परमाणु नाभिक (प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, इलेक्ट्रॉन) की संरचना।
अध्याय प्रथम। स्थिर नाभिक के गुण
यह पहले ही ऊपर कहा जा चुका है कि नाभिक में परमाणु बलों द्वारा बंधे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। यदि हम नाभिक के द्रव्यमान को परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में मापते हैं, तो यह प्रोटॉन के द्रव्यमान को द्रव्यमान संख्या नामक पूर्णांक से गुणा करने के करीब होना चाहिए। अगर परमाणु चार्ज ए जन अंकइसका मतलब है कि नाभिक की संरचना में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन शामिल हैं। (नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या को आमतौर पर द्वारा निरूपित किया जाता है
नाभिक के ये गुण सांकेतिक अंकन में परिलक्षित होते हैं, जो बाद में रूप में उपयोग किए जाएंगे
जहाँ X उस तत्व का नाम है जिसका परमाणु नाभिक से संबंधित है (उदाहरण के लिए, नाभिक: हीलियम - , ऑक्सीजन - , लोहा - यूरेनियम
स्थिर नाभिक की मुख्य विशेषताओं में शामिल हैं: आवेश, द्रव्यमान, त्रिज्या, यांत्रिक और चुंबकीय क्षण, उत्तेजित अवस्थाओं का स्पेक्ट्रम, समता और चतुष्कोणीय क्षण। रेडियोधर्मी (अस्थिर) नाभिक अतिरिक्त रूप से उनके जीवनकाल, रेडियोधर्मी परिवर्तनों के प्रकार, उत्सर्जित कणों की ऊर्जा और कई अन्य विशेष गुणों की विशेषता है, जिनकी चर्चा नीचे की जाएगी।
सबसे पहले, आइए नाभिक बनाने वाले प्राथमिक कणों के गुणों पर विचार करें: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन।
§ 1. प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की मुख्य विशेषताएं
वज़न।इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान की इकाइयों में: प्रोटॉन का द्रव्यमान न्यूट्रॉन का द्रव्यमान होता है।
परमाणु द्रव्यमान इकाइयों में: प्रोटॉन द्रव्यमान न्यूट्रॉन द्रव्यमान
ऊर्जा इकाइयों में, प्रोटॉन का शेष द्रव्यमान न्यूट्रॉन का शेष द्रव्यमान होता है
आवेश।क्यू - एक विद्युत क्षेत्र के साथ एक कण की बातचीत को चिह्नित करने वाला पैरामीटर, इलेक्ट्रॉन चार्ज की इकाइयों में व्यक्त किया गया है
सभी प्राथमिक कणों में या तो 0 के बराबर बिजली होती है या प्रोटॉन का आवेश न्यूट्रॉन का आवेश शून्य होता है।
घुमाना।प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के चक्रण समान हैं। दोनों कण फ़र्मियन हैं और फर्मी-डिराक सांख्यिकी का पालन करते हैं, और इसलिए पाउली सिद्धांत।
चुंबकीय पल।यदि हम सूत्र (10) में स्थानापन्न करते हैं, जो इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बजाय इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण को निर्धारित करता है, प्रोटॉन का द्रव्यमान, हम प्राप्त करते हैं
मात्रा को परमाणु चुंबकत्व कहा जाता है। यह इलेक्ट्रॉन के अनुरूप माना जा सकता है कि प्रोटॉन का स्पिन चुंबकीय क्षण बराबर है। हालांकि, अनुभव से पता चला है कि प्रोटॉन का आंतरिक चुंबकीय क्षण परमाणु चुंबकत्व से अधिक है: आधुनिक आंकड़ों के अनुसार
इसके अलावा, यह पता चला कि एक अपरिवर्तित कण - एक न्यूट्रॉन - में भी एक चुंबकीय क्षण होता है जो शून्य से भिन्न होता है और इसके बराबर होता है
न्यूट्रॉन और इतने पर एक चुंबकीय क्षण की उपस्थिति बहुत महत्वप्रोटॉन का चुंबकीय क्षण इन कणों की बिंदु प्रकृति के बारे में धारणाओं का खंडन करता है। में प्राप्त कई प्रायोगिक डेटा पिछले साल का, इंगित करता है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन दोनों में एक जटिल विषम संरचना है। उसी समय, एक धनात्मक आवेश न्यूट्रॉन के केंद्र में स्थित होता है, और परिधि पर परिमाण में इसके बराबर एक ऋणात्मक आवेश होता है, जो कण के आयतन में वितरित होता है। लेकिन चूंकि चुंबकीय क्षण न केवल प्रवाहित धारा के परिमाण से निर्धारित होता है, बल्कि इसके द्वारा कवर किए गए क्षेत्र से भी होता है, उनके द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षण समान नहीं होंगे। इसलिए, आमतौर पर तटस्थ रहते हुए एक न्यूट्रॉन में एक चुंबकीय क्षण हो सकता है।
न्यूक्लियंस का पारस्परिक परिवर्तन।न्यूट्रॉन का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान से 0.14% या 2.5 इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान से अधिक होता है,
मुक्त अवस्था में, एक न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो में क्षय होता है: इसका औसत जीवनकाल 17 मिनट के करीब है।
प्रोटॉन एक स्थिर कण है। हालाँकि, नाभिक के अंदर, यह न्यूट्रॉन में बदल सकता है; जबकि प्रतिक्रिया योजना के अनुसार आगे बढ़ती है
बाईं ओर और दाईं ओर खड़े कणों के द्रव्यमान में अंतर की भरपाई नाभिक के अन्य न्यूक्लियंस द्वारा प्रोटॉन को प्रदान की जाने वाली ऊर्जा से होती है।
प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में समान स्पिन, लगभग समान द्रव्यमान होते हैं, और एक दूसरे में परिवर्तित हो सकते हैं। यह बाद में दिखाया जाएगा कि जोड़े में इन कणों के बीच कार्य करने वाले परमाणु बल भी समान हैं। इसलिए, उन्हें सामान्य नाम - न्यूक्लियॉन से पुकारा जाता है और वे कहते हैं कि न्यूक्लियॉन दो अवस्थाओं में हो सकता है: प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के संबंध में भिन्न होते हैं।
न्यूट्रॉन और प्रोटॉन परमाणु बलों के अस्तित्व के कारण परस्पर क्रिया करते हैं, जो एक गैर-विद्युत प्रकृति के होते हैं। परमाणु बलों की उत्पत्ति मेसॉन के आदान-प्रदान से हुई है। यदि हम उनके बीच की दूरी पर एक प्रोटॉन और एक कम-ऊर्जा न्यूट्रॉन की बातचीत की संभावित ऊर्जा की निर्भरता को दर्शाते हैं, तो लगभग यह अंजीर में दिखाए गए ग्राफ जैसा दिखेगा। 5a, यानी, इसमें एक संभावित कुएँ का आकार है।
चावल। अंजीर। 5. न्यूक्लियंस के बीच की दूरी पर बातचीत की संभावित ऊर्जा की निर्भरता: ए - न्यूट्रॉन-न्यूट्रॉन या न्यूट्रॉन-प्रोटॉन जोड़े के लिए; बी - प्रोटॉन की एक जोड़ी के लिए - प्रोटॉन
§एक। इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन से मिलें
परमाणु पदार्थ के सबसे छोटे कण होते हैं।
यदि बढ़ा दिया जाए ग्लोबसेब मध्यम आकार, तो परमाणु केवल एक सेब के आकार के हो जाएंगे। इतने छोटे आकार के होते हुए भी परमाणु और भी छोटे भौतिक कणों से मिलकर बना है।
आपको पहले से ही परमाणु की संरचना से परिचित होना चाहिए स्कूल का कोर्सभौतिक विज्ञान। और फिर भी हम याद करते हैं कि परमाणु में एक नाभिक और इलेक्ट्रॉन होते हैं जो नाभिक के चारों ओर इतनी तेज़ी से घूमते हैं कि वे अप्रभेद्य हो जाते हैं - वे एक "इलेक्ट्रॉन बादल" या परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल का निर्माण करते हैं।
इलेक्ट्रॉनोंआमतौर पर निम्नानुसार दर्शाया जाता है: इ − . इलेक्ट्रॉनों इ- बहुत हल्का, लगभग भारहीन, लेकिन उनके पास है नकारात्मकआवेश। यह -1 के बराबर है। हम सभी जिस विद्युत धारा का उपयोग करते हैं, वह तारों के माध्यम से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक धारा है।
परमाणु नाभिक, जिसमें इसका लगभग सारा द्रव्यमान केंद्रित होता है, इसमें दो प्रकार के कण होते हैं - न्यूट्रॉन और प्रोटॉन।
न्यूट्रॉननिम्नानुसार निरूपित: एन 0
, एक प्रोटानइसलिए: पी +
.
द्रव्यमान के अनुसार, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन लगभग समान हैं - 1.675 10 −24 ग्राम और 1.673 10 −24 ग्राम।
सच है, ऐसे छोटे कणों के द्रव्यमान को ग्राम में गिनना बहुत असुविधाजनक है, इसलिए इसे व्यक्त किया जाता है कार्बन इकाइयां, जिनमें से प्रत्येक 1.673 10 −24 ग्राम के बराबर है।
प्रत्येक कण के लिए मिलता है सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान, कार्बन इकाई के द्रव्यमान द्वारा एक परमाणु के द्रव्यमान (ग्राम में) को विभाजित करने के भागफल के बराबर। एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान 1 के बराबर होते हैं, लेकिन प्रोटॉन का आवेश धनात्मक और +1 के बराबर होता है, जबकि न्यूट्रॉन का कोई आवेश नहीं होता है।
. परमाणु के बारे में पहेलियां
एक परमाणु को कणों से "दिमाग में" इकट्ठा किया जा सकता है, जैसे कि बच्चों के डिजाइनर के कुछ हिस्सों से खिलौना या कार। केवल दो महत्वपूर्ण स्थितियों का पालन करना आवश्यक है।
- पहली शर्त: प्रत्येक प्रकार के परमाणु का अपना होता है खुद का सेट"विवरण" - प्राथमिक कण. उदाहरण के लिए, एक हाइड्रोजन परमाणु में आवश्यक रूप से +1 के धनात्मक आवेश वाला एक नाभिक होगा, जिसका अर्थ है कि इसमें निश्चित रूप से एक प्रोटॉन (और नहीं) होना चाहिए।
हाइड्रोजन परमाणु में न्यूट्रॉन भी हो सकते हैं। इस पर और अधिक अगले पैराग्राफ में।
ऑक्सीजन परमाणु ( क्रमिक संख्याआवधिक प्रणाली में 8 है) एक नाभिक आवेशित होगा आठ सकारात्मक आरोप(+8) का अर्थ है कि आठ प्रोटॉन हैं। चूँकि ऑक्सीजन परमाणु का द्रव्यमान 16 सापेक्ष इकाई है, ऑक्सीजन नाभिक प्राप्त करने के लिए, हम 8 और न्यूट्रॉन जोड़ेंगे। - दूसरी शर्तयह है कि प्रत्येक परमाणु है विद्युत तटस्थ. ऐसा करने के लिए, उसके पास नाभिक के आवेश को संतुलित करने के लिए पर्याप्त इलेक्ट्रॉन होने चाहिए। दूसरे शब्दों में, एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती हैइसके मूल में, और आवधिक प्रणाली में इस तत्व की क्रम संख्या.
जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, एक परमाणु में तीन प्रकार के प्राथमिक कण होते हैं: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन। परमाणु नाभिक परमाणु का मध्य भाग है, जिसमें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का सामान्य नाम न्यूक्लियॉन है, नाभिक में वे एक दूसरे में बदल सकते हैं। सबसे सरल परमाणु के नाभिक - हाइड्रोजन परमाणु - में एक प्राथमिक कण - प्रोटॉन होता है।
एक परमाणु के नाभिक का व्यास लगभग 10-13 - 10-12 सेमी होता है और परमाणु के व्यास का 0.0001 होता है। हालाँकि, एक परमाणु का लगभग संपूर्ण द्रव्यमान (99.95-99.98%) नाभिक में केंद्रित होता है। यदि 1 सेमी3 शुद्ध परमाणु पदार्थ प्राप्त करना संभव होता, तो इसका द्रव्यमान 100-200 मिलियन टन होता। एक परमाणु के नाभिक का द्रव्यमान परमाणु को बनाने वाले सभी इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान से कई हजार गुना अधिक होता है।
प्रोटॉन- प्राथमिक कण, हाइड्रोजन परमाणु का केंद्रक। एक प्रोटॉन का द्रव्यमान 1.6721 x 10-27 किग्रा है, यह एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1836 गुना है। विद्युत आवेश धनात्मक है और 1.66 x 10-19 C के बराबर है। कूलम्ब - विद्युत आवेश की एक इकाई, 1A (एम्पीयर) की निरंतर वर्तमान शक्ति पर 1 s के समय में कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन से गुजरने वाली बिजली की मात्रा के बराबर।
किसी भी तत्व के प्रत्येक परमाणु के नाभिक में एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन होते हैं। यह संख्या किसी दिए गए तत्व के लिए स्थिर होती है और इसके भौतिक और रासायनिक गुणों को निर्धारित करती है। यानी प्रोटॉन की संख्या इस बात पर निर्भर करती है कि हम किस रासायनिक तत्व के साथ काम कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, यदि नाभिक में एक प्रोटॉन हाइड्रोजन है, तो 26 प्रोटॉन लोहे के हैं। परमाणु नाभिक में प्रोटॉन की संख्या नाभिक के आवेश (चार्ज नंबर Z) और तत्वों की आवधिक प्रणाली में तत्व की क्रम संख्या D.I को निर्धारित करती है। मेंडेलीव (तत्व की परमाणु संख्या)।
न्यूट्रॉन- 1.6749 x 10-27 किलोग्राम के द्रव्यमान वाला एक विद्युतीय रूप से तटस्थ कण, एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का 1839 गुना। मुक्त अवस्था में एक न्यूरॉन एक अस्थिर कण है, यह स्वतंत्र रूप से एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ एक प्रोटॉन में बदल जाता है। न्यूट्रॉन का आधा जीवन (वह समय जिसके दौरान न्यूट्रॉन की मूल संख्या का आधा क्षय होता है) लगभग 12 मिनट है। हालांकि, स्थिर परमाणु नाभिक के अंदर एक बाध्य अवस्था में, यह स्थिर है। नाभिक में न्यूक्लिऑन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) की कुल संख्या को द्रव्यमान संख्या (परमाणु द्रव्यमान - ए) कहा जाता है। नाभिक बनाने वाले न्यूट्रॉन की संख्या द्रव्यमान और आवेश संख्या के बीच के अंतर के बराबर होती है: N = A - Z।
इलेक्ट्रॉन- एक प्राथमिक कण, सबसे छोटे द्रव्यमान का वाहक - 0.91095x10-27g और सबसे छोटा विद्युत आवेश - 1.6021x10-19 C. यह ऋणावेशित कण है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या नाभिक में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है, अर्थात। परमाणु विद्युत रूप से तटस्थ है।
पोजीट्रान- एक सकारात्मक विद्युत आवेश वाला एक प्राथमिक कण, एक इलेक्ट्रॉन के संबंध में एक एंटीपार्टिकल। एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन का द्रव्यमान बराबर होता है, और विद्युत आवेश निरपेक्ष मान में बराबर होते हैं, लेकिन संकेत में विपरीत होते हैं।
विभिन्न प्रकार के नाभिकों को न्यूक्लाइड्स कहा जाता है। न्यूक्लाइड - एक प्रकार का परमाणु जिसमें दी गई संख्या में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं। प्रकृति में, एक ही तत्व के परमाणु अलग-अलग परमाणु भार (द्रव्यमान संख्या) के साथ होते हैं:
, सीएल, आदि। इन परमाणुओं के नाभिक में समान संख्या में प्रोटॉन होते हैं, लेकिन अलग संख्यान्यूट्रॉन। एक ही तत्व के परमाणुओं की वे किस्में जिनमें समान परमाणु आवेश लेकिन भिन्न द्रव्यमान संख्याएँ होती हैं, कहलाती हैं आइसोटोप
. प्रोटॉन की समान संख्या होने पर, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या में भिन्नता होने पर, आइसोटोप में इलेक्ट्रॉन के गोले की समान संरचना होती है, अर्थात। बहुत समान रासायनिक गुण और आवर्त सारणी में एक ही स्थान पर कब्जा रासायनिक तत्व.
उन्हें संबंधित रासायनिक तत्व के प्रतीक द्वारा निरूपित किया जाता है, जो शीर्ष बाईं ओर स्थित सूचकांक A के साथ होता है - द्रव्यमान संख्या, कभी-कभी प्रोटॉन (Z) की संख्या भी नीचे बाईं ओर दी जाती है। उदाहरण के लिए, फास्फोरस के रेडियोधर्मी समस्थानिकों को क्रमशः 32P, 33P, या P और P नामित किया जाता है। तत्व के प्रतीक को इंगित किए बिना एक आइसोटोप को नामित करते समय, द्रव्यमान संख्या तत्व के पदनाम के बाद दी जाती है, उदाहरण के लिए, फॉस्फोरस - 32, फॉस्फोरस - 33।
अधिकांश रासायनिक तत्वों में कई समस्थानिक होते हैं। हाइड्रोजन समस्थानिक 1H-प्रोटियम के अलावा, भारी हाइड्रोजन 2H-ड्यूटेरियम और अतिभारी हाइड्रोजन 3H-ट्रिटियम ज्ञात हैं। यूरेनियम में 11 समस्थानिक हैं, प्राकृतिक यौगिकों में उनमें से तीन (यूरेनियम 238, यूरेनियम 235, यूरेनियम 233) हैं। उनके पास क्रमशः 92 प्रोटॉन और 146.143 और 141 न्यूट्रॉन हैं।
वर्तमान में, 108 रासायनिक तत्वों के 1900 से अधिक समस्थानिक ज्ञात हैं। इनमें से, प्राकृतिक समस्थानिकों में सभी स्थिर (उनमें से लगभग 280 हैं) और प्राकृतिक समस्थानिक शामिल हैं जो रेडियोधर्मी परिवारों का हिस्सा हैं (उनमें से 46 हैं)। बाकी कृत्रिम हैं, वे प्राप्त हैं कृत्रिम तरीके सेविभिन्न परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप।
शब्द "आइसोटोप" का उपयोग केवल उसी तत्व के परमाणुओं के संदर्भ में किया जाना चाहिए, जैसे कार्बन 12C और 14C। यदि विभिन्न रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का मतलब है, तो "न्यूक्लाइड्स" शब्द का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है, उदाहरण के लिए, रेडियोन्यूक्लाइड्स 90Sr, 131J, 137Cs।
- अनुवाद
प्रत्येक परमाणु के केंद्र में नाभिक होता है, कणों का एक छोटा संग्रह जिसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन कहा जाता है। इस लेख में हम प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की प्रकृति का अध्ययन करेंगे, जिसमें और भी छोटे कण होते हैं - क्वार्क, ग्लून्स और एंटीक्वार्क। (ग्लून्स, फोटॉनों की तरह, अपने स्वयं के एंटीपार्टिकल्स हैं।) क्वार्क और ग्लून्स, जहाँ तक हम जानते हैं, वास्तव में प्राथमिक (अविभाज्य और कुछ छोटे से बना नहीं) हो सकते हैं। लेकिन उन्हें बाद में।
आश्चर्यजनक रूप से, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का द्रव्यमान लगभग समान होता है - एक प्रतिशत तक:
- एक प्रोटॉन के लिए 0.93827 GeV/c 2,
- न्यूट्रॉन के लिए 0.93957 GeV/c 2।
क्योंकि वे इतने समान हैं, और क्योंकि ये कण नाभिक बनाते हैं, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को अक्सर न्यूक्लियॉन कहा जाता है।
1920 के आसपास प्रोटॉन की पहचान और वर्णन किया गया था (हालांकि वे पहले खोजे गए थे; हाइड्रोजन परमाणु का केंद्रक केवल एक प्रोटॉन है), और न्यूट्रॉन 1933 के आसपास पाए गए थे। तथ्य यह है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे के समान हैं लगभग तुरंत समझ गए थे। लेकिन तथ्य यह है कि उनके पास एक मापने योग्य आकार है जो नाभिक के आकार के बराबर है (त्रिज्या में एक परमाणु से लगभग 100,000 गुना छोटा) 1954 तक ज्ञात नहीं था। 1960 के दशक के मध्य से 1970 के दशक के मध्य तक धीरे-धीरे यह समझा गया कि वे क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स से बने हैं। 70 के दशक के अंत और 80 के दशक के प्रारंभ तक, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, और वे किस चीज से बने हैं, के बारे में हमारी समझ काफी हद तक स्थिर हो गई थी, और तब से अपरिवर्तित बनी हुई है।
परमाणुओं या नाभिकों की तुलना में न्यूक्लियंस का वर्णन करना अधिक कठिन है। यह कहना नहीं है कि परमाणु सिद्धांत रूप में सरल हैं, लेकिन कम से कम कोई बिना किसी हिचकिचाहट के कह सकता है कि एक हीलियम परमाणु में एक छोटे से हीलियम नाभिक के चारों ओर कक्षा में दो इलेक्ट्रॉन होते हैं; और हीलियम नाभिक दो न्यूट्रॉन और दो प्रोटॉन का एक काफी सरल समूह है। लेकिन न्यूक्लियंस के साथ सब कुछ इतना आसान नहीं है। मैंने पहले ही लेख में लिखा था "प्रोटॉन क्या है, और इसके अंदर क्या है?" कि परमाणु एक सुंदर मीनू की तरह है, और न्यूक्लियॉन एक जंगली पार्टी की तरह है।
प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की जटिलता वास्तविक प्रतीत होती है, और अधूरे भौतिक ज्ञान से उत्पन्न नहीं होती है। हमारे पास क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स और उनके बीच चलने वाली मजबूत परमाणु शक्तियों का वर्णन करने के लिए समीकरण हैं। इन समीकरणों को "क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स" से QCD कहा जाता है। समीकरणों की सटीकता की जाँच की जा सकती है विभिन्न तरीके, जिसमें लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में दिखाई देने वाले कणों की संख्या को मापना शामिल है। QCD समीकरणों को एक कंप्यूटर में प्लग करके और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, और अन्य समान कणों (सामूहिक रूप से "हैड्रोन" कहा जाता है) के गुणों पर गणना चलाकर, हम इन कणों के गुणों की भविष्यवाणियां प्राप्त करते हैं जो वास्तविक दुनिया में किए गए अवलोकनों के लिए अच्छी तरह से अनुमानित हैं। . इसलिए, हमारे पास यह विश्वास करने का कारण है कि क्यूसीडी समीकरण झूठ नहीं बोलते हैं, और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का हमारा ज्ञान सही समीकरणों पर आधारित है। लेकिन सिर्फ सही समीकरण होना ही काफी नहीं है, क्योंकि:
- सरल समीकरण बहुत हो सकते हैं जटिल निर्णय,
- कभी-कभी जटिल समाधानों का सरल तरीके से वर्णन करना संभव नहीं होता है।
न्यूक्लियंस की अंतर्निहित जटिलता के कारण, आप, पाठक, को एक विकल्प बनाना होगा: आप वर्णित जटिलता के बारे में कितना जानना चाहते हैं? इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप कितनी दूर जाते हैं, आप अधिकतर संतुष्ट नहीं होंगे: जितना अधिक आप सीखेंगे, विषय उतना ही स्पष्ट हो जाएगा, लेकिन अंतिम उत्तर वही रहेगा - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन बहुत जटिल हैं। मैं आपको तीन स्तरों की समझ प्रदान कर सकता हूं, बढ़ते विवरण के साथ; आप किसी भी स्तर के बाद रुक सकते हैं और अन्य विषयों पर जा सकते हैं, या आप अंतिम तक जा सकते हैं। प्रत्येक स्तर पर ऐसे प्रश्न उठते हैं जिनका उत्तर मैं आंशिक रूप से अगले में दे सकता हूं, लेकिन नए उत्तर नए प्रश्न खड़े करते हैं। अंत में - जैसा कि मैं सहकर्मियों और उन्नत छात्रों के साथ पेशेवर चर्चा में करता हूं - मैं आपको केवल वास्तविक प्रयोगों, विभिन्न प्रभावशाली सैद्धांतिक तर्कों और कंप्यूटर सिमुलेशन से डेटा का उल्लेख कर सकता हूं।
समझ का पहला स्तर
प्रोटॉन और न्यूट्रॉन किससे बने होते हैं?चावल। 1: प्रोटॉन का एक अतिसरलीकृत संस्करण, जिसमें केवल दो अप क्वार्क और एक डाउन और न्यूट्रॉन शामिल हैं, जिसमें केवल दो डाउन क्वार्क और एक अप शामिल हैं
मामलों को सरल बनाने के लिए, कई किताबें, लेख और वेबसाइटें बताती हैं कि प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे) से बने होते हैं और एक आकृति की तरह कुछ बनाते हैं। 1. न्यूट्रॉन वही होता है, जिसमें केवल एक अप और दो डाउन क्वार्क होते हैं। यह साधारण छवि दर्शाती है कि कुछ वैज्ञानिक क्या मानते थे, ज्यादातर 1960 के दशक में। लेकिन जल्द ही यह स्पष्ट हो गया कि इस दृष्टिकोण को इतना सरल बना दिया गया था कि यह अब सही नहीं था।
जानकारी के अधिक परिष्कृत स्रोतों से, आप सीखेंगे कि प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे) से बने होते हैं जो ग्लून्स द्वारा एक साथ रखे जाते हैं - और चित्र 1 के समान चित्र। 2, जहां ग्लून्स स्प्रिंग या तार के रूप में खींचे जाते हैं जो क्वार्क को पकड़ते हैं। न्यूट्रॉन समान होते हैं, केवल एक अप क्वार्क और दो डाउन क्वार्क होते हैं।
चावल। 2: सुधार चित्र। 1 पर जोर देने के कारण महत्वपूर्ण भूमिकाशक्तिशाली परमाणु बल जो क्वार्क को प्रोटॉन में धारण करता है
न्यूक्लियंस का वर्णन करने का इतना बुरा तरीका नहीं है, क्योंकि यह मजबूत परमाणु बल की महत्वपूर्ण भूमिका पर जोर देता है, जो ग्लून्स की कीमत पर एक प्रोटॉन में क्वार्क रखता है (ठीक फोटॉन की तरह, वह कण जो प्रकाश बनाता है, विद्युत चुम्बकीय से जुड़ा होता है ताकत)। लेकिन यह भी भ्रमित करने वाला है क्योंकि यह वास्तव में यह स्पष्ट नहीं करता है कि ग्लून्स क्या हैं या वे क्या करते हैं।
आगे बढ़ने और चीजों का वर्णन करने के कारण हैं जैसे मैंने किया था: एक प्रोटॉन तीन क्वार्क (दो ऊपर और एक नीचे), ग्लून्स का एक गुच्छा, और क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े का पहाड़ (ज्यादातर ऊपर और नीचे क्वार्क) से बना है। , लेकिन कुछ अजीब भी हैं)। वे सभी बहुत तेज गति से (प्रकाश की गति के निकट) आगे और पीछे उड़ते हैं; यह पूरा सेट एक साथ मजबूत परमाणु बल द्वारा आयोजित किया जाता है। मैंने इसे चित्र में दिखाया है। 3. न्यूट्रॉन फिर से वही हैं, लेकिन एक अप और दो डाउन क्वार्क के साथ; जिस क्वार्क का स्वामित्व बदल गया है उसे एक तीर द्वारा इंगित किया गया है।
चावल। 3: अधिक यथार्थवादी, हालांकि अभी भी आदर्श नहीं है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का चित्रण
ये क्वार्क, एंटीक्वार्क, और ग्लून्स न केवल आगे और पीछे भागते हैं, बल्कि एक दूसरे से टकराते हैं और कणों के विनाश जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से एक दूसरे में बदल जाते हैं (जिसमें एक क्वार्क और एक ही प्रकार के एंटीक्वार्क दो ग्लून्स में बदल जाते हैं, या वाइस वर्सा) या एक ग्लूऑन का अवशोषण और उत्सर्जन (जिसमें एक क्वार्क और एक ग्लूऑन टकरा सकते हैं और एक क्वार्क और दो ग्लूऑन उत्पन्न कर सकते हैं, या इसके विपरीत)।
इन तीन विवरणों में क्या समानता है:
- एक प्रोटॉन के लिए दो अप क्वार्क और एक डाउन क्वार्क (प्लस कुछ और)।
- न्यूट्रॉन के लिए एक अप क्वार्क और दो डाउन क्वार्क (प्लस कुछ और)।
- न्यूट्रॉन के लिए "कुछ और" प्रोटॉन के लिए "कुछ और" जैसा ही है। यानी, न्यूक्लियंस में "कुछ और" समान होता है।
- प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच द्रव्यमान में छोटा अंतर डाउन क्वार्क और अप क्वार्क के द्रव्यमान में अंतर के कारण प्रकट होता है।
- अप क्वार्क के लिए, विद्युत आवेश 2/3 e है (जहाँ e प्रोटॉन का आवेश है, -e इलेक्ट्रॉन का आवेश है),
- डाउन क्वार्क का आवेश -1/3e होता है,
- ग्लून्स का आवेश 0 होता है,
- किसी भी क्वार्क और उसके संगत एंटीक्वार्क का कुल चार्ज 0 होता है (उदाहरण के लिए, एंटी-डाउन क्वार्क का चार्ज +1/3e होता है, इसलिए डाउन क्वार्क और डाउन एंटीक्वार्क का चार्ज -1/3 e +1/ होगा 3 ई = 0),
- प्रोटॉन का कुल विद्युत आवेश 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
- न्यूट्रॉन का कुल विद्युत आवेश 2/3 e - 1/3 e - 1/3 e = 0 है।
- कितना "कुछ और" नाभिक के अंदर,
- यह वहां क्या कर रहा है
- न्यूक्लियॉन का द्रव्यमान और द्रव्यमान ऊर्जा (E = mc 2, कण के विश्राम में होने पर भी वहां मौजूद ऊर्जा) कहां से आती है।
चावल। 1 कहता है कि क्वार्क, वास्तव में, एक न्यूक्लियॉन के एक तिहाई का प्रतिनिधित्व करते हैं - एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन की तरह हीलियम न्यूक्लियस के एक चौथाई या कार्बन न्यूक्लियस के 1/12 का प्रतिनिधित्व करते हैं। यदि यह तस्वीर सही होती, तो न्यूक्लियॉन में क्वार्क अपेक्षाकृत धीमी गति से (प्रकाश की गति की तुलना में बहुत धीमी गति से) गति करते, उनके बीच अपेक्षाकृत कमजोर बल काम करते (यद्यपि कुछ शक्तिशाली बल उन्हें जगह में रखते हुए)। क्वार्क का द्रव्यमान, ऊपर और नीचे, तब 0.3 GeV/c 2 के क्रम में होगा, एक प्रोटॉन के द्रव्यमान का लगभग एक तिहाई। लेकिन यह एक साधारण छवि है, और इसके द्वारा लगाए गए विचार बिल्कुल गलत हैं।
चावल। 3. प्रोटॉन के बारे में एक पूरी तरह से अलग विचार देता है, जैसे कि प्रकाश की गति के करीब गति से इसके माध्यम से घूमने वाले कणों का एक कड़ाही। ये कण आपस में टकराते हैं और इन टक्करों में उनमें से कुछ नष्ट हो जाते हैं और अन्य उनकी जगह बन जाते हैं। ग्लून्स का कोई द्रव्यमान नहीं है, ऊपरी क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 0.004 GeV/c 2 है, और निचले क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 0.008 GeV/c 2 है - एक प्रोटॉन से सैकड़ों गुना कम। प्रोटॉन की द्रव्यमान ऊर्जा कहां से आती है, यह प्रश्न जटिल है: इसका कुछ हिस्सा क्वार्कों और प्रतिक्वार्कों की द्रव्यमान ऊर्जा से आता है, कुछ हिस्सा क्वार्कों, प्रतिक्वार्कों और ग्लून्स की गति की ऊर्जा से आता है, और भाग (शायद सकारात्मक, शायद नकारात्मक) मजबूत परमाणु संपर्क में संग्रहीत ऊर्जा से, क्वार्क, एंटीक्वार्क और ग्लून्स को एक साथ पकड़े हुए।
एक अर्थ में, चित्र. 2 अंजीर के बीच के अंतर को खत्म करने की कोशिश करता है। 1 और अंजीर। 3. यह चावल को सरल करता है। 3, कई क्वार्क-एंटीक्वार्क युग्मों को हटाना, जिन्हें, सिद्धांत रूप में, अल्पकालिक कहा जा सकता है, क्योंकि वे लगातार उत्पन्न होते हैं और गायब हो जाते हैं, और आवश्यक नहीं होते हैं। लेकिन इससे यह आभास होता है कि न्यूक्लियंस में मौजूद ग्लून्स प्रोटॉन को धारण करने वाली मजबूत परमाणु शक्ति का प्रत्यक्ष हिस्सा हैं। और यह स्पष्ट नहीं करता है कि प्रोटॉन का द्रव्यमान कहाँ से आता है।
अंजीर में। 1 में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के संकरे फ्रेम के अलावा एक और कमी है। यह अन्य हैड्रोन के कुछ गुणों की व्याख्या नहीं करता है, जैसे कि पियोन और रो मेसन। अंजीर में वही समस्याएं मौजूद हैं। 2.
इन प्रतिबंधों ने इस तथ्य को जन्म दिया है कि मैं अपने छात्रों और अपनी वेबसाइट पर अंजीर से एक तस्वीर देता हूं। 3. लेकिन मैं आपको आगाह करना चाहता हूं कि इसकी भी कई सीमाएं हैं, जिन पर मैं बाद में विचार करूंगा।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि अंजीर में निहित संरचना की अत्यधिक जटिलता। मजबूत परमाणु बल जैसी शक्तिशाली शक्ति द्वारा एक साथ रखी गई वस्तु से 3 की अपेक्षा की जाती है। और एक और बात: तीन क्वार्क (एक प्रोटॉन के लिए दो ऊपर और एक नीचे) जो क्वार्क-एंटीक्वार्क जोड़े के समूह का हिस्सा नहीं हैं, उन्हें अक्सर "वैलेंस क्वार्क" कहा जाता है, और क्वार्क-एंटीक्वार्क के जोड़े को "समुद्र का" कहा जाता है क्वार्क जोड़े।" ऐसी भाषा कई मामलों में तकनीकी रूप से सुविधाजनक होती है। लेकिन यह झूठा आभास देता है कि यदि आप प्रोटॉन के अंदर देख सकते हैं, और एक विशेष क्वार्क को देख सकते हैं, तो आप तुरंत बता सकते हैं कि यह समुद्र का हिस्सा था या वैलेंस। यह नहीं किया जा सकता, बस ऐसा कोई तरीका नहीं है।
प्रोटॉन द्रव्यमान और न्यूट्रॉन द्रव्यमान
चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान इतने समान हैं, और चूंकि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन केवल डाउन क्वार्क द्वारा अप क्वार्क के प्रतिस्थापन में भिन्न होते हैं, ऐसा लगता है कि उनके द्रव्यमान समान रूप से प्रदान किए जाते हैं, एक ही स्रोत से आते हैं , और उनका अंतर अप और डाउन क्वार्क के बीच मामूली अंतर में है। लेकिन उपरोक्त तीन आंकड़े बताते हैं कि प्रोटॉन द्रव्यमान की उत्पत्ति पर तीन अलग-अलग विचार हैं।चावल। 1 कहता है कि अप और डाउन क्वार्क केवल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का 1/3 बनाते हैं: लगभग 0.313 GeV/c 2, या क्वार्क को प्रोटॉन में रखने के लिए आवश्यक ऊर्जा के कारण। और चूंकि एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के बीच का अंतर प्रतिशत का एक अंश है, अप और डाउन क्वार्क के द्रव्यमान के बीच का अंतर भी प्रतिशत का एक अंश होना चाहिए।
चावल। 2 कम स्पष्ट है। ग्लून्स के कारण प्रोटॉन के द्रव्यमान का कितना अंश मौजूद होता है? लेकिन, सिद्धांत रूप में, यह आंकड़े से पता चलता है कि प्रोटॉन का अधिकांश द्रव्यमान अभी भी क्वार्क के द्रव्यमान से आता है, जैसा कि अंजीर में है। एक।
चावल। 3 एक अधिक सूक्ष्म दृष्टिकोण को दर्शाता है कि वास्तव में प्रोटॉन का द्रव्यमान कैसे आता है (जैसा कि हम प्रोटॉन की कंप्यूटर गणनाओं के माध्यम से सीधे सत्यापित कर सकते हैं, न कि सीधे अन्य गणितीय विधियों का उपयोग करके)। यह अंजीर में प्रस्तुत विचारों से बहुत अलग है। 1 और 2, और यह इतना आसान नहीं निकला।
यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है, किसी को प्रोटॉन के द्रव्यमान m के संदर्भ में नहीं, बल्कि इसकी द्रव्यमान ऊर्जा E = mc 2, द्रव्यमान से जुड़ी ऊर्जा के संदर्भ में सोचना चाहिए। सैद्धांतिक रूप सही सवालयह "प्रोटॉन द्रव्यमान एम कहां से आया" नहीं होगा, जिसके बाद आप एम को सी 2 से गुणा करके ई की गणना कर सकते हैं, लेकिन इसके विपरीत: "प्रोटॉन द्रव्यमान ई की ऊर्जा कहां से आती है", जिसके बाद आप कर सकते हैं E को c 2 से विभाजित करके द्रव्यमान m की गणना करें।
प्रोटॉन द्रव्यमान ऊर्जा में योगदान को तीन समूहों में वर्गीकृत करना उपयोगी है:
ए) इसमें निहित क्वार्क और एंटीक्वार्क की द्रव्यमान ऊर्जा (बाकी ऊर्जा) (ग्लून्स, द्रव्यमान रहित कण, कोई योगदान नहीं करते हैं)।
बी) क्वार्क, प्रतिक्वार्क और ग्लून्स की गति (गतिज ऊर्जा) की ऊर्जा।
सी) प्रोटॉन धारण करने वाली मजबूत परमाणु बातचीत (अधिक सटीक रूप से, ग्लूऑन क्षेत्रों में) में संग्रहीत संपर्क ऊर्जा (बाध्यकारी ऊर्जा या संभावित ऊर्जा)।
चावल। 3 कहता है कि प्रोटॉन के अंदर के कण उच्च गति से चलते हैं, और यह द्रव्यमान रहित ग्लून्स से भरा होता है, इसलिए B) का योगदान A से अधिक होता है)। आम तौर पर, अधिकांश भौतिक प्रणालियों में, बी) और सी) तुलनीय होते हैं, जबकि सी) अक्सर नकारात्मक होता है। तो प्रोटॉन (और न्यूट्रॉन) की द्रव्यमान ऊर्जा ज्यादातर बी) और सी के संयोजन से प्राप्त होती है), जिसमें ए) एक छोटे से अंश का योगदान देता है। इसलिए, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान मुख्य रूप से उनमें निहित कणों के द्रव्यमान के कारण नहीं दिखाई देते हैं, बल्कि इन कणों की गति की ऊर्जा और ग्लूऑन क्षेत्रों से जुड़े उनके संपर्क की ऊर्जा के कारण उत्पन्न होते हैं जो धारण करने वाली ताकतों को उत्पन्न करते हैं। प्रोटॉन। अधिकांश अन्य प्रणालियों में जिनसे हम परिचित हैं, ऊर्जाओं का संतुलन अलग तरीके से वितरित किया जाता है। उदाहरण के लिए, परमाणुओं में और में सौर प्रणाली A हावी है), जबकि B) और C) आकार में बहुत छोटे और तुलनीय हैं।
संक्षेप में, हम बताते हैं कि:
- चावल। 1 बताता है कि प्रोटॉन की द्रव्यमान ऊर्जा योगदान ए से आती है)।
- चावल। 2 बताता है कि ए) और सी) दोनों योगदान महत्वपूर्ण हैं, और बी) एक छोटा योगदान देता है।
- चावल। 3 बताता है कि बी) और सी) महत्वपूर्ण हैं, जबकि ए) का योगदान नगण्य है।
अगर अंजीर। 3 झूठ नहीं बोल रहा है, क्वार्क और प्रतिक्वार्क का द्रव्यमान बहुत छोटा है। वे वास्तव में क्या पसंद करते हैं? शीर्ष क्वार्क (साथ ही प्रतिक्वार्क) का द्रव्यमान 0.005 GeV/c2 से अधिक नहीं होता है, जो कि 0.313 GeV/c2 से बहुत कम है, जो चित्र 3.3 से अनुसरण करता है। 1. (एक अप क्वार्क का द्रव्यमान मापना मुश्किल है और सूक्ष्म प्रभावों के कारण भिन्न होता है, इसलिए यह 0.005 GeV/c2 से बहुत कम हो सकता है)। निचले क्वार्क का द्रव्यमान ऊपर वाले क्वार्क के द्रव्यमान से लगभग 0.004 GeV/c2 अधिक है। इसका अर्थ है कि किसी भी क्वार्क या प्रतिक्वार्क का द्रव्यमान प्रोटॉन के द्रव्यमान के एक प्रतिशत से अधिक नहीं होता है।
ध्यान दें कि इसका मतलब है (चित्र 1 के विपरीत) कि डाउन क्वार्क और अप क्वार्क के द्रव्यमान का अनुपात एकता तक नहीं पहुंचता है! डाउन क्वार्क का द्रव्यमान अप क्वार्क से कम से कम दोगुना होता है। न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के द्रव्यमान समान होने का कारण यह नहीं है कि अप और डाउन क्वार्क का द्रव्यमान समान है, बल्कि यह है कि अप और डाउन क्वार्क का द्रव्यमान बहुत छोटा है - और उनके बीच का अंतर छोटा है, सापेक्ष प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के लिए। याद रखें कि एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में बदलने के लिए, आपको बस उसके एक अप क्वार्क को डाउन क्वार्क से बदलना होगा (चित्र 3)। यह परिवर्तन न्यूट्रॉन को प्रोटॉन की तुलना में थोड़ा भारी बनाने के लिए पर्याप्त है, और इसके चार्ज को +e से 0 में बदल देता है।
वैसे, तथ्य यह है कि एक प्रोटॉन के अंदर विभिन्न कण आपस में टकरा रहे हैं, और लगातार दिखाई दे रहे हैं और गायब हो रहे हैं, उन चीजों को प्रभावित नहीं करता है जिनकी हम चर्चा कर रहे हैं - किसी भी टक्कर में ऊर्जा संरक्षित होती है। द्रव्यमान ऊर्जा और क्वार्क और ग्लून्स की गति की ऊर्जा बदल सकती है, साथ ही उनकी बातचीत की ऊर्जा भी बदल सकती है, लेकिन प्रोटॉन की कुल ऊर्जा नहीं बदलती है, हालांकि इसके अंदर सब कुछ लगातार बदल रहा है। तो एक प्रोटॉन का द्रव्यमान उसके आंतरिक भंवर के बावजूद स्थिर रहता है।
इस बिंदु पर, आप प्राप्त जानकारी को रोक और अवशोषित कर सकते हैं। अद्भुत! साधारण पदार्थ में निहित लगभग सभी द्रव्यमान परमाणुओं में न्यूक्लियंस के द्रव्यमान से आते हैं। और इस द्रव्यमान का अधिकांश भाग प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में निहित अराजकता से आता है - न्यूक्लियॉन में क्वार्क, ग्लूऑन और एंटीक्वार्क की गति की ऊर्जा से, और न्यूक्लियॉन को उसके पूरे राज्य में रखने वाले मजबूत परमाणु इंटरैक्शन के कार्य की ऊर्जा से। जी हां: हमारा ग्रह, हमारा शरीर, हमारी सांसें ऐसे शांत और, हाल तक तक, अकल्पनीय कोलाहल का परिणाम हैं।
संपूर्ण भौतिक संसार, आधुनिक भौतिकी के अनुसार, तीन प्राथमिक कणों से बना है: प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन। इसके अलावा, विज्ञान के अनुसार, ब्रह्मांड में पदार्थ के अन्य "प्राथमिक" कण हैं, जिनमें से कुछ नाम स्पष्ट रूप से मानक से अधिक हैं। इसी समय, ब्रह्मांड के अस्तित्व और विकास में इन अन्य "प्राथमिक कणों" का कार्य स्पष्ट नहीं है।
प्राथमिक कणों की एक और व्याख्या पर विचार करें:
पदार्थ का केवल एक प्राथमिक कण है - प्रोटॉन। न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन सहित अन्य सभी "प्रारंभिक कण", केवल प्रोटॉन के डेरिवेटिव हैं, और वे ब्रह्मांड के विकास में बहुत मामूली भूमिका निभाते हैं। आइए विचार करें कि ऐसे "प्रारंभिक कण" कैसे बनते हैं।
हमने लेख "" में पदार्थ के एक प्राथमिक कण की संरचना की विस्तार से जांच की। संक्षेप में प्राथमिक कण के बारे में:
- पदार्थ का एक प्राथमिक कण अंतरिक्ष में एक लम्बी धागे का रूप रखता है।
- एक प्राथमिक कण खींचने में सक्षम है। तनन की प्रक्रिया में प्राथमिक कण के अंदर पदार्थ का घनत्व कम हो जाता है।
- एक प्राथमिक कण का खंड, जहां पदार्थ का घनत्व आधा हो जाता है, हमने कहा पदार्थ क्वांटम .
- गति की प्रक्रिया में, प्राथमिक कण लगातार ऊर्जा को अवशोषित (फोल्ड,) करता है।
- ऊर्जा अवशोषण बिंदु ( विनाश बिंदु ) प्राथमिक कण के गति सदिश की नोक पर है।
- अधिक सटीक: पदार्थ की सक्रिय मात्रा की नोक पर।
- ऊर्जा को अवशोषित करते हुए, प्राथमिक कण अपने आगे की गति की गति को लगातार बढ़ाता है।
- पदार्थ का प्राथमिक कण द्विध्रुव है। जिसमें आकर्षक बल कण के अग्र भाग (गति की दिशा में) में केंद्रित होते हैं, और प्रतिकारक बल पीछे के भाग में केंद्रित होते हैं।
सैद्धांतिक रूप से अंतरिक्ष में प्राथमिक होने की संपत्ति का मतलब पदार्थ के घनत्व को शून्य तक कम करने की संभावना है। और यह, बदले में, इसके यांत्रिक टूटने की संभावना का मतलब है: पदार्थ के एक प्राथमिक कण के टूटने की जगह को पदार्थ के शून्य घनत्व के साथ इसके खंड के रूप में दर्शाया जा सकता है।
सर्वनाश (ऊर्जा का अवशोषण) की प्रक्रिया में, एक प्राथमिक कण, तह ऊर्जा, अंतरिक्ष में अपनी स्थानांतरण गति की गति को लगातार बढ़ाता है।
आकाशगंगा का विकास, अंत में, पदार्थ के प्राथमिक कणों को उस क्षण तक ले जाता है जब वे एक-दूसरे पर प्रभाव डालने में सक्षम हो जाते हैं। प्रारंभिक कण समानांतर पाठ्यक्रमों पर नहीं मिल सकते हैं, जब एक कण दूसरे के लिए धीरे-धीरे और सुचारू रूप से पहुंचता है, जैसे जहाज एक घाट पर। वे अंतरिक्ष में और विपरीत प्रक्षेप पथ पर मिल सकते हैं। फिर एक कठिन टक्कर और, परिणामस्वरूप, एक प्राथमिक कण का टूटना लगभग अपरिहार्य है। वे ऊर्जा की गड़बड़ी की एक बहुत शक्तिशाली लहर के नीचे आ सकते हैं, जिससे टूटना भी होता है।
पदार्थ के प्राथमिक कण के टूटने के परिणामस्वरूप बनने वाले "मलबे" क्या हो सकते हैं?
आइए उस मामले पर विचार करें, जब बाहरी प्रभाव के परिणामस्वरूप, पदार्थ के प्राथमिक कणों से - एक ड्यूटेरियम परमाणु - एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन में क्षय हो जाता है।
जोड़ी संरचना का टूटना उनके कनेक्शन के स्थान पर नहीं होता है -। जोड़ी संरचना के दो प्राथमिक कणों में से एक टूट जाता है।
प्रोटॉन और न्यूट्रॉन अपनी संरचना में एक दूसरे से भिन्न होते हैं।
- एक प्रोटॉन थोड़ा छोटा (विराम के बाद) प्रारंभिक कण है,
- न्यूट्रॉन - एक संरचना जिसमें एक पूर्ण प्राथमिक कण और एक "स्टंप" होता है - पहले कण का सामने, हल्का सिरा।
एक पूर्ण प्राथमिक कण में होता है पूरा स्थिर- "एन" इसकी संरचना में पदार्थ का क्वांटा। प्रोटॉन में "N-n" पदार्थ क्वांटा होता है। न्यूट्रॉन में "एन + एन" क्वांटा होता है।
प्रोटॉन का व्यवहार स्पष्ट होता है। यहां तक कि पदार्थ की अंतिम मात्रा खो देने के बाद भी, वह सक्रिय रूप से ऊर्जा जारी रखता है: पदार्थ का घनत्व उसकी नई अंतिम मात्रा हमेशा विनाश की स्थितियों से मेल खाती है। पदार्थ की यह नई अंतिम मात्रा बन जाती है नया बिंदुसर्वनाश। सामान्य तौर पर, प्रोटॉन अपेक्षा के अनुरूप व्यवहार करता है। किसी भी भौतिकी की पाठ्यपुस्तक में प्रोटॉन के गुणों का अच्छी तरह से वर्णन किया गया है। केवल यह अपने "पूर्ण विकसित" समकक्ष की तुलना में थोड़ा हल्का हो जाएगा - पदार्थ का एक पूर्ण प्राथमिक कण।
न्यूट्रॉन अलग व्यवहार करता है। पहले न्यूट्रॉन की संरचना पर विचार करें। यह इसकी संरचना है जो इसकी "विचित्रता" की व्याख्या करती है।
अनिवार्य रूप से, न्यूट्रॉन में दो भाग होते हैं। पहला भाग पदार्थ का एक पूर्ण प्राथमिक कण है जिसके अग्र सिरे पर विलोपन बिंदु है। दूसरा भाग पहले प्राथमिक कण का एक बहुत छोटा, हल्का "ठूंठ" है, जो दोहरी संरचना के टूटने के बाद बचा है, और एक विलोपन बिंदु भी है। ये दो भाग विनाश बिंदुओं से जुड़े हुए हैं। इस प्रकार, न्यूट्रॉन का दोहरा विलोपन बिंदु होता है।
सोचने का तर्क बताता है कि न्यूरॉन के ये दो भारित भाग अलग तरह से व्यवहार करेंगे। यदि पहला भाग, जो एक पूर्ण-वजन वाला प्राथमिक कण है, जैसा कि अपेक्षित है, मुक्त ऊर्जा का विनाश करेगा और ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में धीरे-धीरे गति करेगा, तो दूसरा, हल्का हिस्सा उच्च दर पर मुक्त ऊर्जा का विनाश करना शुरू कर देगा।
अंतरिक्ष में पदार्थ के एक प्राथमिक कण की गति इस कारण से होती है: विसरित ऊर्जा एक कण को खींचती है जो इसके प्रवाह में गिर गया है। यह स्पष्ट है कि पदार्थ का कण जितना कम द्रव्यमान वाला होता है, ऊर्जा के लिए इस कण को अपने साथ खींचने में जितनी आसानी होती है, इस कण की गति उतनी ही अधिक होती है। स्पष्ट है कि क्या बड़ी मात्राऊर्जा एक सक्रिय क्वांटम द्वारा एक साथ मोड़ी जाती है, विसरित ऊर्जा का प्रवाह जितना अधिक शक्तिशाली होता है, इन प्रवाहों के लिए एक कण को अपने साथ खींचना उतना ही आसान होता है। हमें निर्भरता मिलती है: अंतरिक्ष में किसी पदार्थ के कण की गति की गति उसकी सक्रिय मात्रा के द्रव्यमान के समानुपाती होती है और पदार्थ के कण के कुल द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होती है। :
न्यूट्रॉन के दूसरे, हल्के हिस्से में एक द्रव्यमान होता है जो पदार्थ के पूर्ण-वजन वाले प्राथमिक कण के द्रव्यमान से कई गुना कम होता है। लेकिन उनकी सक्रिय क्वांटा का द्रव्यमान बराबर होता है। अर्थात्: वे उसी दर से ऊर्जा का विनाश करते हैं। हम प्राप्त करते हैं: न्यूट्रॉन के दूसरे भाग की स्थानांतरणीय गति की गति तेजी से बढ़ेगी, और यह ऊर्जा को तेजी से समाप्त करना शुरू कर देगी। (भ्रम न पैदा करने के लिए, हम दूसरे, हल्के, न्यूट्रॉन के हिस्से को एक इलेक्ट्रॉन कहेंगे)।
एक न्यूट्रॉन का आरेखण
एक इलेक्ट्रॉन द्वारा एक साथ नष्ट की गई ऊर्जा की तेजी से बढ़ती मात्रा, जबकि यह एक न्यूट्रॉन की संरचना में है, न्यूट्रॉन की जड़ता की ओर ले जाती है। इलेक्ट्रॉन अपने "पड़ोसी" की तुलना में अधिक ऊर्जा का विनाश करना शुरू कर देता है - एक पूर्ण प्राथमिक कण। यह अभी तक सामान्य न्यूट्रॉन विलोपन बिंदु से अलग नहीं हो सकता है: आकर्षण की शक्तिशाली ताकतें हस्तक्षेप करती हैं। नतीजतन, इलेक्ट्रॉन सामान्य विनाश बिंदु के पीछे "खाना" शुरू कर देता है।
उसी समय, इलेक्ट्रॉन अपने साथी के सापेक्ष शिफ्ट होना शुरू कर देता है और इसकी मुक्त ऊर्जा सांद्रता अपने पड़ोसी के विनाश बिंदु की क्रिया के क्षेत्र में आ जाती है। जो तुरंत इस गाढ़ेपन को "खाना" शुरू कर देता है। "आंतरिक" संसाधनों के लिए एक इलेक्ट्रॉन और एक पूर्ण कण का ऐसा स्विचिंग - विनाश बिंदु के पीछे मुक्त ऊर्जा का संघनन - न्यूट्रॉन के आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों में तेजी से गिरावट की ओर जाता है।
एक न्यूट्रॉन की सामान्य संरचना से एक इलेक्ट्रॉन की टुकड़ी उस समय होती है जब एक पूर्ण-वजन वाले प्राथमिक कण के सापेक्ष एक इलेक्ट्रॉन का विस्थापन काफी बड़ा हो जाता है, दो सर्वनाश बिंदुओं के आकर्षण के बंधन को तोड़ने के लिए प्रवृत्त बल अधिक होने लगता है। इन सर्वनाश बिंदुओं के आकर्षण का बल, और दूसरा, न्यूट्रॉन (इलेक्ट्रॉन) का हल्का हिस्सा जल्दी से उड़ जाता है।
नतीजतन, न्यूट्रॉन दो इकाइयों में विघटित हो जाता है: एक पूर्ण प्राथमिक कण - एक प्रोटॉन और एक प्रकाश, पदार्थ के एक प्राथमिक कण का छोटा हिस्सा - एक इलेक्ट्रॉन।
आधुनिक आंकड़ों के अनुसार, एक न्यूट्रॉन की संरचना लगभग पन्द्रह मिनट तक मौजूद रहती है। यह तब अनायास एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन में क्षय हो जाता है। ये पंद्रह मिनट न्यूट्रॉन के सर्वनाश के सामान्य बिंदु के सापेक्ष इलेक्ट्रॉन के विस्थापन का समय है और इसकी "स्वतंत्रता" के लिए संघर्ष है।
आइए कुछ परिणामों का योग करें:
- प्रोटॉन पदार्थ का एक पूर्ण प्रारंभिक कण है, जिसमें विनाश का एक बिंदु होता है, या पदार्थ के प्राथमिक कण का एक भारी हिस्सा होता है, जो प्रकाश क्वांटा से अलग होने के बाद रहता है।
- न्यूट्रॉन एक दोहरी संरचना है, जिसमें दो विलोपन बिंदु होते हैं, और इसमें पदार्थ का एक प्राथमिक कण होता है, और पदार्थ के दूसरे प्राथमिक कण का एक प्रकाश, सामने का भाग होता है।
- इलेक्ट्रॉन - पदार्थ के प्राथमिक कण का अग्र भाग, जिसमें एक सर्वनाश बिंदु होता है, जिसमें प्रकाश क्वांटा होता है, जो पदार्थ के प्राथमिक कण के टूटने के परिणामस्वरूप बनता है।
- विज्ञान द्वारा मान्यता प्राप्त "प्रोटॉन-न्यूट्रॉन" संरचना ड्यूटेरियम एटम है, जो दो प्राथमिक कणों की संरचना है जिसमें दोहरा विनाश बिंदु होता है।
एक इलेक्ट्रॉन एक परमाणु के नाभिक के चारों ओर घूमने वाला एक स्वतंत्र प्राथमिक कण नहीं है।
इलेक्ट्रॉन, जैसा कि विज्ञान मानता है, परमाणु की संरचना में नहीं है।
और एक परमाणु का नाभिक, जैसे, प्रकृति में मौजूद नहीं है, जैसे कि पदार्थ के एक स्वतंत्र प्राथमिक कण के रूप में कोई न्यूट्रॉन नहीं है।
बाहरी प्रभाव के परिणामस्वरूप दो असमान भागों में टूटने के बाद इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रॉन दोनों दो प्राथमिक कणों की एक जोड़ी संरचना के डेरिवेटिव हैं। किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु की संरचना में, एक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक मानक जोड़ी संरचना होते हैं - पदार्थ के दो पूर्ण वजन वाले प्राथमिक कण - दो प्रोटॉन विलोपन बिंदुओं से एकजुट होते हैं.
आधुनिक भौतिकी में, एक अडिग स्थिति है कि प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन में समान लेकिन विपरीत विद्युत आवेश होते हैं। कथित तौर पर, इन विपरीत आवेशों की परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप, वे एक-दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं। काफी तार्किक व्याख्या। यह घटना के तंत्र को सही ढंग से दर्शाता है, लेकिन यह बिल्कुल गलत है - इसका सार।
प्राथमिक कणों में न तो धनात्मक और न ही ऋणात्मक "विद्युत" आवेश होते हैं, जिस प्रकार "के रूप में पदार्थ का कोई विशेष रूप नहीं होता है। विद्युत क्षेत्र"। इस तरह की "बिजली" मनुष्य का एक आविष्कार है, जो मौजूदा मामलों की व्याख्या करने में असमर्थता के कारण होता है।
ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में उनके आगे बढ़ने के परिणामस्वरूप, "विद्युत" और एक दूसरे के लिए इलेक्ट्रॉन वास्तव में उनके विनाश बिंदुओं को निर्देशित ऊर्जा प्रवाह द्वारा बनाए जाते हैं। जब वे एक दूसरे के आकर्षण की शक्तियों की कार्रवाई के क्षेत्र में आते हैं। यह वास्तव में परिमाण में समान लेकिन विपरीत विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया जैसा दिखता है।
"समान विद्युत आवेश", उदाहरण के लिए: दो प्रोटॉन या दो इलेक्ट्रॉनों की भी एक अलग व्याख्या है। प्रतिकर्षण तब होता है जब एक कण दूसरे कण के प्रतिकारक बलों की क्रिया के क्षेत्र में प्रवेश करता है - अर्थात, इसके विनाश बिंदु के पीछे ऊर्जा संघनन का क्षेत्र। हमने इसे पिछले लेख में कवर किया था।
इंटरैक्शन "प्रोटॉन - एंटीप्रोटोन", "इलेक्ट्रॉन - पॉज़िट्रॉन" की भी एक अलग व्याख्या है। इस तरह की बातचीत से हम प्रोटॉन या इलेक्ट्रॉनों की भावना की बातचीत को समझते हैं जब वे टकराव के रास्ते पर चलते हैं। इस मामले में, केवल आकर्षण द्वारा उनकी बातचीत के कारण (कोई प्रतिकर्षण नहीं है, क्योंकि उनमें से प्रत्येक का प्रतिकर्षण क्षेत्र उनके पीछे है), उनका कठिन संपर्क होता है। नतीजतन, दो प्रोटॉन (इलेक्ट्रॉनों) के बजाय, हमें पूरी तरह से अलग "प्राथमिक कण" मिलते हैं, जो वास्तव में इन दो प्रोटॉन (इलेक्ट्रॉनों) की कठोर बातचीत के डेरिवेटिव हैं।
पदार्थों की परमाणु संरचना। परमाणु मॉडल
परमाणु की संरचना पर विचार करें।
न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन - पदार्थ के प्राथमिक कणों के रूप में - मौजूद नहीं हैं। इसकी चर्चा हम ऊपर कर चुके हैं। तदनुसार: एक परमाणु और उसके इलेक्ट्रॉन खोल का कोई नाभिक नहीं है। यह त्रुटि पदार्थ की संरचना में आगे के शोध के लिए एक शक्तिशाली बाधा है।
पदार्थ का एकमात्र प्राथमिक कण केवल प्रोटॉन है। किसी भी रासायनिक तत्व के परमाणु में पदार्थ के दो प्राथमिक कणों की युग्मित संरचनाएं होती हैं (आइसोटोप के अपवाद के साथ, जहां अधिक प्राथमिक कणों को युग्मित संरचना में जोड़ा जाता है)।
हमारे आगे के तर्क के लिए, एक सामान्य सर्वनाश बिंदु की अवधारणा पर विचार करना आवश्यक है।
पदार्थ के प्राथमिक कण एक दूसरे के साथ विलोपन बिंदुओं द्वारा परस्पर क्रिया करते हैं। यह अंतःक्रिया भौतिक संरचनाओं के निर्माण की ओर ले जाती है: परमाणु, अणु, भौतिक शरीर ... जिनके पास एक सामान्य परमाणु विलोपन बिंदु है, एक सामान्य अणु विलोपन बिंदु है ...
सामान्य विलोपन बिंदु - पदार्थ के प्रारंभिक कणों के दो एकल विलोपन बिंदुओं का एक जोड़ी संरचना के एक सामान्य विलोपन बिंदु में, या युग्मित संरचनाओं के सामान्य विलोपन बिंदुओं का एक रासायनिक तत्व के परमाणु के एक सामान्य विलोपन बिंदु, या सामान्य विलोपन बिंदु में होता है। रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के बिंदु - एक अणु के सामान्य विनाश बिंदु में।
यहाँ मुख्य बात यह है कि पदार्थ के कणों का मिलन एक समग्र वस्तु के रूप में आकर्षण और प्रतिकर्षण का कार्य करता है। आखिर कोई भी शारीरिक कायाइस भौतिक शरीर के विनाश के एक सामान्य बिंदु के रूप में प्रतिनिधित्व किया जा सकता है: यह शरीर अन्य भौतिक निकायों को एक एकल, अभिन्न भौतिक वस्तु के रूप में, विनाश के एक बिंदु के रूप में आकर्षित करता है। इस मामले में, हमें गुरुत्वाकर्षण संबंधी घटनाएं मिलती हैं - भौतिक निकायों के बीच आकर्षण।
आकाशगंगा के विकास चक्र के चरण में, जब आकर्षण बल काफी बड़ा हो जाता है, ड्यूटेरियम परमाणुओं का अन्य परमाणुओं की संरचनाओं में एकीकरण शुरू हो जाता है। रासायनिक तत्वों के परमाणु क्रमिक रूप से बनते हैं, प्राथमिक कणों की नई जोड़ी संरचनाओं को जोड़कर पदार्थ के प्राथमिक कणों के अनुवाद संबंधी गति की गति बढ़ जाती है (पढ़ें: ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में आकाशगंगा के अनुवाद संबंधी गति की गति बढ़ जाती है)। ड्यूटेरियम परमाणु के मामले में।
एकीकरण क्रमिक रूप से होता है: प्रत्येक नए परमाणु में, पदार्थ के प्राथमिक कणों की एक नई जोड़ी संरचना प्रकट होती है (कम अक्सर, एक प्राथमिक कण)। हमें अन्य परमाणुओं की संरचना में ड्यूटेरियम परमाणुओं का संयोजन क्या देता है:
- परमाणु के सर्वनाश का एक सामान्य बिंदु प्रकट होता है। इसका मतलब यह है कि हमारा परमाणु एक अभिन्न संरचना के रूप में अन्य सभी परमाणुओं और प्राथमिक कणों के साथ आकर्षण और प्रतिकर्षण द्वारा बातचीत करेगा।
- परमाणु का स्थान प्रकट होता है, जिसके अंदर मुक्त ऊर्जा का घनत्व उसके स्थान के बाहर मुक्त ऊर्जा के घनत्व से कई गुना अधिक होगा। एक परमाणु के अंतरिक्ष के भीतर एक एकल विनाश बिंदु के पीछे एक बहुत ही उच्च ऊर्जा घनत्व में दृढ़ता से गिरने का समय नहीं होगा: प्राथमिक कणों के बीच की दूरी बहुत छोटी है। इंट्राएटोमिक अंतरिक्ष में औसत मुक्त ऊर्जा घनत्व ब्रह्मांड के अंतरिक्ष के मुक्त ऊर्जा घनत्व स्थिरांक के मूल्य से कई गुना अधिक है।
रासायनिक तत्वों के परमाणुओं, रासायनिक पदार्थों के अणुओं, भौतिक निकायों के निर्माण में, भौतिक कणों और निकायों के बीच बातचीत का सबसे महत्वपूर्ण नियम प्रकट होता है:
इंट्रान्यूक्लियर, केमिकल, इलेक्ट्रिकल, गुरुत्वाकर्षण बांड की ताकत एक परमाणु के अंदर विनाश बिंदुओं के बीच की दूरी पर, अणुओं के अंदर परमाणुओं के सामान्य विनाश बिंदुओं के बीच, भौतिक निकायों के बीच अणुओं के सामान्य विनाश बिंदुओं के बीच, भौतिक निकायों के बीच की दूरी पर निर्भर करती है। सामान्य विलोपन बिंदुओं के बीच की दूरी जितनी कम होती है, उनके बीच उतनी ही अधिक शक्तिशाली आकर्षक शक्तियाँ कार्य करती हैं।
यह स्पष्ट है कि:
- इंट्रान्यूक्लियर बॉन्ड से हमारा तात्पर्य प्राथमिक कणों के बीच और परमाणुओं के भीतर जोड़ी संरचनाओं के बीच की बातचीत से है।
- रासायनिक बंधों से हमारा तात्पर्य अणुओं की संरचना में परमाणुओं के बीच परस्पर क्रिया से है।
- विद्युत कनेक्शन द्वारा, हम भौतिक निकायों, तरल पदार्थ, गैसों की संरचना में अणुओं के बीच की बातचीत को समझते हैं।
- गुरुत्वाकर्षण बंधनों से हमारा तात्पर्य भौतिक पिंडों के बीच परस्पर क्रियाओं से है।
दूसरे रासायनिक तत्व - हीलियम परमाणु - का निर्माण तब होता है जब आकाशगंगा अंतरिक्ष में पर्याप्त उच्च गति से गति करती है। जब दो ड्यूटेरियम परमाणुओं का आकर्षक बल एक बड़े मूल्य तक पहुँच जाता है, तो वे दूरियों तक पहुँचते हैं जो उन्हें चौगुनी में संयोजित करने की अनुमति देती हैं। हीलियम परमाणु की संरचना।
आकाशगंगा की प्रगतिशील गति की गति में और वृद्धि से बाद के (आवर्त सारणी के अनुसार) रासायनिक तत्वों के परमाणुओं का निर्माण होता है। साथ ही: प्रत्येक रासायनिक तत्व के परमाणुओं की उत्पत्ति ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में आकाशगंगा के प्रगतिशील आंदोलन की अपनी, सख्ती से परिभाषित गति से मेल खाती है। चलो उसे बुलाओ एक रासायनिक तत्व के एक परमाणु के गठन की मानक दर .
हीलियम परमाणु आकाशगंगा में बनने वाला हाइड्रोजन के बाद दूसरा परमाणु है। फिर, जैसे ही आकाशगंगा के आगे बढ़ने की गति बढ़ती है, ड्यूटेरियम का अगला परमाणु हीलियम परमाणु से होकर टूट जाता है। इसका अर्थ है कि आकाशगंगा की आगे की गति की गति लिथियम परमाणु के निर्माण की मानक दर तक पहुँच गई है। तब यह आवर्त सारणी के अनुसार बेरिलियम, कार्बन ..., और इसी तरह के एक परमाणु के गठन की मानक दर तक पहुंच जाएगा।
परमाणु मॉडल
उपरोक्त आरेख में, हम देख सकते हैं कि:
- परमाणु में प्रत्येक आवर्त युग्मित संरचनाओं का एक वलय है।
- परमाणु के केंद्र पर हमेशा हीलियम परमाणु की चौगुनी संरचना का कब्जा होता है।
- एक ही अवधि के सभी युग्मित संरचनाएं एक ही विमान में सख्ती से स्थित होती हैं।
- अवधियों के बीच की दूरी एक अवधि के भीतर जोड़ी संरचनाओं के बीच की दूरी से बहुत अधिक है।
बेशक, यह एक बहुत ही सरलीकृत योजना है, और यह परमाणुओं के निर्माण की सभी वास्तविकताओं को प्रतिबिंबित नहीं करती है। उदाहरण के लिए: प्रत्येक नई जोड़ी संरचना, एक परमाणु से जुड़कर, उस अवधि की बाकी जोड़ी संरचनाओं को विस्थापित करती है जिससे वह जुड़ा हुआ है।
हमें परमाणु के ज्यामितीय केंद्र के चारों ओर एक वलय के रूप में एक अवधि के निर्माण का सिद्धांत मिलता है:
- अवधि संरचना एक विमान में निर्मित है। यह आकाशगंगा के सभी प्राथमिक कणों के अनुवाद संबंधी गति के सामान्य वेक्टर द्वारा सुगम है।
- समान दूरी पर परमाणु के ज्यामितीय केंद्र के चारों ओर समान अवधि की जोड़ी संरचनाएं बनाई जाती हैं।
- जिस परमाणु के चारों ओर एक नई अवधि का निर्माण किया गया है, वह इस नई अवधि के प्रति एकल अभिन्न प्रणाली के रूप में व्यवहार करता है।
इसलिए हमें रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण नियमितता मिलती है:
जोड़ी संरचनाओं की एक निश्चित रूप से निर्धारित संख्या की नियमितता: एक ही समय में, एक परमाणु के सर्वनाश के सामान्य बिंदु के ज्यामितीय केंद्र से एक निश्चित दूरी पर, पदार्थ के प्राथमिक कणों की एक निश्चित संख्या में जोड़ी संरचनाएं स्थित हो सकती हैं।
अर्थात्: आवर्त सारणी के दूसरे, तीसरे आवर्त में - प्रत्येक में आठ तत्व, चौथे में, पाँचवें में - अठारह, छठे में, सातवें में - बत्तीस। परमाणु का बढ़ता व्यास प्रत्येक बाद की अवधि में युग्मित संरचनाओं की संख्या को बढ़ाने की अनुमति देता है।
यह स्पष्ट है कि यह पैटर्न डी.आई. द्वारा खोजे गए रासायनिक तत्वों के परमाणुओं के निर्माण में आवधिकता के सिद्धांत को निर्धारित करता है। मेंडेलीव।
एक रासायनिक तत्व के परमाणु के भीतर प्रत्येक आवर्त एकल समाकल तंत्र के रूप में उसके संबंध में व्यवहार करता है। यह अवधियों के बीच की दूरी में छलांग द्वारा निर्धारित होता है: एक अवधि के भीतर जोड़ी संरचनाओं के बीच की दूरी से बहुत बड़ा।
अपूर्ण आवर्त वाला एक परमाणु उपरोक्त नियमितता के अनुसार रासायनिक क्रिया प्रदर्शित करता है। चूंकि आकर्षण की शक्तियों के पक्ष में परमाणु के आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों का असंतुलन है। लेकिन अंतिम जोड़ी संरचना को जोड़ने के साथ, असंतुलन गायब हो जाता है, नई अवधि एक नियमित चक्र का रूप ले लेती है - यह एक एकल, अभिन्न, पूर्ण प्रणाली बन जाती है। और हमें एक अक्रिय गैस का परमाणु मिलता है।
परमाणु की संरचना के निर्माण का सबसे महत्वपूर्ण पैटर्न है: परमाणु में एक विमान-कैस्केड हैसंरचना . झूमर जैसा कुछ।
- समान अवधि की जोड़ी संरचनाएं परमाणु के अनुवाद संबंधी गति के वेक्टर के लंबवत एक ही विमान में स्थित होनी चाहिए।
- उसी समय, परमाणु में अवधियों को कैस्केड करना चाहिए।
यह बताता है कि क्यों दूसरी और तीसरी अवधि में (साथ ही साथ चौथी-पांचवीं, छठी-सातवीं) समान संख्या में युग्मित संरचनाएं (नीचे चित्र देखें)। परमाणु की ऐसी संरचना प्राथमिक कण के आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों के वितरण का परिणाम है: आकर्षक बल कण के सामने (गति की दिशा में) गोलार्द्ध में कार्य करते हैं, प्रतिकारक बल - पीछे के गोलार्ध में.
अन्यथा, कुछ जोड़ी संरचनाओं के विनाश बिंदुओं के पीछे मुक्त ऊर्जा सांद्रता अन्य जोड़ी संरचनाओं के विनाश बिंदुओं के आकर्षण के क्षेत्र में आती है, और परमाणु अनिवार्य रूप से अलग हो जाएगा।
नीचे हम आर्गन परमाणु की एक योजनाबद्ध वॉल्यूमेट्रिक छवि देखते हैं
आर्गन परमाणु मॉडल
नीचे दिए गए चित्र में, हम एक परमाणु की दो अवधियों का एक "अनुभाग", एक "पार्श्व दृश्य" देख सकते हैं - दूसरा और तीसरा:
यह ठीक उसी तरह है जैसे युग्मित संरचनाओं को समान संख्या में युग्मित संरचनाओं के साथ अवधि में परमाणु के केंद्र के सापेक्ष उन्मुख होना चाहिए (दूसरा - तीसरा, चौथा - पांचवां, छठा - सातवां)।
प्राथमिक कण के विनाश बिंदु के पीछे संघनन में ऊर्जा की मात्रा लगातार बढ़ रही है। यह सूत्र से स्पष्ट हो जाता है:
ई 1 ~ एम (सी + डब्ल्यू)/2
ई 2 ~ एम (सी-डब्ल्यू)/2
ΔE \u003d ई 1 -ई 2 \u003d एम (सी + डब्ल्यू) / 2 - एम (सी - डब्ल्यू) / 2
∆E~W×m
कहाँ पे:
E 1 मुक्त ऊर्जा की वह मात्रा है जो गति के अग्र गोलार्द्ध से विलोपन बिंदु द्वारा ऊपर (अवशोषित) की जाती है।
E2 गति के पिछले गोलार्ध से मुड़े हुए (अवशोषित) विलोपन बिंदु की मुक्त ऊर्जा की मात्रा है।
ΔE एक प्राथमिक कण के संचलन के सामने और पीछे के गोलार्द्धों से लुढ़की हुई (अवशोषित) मुक्त ऊर्जा की मात्रा के बीच का अंतर है।
W एक प्राथमिक कण की गति की गति है।
यहाँ हम गतिमान कण के विनाश बिंदु के पीछे ऊर्जा संघनन के द्रव्यमान में निरंतर वृद्धि देखते हैं, क्योंकि इसकी आगे की गति की गति बढ़ जाती है।
परमाणु की संरचना में, यह स्वयं को इस तथ्य में प्रकट करेगा कि प्रत्येक बाद के परमाणु की संरचना के पीछे ऊर्जा घनत्व में वृद्धि होगी ज्यामितीय अनुक्रम. विनाश बिंदु एक दूसरे को अपने आकर्षण बल के साथ "लोहे की पकड़" के साथ पकड़ते हैं। इसी समय, बढ़ती प्रतिकारक शक्ति परमाणु की जोड़ी संरचनाओं को एक दूसरे से तेजी से विक्षेपित करेगी। तो हमें एक परमाणु का एक फ्लैट-कैस्केड निर्माण मिलता है।
परमाणु, आकार में, एक कटोरे के आकार जैसा होना चाहिए, जहां "नीचे" हीलियम परमाणु की संरचना है। और कटोरे के "किनारे" हैं पिछली अवधि. "कटोरे के झुकना" के स्थान: दूसरा - तीसरा, चौथा - पाँचवाँ, छठा - सातवाँ काल। ये "झुकता" इसे बनाना संभव बनाता है विभिन्न अवधियुग्मित संरचनाओं की समान संख्या के साथ
हीलियम परमाणु मॉडल
यह परमाणु की चपटी-कैस्केड संरचना है और इसमें जोड़ी संरचनाओं की वलय व्यवस्था है जो आवधिकता और पंक्ति निर्माण को निर्धारित करती है आवधिक प्रणालीमेंडेलीव के रासायनिक तत्व, समान अभिव्यक्ति की आवृत्ति रासायनिक गुणएक ही पंक्ति के परमाणु आवर्त सारणी.
प्लेन - परमाणु की कैस्केड संरचना मुक्त ऊर्जा के उच्च घनत्व वाले परमाणु के एकल स्थान का आभास देती है।
- एक परमाणु की सभी जोड़ी संरचनाएं परमाणु के केंद्र की दिशा में उन्मुख होती हैं (या बल्कि: परमाणु के ज्यामितीय अक्ष पर स्थित एक बिंदु की दिशा में, परमाणु की गति की दिशा में)।
- सभी अलग-अलग विलोपन बिंदु परमाणु के अंदर अवधियों के छल्लों के साथ स्थित हैं।
- सभी व्यक्तिगत मुक्त ऊर्जा समूह उनके विनाश बिंदुओं के पीछे स्थित हैं।
परिणाम: एक एकल उच्च घनत्व मुक्त ऊर्जा एकाग्रता, जिसकी सीमाएँ परमाणु की सीमाएँ हैं। ये सीमाएँ, जैसा कि हम समझते हैं, विज्ञान में युकावा बलों के रूप में जानी जाने वाली शक्तियों की क्रिया की सीमाएँ हैं।
परमाणु की प्लेन-कैस्केड संरचना एक निश्चित तरीके से आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों के क्षेत्रों का पुनर्वितरण करती है। हम पहले से ही युग्मित संरचना में आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों के पुनर्वितरण का निरीक्षण करते हैं:
जोड़ी संरचना के प्रतिकारक बलों की कार्रवाई का क्षेत्र इसके आकर्षण की शक्तियों की कार्रवाई के क्षेत्र (एकल प्राथमिक कणों की तुलना में) के कारण बढ़ता है। तदनुसार आकर्षक बलों की कार्रवाई का क्षेत्र घटता है। (आकर्षण बल की क्रिया का क्षेत्र घटता है, लेकिन स्वयं बल नहीं)। परमाणु की फ्लैट-कैस्केड संरचना हमें परमाणु के प्रतिकारक बलों की कार्रवाई के क्षेत्र में और भी अधिक वृद्धि देती है।
- प्रत्येक नई अवधि के साथ, प्रतिकारक शक्तियों की कार्रवाई का क्षेत्र एक पूर्ण गेंद बनाने के लिए प्रवृत्त होता है।
- आकर्षण की शक्तियों की कार्रवाई का क्षेत्र व्यास में घटता हुआ शंकु होगा
परमाणु की एक नई अवधि के निर्माण में, एक और नियमितता का पता लगाया जा सकता है: अवधि में जोड़ी संरचनाओं की संख्या की परवाह किए बिना, एक अवधि की सभी जोड़ी संरचनाएं परमाणु के ज्यामितीय केंद्र के संबंध में सख्ती से सममित रूप से स्थित हैं.
प्रत्येक नई जोड़ी संरचना, जुड़ना, अवधि के अन्य सभी जोड़ी संरचनाओं के स्थान को बदल देती है ताकि अवधि में उनके बीच की दूरी हमेशा एक दूसरे के बराबर हो। अगली जोड़ी संरचना के जुड़ने से ये दूरियाँ कम हो जाती हैं। किसी रासायनिक तत्व के परमाणु का अधूरा बाह्य काल उसे रासायनिक रूप से सक्रिय बनाता है।
अवधियों के बीच की दूरी, जो एक अवधि के भीतर युग्मित कणों के बीच की दूरी से बहुत अधिक होती है, अवधियों को एक दूसरे से अपेक्षाकृत स्वतंत्र बनाती हैं।
परमाणु की प्रत्येक अवधि अन्य सभी अवधियों और पूरे परमाणु से एक स्वतंत्र संपूर्ण संरचना के रूप में संबंधित है।
यह निर्धारित करता है कि परमाणु की रासायनिक गतिविधि लगभग 100% केवल परमाणु की अंतिम अवधि से निर्धारित होती है। पूरी तरह से भरी हुई अंतिम अवधि हमें परमाणु की प्रतिकारक शक्तियों का अधिकतम भरा हुआ क्षेत्र देती है। एक परमाणु की रासायनिक गतिविधि लगभग शून्य होती है। एक परमाणु, एक गेंद की तरह, अन्य परमाणुओं को अपने से दूर धकेलता है। हम यहां गैस देखते हैं। और न सिर्फ एक गैस, बल्कि एक अक्रिय गैस।
नई अवधि की पहली जोड़ी संरचना के जुड़ने से यह रमणीय तस्वीर बदल जाती है। प्रतिकर्षण और आकर्षण की शक्तियों की कार्रवाई के क्षेत्रों का वितरण आकर्षण की शक्तियों के पक्ष में बदल जाता है। परमाणु रासायनिक रूप से सक्रिय हो जाता है। यह एक क्षार धातु परमाणु है।
प्रत्येक अगली जोड़ी संरचना को जोड़ने के साथ, परमाणु के आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों के वितरण के क्षेत्रों का संतुलन बदल जाता है: प्रतिकारक शक्तियों का क्षेत्र बढ़ जाता है, आकर्षण की शक्तियों का क्षेत्र कम हो जाता है। और प्रत्येक अगला परमाणु थोड़ा कम धातु और थोड़ा अधिक अधातु बन जाता है।
परमाणुओं का सपाट-कैस्केड रूप, आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों की कार्रवाई के क्षेत्रों का पुनर्वितरण हमें निम्नलिखित देता है: एक रासायनिक तत्व का एक परमाणु, टकराव के पाठ्यक्रम पर भी दूसरे परमाणु के साथ मिलना, बिना असफल हुए ज़ोन में गिर जाता है इस परमाणु के प्रतिकर्षण बलों की कार्रवाई। और यह खुद को नष्ट नहीं करता है और इस दूसरे परमाणु को नष्ट नहीं करता है।
यह सब हमें एक उल्लेखनीय परिणाम की ओर ले जाता है: रासायनिक तत्वों के परमाणु, एक दूसरे के साथ यौगिकों में प्रवेश करते हुए, अणुओं की त्रि-आयामी संरचना बनाते हैं। फ्लैट के विपरीत - परमाणुओं की कैस्केड संरचना। एक अणु परमाणुओं की एक स्थिर त्रि-आयामी संरचना है।
परमाणुओं और अणुओं के अंदर ऊर्जा प्रवाह पर विचार करें।
सबसे पहले, हम ध्यान दें कि एक प्राथमिक कण चक्रों में ऊर्जा को अवशोषित करेगा। अर्थात्: चक्र के पहले भाग में प्राथमिक कण निकटतम अंतरिक्ष से ऊर्जा को अवशोषित करता है। यहां एक शून्य बनता है - बिना मुक्त ऊर्जा वाला स्थान।
चक्र के दूसरे भाग में: अधिक से ऊर्जा दूर का वातावरणपरिणामी शून्य को तुरंत भरना शुरू कर देगा। अर्थात्, अंतरिक्ष में विनाश के बिंदु पर निर्देशित ऊर्जा प्रवाह होगा। कण स्थानांतरीय गति का धनात्मक संवेग प्राप्त करता है। और कण के अंदर बंधी हुई ऊर्जा अपने घनत्व को पुनर्वितरित करना शुरू कर देगी।
हमें यहाँ क्या दिलचस्पी है?
चूंकि विनाश चक्र को दो चरणों में बांटा गया है: ऊर्जा अवशोषण का चरण और ऊर्जा आंदोलन का चरण (शून्य को भरना), फिर औसत गतिविनाश बिंदु के क्षेत्र में ऊर्जा प्रवाह, मोटे तौर पर बोलना, दो के कारक से घट जाएगा।
और क्या अत्यंत महत्वपूर्ण है:
परमाणुओं, अणुओं, भौतिक निकायों के निर्माण में एक बहुत ही महत्वपूर्ण नियमितता प्रकट होती है: सभी भौतिक संरचनाओं की स्थिरता, जैसे: युग्मित संरचनाएं - ड्यूटेरियम परमाणु, परमाणुओं, परमाणुओं, अणुओं, भौतिक निकायों के आसपास अलग-अलग अवधियों को उनके विनाश की प्रक्रियाओं के सख्त क्रम से सुनिश्चित किया जाता है.
इस पर विचार करो।
- एक जोड़ी संरचना द्वारा उत्पन्न ऊर्जा प्रवाह। एक जोड़ी संरचना में, प्राथमिक कण समकालिक रूप से ऊर्जा का विलोपन करते हैं। अन्यथा, प्राथमिक कण एक दूसरे के विलोपन बिंदु के पीछे ऊर्जा की एकाग्रता को "खा" लेंगे। हम जोड़ी संरचना की स्पष्ट तरंग विशेषताएँ प्राप्त करते हैं। इसके अलावा, हम आपको याद दिलाते हैं कि विनाश प्रक्रियाओं की चक्रीय प्रकृति के कारण, यहां ऊर्जा प्रवाह की औसत दर आधी हो जाती है।
- परमाणु के भीतर ऊर्जा प्रवाहित होती है। सिद्धांत समान है: एक ही अवधि के सभी युग्मित संरचनाओं को समकालिक रूप से - समकालिक चक्रों में ऊर्जा का विनाश करना चाहिए। इसी तरह: परमाणु के भीतर विनाश की प्रक्रिया को अवधियों के बीच सिंक्रनाइज़ किया जाना चाहिए। कोई भी अतुल्यकालिकता परमाणु के विनाश की ओर ले जाती है। यहाँ समकालिकता थोड़ी भिन्न हो सकती है। यह माना जा सकता है कि एक परमाणु में पीरियड्स क्रमिक रूप से, एक के बाद एक, एक तरंग में ऊर्जा का विनाश करते हैं।
- ऊर्जा एक अणु, एक भौतिक शरीर के अंदर बहती है। एक अणु की संरचना में परमाणुओं के बीच की दूरी एक परमाणु के अंदर की अवधि के बीच की दूरी से कई गुना अधिक होती है। इसके अलावा, अणु में एक थोक संरचना होती है। किसी भी भौतिक शरीर की तरह, इसकी त्रि-आयामी संरचना होती है। यह स्पष्ट है कि यहाँ सर्वनाश प्रक्रियाओं की समकालिकता सुसंगत होनी चाहिए। परिधि से केंद्र की ओर निर्देशित, या इसके विपरीत: केंद्र से परिधि तक - अपनी पसंद के अनुसार गिनें।
समकालिकता का सिद्धांत हमें दो और नियमितताएँ देता है:
- परमाणुओं, अणुओं, भौतिक पिंडों के अंदर ऊर्जा प्रवाह की गति ब्रह्मांड के अंतरिक्ष में ऊर्जा गति की गति स्थिरांक से बहुत कम है। यह पैटर्न हमें बिजली की प्रक्रियाओं (अनुच्छेद #7 में) को समझने में मदद करेगा।
- जितनी बड़ी संरचना हम देखते हैं (क्रमिक रूप से: प्राथमिक कण, परमाणु, अणु, भौतिक शरीर), उसकी तरंग विशेषताओं में तरंग दैर्ध्य जितना अधिक होगा हम देखेंगे। यह भौतिक निकायों पर भी लागू होता है: एक भौतिक शरीर का द्रव्यमान जितना अधिक होता है, उतना ही अधिक होता है अधिक लंबाईइसमें लहरें हैं।
