Электричество шаг за шагом - [13]

Т-20. В природе есть несколько видов фундаментальных сил, электричество — одна из них. Электричество, электрический заряд — не единственное спрятанное от человека, но всё же открытое им особое свойство вещества, которое так же, как и масса, демонстрирует свою силу. Несколько тысячелетий назад у некоторых металлических руд были обнаружены ни на что другое не похожие магнитные свойства, которые не хуже гравитации и электричества могут двигать физические тела. В начале нашего века было открыто ещё одно, совершенно новое качество вещества, которому дали название барионный заряд, он создаёт особый сорт основных природных сил — сильные ядерные силы. Это не гравитация, не электричество, не магнетизм, а нечто совсем иное, действующее совершенно самостоятельно. Ядерные силы, казалось бы, навсегда спрятались от нас, так как действуют они только на очень небольших, на абсолютно невидимых расстояниях — около триллионной доли миллиметра. Именно сильные ядерные силы каким-то своим собственным способом стягивают, склеивают составные части атомного ядра, которые без этого из-за одноимённых электрических зарядов протонов (+) просто разлетелись бы в разные стороны.

ВК-21.Атомы химических элементов отличаются числом протонов в ядре, сегодня известны атомы с числом протонов от 1 до 118. В ядре находятся ещё и нейтроны — примерно как протон, частицы без электрического заряда, они влияют лишь на массу ядра. Атомы с разным числом нейтронов называют изотопами. В нормальном атоме на орбитах столько же электронов (—), сколько протонов (+) в ядре и общий электрический заряд атома равен нулю — атом электрически нейтрален. Но так бывает не всегда.

Р-5. ПЛАНЕТАРНАЯ МОДЕЛЬ ПОЯСНЯЕТ, КАК СТРОЯТСЯ СТО РАЗНЫХ АТОМОВ ИЗ ТРЁХ ЧАСТИЦ. Сказанное в пояснениях к рисунку Р-4 наверняка вызвало удивление: как это так миллионы веществ собраны всего из трёх разных частиц? В чём секрет такого фантастического многообразия при столь малом количестве (всего три!!!) исходных деталей?

Начнём с того, что протон, нейтрон и электрон участвуют в создании разных веществ не индивидуально, не по одному, а в составе разных строительных блоков — атомов. Атом устроен и работает несравнимо сложнее, чем это показано в его планетарной модели (2), но именно этой моделью атома мы будем пользоваться в книжке. Хотя бы потому, что изучение истинного устройства атома и протекающих в нём процессов потребует во много раз больше времени, чем вся наша образовательная кампания по знакомству с электричеством.

Самый наглядный вариант планетарной модели — рука, раскручивающая привязанный на крепкой нитке спичечный коробок (1). В простейшем случае (в атоме водорода) на месте руки будет атомное ядро с одним протоном, а вместо спичечного коробка — один электрон. В более сложных атомах протонов в ядре больше, и столько же электронов на круговых орбитах вокруг ядра (2). Подобная модель названа планетарной потому, что она напоминает схему движения планет вокруг Солнца (3). Возможны достаточно прочные, устойчивые атомы, в ядре которых до ста протонов (+) и на орбитах столько же электронов (—). Благодаря равенству положительных (протоны) и отрицательных (электроны) электрических зарядов вещество, состоящее из таких атомов, не демонстрирует каких-либо явных электрических свойств. Так же как не натёртая пластмасса или не натёртое стекло (Р-1).

А потом в мире атомов открыли ещё одно фундаментальное свойство материи, ещё один вид особых сил — их назвали слабыми ядерными силами, хотя действуют эти слабые силы во много раз сильнее, чем гравитация.

Вот так-то… Всё было просто, была известна одна гравитация, а теперь вон сколько открылось важнейших сил, действующих в нашем мире и полученных в наследство от Большого взрыва. Так что мир наш намного сложней, чем кажется человеку, который, подобно своему доисторическому предку, видит лишь то, что видно с первого взгляда.

Гравитацию, электричество, магнетизм, сильные и слабые силы называют основными, фундаментальными силами природы. Они, если разобраться, в итоге приводят в действие всё, что происходит: вращение планет, химические реакции, тепловые процессы, взрыв атомной бомбы, падение метеорита, считывание любимой мелодии с магнитофонной кассеты.

Здесь самое время заметить, что современная физика пытается увидеть более простую картину. Теоретики ищут возможность поддержать представление о единой природе, о «великом объединении» всех известных сил — сильных, слабых, магнитных, электрических и гравитационных. Один из фрагментов такого объединения обнаружился ещё двести лет назад: оказалось, что электричество и магнетизм не две отдельные, независимые силы — это просто два разных проявления единого электромагнитного процесса. А сравнительно недавно эксперименты подтвердили теорию, объединившую электромагнитные и слабые ядерные силы в едином, как его называют, электрослабом взаимодействии.

В названии этого раздела мы не случайно использовали слово «несколько», вместо того чтобы привести и прокомментировать точную цифру. Ещё не очень давно считалось, что в природе есть пять главных сил. Затем была открыта единая природа электричества и магнетизма, и стали считать, что главных сил четыре. Наконец, электрослабое взаимодействие заставляет говорить о трёх основных силах природы — похоже, что действительно дело идёт к великому объединению. Несмотря на это, мы при необходимости будем говорить о пяти главных силах нашей природы, так как каждая из них очень часто действует самостоятельно.