktoré sa navzájom, a objaví sa interferenčné obrazec (viac vertikálne pruhy) na stenu. Umiestnite na križovatke vĺn opustí stopu, a miesta, kde bolo vzájomné kalenie, no.

úžasný objav

S pomocou vyššie uvedeného experimentu vedci môžu jasne ukazujú svetu rozdiel medzi kvantovej a klasickej fyziky. Keď začali paľbu elektróny múru, zvyčajne sa vyskytuje vo vertikálnej značku na neho: niektoré častice, rovnako ako tenisový loptičku spadol do medzery, a niektoré nie. Ale to všetko sa zmenilo, keď tam bol druhý otvor. Na stene odhalila interferenčné obrazec! Prvý Physics rozhodol, že elektróny v rozpore so sebou a rozhodol sa im nechať jeden po druhom. Avšak, po niekoľko hodín (rýchlosť pohybujúcich elektrónov je ešte oveľa nižšia, než je rýchlosť svetla) opäť začali prejavovať interferenčné obrazec.

nečakaný obrat

Elektronické, spoločne s niektorými ďalšími časticami, ako sú fotóny, vykazuje vlnu-dualita čiastočky (tiež používa termín "kvantovo-vlna dualizmus"). Rovnako ako mačacie Schrödinger, že obaja živí aj mŕtvi, stav elektrón môže byť aj korpuskulárnu a vlnový.

Avšak, je ďalším krokom v tomto experimente vyvolalo ešte väčšiu tajomstvo: a elementárne častice, ktoré sa zdalo, že vie všetko, predstavila neuveriteľné prekvapenie. Fyzici rozhodnete nainštalovať do dier Scoping zariadení zamknúť, ktorú štrbinou častice sú, a ako sa prejavujú ako vlnenie. Ale akonáhle to bolo dané monitorovací mechanizmus na stene boli tam len dva pásy zodpovedajúce dvoma otvormi, a nie interferenčné obrazec! Akonáhle "tieňovanie" vyčistené, častice začali opäť ukazovať vlnovej vlastnosti, ako keby vedela, že už ich nikto nesleduje.

Ďalšia teória

Fyzik Born navrhol, že častice sa neotáča do vlny doslova. Elektrón "obsahuje" vlnu pravdepodobnosti, že dáva interferenčné obrazec. Tieto častice majú tú vlastnosť, že superpozícia, čo znamená, že môžu byť kdekoľvek na určitou pravdepodobnosťou, a preto môžu byť sprevádzané napríklad "vlny".

Avšak, výsledok je zrejmý: samotná prítomnosť pozorovateľa ovplyvňuje výsledok experimentu. Zdá sa byť neuveriteľné, ale to nie je jediný príklad svojho druhu. Fyzikálne experimenty boli vykonávané na veľkej časti matky, akonáhle je predmet segmente bol najtenší hliníková fólia. Vedci poznamenať, že samotná skutočnosť, že niektoré merania ovplyvniť teplotu objektu. Povaha týchto javov, ktoré vysvetľujú, nie je doteraz v platnosti.

štruktúra

Ale to, čo predstavuje elektrón? V tomto okamihu môže moderná veda túto otázku neodpoviem. Až do nedávnej doby to bolo považované za nedeliteľné základné častice, ale teraz vedci sa prikláňa k názoru, že to je zložené z ešte menších stavieb.

Špecifický náboj elektrónu je tiež považovaný za základné, ale sú teraz otvorené kvarky s frakčnej poplatku. Existuje niekoľko teórií o tom, čo predstavuje elektrón.

Dnes môžeme vidieť článok, v ktorom sa uvádza, že vedci boli schopní rozdeliť elektrón. Avšak, toto je len čiastočne pravda.

nové experimenty

Sovietski vedci späť v osemdesiatych rokoch minulého storočia predpokladať, že elektrón je možné rozdeliť do troch kvazičástic. V roku 1996 sa mu podarilo rozdeliť na spinone Holon a najnovšie fyzik Van den Brink a jeho tím bol rozdelený do častíc spinone a orbiton. Delenie je možné dosiahnuť iba za zvláštnych okolností. Experiment sa môže vykonávať za podmienok extrémne nízkych teplotách.

Keď elektróny sú "chladné" absolútnej nule, čo je asi -275 stupňov Celzia, sa takmer zastaví a tvorí medzi nimi druh hmoty, ak je zlúčenie do jedinej častice. Za týchto okolností, a fyzici môžu pozorovať Kvazičástice, ktorý "je" elektrón.

nosiče informácií

polomer elektrónu je veľmi malá, je rovná ^2.81794. 10 ^-13 cm, ale ukázalo sa, že jeho zložky majú oveľa menšiu veľkosť. Každá z týchto troch častí, do ktorej sa podarilo "delenie" elektrón, nesie informáciu o tom. Orbiton, ako už názov napovedá, obsahuje údaje o orbitálnej vlny častice. Spinone zodpovedný za spinu elektrónu a Holon rozpráva o poplatku. To znamená, že fyzika môže samostatne pozorovať rôzne stavy elektrónov v silne chladeného materiálu. Podarilo sa im vysledovať dvojicu "Holon-spinone" a "spinone-orbiton", ale nie všetci traja dohromady.

nové technológie

Fyzik, ktorý objavil elektrón musel pred čakať niekoľko desiatok rokov, až bola použitá ich objav v praxi. V súčasnej dobe technológie nachádzajú uplatnenie v niekoľkých rokoch, to je dosť pamätať grafenu - úžasný materiál skladajúci sa z atómov uhlíka v jednej vrstve. Rozštiepenie elektrónu by bola užitočná? Vedci predpovedajú, že vytvorenie kvantového počítača, rýchlosť, ktorá podľa nich niekoľko desiatok krát väčšia ako u súčasných najvýkonnejších počítačov.

Aké je tajomstvo kvantovej výpočtovej techniky? To možno nazvať jednoduchou optimalizáciu. V bežnom počítači, je minimálna nedeliteľnou súčasťou informácií - trochu. A ak vezmeme do úvahy dáta s niečím vizuálne, niečo pre autá iba dve možnosti. Bit môže obsahovať buď nula alebo jedna, ktorá je súčasťou binárny kód.

nová metóda

A teraz si predstavte, že v trochu obsiahnuté a nulou a jednotkou - za "kvantový bit" alebo "Cube". Úloha jednoduchých premenných bude hrať rotáciu elektrónu (sa môže otáčať buď v smere hodinových ručičiek alebo proti smeru hodinových ručičiek). Na rozdiel od jednoduchej bit Cube môžu vykonávať niekoľko funkcií naraz, a vzhľadom k tomuto zvýšeniu dôjde rýchlosť, nízku hmotnosť elektrónu a náboj nie sú dôležité tu.

To možno vysvetliť na príklade labyrintu. Aby sa z toho dostať, je potrebné, aby sa pokúsili mnoho rôznych možností, z ktorých len jedna bude správna. Tradičné počítač dokonca rieši problémy rýchlo, ale v jednom okamihu môže fungovať iba na jednom probléme. Ten výpočet všetkých možností na jednom trakte, a nakoniec nájde cestu von. Kvantový počítač, vďaka duality kyubita môže vyriešiť veľa problémov naraz. Ten preskúma všetky možnosti nie sú on-line, a v jedinom okamihu v čase, a tiež vyriešiť problém. Problém je len v rozsahu, v ktorom je získať veľa práce na kvantovej objektu - to bude základom pre novú generáciu počítača.

prihláška

Väčšina ľudí používa počítač na úrovni domácností. S touto skvelú prácu tak ďaleko a bežných osobných počítačov, ale predvídať určité udalosti tisíce, možno státisíce premenných, stroj musí byť jednoducho obrovská. Kvantový počítač rovnako ľahko vyrovnať sa s takými vecami ako predpoveď počasia po dobu jedného mesiaca, liečbu katastrofy a jej predikcie dát, a bude tiež vykonávať zložité matematické výpočty pomocou viacerých premenných na zlomok sekundy, to všetko s procesorom niekoľkými atómov. Je teda možné, veľmi skoro sa naše najsilnejšie počítače sú tenký ako papier.

zdravotná starostlivosť

Kvantová výpočtová technika bude mať obrovský prínos pre medicínu. Ľudstvo bude môcť vytvoriť nanomachinery so silným potenciálom, s ich pomocou bude možné nielen diagnostikovať chorobu len pohľadom na celé telo zvnútra, ale aj na poskytnutie lekárskej starostlivosti bez chirurgického zákroku: malý robot s "mozgov" iným ako počítač môže vykonávať všetky operácie.

Nevyhnutné revolúciu v oblasti počítačových hier. Výkonné stroje, ktoré môžu okamžite vyriešiť problém, budú môcť hrať hry s neuveriteľne realistické grafike, to nie je ďaleko a už počítačovej svety s plnou ponorenie.