ما هو الإلكترون؟ والكتلة والشحنة الكهربائية للإلكترون

الإلكترون - الجسيمات الأساسية، واحدة من تلك التي هي الوحدات الهيكلية للمسألة. وفقا لتصنيف هو فرميون (الجسيمات مع نصف جزء لا يتجزأ تدور، واسمه بعد الفيزيائي إنريكو فيرمي) واللبتونات (الجسيمات مع نصف عدد صحيح تدور، لا تشارك في التفاعل القوي، واحدة من الأربعة الرئيسية في الفيزياء). عدد باريون للإلكترون هو صفر، وكذلك اللبتونات أخرى.

حتى وقت قريب كان يعتقد أن الإلكترون - وهو الابتدائية، وهذا هو غير قابلة للتجزئة، التي لا يوجد لها هيكل من الجسيمات، ولكن العلماء لديهم رأي مختلف اليوم. ما هو الإلكترون عند تقديم الفيزياء الحديثة؟

تاريخ اسم

حتى في الطبيعة اليونان القديمة لاحظت أن العنبر، قبل يفرك مع الفراء، ويجذب الأشياء الصغيرة، أي يسلك الخصائص الكهرومغناطيسية. اسم الإلكترون وردت من ἤλεκτρον اليونانية، التي تعني "العنبر". اقترح ولاية جورج. ستوني في عام 1894، على الرغم من أن تم اكتشاف الجسيمات من قبل J .. تومسون في عام 1897. وكان من الصعب العثور على سبب هذا هو كتلة صغيرة و شحنة الالكترون أصبح العثور على تجربة حاسمة. وكانت الصور الأولى من الجسيمات تشارلز ويلسون مع كاميرا خاصة، والذي يستخدم حتى في التجارب الحديثة واسمه تكريما له.

حقيقة مثيرة للاهتمام هو أن أحد الشروط المسبقة لافتتاح الإلكترون هو قول بنيامين فرانكلين. في 1749 طور الفرضية القائلة بأن الكهرباء - وهي مادة المادية. هو في أعماله واستخدم لأول مرة مصطلحات مثل الشحنات الموجبة والسالبة، وتصريف مكثف والضرب والجسيمات الكهربائية. يعتبر تهمة محددة للإلكترون أن تكون سلبية، وبروتون - إيجابية.

اكتشاف الإلكترون

في عام 1846، مفهوم "ذرة من الكهرباء" كان يستخدم في أعماله، الفيزيائي الألماني ويلهلم ويبير. اكتشف Maykl Faradey مصطلح "أيون"، التي هي الآن، وربما، ونعرف كل شيء لا يزال في المدرسة. مسألة طبيعة الكهرباء تشارك العديد من العلماء البارزين مثل الفيزياء والرياضيات الألماني جوليوس بلوكر، زان بيرين، عالم الفيزياء الإنجليزية Uilyam Kruks، إرنست رذرفورد وغيرها.

وهكذا، قبل الانتهاء Dzhozef Tompson بنجاح تجربته الشهيرة وثبت وجود جسيمات أصغر من الذرة، في العمل الميداني العديد من العلماء واكتشاف سيكون من المستحيل، لم تكن قد فعلت هذا العمل الضخم.

في عام 1906، تلقى Dzhozef Tompson على جائزة نوبل. كانت تجربة على النحو التالي: من خلال لوحات معدنية موازية للمجال كهربائي، تم تمرير الحزم أشعة الكاثود. ثم كان عليهم القيام بنفس الطريقة، ولكن في نظام لفائف لإنشاء حقل مغناطيسي. وجدت طومسون أنه عندما انحرفت حقل كهربائي الحزم، ويلاحظ الشيء نفسه مع العمل المغناطيسي، ولكن الحزم أشعة الكاثود مسار لم تتغير إذا ما عملت على حد سواء من هذه الحقول في بعض النسب، التي تعتمد على سرعة الجسيمات.

بعد حسابات تعلمت طومسون أن سرعة هذه الجسيمات هي أقل بكثير من سرعة الضوء، وهذا يعني أن لديهم كتلة. من هذه النقطة الفيزياء وصلنا إلى الاعتقاد بأن الجسيمات مفتوحة شملت النظر في الذرات التي أكدت في وقت لاحق من قبل روثرفورد. ويطلق عليه اسم "نموذج كوكبي للذرة".

مفارقات العالم الكوانتي

مسألة ما يشكل ما يكفي الإلكترون معقدة، على الأقل في هذه المرحلة من تطور العلم. قبل أن تفكر في ذلك، كنت بحاجة إلى الاتصال واحدة من مفارقات الفيزياء الكمومية التي حتى العلماء لا يمكن أن يفسر. هذا هو الشهيرة تجربة اثنين من شق، موضحا الطبيعة المزدوجة للإلكترون.

جوهرها هو أنه قبل "بندقية"، إطلاق جزيئات، تعيين الإطار مع فتح مستطيلة العمودي. وراء ظهرها هو الجدار، الذي سيحتفل آثار الضربات. لذلك، تحتاج أولا أن نفهم كيف يتصرف الأمر. أسهل طريقة لمعرفة كيفية بدء تشغيل كرات التنس الجهاز. جزء من الخرز الوقوع في حفرة، وآثار نتائج الجدار في أضيفت في الفرقة العمودية واحدة. إذا على مسافة معينة لإضافة وآخر نفس آثار حفرة تشكل، على التوالي، شريطين.

كما تتصرف الموجات بشكل مختلف في مثل هذه الحالة. إذا كان الجدار سوف تظهر آثار اصطدام مع موجة، في حالة الفرقة افتتاح واحد سيكون أيضا واحدة. ومع ذلك، فإن الأمور تتغير في حالة الشقوق اثنين. موجة تمر عبر الثقوب، مقسمة إلى نصفين. إذا كانت قمة الموجة واحد يلبي أسفل آخر، فإنها تلغي بعضها البعض، وسوف نمط التداخل (متعددة المشارب العمودية) تظهر على الحائط. ضع عند تقاطع موجات سوف يترك أثرا، والأماكن التي كان هناك تبريد المتبادل، لا.

اكتشاف مذهل

مع مساعدة من التجربة المذكورة أعلاه، يمكن للعلماء بوضوح للعالم الفرق بين الكم والفيزياء الكلاسيكية. عندما بدؤوا بإطلاق النار الإلكترونات الجدار، وعادة ما يحدث في علامة عمودية على ذلك: بعض الجزيئات تماما مثل سقطت كرة التنس في الفجوة، والبعض الآخر لا. ولكن ذلك تغير كل شيء، عندما كان هناك ثقب الثاني. على الحائط كشف نمط التدخل! قررت الفيزياء أولا أن الإلكترونات تتداخل مع بعضها البعض، وقررت السماح لهم واحدا تلو الآخر. ومع ذلك، وبعد بضع ساعات (سرعة الإلكترونات تتحرك لا يزال أقل بكثير من سرعة الضوء) بدأت مرة أخرى لإظهار نمط التدخل.

منعطفا غير متوقع

الالكترونية، جنبا إلى جنب مع بعض الجزيئات الأخرى مثل الفوتونات، يسلك ازدواجية موجة-جسيم (كما يستخدم مصطلح "الكم موجة ثنائية"). مثل القط شرودنغر أن كلا حيا وميتا، ودولة الإلكترون يمكن أن تكون الكرية الحمراء وموجة.

ومع ذلك، فإن الخطوة التالية في هذه التجربة قد ولدت المزيد من أسرار: الجسيمات الأساسية، والتي يبدو أنها تعرف كل شيء، قدم مفاجأة لا تصدق. علماء الفيزياء تقرر تثبيت في ثقوب الفحص جهاز لقفل، شق من خلالها الجسيمات هم، وكيف تعبر عن نفسها كما الأمواج. ولكن بمجرد وضعه آلية مراقبة على الجدار لم يكن هناك سوى عصابات المقابلة لاثنين من الثقوب، وليس نمط التدخل! بمجرد أن "التظليل" تنظيفها، وبدأ الجسيم مرة أخرى لإظهار خصائص موجة كما لو أنها عرفت أنها كانت بالفعل لا أحد يراقب.

نظرية أخرى

اقترح الفيزيائي الولادة أن الجسيمات لا تتحول إلى موجة حرفيا. إلكترون "يحتوي على" موجة من الاحتمالات، وأنه يعطي نمط التداخل. هذه الجسيمات لديها ممتلكات تراكب، وهذا يعني أنها يمكن أن تكون في أي مكان في احتمال معينة، وبالتالي فإنها قد تكون مصحوبة مثل هذه "الموجة".

ومع ذلك، فإن النتيجة واضحة: مجرد وجود المراقب يؤثر على نتائج التجربة. يبدو لا يصدق، ولكنها ليست المثال الوحيد من نوعه. أجريت تجارب الفيزياء خارج على جزء كبير من الأم، مرة واحدة كان الهدف من هذا الجزء نحافة رقائق الألومنيوم. وقد لاحظ العلماء أن مجرد بعض القياسات يؤثر على درجة حرارة الجسم. طبيعة هذه الظواهر يشرحون هي لم تدخل حيز النفاذ.

هيكل

ولكن ما يشكل الإلكترون؟ في هذه المرحلة، والعلوم الحديثة لا يمكن الإجابة على هذا السؤال. حتى وقت قريب كانت تعتبر الجسيمات الأساسية غير قابلة للتجزئة، ولكن الآن العلماء يميلون إلى الاعتقاد بأن وتتكون من هياكل أصغر.

يعتبر تهمة محددة الإلكترون أيضا الأساسية، ولكن الآن الكواركات مفتوحة مع تهمة كسور. هناك عدة نظريات حول ما يشكل الإلكترون.

اليوم يمكننا أن نرى هذه المادة، التي تنص على أن العلماء تمكنوا من تقسيم الإلكترون. ومع ذلك، هذه ليست سوى صحيح جزئيا.

تجارب جديدة

وقد افترض العلماء السوفييت مرة أخرى في الثمانينات من القرن الماضي أن الإلكترون يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أشباه الجسيمات. في عام 1996 تمكن من تقسيمه إلى سبينون وحولون ومؤخرا الفيزيائي فان دن برينك وقسمت فريقه في سبينون الجسيمات وorbiton. ومع ذلك، وتقسيم ممكن لتحقيق إلا في ظروف خاصة. ويمكن إجراء هذه التجربة تحت ظروف درجات حرارة منخفضة للغاية.

عندما الإلكترونات هي "تبريد" إلى الصفر المطلق، وهي عبارة عن -275 درجة مئوية، وهي تقريبا وقف وشكل بينهما نوع من المسألة، إذا دمج في جسيم واحد. في مثل هذه الظروف، والفيزياء يمكن مراقبة أشباه الجسيمات، منها "هو" الإلكترون.

معلومات الناقلين

الإلكترون دائرة نصف قطرها صغير جدا، وهو يساوي ^2.81794. 10 ^-13 سم، ولكن تبين أن مكوناته لديهم حجم أصغر من ذلك بكثير. كل جزء من الأجزاء الثلاثة في التي تمكنت من "الفجوة" الإلكترون، يحمل المعلومات حول هذا الموضوع. Orbiton، كما يوحي الاسم، فإنه يحتوي على بيانات عن الجسيمات موجة المداري. سبينون المسؤولة عن دوران الإلكترون، وحولون يخبرنا عن هذا الاتهام. وهكذا، يمكن للفيزياء حدة تقيدا ولايات مختلفة من الإلكترونات في مادة تبريد بقوة. تمكنوا من تتبع زوج من "حولون-سبينون" و "سبينون-orbiton"، ولكن ليس كل ثلاثة معا.

تقنيات جديدة

الفيزيائي الذي اكتشف الإلكترون اضطر للانتظار عدة عقود قبل حتى تم تطبيقه اكتشافهم في الممارسة العملية. في أيامنا هذه التقنيات تجد استخدامها في عدة سنوات، وهو ما يكفي أن نتذكر الجرافين - مادة مدهشة تتكون من ذرات الكربون في طبقة واحدة. ان تقسيم للإلكترون أن تكون مفيدة؟ ويتوقع العلماء أن إنشاء جهاز كمبيوتر الكم، سرعة التي، وفقا لهم، بضع عشرات من مرات أكبر من أن أجهزة الكمبيوتر اليوم أقوى.

ما هو سر تكنولوجيا الكمبيوتر الكم؟ هذا يمكن أن يسمى تحسين بسيط. في الكمبيوتر التقليدية، والحد الأدنى للجزءا لا يتجزأ من المعلومات - قليلا. وإذا نظرنا إلى البيانات مع شيء البصرية، شيء للسيارة خياران فقط. قد تحتوي بعض الشيء إما صفر أو واحد، وهذا هو جزء من الشفرة الثنائية.

طريقة جديدة

الآن دعونا نتصور أن في قليلا الواردة والصفر، وحدة - على "بت الكم" أو "مكعب". وسيكون دور متغيرات بسيطة تلعب دوران الإلكترون (ويمكن تدوير إما في اتجاه عقارب الساعة أو عكس عقارب الساعة). وخلافا بسيطا قليلا مكعب قد تؤدي عدة وظائف في وقت واحد، ونتيجة لهذه الزيادة ستحدث السرعة، وانخفاض كتلة الإلكترون وتهمة ليست مهمة هنا.

ويمكن تفسير ذلك من مثال من المتاهة. للخروج من ذلك، تحتاج إلى محاولة الكثير من الخيارات المختلفة من أي واحد فقط سوف تكون صحيحة. الكمبيوتر التقليدية حتى يحل المشاكل بسرعة، ولكن في وقت واحد يمكن أن تعمل فقط على مشكلة واحدة. ويعدد كل الخيارات على الجهاز واحد، وفي النهاية يجد مخرجا. الكمبيوتر الكم، يمكن بفضل kyubita ازدواجية حل العديد من المشاكل في وقت واحد. وسوف يستعرض جميع الخيارات مطروحة لسنا على الخط، وفي لحظة واحدة في الوقت المناسب، وأيضا حل المشكلة. وتكمن الصعوبة فقط في حتى الآن هو الحصول على الكثير من العمل على الكوانتي - وهذا سيكون الأساس لجيل جديد من الكمبيوتر.

تطبيق

معظم الناس يستخدمون جهاز كمبيوتر على مستوى الأسرة. مع هذا بعمل ممتاز حتى الآن، وأجهزة الكمبيوتر التقليدية، ولكن للتنبؤ أحداث معينة الآلاف، وربما مئات الآلاف من المتغيرات، يجب أن يكون الجهاز ببساطة هائلة. كمبيوتر الكم كما التعامل بسهولة مع أشياء مثل التنبؤ بالطقس لمدة شهر، ومعالجة الكوارث والبيانات توقعاتها، وسوف أيضا تنفيذ الحسابات الرياضية المعقدة مع متغيرات متعددة لجزء من الثانية، مع كل معالج من عدد قليل من الذرات. لذلك فمن الممكن، في وقت قريب جدا لدينا أجهزة الكمبيوتر أقوى هي ورقة رقيقة.

المحافظة على الصحة

سوف تكنولوجيا الكمبيوتر الكم تقديم مساهمة كبيرة في الطب. سوف بشرية تكون قادرة على خلق nanomachinery مع إمكانات قوية، مع مساعدتهم، سيكون من الممكن ليس فقط لتشخيص المرض ببساطة عن طريق النظر إلى الجسم كله من الداخل، ولكن أيضا لتوفير الرعاية الطبية دون جراحة: الروبوتات الصغيرة مع "العقل المدبر" أخرى من جهاز كمبيوتر يمكن أن تؤدي جميع العمليات.

الثورة لا مفر منه في مجال ألعاب الكمبيوتر. سوف آلات القوية التي يمكن أن تحل على الفور المشكلة، تكون قادرة على لعب مباريات مع الرسومات واقعية بشكل لا يصدق، فإنه ليس بعيدا بالفعل وعوالم الكمبيوتر مع الانغماس الكامل.