Co je elektron? Hmotnost a náboj elektronu

Elektron - základní částice, jedna z těch, které jsou strukturální jednotky záležitosti. Podle klasifikace je fermion (částice s napůl integrální rotace, pojmenoval fyzik Enrico Fermi) a leptons (částic s poloviny-celočíselné spinu, nepodílejí silné interakce, jeden ze čtyř hlavních ve fyzice). baryonové číslo elektronu je nula, stejně jako jiné leptony.

Až do nedávné doby to bylo věřil, že elektron - elementární, která je nedělitelná, která nemá strukturu částice, ale vědci mají jiný názor dnes. Co je elektron na prezentaci moderní fyziky?

Historie názvu

Dokonce i ve starém Řecku přírodovědců si všiml, že jantar, pre-třel s kožešinou, přitahuje malé objekty, tedy vykazuje elektromagnetických vlastností. Název elektronu obdržela od řeckého ἤλεκτρον, což znamená „žlutě“. Termín navrhl George. Stoneyho v roce 1894, i když částice byl objeven J .. Thompson v roce 1897. Bylo těžké najít příčinu toho je malá hmotnost a náboj elektronu stala najít rozhodující zážitek. První fotografie z částic byl Charles Wilson se speciální kamerou, která se používá i v moderních experimentů a je jmenován v jeho cti.

Zajímavé je, že jedním z předpokladů pro otevření elektronu je rčení Benjamin Franklin. V roce 1749 vyvinul hypotézu, že elektřina - hmotnou substanci. To je v jeho práce byly nejprve použity výrazy jako kladných a záporných nábojů, vybití kondenzátoru, baterie a elektrické částic. Specifický náboj elektronu je považován za negativní, a proton - pozitivní.

Objev elektronu

V roce 1846 se koncept „atomu elektřiny“ byl použit v jeho pracích, německý fyzik Wilhelm Weber. Maykl Faradey objevil termín „iont“, který je nyní možná víte všechno ještě ve škole. Otázka elektřiny přírody účastní mnoho významných učenců, jako je německý fyzik a matematik Julius Plucker, Zhan Perren, anglický fyzik Uilyam Kruks, Ernest Rutherford a jiní.

Před tím, než Dzhozef Tompson úspěšně dokončil svůj slavný experiment a prokázaly existenci částice menší než atom, v poli práce mnoha vědců a objev by bylo nemožné, ale neudělali tento kolosální dílo.

V roce 1906, Dzhozef Tompson obdržel Nobelovu cenu. Zkušenosti byla následující: přes paralelní kovových desek elektrického pole, s katodovou paprsky byly předány. Pak by udělal stejným způsobem, ale v systému cívky pro vytvoření magnetického pole. Thompson zjištěno, že když elektrické pole vychýleny nosníky, a to samé je pozorováno s magnetickým působením však nosníky s katodovou trajektorie nemění v případě, že jednal obě tato pole v určitých poměrech, které jsou závislé na rychlosti částic.

Po výpočtu Thompson zjistili, že rychlost těchto částic je výrazně nižší, než je rychlost světla, a to znamená, že mají hmotnost. Z tohoto hlediska fyziky přišli k přesvědčení, že otevřená částice záležitost zahrnuty do atomů, které následně potvrdilo Rutherford. Nazval ji „planetární model atomu.“

Paradoxy kvantového světa

Otázka, co představuje elektronový dost komplikovaná, alespoň v této fázi vývoje vědy. Před posouzením, bude nutné obrátit se na některého z paradoxů kvantové fyziky, že i vědci nedokáží vysvětlit. To je slavný dvou rozřízl experiment, vysvětluje dvojí povahu elektronu.

Jeho podstatou je to, že před „pistole“, střílející částic, stanovené rám se svislým obdélníkovým otvorem. Za ní je stěna, na které budou pozorovat stopy hitů. Takže nejprve je třeba pochopit, jak se hmota chová. Nejjednodušší způsob, jak zjistit, jak ke spuštění stroje tenisové míčky. Část kuliček spadají do díry, a stopy výsledků stěny v přidané v jednom svislém pásu. Pokud v určité vzdálenosti přidat další stejný otvor stopy se vytvoří, respektive dva pásy.

Vlny se chovají odlišně v takové situaci. V případě, že stěna se zobrazí stopy srážce s vlnou, v případě jedné otevřené pásma bude také jeden. Nicméně, věci se mění v případě dvou štěrbin. Vlna prochází otvory, rozdělené na dvě poloviny. V případě, že horní část jedné vlny splňuje dno druhého, které se navzájem, a objeví se interferenční obrazec (více vertikální pruhy) na stěnu. Umístěte na křižovatce vln opustí stopu, a místa, kde bylo vzájemné kalení, no.

úžasný objev

S pomocí výše uvedeného experimentu vědci mohou jasně ukazují světu rozdíl mezi kvantové a klasické fyziky. Když začali palbu elektrony zdi, obvykle se vyskytuje ve vertikální značku na něj: některé částice, stejně jako tenisový míček spadl do mezery, a některé ne. Ale to všechno se změnilo, když tam byl druhý otvor. Na stěně odhalila interferenční obrazec! První Physics rozhodl, že elektrony v rozporu s sebou a rozhodl se jim nechat jeden po druhém. Nicméně, po několik hodin (rychlost pohybujících elektronů je ještě mnohem nižší, než je rychlost světla) opět začaly projevovat interferenční obrazec.

nečekaný obrat

Elektronické, společně s některými dalšími částicemi, jako jsou fotony, vykazuje vlnu-dualita částečky (také používá termín „kvantově-vlna dualismus“). Stejně jako kočičí Schrödinger, že oba živí i mrtví, stav elektron může být i korpuskulární a vlnový.

Nicméně, je dalším krokem v tomto experimentu vyvolalo ještě větší tajemství: a elementární částice, které se zdálo, že ví všechno, představila neuvěřitelné překvapení. Fyzikové rozhodnete nainstalovat do děr Scoping zařízení zamknout, kterou štěrbinou částice jsou, a jak se projevují jako vlnění. Ale jakmile to bylo dáno monitorovací mechanismus na zdi byly tam jen dva pásy odpovídající dvěma otvory, a ne interferenční obrazec! Jakmile „stínování“ vyčištěné, částice začaly opět ukazovat vlnové vlastnosti, jako kdyby věděla, že už je nikdo nesleduje.

Další teorie

Fyzik Born navrhl, že částice se neotáčí do vlny doslova. Elektron „obsahuje“ vlnu pravděpodobnosti, že dává interferenční obrazec. Tyto částice mají tu vlastnost, že superpozice, což znamená, že mohou být kdekoliv na určitou pravděpodobností, a proto mohou být doprovázeny například „vlny“.

Nicméně, výsledek je zřejmý: pouhá přítomnost pozorovatele ovlivňuje výsledek experimentu. Zdá se být neuvěřitelné, ale to není jediný příklad svého druhu. Fyzikální experimenty byly prováděny na velké části matky, jakmile je předmět segmentu byl nejtenčí hliníková fólie. Vědci poznamenat, že pouhá skutečnost, že některé měření ovlivnit teplotu objektu. Povaha těchto jevů, které vysvětlují, není dosud v platnosti.

struktura

Ale to, co představuje elektron? V tomto okamžiku může moderní věda tuto otázku neodpovím. Až do nedávné doby to bylo považováno za nedělitelné základní částice, ale nyní vědci se kloní k názoru, že to je složeno z ještě menších staveb.

Specifický náboj elektronu je také považován za základní, ale jsou nyní otevřené kvarky s frakční poplatku. Existuje několik teorií o tom, co představuje elektron.

Dnes můžeme vidět článek, v němž se uvádí, že vědci byli schopni rozdělit elektron. Nicméně, toto je jen částečně pravda.

nové experimenty

Sovětští vědci zpět v osmdesátých letech minulého století předpokládat, že elektron je možno rozdělit do tří kvazičástic. V roce 1996 se mu podařilo rozdělit na spinon Holon a nejnověji fyzik Van den Brink a jeho tým byl rozdělen do částic spinon a orbiton. Avšak dělení je možné dosáhnout pouze za zvláštních okolností. Experiment se může provádět za podmínek extrémně nízkých teplotách.

Když elektrony jsou „chladné“ absolutní nule, což je asi -275 stupňů Celsia, se téměř zastaví a tvoří mezi nimi druh hmoty, pokud je sloučení do jediné částice. Za těchto okolností, a fyzici mohou pozorovat Kvazičástice, který „je“ elektron.

nosiče informací

poloměr elektronu je velmi malá, je rovna ^2.81794. 10 ^-13 cm, ale ukázalo se, že jeho složky mají mnohem menší velikost. Každá z těchto tří částí, do které se podařilo „dělení“ elektron, nese informaci o tom. Orbiton, jak už název napovídá, obsahuje údaje o orbitální vlny částice. Spinon zodpovědný za spinu elektronu a Holon vypráví o poplatku. To znamená, že fyzika může samostatně pozorovat různé stavy elektronů v silně chlazeného materiálu. Podařilo se jim vysledovat dvojici „Holon-spinon“ a „spinon-orbiton“, ale ne všichni tři dohromady.

nové technologie

Fyzik, který objevil elektron musel před čekat několik desítek let, až byla použita jejich objev v praxi. V současné době technologie nacházejí uplatnění v několika letech, to je dost pamatovat grafenu - úžasný materiál skládající se z atomů uhlíku v jedné vrstvě. Rozštěpení elektronu by byla užitečná? Vědci předpovídají, že vytvoření kvantového počítače, rychlost, která podle nich několik desítek krát větší než u současných nejvýkonnějších počítačů.

Jaké je tajemství kvantové výpočetní techniky? To lze nazvat jednoduchou optimalizaci. V běžném počítači, je minimální nedělitelnou součástí informací - trochu. A pokud vezmeme v úvahu data s něčím vizuální, něco pro auta pouze dvě možnosti. Bit může obsahovat buď nula nebo jedna, která je součástí binární kód.

nová metoda

A teď si představte, že v trochu obsažené a nulou a jednotkou - za „kvantový bit“ nebo „Cube“. Úloha jednoduchých proměnných bude hrát rotaci elektronu (se může otáčet buď ve směru hodinových ručiček nebo proti směru hodinových ručiček). Na rozdíl od jednoduché bit Cube mohou vykonávat několik funkcí najednou, a vzhledem k tomuto zvýšení dojde rychlost, nízkou hmotnost elektronu a náboj nejsou důležité zde.

To lze vysvětlit na příkladu labyrintu. Aby se z toho dostat, je potřeba, aby se pokusili mnoho různých možností, z nichž pouze jedna bude správná. Tradiční počítač dokonce řeší problémy rychle, ale v jednom okamžiku může fungovat pouze na jednom problému. Ten výčet všech možností na jednom traktu, a nakonec najde cestu ven. Kvantový počítač, díky duality kyubita může vyřešit mnoho problémů najednou. Ten posoudí všechny možnosti nejsou on-line, a v jediném okamžiku v čase, a také vyřešit problém. Potíž je pouze v rozsahu, v němž je získat spoustu práce na kvantové objektu - to bude základem pro novou generaci počítače.

přihláška

Většina lidí používá počítač na úrovni domácností. S touto skvělou práci tak daleko a běžných osobních počítačů, ale předvídat určité události tisíce, možná statisíce proměnných, stroj musí být prostě obrovská. Kvantový počítač stejně snadno vyrovnat se s takovými věcmi jako předpovědi počasí po dobu jednoho měsíce, léčbu katastrofy a její predikce dat, a bude také provádět složité matematické výpočty pomocí více proměnných na zlomek sekundy, to vše s procesorem několika atomů. Je tedy možné, velmi brzy se naše nejsilnější počítače jsou tenký jako papír.

Zdravotní péče

Kvantová výpočetní technika bude mít obrovský přínos pro medicínu. Lidstvo bude moci vytvořit nanomachinery se silným potenciálem, s jejich pomocí bude možné nejen diagnostikovat nemoc pouhým pohledem na celé tělo zevnitř, ale také k poskytnutí lékařské péče bez chirurgického zákroku: malý robot s „mozků“ jiným než počítač může provádět všechny operace.

Nevyhnutelné revoluci v oblasti počítačových her. Výkonné stroje, které mohou okamžitě vyřešit problém, budou moci hrát hry s neuvěřitelně realistické grafice, to není daleko a už počítačové světy s plnou ponoření.