В двух словах: Квантовый мир⁠⁠

Давайте погрузимся в квантовую физику и узнаем о самых маленьких объектах материи реальности ╮(￣ω￣)╭

Начнём с того как мы видим вещи: свет состоит из частиц – фотонов, их можно представить в виде очень маленькой круглой пули, которая летит со скоростью 299 792 458 м/с. Фотоны рикошетят от всего что вы видите и попадают в роговицу глаза, от туда через зрительный нерв выпускается импульс и мозг расшифровывает всё это дело выводя на ваш «экран» картинку.

Микроскоп помогает фокусировать много фотонов в одну точку и возвращаясь они позволяют нам увидеть более мелкие единицы материи.

Теперь о размерах:

За основу возьмём наш повседневный мир – всё что больше (континенты, планеты, космос) – это макро мир, всё что меньше (клетки, бактерии и вирусу) это микро мир, а ещё «ниже» квантовый мир (молекулы, атомы, кварки).

Обьект – в этом контексте абсолютно всё что угодно. Обьект состоит из множества химических соединений.

Химическое соединение – это множество молекул различных или однотипных химических элементов.

Молекула – это пара или множество атомов, которые соединённым благодаря химической связи и образующее химический элемент.

Здесь у нас возникает проблема: как увидеть то что меньше длины световой волны? В 1932 году учёные создали электронные микроскопы и вместо «гигантских» фотонов они «стреляют» электронами, и сделали «зум» ещё детальнее. Принцип его работы можно представить – как чтения текста брайля (ощупывая поверхность, можно представить символы)

Атом – элементарная частица из которой состоит практически всё в нашем мире. Атом состоит из ядра (протон и нейтрон) и одного или множества электронов, которые под действием квантовых сил удерживается в барьере атома.

Протон – элементарная частица, является частью атома и находится в его ядре. Принимает участие в термоядерных реакциях, которые являются основным источником энергии, генерируемой звёздами. Имеет положительный заряд и состоит из кварков.

Нейтрон – тяжёлая элементарная частица, является частью атома и находится в его ядре. Не имеет электрического заряда, состоит из кварков.

Электрон – стабильная элементарная частица, является частью атома и находится на его орбиталях. Образует электрическую оболочку атома, строение которой определяет оптические, электрические, химические, механические и магнитные свойства вещества. Обладает отрицательным зарядом и не обладает внутренней структурой.

В 2008 году, чтобы увидеть ещё «глубже» 10 тысячам учёным пришлось разработать большой адронный коллайдер, который сталкивает элементарные частицы друг с другом на скорости света, и они распадаются на составляющие, которые существуют доли секунды. Анализ зоны появления и распада позволяет узнать о их свойствах.

Кварк – фундаментальная частица, входит в состав адронов (протоны и нейтроны). Кварки не обладают внутренней структурой, но имеют дробный электрический заряд. В настоящее время известно 6 разных «типов» кварков:

Первое поколение: Нижний ( d ), Верхний ( u )

Второе поколение: Странный ( s ), Очаровательный ( c )

Третье поколение: Прелестный ( b ), Истинный ( t )

Нейтрино – фундаментальная частица (лептон – как и электрон). Не имеют массы или электрического заряда и как итог практически не взаимодействуют с материей.

Бозон Хиггса – это уже не совсем материя и объяснение этой концепции, заслуживает отдельного поста. Плюс технически – его исследование как раз в процессе и в начале 2021 должны быть более конкретные умозаключения.

Длина планка - научная концепция описывающая наиболее минимальные масштабы возможные в нашей реальности. Любые эксперименты, направленные на дальнейшее «углубление» в материю, неизбежно вызовут создание чёрной дыры. Теория струн предполагает, что «струны» материи примерно такого размера.

Теперь обсудим квантовую физику – дело в том, что в масштабе атома классическая физика перестаёт работать, а всё взаимодействие материи на этом уровне происходит по другим законам.

Начнём с того что атомы не постоянны: атомы различных элементов распадаются и преобразовываются в атомы других элементов (ближе к началу таблицы Менделеева). Если внести достаточно энергии (допустим при взрыве звезды) мы получаем атомы более тяжёлых элементов (ближе к концу таблицы Менделеева).

Количество протонов, нейтронов и электронов – и придаёт будущему химическому элементу его свойства.

Внутри элементарных частиц (протонов и нейтронов) – находятся кварки. Это фундаментальные частицы, с двумя ключевыми параметрами заряд и спин (технически ещё есть «цвет», но чтобы не перегружать пост, я не буду рассказывать о этой концепции). На квантовом уровне главенствуют 4 фундаментальных силы:

- Сильное взаимодействие - сила, соединяющая кварки вместе. Её можно представить в виде резинки, которая удерживает кварки в группе. Если попробовать оттянуть один кварт, то взаимодействие станет мощнее и вернёт кварк в строй, как при натяжении резинки. Влияние сильного взаимодействия осуществляется через переносчика «Глюон» (можно представить его в виде, колебания резинки, которое воздействует на прикреплённые кварки). Эти колебания настолько мощные, что порождают нового переносчика «Пион», который тоже участвует в сильном взаимодействии.

- Слабое взаимодействие – участвует в распаде и преобразовании атомов. Если нейтрон сблизиться с нейтрино, то переносчик W-бозон (Z-бозон) перейдёт от нейтрино к нейтрону. Нейтрино превратится в электрон, а нейтрон превратится в протон (тем самым изменяя свойства и состав атома). Это и есть распад элемента по сути.

- Сила гравитации – заставляют любой обьект с массой «притягиваться» к любому другому объекту с массой (всё от атомов до галактик подвержено этому воздействию). Чем выше масса обьекта, тем сильнее сила гравитации – однако она теряет силу с расстоянием между двумя обьектами. Переносчик этой силы пока существует лишь в теории (гравитон) – это частица без массы и пока мы не можем её зафиксировать.

- Сила электромагнетизма – принимает две формы электростатическая сила и магнитостатическая сила. Переносчиком является фотон.

Электростатическая сила воздействует на обьекты обладающие электрическим зарядом (положительным или негативным).

Магнитостатическая сила проявляется как побочный продукт электричества. В целом это таже самая сила – любое обьект, через который течёт электричество, генерирует магнитное поле, которое оказывает воздействие на определённые химические элементы. Повседневные магниты сохраняют магнитное поле из-за материала с высокой остаточной магнитной индукцией.

Как-то так и живём. Сейчас мы находим на пике изучение фундаментальных основ реальности и возможно в ближайшее столетие сможем сформулировать законченную теорию всего ( ‾́ ◡ ‾́ )

Я планирую писать такие букофы с картинками дальше и буду рад единомышленникам в моей вк группе: https://vk.com/neonovicrabi

Спасибо за внимание :3