квантовый блайнстоп что это
Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?
Ну что, поговорим немного о квантовой механике? Согласна, довольно сложная тема, но эта сложность лишь придает ей пикантности и остроты. Как и многочисленные предположения о существовании Мультивселенной и параллельных реальностей. К слову сказать, современная физика изобилует подобными идеями, но мы с вами остановимся на одной из, по моему скромному мнению, самых интересных из них – многомировой интерпретации квантовой механики или интерпретации Эверетта. В 1954 году, будучи аспирантом Принстонского университета, физик Хью Эверетт пришел к революционной интерпретации нерелятивистской квантовой механики, которую полностью развил за два последующих года. Однако научное сообщество не придало особого внимания трудам Эверетта, так как работа не вела к новым предсказаниям и к тому же выглядела парадоксальной и в целом ненужной. Более того, его труд никак не повлиял на основную линию развития теоретической физики и создание Стандартной модели физики элементарных частиц. И все же, десятилетия спустя работа Эверетта привлекла внимание космологов. И хотя практических последствий она по-прежнему не принесла, это не значит, что видение мира, описанное в работе выдающегося физика, не стоит нашего с вами внимания.
Согласно Многомировой интерпретации квантовой механики, существует множество миров, расположившихся параллельно в том же пространстве и времени, что и наш с вами дом
Многомировая интерпретация квантовой механики
Итак, для начала давайте оговорим кое-что важное: когда физики размышляют о Мультивселенной, скорее всего, они думают о космологической мультивселенной. Да, звучит как минимум грандиозно, но так оно и есть. Просто речь идет не о наборе отдельных вселенных. Скорее, эти идеи относится к совокупности областей пространства, настолько далеких, что они для нас попросту ненаблюдаемы. К тому же, там действуют свои, неизвестные для нас законы.
Некоторые физики считают, что могут существовать разные частицы, разные силы, даже разное количество измерений пространства по сравнению с тем, что мы видим вокруг нас.
Но что такое космологическая вселенная? Удивительно, но объяснение звучит проще, чем кажется – наука космология изучает свойства и эволюцию Вселенной. Ни больше ни меньше. А Вселенная, как мы знаем, та еще штучка – родилась около 14 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется, расширяется и расширяется со все возрастающей скоростью.
Вселенная, как мы знаем сегодня, расширяется с ускорением. Но почему это происходит физики сказать не могут.
И когда физики говорят о космологической вселенной они вовсе не веселятся, воображая бесконечное множество копий самих себя, как, например, в мультсериале «Рик и Морти», главные герои которого с помощью «портальной пушки» путешествуют по этому самому Мультиверсу, нередко уничтожая целые миры. Нет, физики, конечно, любят смотреть на путешествия вечно пьяного дедули и его робкого внука и размышлять о подобном, но идея космологической вселенной естественно возникает как следствие других (не менее спекулятивных идей), включая теорию струн и космологическую инфляцию.
Многие исследователи полагают, что так как эти идеи сами по себе являются умозрительными, космологическую мультивселенную следует рассматривать как умозрительную в квадрате. Безусловно, она действительно может существовать, но единственное, что можно сказать по этому поводу прямо сейчас – мы не знаем.
Однако множественные «миры» квантовой механики – это нечто совершенно иное. Они находятся недалеко – но лишь потому, что они вообще нигде не «расположены». И они естественным образом вытекают из простейшей версии нашей наиболее проверенной физической теории – квантовой механики.
Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Так вы точно не пропустите ничего интересного!
Квантовая механика Мультивселенной
Но чтобы понять почему это так, следует вспомнить как работает квантовая механика. Давайте рассмотрим электрон – элементарную частицу, имеющую определенное фиксированное значение величины, называемой спином. Когда мы измеряем его вращение, то получаем только один из двух возможных ответов: он вращается вверх или вниз относительно любой оси, которую мы использовали для его измерения.
Наш мир намного больше и сложнее, чем мы можем себе представить. Но шанс разгадать фундаментальные тайны Вселенной у нас есть.
Странно, да? Почему всего два возможных ответа? Но еще более странно то, что мы не всегда можем предсказать, каким будет результат измерения. Мы можем подготовить электрон в “суперпозиции” спина вверх и спина вниз, так что будет некоторая вероятность наблюдения каждого результата. Напомним, что физики описывают состояние электрона в терминах «волновой функции», которая демонстрирует какая часть состояния электрона имеет спин «вверх», а какая –»вниз». Также ученые используют волновую функцию для вычисления вероятности каждого результата измерения.
Однако чем больше экспериментов проводят ученые, и чем глубже становится их понимание квантовой механики, тем больше кажется, что волновая функция действительно существует. Она не просто характеризует наши знания, это – реальное физическое состояние электрона.
Таким образом, все квантовые предметы можно описать лишь с помощью вероятностей, а волновая функция и вовсе дарит шанс на существование любого количества различных состояний, в которых может находиться объект. Но стоит начать наблюдать за ним, или измерить его, как объект принимает одно из известных состояний – по крайней мере, с вашей точки зрения.
Волновая функция квантовых состояний
Интересно и то, что волновая функция, скажем так, разделяет физиков. Многие придерживаются Копенгагенской интерпретации, согласно которой мы никогда не сможем узнать, что происходит в этой нечеткой области предварительного измерения. Другими словами, квантовая теория делает предсказания о реальности, но ничего не говорит о том, как именно она устроена.
Интерпретация Эверетта
Итак, мы выяснили, что измерение – это взаимодействие квантового объекта с прибором. В результате этого взаимодействия измеряемый объект переходит из одного макростсояния в другое. И вот тут-то, как говорится, собака зарыта – согласно копенгагенской интерпретации такова наша объективная реальность, для существования которой не нужны дополнительные обоснования. И Хью Эверетт высказался против подобной трактовки.
По Эверетту, волновая функция не коллапсирует. Это означает, что существует бесконечное множество параллельных копий воплощений нашей физической реальности, ведь волновая функция описывает единый квантовый мир – бесконечный набор возможных состояний. Измерение этих состояний позволяет физикам выделять классические проекции, в которых они сами и находятся в качестве наблюдателей. И если результат измерения – это выбор из всего двух состояний (спин вверх или спин вниз), то после измерения в дело вступает волновая функция, порождая два мира, в одном из которых спин вверх, а в другом – вниз.
Хью Эверетт. Изображение: TASS Наука
Как пишет физик Алексей Левин в статье Тасс, можно предположить, что различные ветви единой волновой функции, описывающие параллельные миры, осциллируют во времени не в фазе и потому друг для друга как бы не существуют.
Эрвин Шредингер, основатель квантовой теории, который глубоко скептически относился к ее правильности, подчеркивал, что эволюция квантовых систем естественным образом приводит к состояниям, которые могут быть измерены как обладающие совершенно иными свойствами. Его «кот Шредингера», как известно, увеличивает квантовую неопределенность в вопросах о смертности кошек. До измерения кошке нельзя присвоить свойство жизни (или смерти). И то, и другое — или ни то, ни другое — сосуществуют в целой преисподней возможностей.
Повседневный язык плохо подходит для описания квантовой дополнительности, отчасти потому, что повседневный опыт с ней не сталкивается. Практические кошки взаимодействуют с окружающими молекулами воздуха, среди прочего, совершенно по-разному в зависимости от того, живы они или мертвы, поэтому на практике измерение производится автоматически, и кошка продолжает жить (или умирать).
Разыскивается кот Шредингера! Живым или мертвым!
Но запутанные истории описывают вопросы, которые в реальном смысле являются котятами Шредингера. Их полное описание требует, чтобы в промежуточные моменты времени мы учитывали обе из двух противоречивых траекторий свойств.
Контролируемая экспериментальная реализация запутанных историй является деликатной, потому что она требует, чтобы мы собирали частичную информацию о нашем измерении. Обычные квантовые измерения как правило собирают полную информацию за один раз — например, они определяют определенную форму или определенный цвет — а не частичную информацию, охватывающую несколько раз.
Но это можно сделать — действительно, без больших технических трудностей. Таким образом, физики могут придать определенное математическое и экспериментальное значение распространению идеи множественности миров в квантовой теории и продемонстрировать ее обоснованность.
Выводы
В заключение хочу добавить, что сам сам Эверетт никогда не продвигал идею множественности миров или Мультивсерса. Еще до того, как он защитил докторскую диссертацию, он принял предложение о работе в Пентагоне и занимался проблемами холодной войны (некоторые его работы были настолько секретными, что до сих пор засекречены) и, по сути, исчезли с академического радара. Только в конце 1960-х годов идея набрала некоторый импульс, когда ее подхватил и с энтузиазмом продвигал Брайс Девитт из Университета Северной Каролины, который написал:
Каждый квантовый переход, происходящий в каждой звезде, в каждой галактике, в каждом отдаленном уголке Вселенной, расщепляет наш локальный мир на Земле на мириады копий самого себя.
Законы взаимодействия частиц кардинально отличаются от законов видимого мира
Интересно и то, что первая версия докторской диссертации Эверетта (позже измененная и сокращенная) на самом деле называлась «Теория универсальной волновой функции». И под «универсальным» Эверетт подразумевал следующее:
Поскольку утверждается универсальная значимость функции состояния, можно рассматривать сами функции состояния как фундаментальные сущности, и можно даже рассматривать функцию всей вселенной. В этом смысле эту теорию можно назвать теорией «универсальной волновой функции», поскольку предполагается, что вся физика вытекает только из нее.
И все же, множество вопросов остаются без ответа. Но это нормально, так как физики любят решать сложные вопросы. Так что мы должны быть благодарны за то, что Хью Эверетт завещал нам богатый набор параллельных вселенных, в одной из которых, мы, судя по всему, и находимся. Так что смело передаю привет самой себе из параллельной вселенной, чем бы другая «я» сейчас не занималась.
Бог обитает в квантовом мире
Мир больших объектов предсказуем, надежен и меняется медленно. Но весь этот мир состоит из частиц — квантов, а они в свою очередь подвижны и непредсказуемы. За оболочкой привычных предметов бурлит квантовая жизнь. И, по мнению ученого-космолога, автора книги «Нереальная реальность» Андрея Кананина, она не может существовать без наблюдателя — Бога.
— Космология — это наука, отпочковавшаяся от философии?
— Космология все-таки не отпочковалась от философии, а идет параллельно с философским знанием. Это наука о Вселенной и месте разумных существ в ней. Поскольку это достаточно большая область знаний, то здесь применяются естественно-научные подходы и необходимы определенные познания в астрофизике, астрономии, математике… Но в значительной степени это все-таки гуманитарное знание, философское осмысление проблемы разума и эволюции. Космология — это отдельная наука и достаточно серьезная.
— Большое внимание в космологии уделяется теме бытия Божьего во Вселенной, хотя рассматривается дарвинизм и другие теории. Помимо космологии есть квантовая физика — тоже молодая наука. Вы сумели построить целую систему доказательств, прибегая именно к этой научной отрасли?
— Да, совершенно верно. Квантовую физику понимают сегодня досконально 5-6 человек в мире, потому что если копаться в уравнениях, в математических конструкциях, то она крайне сложна для понимания. Но в общих чертах можно рассказать о самом главном. Классическая физика описывает большие масштабы. Она описывает планеты, она описывает людей, она описывает гравитационные силы, — то, с чем мы привыкли сталкиваться ежедневно.
Квантовая физика — другая. Она описывает мир на микроскопических масштабах. Ведь квант — это элементарный, самый маленький пучок энергии. Самый известный квант — фотон — это частица света. В последние годы выяснилось, что наш мир в целом квантовый. Это можно утверждать почти на сто процентов. То есть он — классический материальный, как считалось раньше, а в основе своей — квантовый. И это очень глубокий вывод, заставляющий пересмотреть современные научные концепции, которые недавно считались незыблемыми.
Первый квантовый эксперимент был проведен еще в 1801 году Томасом Юнгом. Он разместил две пластиночки — одну с двумя щелями, а за ней поставил непрозрачную, и пропустил свет. Логика подсказывает, что должны были образоваться две ярких точки на темной пластинке. К удивлению Юнга, точек не появилось, появился узор, как бы волновой. В XX-XXI веках опыт Юнга повторяли с одним единственным фотоном. Казалось бы, когда один фотон проходит, уж точно должна быть точка, но получился опять узор.
— Один фотон влетел, а в результате образовался узор?
— Нейтрализационная картинка, узор. Это может означать только одно: свет является одновременно и частицей, и волной. Это называют дуальностью квантового мира. Самый первый парадокс: свет — одновременно частица и волна.
Современная астрофизическая аппаратура позволяет уловить одинокие фотоны из очень дальнего космоса. Есть такие объекты — квазары — очень древние галактики, им десять миллиардов лет. И вот когда были пойманы одинокие фотоны от квазаров и пропущены через эту щель, получилась та же самая картинка — световой узор.
Это означает, что не важно, где происходит квантовый эксперимент и с чем он происходит, — у нас в земной лаборатории или в космических масштабах. Это свойство квантового мира универсально для всей Вселенной. Получается, что фотоны двигаются по всевозможным траекториям, по всем, которые теоретически возможны, при этом нарушая классические физические законы.
— Фотон может находиться в двух точках одновременно?
— Да. Вероятность встроена в саму структуру реальности — это первая особенность квантового мира. А второе свойство — именно нелокальность, запутанность частиц. Совершенно необъяснимый момент: частица знает поведение своего партнера, если они находятся на расстоянии километра или даже в разных частях галактики. Это тоже строго научно доказанный факт. И две связанных между собой частицы в квантовом мире всегда взаимодействуют друг с другом. Причем, это взаимодействие проявляется и распространяется быстрее скорости света.
Теория Эйнштейна при этом не нарушается. Дело в том, что эта взаимосвязь частиц не связана с передачей информации. То есть запутанность не позволяет передать информацию и какую-либо энергию. И вот эта вот запутанность в квантовом мире, его единство совершенно не связаны с классическим понятием пространства, времени, скорости света.
— Фотон, бозон — это минимальные частицы, первоначальные кирпичики? Или есть что-то еще меньше, на чем все строится?
— Очень сложно понять определенные нюансы квантового мира. Потому что мы понимаем частицу как некий объект, всегда представляем себе атом в виде точки, вокруг орбиты которой вращаются электроны. И частицу мы представляем себе как точку. Но никаким объектом частица в реальности не является, она вообще не объект в общепринятом понимании этого слова. Частица — как возбуждение квантового поля, которое окружает нас.
— То есть невозможно понять, что есть материальное, а что нематериальное? То, что нам кажется материальным, осязаемым, тоже какая-то иллюзия?
— Не совсем так. Материальный мир, безусловно, существует. Безусловно, в нашей Вселенной работают определенные фундаментальные законы. Дело не в том, что наш материальный мир, мир больших объектов, иллюзорен, — это не так. Дело в том, что он оказывается не главным. А главное в структуре реальности происходит на микроскопическом квантовом уровне.
— Получается, что мы — частность, а целое — это квантовое?
— Совершенно верно. Там действуют другие принципы. Когда говорят о вероятности, обычно у человека возникает в голове мысль об азартной игре. Например, вероятность попадания шарика в ячейку рулетки. Кажется, что она равна одному к 37 секторам. На самом деле это не так. Я думаю, рано или поздно будет создан очень сложный прибор — суперЭВМ. Тогда можно будет рассчитать, в какую именно ячейку упадет шарик.
Проблема в том, что нужно учитывать сотни тысяч параметров: потность руки крупье, как отполирован стол, кто из стоящих рядом чихнул… Но такой прибор всегда определял бы, в какой ячейке будет шарик. Поэтому это не вероятность. А вот квантовая вероятность — это именно фундаментальное свойство. И все, что вокруг нас происходит в глубине своей, в структуре реальности носит неопределенный вероятностный характер.
— То есть миром правит неопределенность, нелокальность и вероятность? Первооснова — совсем простые элементы, из которых состоит мир, — постоянно двигается и меняется. А мы лишь некое частное проявление этого механизма?
— Это научный факт. И здесь начинается самое интересное. Вокруг нас кипит, бурлит совершенно невероятная квантовая жизнь. Справедлив вопрос: а каким образом вот этот фундаментальный квантовый мир преломляется в то, что мы видим? В столы, стулья, телеэкраны и, в конце концов, в нас самих? Выяснилось, что самое главное в природе — акт наблюдения. Мир из квантовой запутанности, бурления превращается в мир материальных объектов, когда происходит наблюдение. Известный космолог Эрвин Шредингер предложил мысленный эксперимент: посадить кота в коробку, и в коробке расположить атом, который распадается с вероятностью 50 на 50 в течение минуты. Распадается атом — появляется ад, и кот умирает. Не распадается — кот остается живым. Получается, что до тех пор, пока не открыть коробку, мы не можем сказать, жив кот или мертв.
Над этим полуживым-полумертвым состоянием ломали копья Альберт Эйнштейн, другие астрофизики. Парадокс Шредингера до сих пор до конца не объяснен. Но мы же знаем, что такого полуживого-полумертвого состояния не бывает.
Только открыв коробку и произведя акт наблюдения, мы можем узнать, жив кот или мертв. Но природа-то должна знать, что происходит. В целом физики уже понимают механизм преобразования вероятностного квантового мира в привычный нам материальный. Сложность в том, что неясно, почему и каким образом частица выбирает единственный из множества вариантов будущего. Кто наблюдал мир, пока не было человечества, когда Вселенная только возникла? Это был какой-то сторонний сверх-наблюдатель, назову его Творец, Создатель, — какой-то чистый разум.
Сейчас многие физики, не маргиналы, вообще считают, что если вы отвернетесь от леса, на который смотрите, то за вами уже будут не деревья, а неопределенная квантовая болтанка. Вы посмотрели — лес есть, отвернулись — а за Вами уже квантовая бездна.
— Получается, что понятие объективной реальности, которому нас учили со школьной скамьи, неверно?
— Совершенно правильно. Тяжело и сложно понять квантовую физику, потому что она противоречит нашей здравой логике, нашему здравому смыслу. Мы привыкли, что все в нашем мире идет своим чередом, солнышко с утра восходит и заходит, сила тяжести работает, мы не проваливаемся сквозь землю и не улетаем. А квантовый мир совершенно другой.
Получается, что само зарождение мира, создание нашей Вселенной можно признать уникально необычным квантовым переходом. А при квантовых переходах всегда необходим наблюдатель. Кто мог быть этим наблюдателем в момент зарождения нашего космоса? Можно назвать его Богом, Творцом, Создателем, чистым сознанием и пр.
Получается, что без наблюдателя Вселенная не просто утрачивает смысл, — исходя из прямого трактования сегодняшнего понимания квантовой физики, ее невозможно создать без акта наблюдения. И как только мы понимаем, что зарождение мира являлось событием квантовым, то абсолютно ясно, что Бог есть. Это — совершенно научный факт.
— Получается, согласно квантовой физике, был Творец, который создал мир?
— Здесь очень важно быть корректным в формулировках. Что было до момента создания мира, по православной традиции называется «небытие» — это ничто и никто. То есть мы не можем назвать что-то чем-то, когда ничего не было. Поэтому я бы сформулировал это так, что до момента создания мира нечто разумное должно было этот процесс наблюдать, чтобы преобразовать квантовую реальность в обычную.
Идею наличия Творца в квантовом мире следует обсуждать со всей серьезностью по той простой причине, что у нас Вселенная очень необычно организована. Она организована именно таким образом, чтобы в ней было комфортно существовать нам с вами, разумным людям. Это так называемый принцип тонкой настройки Вселенной. Масса параметров в космосе настолько благоприятны именно для нашей разумной природной жизни, — видимо, это не случайно. Естественным образом возникает вопрос: «Что, если этот мир изначально предусматривал возможность нашего существования?»
В принципе, сегодня есть всего три гипотезы происхождения Вселенной из-за Большого взрыва:
Первой гипотезе я не доверяю, потому что не понимаю природы случайного, а аргументация «случилось, потому что должно было случиться», меня не устраивает. Во втором аргументе, по поводу мультивселенной, меня раздражает просто вопиющая неэкономичность природы. Ненормально и неестественно для того, чтобы появился один мир, комфортный для нас, создавать все возможные. Остается теория Замысла.
Подготовил к печати Юрий Кондратьев
Беседовал
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
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.
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.
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:
— 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
Лига Физиков
90 постов 1K подписчиков
Правила сообщества
Запрещено:
— Оскорблять участников сообщества, а так же пользователей Пикабу.
— Публиковать посты, которые не относятся к физике
— Рекламировать кого-либо, чего-либо
— Нарушать правила Пикабу.
фотонов, их можно представить в виде очень маленькой круглой пули, которая летит со скоростью 250 850 км\ч
которые соединённым благодаря химической связи и образующее
Интересно, конечно, но когда такие статьи пишутся с ошибками, простите, читать не очень хочется :/
то есть постоянный магнит без конца испускает фотоны, являющиеся переносчиками магнетизма?
Автор, харе ставить минусы в ответ на критику, а поправьте текст: вопиющие ошибки и МЕГАкорявый перевод
Что скрывают протоны?
Двадцать лет назад физики начали исследовать загадочную асимметрию внутреннего строения протона. Результаты их работы, опубликованные в конце февраля 2021 года, объясняют, как антивещество помогает стабилизировать ядро каждого атома.
Очень редко упоминается тот факт, что протоны — позитивно заряженные частицы в центре атома — являются отчасти антивеществом.
Издалека кажется, что протон состоит из трех частиц под названием кварки. Но если приглядеться получше, можно увидеть множество появляющихся и исчезающих частиц.
На самом деле, внутри протона вращается вихрь из меняющегося количества шести типов кварков, их противоположно заряженных аналогов из антивещества (антикварков) и глюонов, элементарных безмассовых частиц, которые связывают вместе другие частицы, трансформируются в них и быстро множатся. Каким-то образом этот бурлящий вихрь оказывается совершенно стабильным и на первый взгляд простым, имитируя по определенным аспектам трио кварков. «То, как это все функционирует, честно говоря, похоже на чудо», — отметил Дональд Гисаман, физик-ядерщик из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе.
Тридцать лет назад исследователи обнаружили поразительное свойство этого «протонного моря». Теоретики ожидали, что различные типы антивещества в нем будут распределены равномерно, но было похоже, что количество нижних антикварков значительно превышало количество верхних антикварков. Затем десять лет спустя другая группа исследователей заметила намеки на неподдающиеся объяснению вариации в соотношении верхних и нижних антикварков. Но эти результаты были на грани чувствительности эксперимента.
Итак, 20 лет назад Дональд Гисаман и его коллега Пол Раймер начали работать над новым экспериментом, чтобы получше разобраться в этом вопросе. Эксперимент, получивший название SeaQuest («Морской квест»), наконец завершился, и исследователи опубликовали его результаты в журнале Nature. Они измерили внутреннее антивещество протона тщательнее, чем когда бы то ни было, и обнаружили, что на каждый верхний антикварк в среднем приходится 1,4 нижних антикварка.
Самуэль Веласко / Quanta Magazine
Эти данные непосредственно говорят в пользу двух теоретических моделей протонного моря. «Появилось первое реальное доказательство, подтверждающее эти модели», — сказал Раймер.
Одна из них — модель «пионного облака» — это популярный подход, существующий уже несколько десятилетий, который делает упор на тенденцию протона испускать и реабсорбировать частицы под названием пионы, которые принадлежат к группе частиц, известных как мезоны. Вторая, так называемая статистическая модель, рассматривает протон как контейнер, наполненный газом.
Дальнейшие запланированные эксперименты помогут исследователям выбрать одну из этих двух моделей. Но какая бы из них ни была верной, массив данных эксперимента SeaQuest о внутреннем антивеществе протона принесет непосредственную пользу, особенно физикам, которые сталкивают протоны на околосветовых скоростях на Большом адронном коллайдере. Обладая точной информацией о составе сталкиваемых объектов, они смогут более эффективно разбирать продукты, оставшиеся после столкновения, в поисках доказательств существования новых частиц или эффектов. Хуан Рохо из Амстердамского свободного университета, который оказывает помощь в анализе данных БАК, считает, что результаты эксперимента SeaQuest могут иметь большое влияние на поиски новой физики, которые в настоящее время «ограничены нашими знаниями о структуре протона, в частности о его антивеществе».
В течение короткого периода времени около полувека назад физики полагали, что разобрались с протоном.
В 1964 году Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо друг от друга предложили модель, получившую впоследствии название кварковая: идея заключалась в том, что протоны, нейтроны и связанные с ними более редкие частицы представляют собой пучки из трех кварков (как их назвал Гелл-Манн), а пионы и другие мезоны состоят из одного кварка и одного антикварка. Такая схема объясняла какофонию частиц, разлетающихся из ускорителей частиц высокой энергии, поскольку спектр их зарядов мог быть построен из двух- и трехчастных комбинаций. Затем, примерно в 1970 году, исследователи, работающие на Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC), казалось, подтвердили кварковую модель: выстрелив высокоскоростными электронами в протоны, они увидели, как электроны отрикошетили от объектов внутри.
Но вскоре картина стала менее ясной. «По мере того, как мы все тщательнее пытались измерить свойства этих трех кварков, мы обнаружили, что происходит что-то еще», — сказал Чак Браун, 80-летний член команды SeaQuest из Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (Фермилаб), работающий над кварковыми экспериментами с 1970-х годов.
Изучение импульса трех кварков показало, что их массы составляют малую часть общей массы протона. Кроме того, когда исследователи на SLAC стреляли электронами на большей скорости в протоны, они увидели, что электроны отталкивают больше частиц внутри. Чем быстрее электроны, тем короче их длина волны, что сделало их чувствительными к более мелким элементам протона; это похоже на увеличение разрешения микроскопа. Открывались все новые и новые внутренние частицы, которым, казалось, нет конца. «Мы не знаем, где предел и какое самое высокое разрешение возможно получить», — сказал Гисаман.
Результаты стали иметь больше смысла, когда физики разработали истинную теорию, к которой кварковая модель лишь приближается: квантовая хромодинамика или КХД. КХД, сформулированная в 1973 году, описывает «сильное взаимодействие», самую большую силу в природе, с помощью которой частицы под названием глюоны связывают пучки кварков.
КХД предсказывает тот самый вихрь, который был выявлен в экспериментах по рассеянию. Сложности возникают из-за того, что глюоны ощущают ту самую силу, которую они несут. Этим они отличаются от фотонов, несущих более простую электромагнитную силу. Это «самоуправство» создает беспорядок внутри протона, давая глюонам полную свободу действий для возникновения, размножения и расщепления на кратковременные пары кварков и антикварков. Уравновешивая друг друга, эти близко расположенные противоположно заряженные кварки и антикварки издалека остаются незамеченными. Только три несбалансированных «валентных» кварка — два верхних и нижний — составляют общий заряд протона. Но физики поняли, что стреляя электронами на большей скорости, они поражали меньшие цели.
Однако странности на этом не закончились.
Из-за самоуправства глюонов уравнения КХД невозможно решить, поэтому у физиков не получалось и до сих пор не получается рассчитать точные прогнозы теории. Но у них не было оснований предполагать, что глюоны будут расщепляться на один тип пары кварк-антикварк (а именно нижний) чаще, чем на другой. «Мы ожидали, что будет появляться равное количество тех и других пар», — сказала Мэри Альберг, теоретик-ядерщик из Сиэтлского университета, объясняя свои доводы того времени.
Мэри Альберг, физик-ядерщик из Сиэтлского университета, и ее соавторы давно утверждают, что пион играет важную роль в формировании сущности протона.
Фото предоставлено Сиэтлским университетом
Вот почему исследователей из New Muon Collaboration в Женеве так шокировали результаты эксперимента по рассеянию мюонов. В 1991г. они столкнули мюоны (более тяжелые родственники электронов) с протонами и дейтронами, состоящими из одного протона и одного нейтрона, сравнили результаты и пришли к выводу, что в протонном море больше нижних антикварков, чем верхних.
Вскоре теоретики предложили несколько возможных вариантов объяснения асимметрии протона.
Один из них связан с пионом. С 1940-х годов физики наблюдали, как протоны и нейтроны обмениваются пионами внутри атомных ядер, как игроки в команде, бросающие друг другу баскетбольные мячи, что помогает им держаться вместе. Размышляя над структурой протона, исследователи пришли к выводу, что он также может подбрасывать баскетбольный мяч себе, то есть может ненадолго испускать положительно заряженный пион, превращаясь на это время в нейтрон, и затем реабсорбировать его. «Если во время эксперимента вы думаете, что смотрите на протон, это не так, потому что на какое-то время этот протон будет переходить в состояние пары нейтрон-пион», — сказала Альберг.
Если говорить точнее, протон превращается в нейтрон и пион, состоящий из одного верхнего кварка и одного нижнего антикварка. Поскольку этот призрачный пион имеет нижний антикварк (пион с верхним антикварком не может так легко материализоваться), такие теоретики, как Альберг, Джеральд Миллер и Тони Томас, утверждали, что модель пионного облака объясняет большее количество нижних антикварков протона, выявленное в результате измерений.
Самуэль Веласко / Quanta Magazine
Появились и другие аргументы. Клод Буррели и его коллеги из Франции разработали статистическую модель, которая рассматривает внутренние частицы протона как молекулы газа в комнате, хаотично двигающиеся на разных скоростях, которые зависят от того, целым или полуцелым количеством момента импульса обладает частица. При настройке с учетом данных многочисленных экспериментов по рассеянию модель предположила преобладание антикварков.
Прогнозы двух вышеупомянутых моделей не были идентичными. Большую часть общей массы протона составляют энергии отдельных частиц, которые прорываются в протонное море и из него, и эти частицы несут различные энергии. Модели по-разному спрогнозировали, как должно измениться соотношение верхних и нижних антикварков по мере подсчета антикварков, несущих больше энергии. Физики измеряют связанную с этим величину под названием доля импульса антикварка.
Когда исследователи в Фермилабе в 1999 году в рамках эксперимента NuSea измерили соотношение верхних и нижних антикварков в качестве функции импульса антикварка, результат их работы просто воодушевил всех, вспоминает Альберг. Эти данные свидетельствуют о том, что среди антикварков с большим импульсом (настолько большим, что они находились на грани диапазона обнаружения прибора) внезапно оказалось больше верхних антикварков, чем нижних. «Каждый теоретик говорил: ‘Погодите-ка’, — сказала Альберг, — Почему кривая развернулась, когда эти антикварки получили большую долю импульса?»
Пока теоретики ломали голову над этим вопросом, Гисаман и Раймер, которые работали над экспериментом NuSea и знали, что данным на грани иногда не стоит доверять, решили построить эксперимент, где можно было бы в комфортных условиях исследовать более широкий диапазон импульсов антикварка. Они назвали его SeaQuest.
С кучей вопросов о протоне, но без денег, они начали собирать эксперимент из использованных деталей. «Нашим девизом было: снижай количество отходов, используй повторно, перерабатывай», — сказал Раймер.
Они приобрели несколько старых сцинтилляторов в лаборатории в Гамбурге, оставшиеся детекторы частиц в Лос-Аламосской национальной лаборатории и железные пластины, блокирующие радиацию, которые изначально были использованы в циклотроне Колумбийского университета в 1950-х годах. У них получилось применить магнит размером с комнату, использованный в эксперименте NuSea, и провести свой новый эксперимент на ускорителе протонов в Фермилабе. Получившийся из этих деталей «Франкенштейн» тем не менее был не лишен своего очарования. По словам Брауна, который помог найти все части, звуковой индикатор, сигнализирующий, что протоны поступают в устройство, был сделан 50 лет назад: «Когда он издает звуковой сигнал, становится тепло на душе».
Физик-ядерщик Пол Раймер (сверху) с устройством для эксперимента SeaQuest
Эксперимент в Фермилабе, собранный в основном из использованных деталей
И наконец они его запустили. В эксперименте протоны поражают две цели: пузырек с водородом, который по сути представляет собой протоны, и пузырек с дейтерием, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона.
При попадании в любую из двух целей, один из валентных кварков протона иногда аннигилирует с одним из антикварков протона или нейтрона мишени. «Аннигиляция имеет уникальную сигнатуру и производит мюон и антимюон», — сказал Раймер. Эти частицы вместе с другим «мусором», образовавшимся в результате столкновения, затем врезаются в старые железные пластины. «Мюоны могут проходить сквозь них, а все остальные частицы блокируются», — сказал он. Обнаружив мюоны на обратной стороне пластин и восстановив их исходные траектории и скорости, «вы можете восстановить хронологию событий, чтобы выяснить, какую долю импульса несут антикварки».
Поскольку протоны и нейтроны зеркально отражают друг друга, там, где у одного расположены частицы верхнего типа, у другого — нижнего типа, и наоборот. Сравнив данные из двух пузырьков, можно сразу увидеть соотношение верхних антикварков и нижних антикварков в протоне, но этому, конечно, предшествовало 20 лет работы.
В 2019 году Альберг и Миллер на основе модели пионного облака рассчитали, к каким результатам должен прийти эксперимент SeaQuest. Их прогноз вполне совпадает с новыми данными SeaQuest.
Новые данные, которые показывают постепенное повышение, а затем выход на плато в соотношении между нижними и верхними антикварками, а не внезапную реверсию, также совпадают с результатами более гибкой статистической модели, разработанной Буррели и его коллегами. И все же Миллер называет эту конкурирующую модель «описательной, а не прогнозирующей», поскольку она настроена, чтобы соответствовать данным, а не выявлять физический механизм, объясняющий преобладание антикварков. «А в наших расчетах я горжусь как раз тем, что они представляют собой истинный прогноз», — сказала Альберг. «Мы не настраивали никакие параметры заранее».
В электронном письме Буррели утверждал, что «статистическая модель более мощная, чем модель Альберга и Миллера», поскольку она учитывает эксперименты по рассеянию как с поляризованными, так и не поляризованными частицами. Миллер категорически не согласился, отметив, что модель пионных облаков объясняет не только состав антивещества протона, но и магнитные моменты различных частиц, распределение зарядов и время распада, а также «связывание и, следовательно, существование всех ядер». Он добавил, что пионный механизм «важен в широком смысле для таких вопросов, как: «Почему существуют ядра? Почему существуем мы?».
В конечном стремлении понять протон решающим фактором может быть спин или собственный момент импульса. Эксперимент по рассеянию мюонов в конце 1980-х показал, что спины трех валентных кварков протона составляют не более 30% от общего спина протона. «Кризис протонного спина» можно выразить следующим вопросом: «что же составляет остальные 70%?» И как снова сказал опытный исследователь Чак Браун, старожил Фермилаб, «должно быть, что-то еще».
Экспериментаторы будут исследовать спин протонного моря в Фермилабе и, затем, в проектируемом электронно-ионном коллайдере Брукхейвенской национальной лаборатории. Альберг и Миллер уже работают над расчетами полного «мезонного облака», окружающего протоны, которое, помимо пионов, включает более редкие «ро-мезоны» (rho mesons). В отличие от пионов, ро-мезоны обладают спином, поэтому они каким-то образом должны влиять на общий спин протона, что Альберг и Миллер и надеются определить.
По словам Брауна, эксперимент Фермилаб SpinQuest, в котором участвуют многие исследователи из SeaQuest и используются детали этого эксперимента, почти готов к работе. «Если повезет, мы получим данные этой весной; это будет зависеть, по крайней мере, частично, от прогресса в разработке вакцины против вируса. Забавно, что решение столь глубокого и непонятного вопроса о внутреннем строении ядра, зависит от ситуации с вирусом COVID в стране. Все в мире взаимосвязано, не так ли?».
Автор оригинала: Natalie Wolchover
«ЧТО ТАКОЕ РЕНТГЕН И ЧЕМ ОН ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ ЗИВЕРТА» или «ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЦИИ»
Мы уже рассказывали о том, что такое радиация в принципе (см. мою первую статью здесь же). Теперь так же коротко и очень понятным языком обсудим единицы её измерения. Надо сказать, вопрос этот не слишком сложный, но, тем не менее, иногда здесь происходит некоторая путаница.
Начнём с того, что для измерения активности радиоактивных материалов в системе СИ используется такая единица как беккерель (Бк). Фактически это дело показывает то, сколько распадов в секунду происходит в данном веществе за 1 с. Поэтому 1 Бк = 1 с^-1. То есть, речь идёт именно о процессах «внутри» радионуклида, а не об информации о «радиации вокруг» него. Внесистемная единица измерения активности – кюри (Ки). 1 Ки = 3,7 * 10^7 Бк.
Теперь непосредственно о самой радиации. Существует такое понятие как экспозиционная доза. По сути, она просто характеризует способность фотонного (гамма) излучения ионизировать окружающий воздух и представляет собой отношение суммарного заряда ионов, образованных в результате действия излучения, к массе воздуха, на который это действие оказывалось. Соответственно единица измерения экспозиционной дозы – кулон на килограмм (кл/кг). Внесистемная единица измерения – это тот самый рентген (Р). 1 Р = 2,58*10^-4 кл/кг. Мощность экспозиционной дозы измеряется в амперах на килограмм (А/кг) или в рентгенах в секунду (Р/с). На практике, впрочем, часто используют рентгены в час (Р/ч). А мощность – она и есть мощность. Её значение даёт понять, «насколько сильное» гамма-излучение присутствует в данном месте, «сколько рентген воздействует на объект за секунду или за час».
Также существует понятие поглощённой дозы. Это – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. Чтобы было понятно, скажем так. Если экспозиционная доза скорее характеризует само по себе излучение (только гамма), то поглощённая – показывает именно «количество» действия излучения (какого-нибудь) на что-либо, «сколько радиации здесь подействовало на объект». Формулировки, разумеется, мягко говоря, некорректные, но весьма наглядные и понятные. В системе СИ данная величина измеряется в греях (Гр). Один грей равен одному джоулю (энергии) на килограмм (вещества) (Дж/кг). Кроме того, есть несистемная единица под название «рад», равная 0,01 Гр. Фактически именно поглощённая доза является основополагающей в дозиметрии. Она показывает именно действие энергии на вещество и применима к радиоактивному излучению любого вида. В общем и целом, в большинстве случаев можно считать, что «100 рентген гамма-излучения равны 100 радам или 1 грею». То есть, в среднем, объект, помещённый в среду, в которой наблюдается мощность гамма-излучения 100 Р/ч, за час получит дозу в 1 грей. А за 2 часа, как несложно догадаться – 2 грея. Хотя на самом деле там всё будет зависеть от конкретной энергии конкретных частиц. Но в среднем – примерно как-то так.
Теперь самое интересное. Дело в том, что разные виды излучения (альфа, бета, гамма. ) по-разному воздействуют на живые организмы. Ранее мы уже отмечали, что альфа-излучение может быть гораздо опаснее, чем бета (другой вопрос, что оно должно ещё как-то «попасть в организм», а для него это сложнее). Поэтому для оценки биологического эффекта облучения организма была придумана эквивалентная доза излучения, измеряемая в зивертах (Зв). Она равна поглощённой (организмом или его частью) дозе, умноженной на так называемый взвешивающий коэффициент данного вида излучения. То есть, величину энергии, полученной организмом или его частью, просто умножают на коэффициент, который у каждого вида излучения свой. Для гамма-излучения он равен 1. Следовательно, в этом (и самом распространённом) случае эквивалентная доза (в Зв) будет численно равна поглощённой (в Гр). Есть и внесистемная единица измерения эквивалентной дозы: бэр (биологический эквивалент рентгена), который равен 0,01 Зв. Таким образом, если человек пробыл 3 часа в местности, мощность экспозиционной дозы в которой составляет 30 Р/ч, то поглощённая им доза излучения примерно такова: 3 * 30 = 90 (рад) = 0,9 (Гр), что в эквиваленте равно 90 (бэр) или 0,9 (Зв).
Для бета-частиц и рентгеновского излучения взвешивающий коэффициент также равен 1.
Для протонного принимается равным 2.
Для альфа-частиц и осколков деления атомов – 20.
Что касается нейтронного излучения, то оно сильно различается по энергии этих самых нейтронов, и здесь коэффициент может быть от 2 до 21.
Получается, что 1 час воздействия альфа-излучения на организм как бы соответствует целым 20 часам воздействия гамма-излучения.
Всё? Нет, не всё. Излучение ещё и по-разному может действовать на различные ткани и органы организма. Например, глаза могут быть более чувствительны, чем кожа. Для оценки действия излучения на конкретные «места организма» используется ещё один коэффициент, на который умножается суммарная эквивалентная доза облучения организма. Полученная величина называется эффективной дозой и измеряется в тех же единицах, что и эквивалентная. Например, для желудка и лёгких коэффициент равен 0,12, для кожи – 0,01.
Какие конкретно эквивалентные дозы излучения приводят к развитию лучевой болезни? Это тема для отдельного разговора. Если совсем вкратце, то за довольно короткий промежуток времени человек должен успеть получить дозу 100 Р = 1 рад = 1 Гр = 100 бэр = 1 Зв (для гамма-излучения). Да, да, вероятно, именно поэтому знаменитый бар в «Сталкере» был назван именно так.
Автор: Сергей Смолин.
«ЧТО ТАКОЕ РАДИАЦИЯ» и «КАКАЯ ОНА БЫВАЕТ»
Краткая и понятная справка для самых маленьких.
В сети (и не только) иногда попадаются люди, которые не знают даже самых простых вещей про радиацию. Специально для них объясняем. Да, очень вкратце. Да, НЕ совсем научно, а, может быть, даже и НЕ совсем точно, и вообще наивно и по-детски. Но зато очень просто и ясно. А если кому-то нужно больше и правильнее – пожалуйте в Гугл.
Сначала на всякий случай напоминаем. Как известно, вещества состоят из атомов, а атомы состоят из трёх видов частиц: протонов (положительно заряженные частицы), нейтронов (нейтральные частицы), электронов (отрицательно заряженные частицы). Из протонов и нейтронов сделано ядро атома. И тех, и других называют ещё нуклонами. А электроны (которые намного меньше по массе) роятся вокруг этого ядра по специальным «орбитам» (орбиталям). Этот «рой» (облако) электронов нас сейчас не интересует. Все самые захватывающие процессы происходят в ядре.
Все эти нуклоны держатся (обычно) вместе и никуда на разлетаются. На это у них есть веские причины, называемые ядерными силами, из-за которых нуклоны притягиваются друг к другу. Строго говоря, само это явление рассматривается уже не в ядерной физике, а в физике элементарных частиц, в общем, просто поверьте, что оно есть. Помимо ядерных сил на нуклоны действуют некоторые другие силы, например, кулоновские силы отталкивания. У «обычных» стабильных изотопов притяжение нуклонов пересиливает всё остальное. И ничего интересного с такими ядрами не происходит. Однако, при некоторых условиях, например, если нейтронов получается «больше, чем нужно», или при некоторых других, могут начать происходить весьма любопытные явления. Именно это и отличает радиоактивные изотопы элементов от не радиоактивных.
Одним из таких любопытных явлений является альфа-распад. При альфа-распаде из ядра атома вылетают – кто бы мог подумать! – так называемые альфа-частицы. Они представляют собой два протона и два нейтрона (то, есть, по сути, это ядра гелия). Соответственно, в ядре остаётся меньшее число нуклонов, и данный атом становится уже атомом другого элемента. Альфа-частицы не могут улететь далеко от покинутого ядра, их пробег в воздухе составляет несколько сантиметров, а в какой-нибудь там алюминий они могут проникнуть только на доли миллиметра, не говоря уже о чём-то более плотном. Альфа-частицы притягивают к себе часть электронов из окружающей среды, чтобы стать «полноценными» атомами гелия. Соответственно, при контакте с ними соседние атомы вещества часть своих электронов теряют и становятся так называемыми ионами. Ввиду маленькой проникающей способности, альфа-излучение в подавляющем большинстве случаев не представляет опасности для человека и прочих зверюшек, так как эти частицы не способны преодолеть даже верхний омертвевший слой кожи (даже если смогут на неё попасть сквозь окружающий воздух). Однако, вещества, в которых происходит альфа-распад, могут быть чрезвычайно опасны при попадании внутрь организма. Кстати говоря, радиоактивные вещества, попав в организм, могут весьма и весьма надолго там задержаться (а некоторые прям очень надолго), то есть, воздействие получится не только гораздо более сильным, но ещё и долгим (и вот это уже относится к изотопам с любым видам распада, а не только с альфа). Именно поэтому при нахождении в некоторых опасных зонах следует пользоваться защитной одеждой и противогазом.
Второе интересное явление, касающееся предмета нашего рассмотрения – бета-распад. Здесь процесс немного более сложный. Существует такая вещь как слабое взаимодействие (тут опять физика элементарных частиц). И вот это взаимодействие при бета-распаде превращает один из нейтронов атома в протон (или наоборот). При этом, в соответствии с определёнными законами, в ядре также «образуются» две частицы. В зависимости от вида бета-распада (отрицательный или положительный), это могут быть либо электрон и антинейтрино, либо позитрон и нейтрино. «Нейтрины» оставим в покое, нам они сейчас не нужны. А вот такие вылетающие из ядер электроны/позитроны – это и есть бета-частицы. Они способны ионизировать чьи-либо атомы, вызывать химические реакции и вообще делать всякие разные вещи. Их проникающая способность – на порядок больше, чем у альфа-частиц. Пробег в воздухе может исчисляться метрами. Эти малыши вполне способны проникать в кожу человека. Вещества с бета-распадом так же очень опасны при попадании вовнутрь (хотя действие бета-частиц на организм всё-таки намного слабее, чем альфа).
Нейтронное излучение. Как несложно догадаться, это поток нейтронов. Фактически наблюдается не «само по себе», а только при ядерных реакциях (в реакторах или при тех самых ядерных взрывах). Вылетающие нейтроны различаются по своей энергии. В отличие от вышеперечисленных частиц, нейтроны взаимодействуют только с ядрами атомов и лучше поглощаются не тяжёлыми (плотными), а лёгкими атомами, скажем, бором. Так называемые «быстрые» нейтроны (с более высокой энергией) поглощаются вообще плохо, однако, могут быть «замедленны» с помощью, к примеру, водородосодержащих материалов (той же воды). Нейтроны могут «цепляться» к ядрам окружающих веществ, в результате чего эти ядра становятся радиоактивными и начинают сами испускать те или иные частицы (наведённая радиоактивность).
Существует также экзотическое протонное излучение и некоторые другие, но их рассмотрение уже выходит за рамки этого разговора.