Одна з характерних рис елементарних часток полягає в тому, що вони мають украй незначні маси й розміри. Маса більшості з них - порядку маси протона, тобто 1,6 * 10 - 24 г.. Інша їхня властивість полягає в здатності народжуватися й знищуватися, тобто випускатися й поглинатися при взаємодії з іншими частками. Ми вже наводили приклад перетворення пари електрон і позитрон у два фотони:
е\ - + e\+ :>2гама.
Подібного ж взаємоперетворення відбуваються й з іншими елементарними частками, тому термін «аннігіляція», що означає буквальні зникнення або перетворення в ніщо, не зовсім підходить для характеристики взаємоперетворення елементарних часток. По інтенсивності, з якої відбуваються взаємодії між елементарними частками, їх ділять на сильне, електромагнітне, слабке й гравітаційне.
Сильна взаємодія є найбільш інтенсивним і саме воно обумовлює зв'язок між протонами й нейтронами в атомних ядрах.
Електромагнітна взаємодія менш інтенсивно за своїм характером і визначає специфіку зв'язку між електронами і ядрами в атомі, а також між атомами в молекулі.
Слабка взаємодія - найменш інтенсивно, вона викликає повільно, що протікають процеси, з елементарними частками, зокрема розпад так званих квазічасток.
Гравітаційна взаємодія відбувається на надзвичайно коротких відстанях і внаслідок крайньої малості мас часток дає досить малі ефекти, але його сила значно зростає при взаємодії більших мас.
Наведена класифікація взаємодій має відносний характер, тому що істотно залежить від енергії часток. У всякому разі вона ставиться лише до взаємодії часток, що володіють не занадто великою енергією.
По типі взаємодії, у якому беруть участь елементарні частки, всі вони, за винятком фотона, можуть бути віднесені до двох груп.
- До першого ставляться адрони, для яких характерне наявність сильної взаємодії, але вони можуть брати участь також в електромагнітній і слабкій взаємодіях.
- До другої групи належать лептони, що беруть участь тільки в електромагнітній і слабкій взаємодіях.
Крім загальних групових характеристик, елементарні частки мають також специфічні, індивідуальні ознаки, які характеризуються їхніми квантовими числами. До них відносять масу частки, час її життя, спин і електричний заряд. По масі частки діляться на важкі, проміжні й легені. За часом життя розрізняють стабільні, квазістабільні й нестабільні частки. До стабільних часток відносять електрон, протон, фотон і нейтрино. Квазістабільні частки розпадаються внаслідок електромагнітної й слабкої взаємодії. Нестабільні частки розпадаються за рахунок сильної взаємодії. Спин характеризує власний момент кількості руху частки й виміряється цілим або напівцілим значенням, кратним постійної Планка. Так, у протона й електрона він дорівнює 1/2, а у фотона 0. Електричні заряди елементарних часток є кратними найменшого заряду, властивому електрону.
Кваркова модель адронів
Велика кількість елементарних часток і особливо адронів уже на початку 1950-х років спонукала фізиків зайнятися пошуком закономірностей у розподілі їхніх мас і інших квантових чисел. Ці пошуки привели американського фізика М. Гелл-Мана (р. 1929) до гіпотези, що всі адрони є комбінаціями кварків.
За сучасними уявленнями кварки - гіпотетичні матеріальні об'єкти, з яких складаються всі адрони, т. е частки, що беруть участь у сильній взаємодії. До них ставляться всі мезони й баріони, а також численні нестабільні (резонансні) елементарні частки. Відповідно до нової гіпотези, мезони складаються із кварка й антикварки, баріони (важкі частки, такі, як протон, нейтрон і їм подібні) - із трьох кварків. Гіпотеза кварків стала необхідної для пояснення динаміки різних процесів, у яких беруть участь адрони. Але хоча вона теоретично необхідна, ніякого експериментального підтвердження, незважаючи на численні пошуки за допомогою прискорювачів високих енергій, у космічних променях і навколишнім середовищі, їх не було знайдено. Це змусило фізиків припустити, що тут ми зустрічаємося із принципово новим явищем природи, що називають утриманням кварків. Однак ця думка не є загальноприйнятим і стикається з різними запереченнями.
На шляху створення несуперечливої теорії елементарних часток виникає чимало труднощів, зв'язаних, наприклад, з одержанням нескінченно великого значення для деяких фізичних величин, неясністю механізму визначення маси «щирих» елементарних часток і рядом інших проблем. В останні роки намітилася тенденція подолання цих труднощів шляхом відмови від Уявлення про елементарні частки як про крапкові утворення й визнання їхньої кінцевої довжини, а також прийняття нової геометрії на досить малих відстанях. Очевидно перспективним є також облік впливу гравітації на таких відстанях. Нові шляхи дослідження відкриваються також включенням гравітаційної взаємодії в загальну структуру взаємодії елементарних часток.
Атомістична концепція опирається на уявлення про дискретну будову матерії, відповідно до якого пояснення властивостей фізичного тіла можна в остаточному підсумку звести до властивостей тридцятилітніх його дрібних часток, які на певному етапі пізнання вважаються неподільними. Історично такими частками спочатку визнавалися атоми, потім елементарні частки, тепер кварки. Труднощі, які виникають при такому підході, із загальної, світоглядної точки зору зв'язані, по-перше, з абсолютизацією аспекту дискретності, необмеженої подільності матерії, по-друге, з повною редукцією складного до простого, при якій не враховуються якісні розходження між ними.
Тому з філософської точки зору особливо цікавими представляються нові підходи до вивчення будови матерії, які ґрунтуються не на пошуку останніх, неподільних і фундаментальних її часток, а скоріше на виявленні їхніх внутрішніх зв'язків для пояснення цілісних властивостей інших матеріальних утворень. Така точка зору висловлювалася ще В. Гейзенбергом (1901-1976), але поки не одержала подальшого розвитку. Очевидно, на об'єднанні концепцій атомізму й дискретності, з одного боку, і безперервності, цілісності й системного підходу - з інший, варто чекати подальшого прогресу в пізнанні фундаментальних фізичних властивостей матерії. У всякому разі редукціонистська тенденція, пов'язана зі спробами відомості властивостей і закономірностей різноманітних складних об'єктів і явищ до простих властивостей тридцятилітніх їхніх елементів, у цей час натрапляє на серйозні труднощі, подолання яких можливо шляхом пошуку альтернативних шляхів дослідження.
Концептуальні рівні в пізнанні речовин і хімічні системи
Хімію звичайно розглядали як науку про сполуку і якісне перетворення різних речовин. На початку саме по сполуці реагуючих речовин намагалися пояснити властивості отриманих нових речовин. Уже на цьому етапі вчені зустрілися з величезними труднощами. Адже для того, щоб зрозуміти, які саме первісні елементи визначають властивості простих і складних речовин, треба, по-перше, уміти розрізняти прості й складні речовини, а по-друге, визначити ті елементи, від яких залежать їхньої властивості. Тим часом довгий час учені вважали, наприклад, метали складними речовинами, а про елементи існували самі суперечливі уявлення. Тому, незважаючи на достаток емпіричного матеріалу про властивості різних речовин і їхніх сполук, особливостях протікання різноманітних реакцій, у хімії, по суті справи, до відкриття в 1869 р. періодичної системи хімічних елементів Дмитра Івановича Менделєєва (1834-1907) не існувало тієї об'єднуючої концепції, за допомогою якої можна було б пояснити весь накопичений фактичний матеріал, а отже, представити все наявне знання як систему теоретичної хімії.
Було б, однак, неправильно не враховувати тієї величезної дослідницької роботи, що привела до твердження системного погляду на хімічні знання. Уже з перших кроків хіміки на інтуїтивному й емпіричному рівні зрозуміли, що властивості простих речовин і хімічній сполуці залежать від тих незмінних початків або носіїв, які згодом стали називати елементами. Виявлення й аналіз цих елементів, розкриття зв'язку між ними й властивостями речовин охоплює значний період в історії хімії, починаючи від гіпотези Роберта Бойля (1627-1691) і кінчаючи сучасними уявленнями про хімічні елементи як різновидах ізотопів, тобто атомів, що володіють однаковим зарядом ядра й відрізняються по масі. Цей перший концептуальний рівень можна назвати дослідженням різних властивостей речовин залежно від їхнього хімічного складу, обумовленого їхніми елементами. Тут ми бачимо разючу аналогію з тією концепцією атомізму, про яку йшла мова в попередній главі. Хіміки, як і фізики, шукали ту первісну основу або елемент, за допомогою яких намагалися пояснити властивості всіх простих і складних речовин.
Другий концептуальний рівень пізнання властивостей пов'язаний з дослідженням структури, т.ч. способу взаємодії елементів речовин. Експеримент і виробнича практика переконливо доводили, що властивості отриманих у результаті хімічних реакцій речовин залежать не тільки від елементів, але й від взаємозв'язку й взаємодії елементів у процесі реакції. Саме тому в процесі пізнання й використання хімічних явищ необхідно було враховувати їхню структуру, тобто характер взаємодії складених елементів речовини.
Третій рівень пізнання являє собою дослідження внутрішніх механізмів і умов протікання хімічних процесів, таких, як температура, тиск, швидкість протікання реакцій і деякі інше. Всі ці фактори впливають на характер процесів і об'єм одержуваних речовин, що має першорядне значення для масового виробництва.
Нарешті, четвертий концептуальний рівень є подальшим розвитком попереднього рівня, пов'язаним з більше глибоким вивченням природи реагентів, що беруть участь у хімічних реакціях, а також застосуванням каталізаторів, що значно прискорюють швидкість їхнього протікання. На цьому рівні ми зустрічаємося вже з найпростішими явищами самоорганізації, досліджуваними сінергетикою.
Література
1. Кун Т. Структура наукових революцій. - К., 1997
2.Кузнецов Б.Г. Эволюция картины мира. – М., 2002
3.Данеман Ф. Історія природознавства. Природничі науки в їхньому розвитку й взаємодії. - К., 1998
4.Філософія й методологія науки / Під ред. В.І. Купцова. - К., 1996
5.Бернс Л.Наука і її місце в культурі. – К., 1990.