В рамках второй части
сегодняшнего модуля я постараюсь
напомнить вам, что такое модель атома,
что такое протон и нейтрон.
Атом состоит из атомного ядра
и электронов, которые вращаются
на орбитах вокруг этого ядра.
Если число протонов в атоме
совпадает с числом электронов,
то атом в целом оказывается
электрически нейтральным.
В противном случае
он обладает неким положительным
или отрицательным зарядом
и называется ионом.
Рисунок, который сейчас находится
перед вами, конечно, нарисован не в масштабе.
Почему? Потому что размер атомного ядра
очень маленький и близок к 10 в –15 метра
или 1 ферми метр.
Электроны вращаются по орбитам,
характерный размер которой 10 в –10 метра,
или 10 в –8 см, или 1 ангстрем –
специальная величина, введенная физиками
для обозначения данного размера.
Вот на этом рисунке, уже показано,
как бы, характерный размер атомного ядра и атома.
Причем размер атомного ядра
на пять порядков меньше размера самого атома.
Это постулирует, что
в основном атомы состоят из пустоты.
Вся масса атома заключена в его ядре,
а оно представляет из себя
очень маленький объем.
Физики часто пытались, как бы,
иллюстрировать, что же такое
атомное ядро по сравнению с каким-то объектом.
Я запомнил одно такое сравнение.
если атомное ядро увеличить
до размеров яблока и положить его
в центре футбольного поля, то
модель в этом смысле – атом –
увеличится до стадиона.
Вот если вы можете себе это представить,
то тогда вы легко себе представите,
какой объем ядро занимает в целом атоме.
Масса электронов существенно
меньше массы ядра,
они вращаются по орбитам.
И они не просто вращаются как точки,
а как бы расположены вокруг атома
во всей орбите сразу.
Есть такое понятие – электронное облако.
Поэтому атом является цельной конструкцией,
и мы не можем сблизить атомы,
потому что электроны все-таки
создают некую сферу,
которая позволяет атомам
взаимодействовать друг с другом.
Давайте вспомним, с чего же все началось;
откуда мы знаем что;
какие у нас есть данные,
что атомы имеют именно такие размеры
и почему мы можем сказать,
что вся масса заключена именно в ядре.
Для этого давайте вспомним опыты Резерфорда.
Во всех учебниках написано,
что планетарная модель атома появилась 1911 году.
Предложил ее Эрнест Резерфорд.
За два года до этого он совместно со своими
сотрудниками Гейгером и Марсденом
провел ряд опытов по исследованию состава
и строения атома.
Фактически, он использовал
источник альфа-частиц,
уже к тому времени хорошо освоенный,
и направил этот источник на золотую фольгу.
Золото уникальный металл,
потому что его легко можно раскатывать
в тонкие слои, и эти тонкие слои
могут оказаться прозрачными для альфа-частиц.
На что надеялся Резерфорд?
Он надеялся,
что в результате рассеяния альфа-частиц
на атомах золота (тогда он еще не знал
о структуре атома) он сможет понять,
как распределен положительный заряд
внутри атома, и проверить модель Томсона,
которая в то время считалась правильной.
В модели Томсона атом представлял собой
булку из положительного заряда,
в которой располагались в виде изюма электроны.
Вот рассеяние альфа-частиц
на золотой фольге удивило Резерфорда,
потому что противоречило той модели,
которую предложил Томсон.
Резерфорд увидел,
что довольно много альфа-частиц
рассеивается назад.
А рассеивание назад возможно только
в том случае, если у вас есть
сконцентрированный заряд,
находящийся в определенном месте.
Эта истории показывает, насколько важен
факт правильной постановки эксперимента.
Так же необходимо внимательно
обрабатывать результаты,
генерить новые гипотезы,
даже если они противоречат классической физике.
Напомню, что 1911 году
над Резерфордом смеялись,
но уже 1913 году Нильс Бор
сформулировал постулаты, которые оказались
правильными и которые позволили сделать
первый шаг к квантовой механике.
1919 год – открытие протона.
На слайде схематически изображены
две ядерные реакции, которые
привели к такому открытию.
Вторая реакция –
это реакция открытия нейтрона.