Physique Question #910
Dave Mackay (Genre: mâle, Àge: 16 années) de l'Internet sur 8 septembre 2002 demande:
Qu'est à l'intérieur d'un atome ? Entre les électrons et le neutron ? Peut-être si vous décriviez l'atome comme basket-ball, alors pourrait-il y avoir plus d'atomes à l'intérieur de d'un atome… ? Et s'il n'y a rien, alors quel N'EST rien. ?
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La réponse
Vous avez posé réellement une question profondément intéressante pour laquelle la réponse appropriée exigerait un aperçu de beaucoup de physique courante. J'essayerai juste de toucher sur quelques points dans ma réponse --- plus d'une introduction aux questions que votre question principale implique, plutôt que « répond » qui sont tous les travaux en marche.
Nous savons que les atomes ont la masse -- et que quelques parties de eux ont la charge électrique -- ce sont tous les facteurs observables en vrac et à une distance. De tirer les objets à grande vitesse (les particules d'alpha, qui sont vraiment les noyaux des atomes d'hélium) à un film extrêmement mince d'or, le physicien Ernest Rutherford a établi la première fois le fait étonnant que la plupart des particules d'alpha sont passé bien par le film, mais un remarquable peu a rebondi juste dans la direction qu'elles étaient venue de. Il a commenté plus tard il était ainsi sidéré, il était comme si vous aviez tiré une boule de bowling à à ce film et il était revenu et vous avait frappé.
Cette observation, et une certaine analyse mathématique de la distribution de la dispersion des particules d'alpha reflétées, ont établi l'existence d'un noyau lourd mais tout à fait petit dans un atome contenant la grande majorité de la masse d'un atome.
Vous pourriez se réunir de ceci que le « volume », quand rai de à des balances ce petit, exige une certaine attention particulière quant au processus de la mesure. Après tout, si on étaient d'envoyer les particules très à vitesse réduite (parole, atomes d'hydrogène) vers un film d'or, la majorité de ces atomes rebondirait -- parce que l'interaction primaire dans ce cas-ci serait entre les nuages d'électron des particules naissantes et la cible.
Ainsi le processus de définir le « volume » est vraiment un de définir l'excédent de balances de distance que certains types d'interactions se produisent. Les interactions électriques entre les électrons, par exemple, semblent suivre la loi carrée inverse célèbre (c'est-à-dire, si vous déplacez deux électrons deux fois aussi étroitement ensemble, elles se repousseront quatre fois autant) -- et autant que nous savons ce comportement continue aux échelles incroyablement petites -- c'est pourquoi des électrons désigné généralement sous le nom du « pointlike ». Les protons, cependant, repoussent selon la loi carrée inverse seulement à atome-comme les distances -- plus étroitement dans la répulsion monte beaucoup plus nettement pendant qu'une autre forme d'interaction (appelée la force forte) hérite le jeu. Ainsi on dit qu'un proton a « un noyau dur » vers l'interaction -- ceci indique essentiellement qu'il agit comme lui a le « volume ».
La remarque que j'essaye de faire est que le volume n'est pas un concept particulièrement utile aux plus petites échelles une fois seul pris -- c'est simplement un synonyme pour une variété de différents processus de la mesure, qui sur cette échelle donnent différents résultats. Ainsi au lieu à de se rapporter au « volume » nous vraiment devons devenir plus spécifiques et décrire le comportement des interactions spécifiques que nous pouvons mesurer.
On lui dit généralement que les atomes consistent la plupart du temps en « espace vide » -- c.-à-d. si une pression suffisante appliquée de faire agir l'un sur l'autre avec les protons aux noyaux associés et convertir ainsi des électrons tout en neutrons, qui n'ont aucune attraction ou répulsion électrique, la seule répulsion restante serait celle « du noyau dur » de la force forte entre ces particules. Et dans ce cas-ci, le « volume », c'est-à-dire, l'espace que cet ensemble occuperait avant que beaucoup plus de pression ait été appliquée, seraient une certaine quantité, énormément réduite de la taille de la collection originale d'atomes. Ainsi on pourrait indiquer que si le bâtiment d'état d'empire était écrasé vers le bas au point où tous électrons ont été serrés dans les protons et seulement les neutrons sont restés, emballé à la même pression qui avait forcé la combinaison, alors cette masse comprimée serait à peine évidente dans la taille. La terre entière soumise à un tel traitement serait seulement quelques pieds à travers.
Mais demander ce que « est l'espace vide » ouvre des autres bidon de vers - le monde mécanique de quantum créé par des physiciens dans les années 20 et les années 30 pour décrire le comportement de la matière à la plus petite échelle a exigé l'introduction de l'idée qui s'espacent est la cour de jeu de tous les deux les vraies particules directement perçues et des particules virtuelles ce qui sont des versions simplement latentes de vraies particules attendant pour hacher, si l'énergie les favorise à la réalité soient trouvées. L'one-way de visualiser ceci est d'imaginer créer un champ électrique énormément fort, une version beaucoup plus grande de ce qui pourrait être produit en reliant deux plats de conduite à une source de tension. Dans un tel domaine, si on étaient de placer un électron au milieu, il tomberait vers le plat positif (un proton tomberait vers le plat négatif). Avec la résistance suffisamment haute de champ, le vide lui-même décompose - hors du « néant », un électron et une paire de positron (le positron est une sorte « d'image électrique de miroir » d'un électron) peuvent sauter dans être, assument la vraie existence, et chacun voyagerait au également vis-à-vis du plat électrique, acquérant l'énergie pour leur existence de la haute résistance de champ créée entre les plats.
Donc il n'y a pas vraiment une chose telle que « l'espace vide » -- l'espace lui-même est un substrat occupé que lui-même semble jouer un rôle important en définissant ce que les « sont particules ».
Je conclurai en citant une poésie par John Updike décrivant la tentative d'un auteur de venir aux limites avec les interactions embrouillantes (ou manquer en) d'une particule particulière qui n'agit pas l'un sur l'autre électriquement ou avec la force forte, et suis de ce fait tout à fait difficile à détecter, à peine agissant l'un sur l'autre du tout.
Neutrinos, par John Updike
Neutrinos : ils sont très petits
Ils n'ont aucune charge ; ils n'ont aucune masse ;
ils n'agissent pas l'un sur l'autre du tout.
La terre est juste une boule idiote
à eux, par lesquels ils passent simplement
comme des dustmaids avaler un hall avec des courants d'air
ou photons par une feuille de verre.
Ils rebrouent le gaz le plus exquis,
ignorer le mur le plus substantiel,
battre froid à en acier et à retentir en laiton,
insulter l'étalon dans sa stalle,
et, dédaignant des barrières de classe,
infiltrer toi et moi. Comme grand
et les guillotines indolores ils tombent
vers le bas par nos têtes dans l'herbe.
La nuit, elles entrent chez le Népal
et percer l'amoureux et sa fille
de sous le lit. Vous appelez
il merveilleux ; Je l'appelle grossier.
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