⚡ Инженерные Знания

Ранее мы с вами проговорили, что львиная доля удержания атомов на их положениях в материале принадлежит электромагнитному взаимодействию и его частному случаю - электростатическому. Тут возникает частый вопрос - а есть ли ещё что-то и куда девалась эта проклятая гравитация, которая преследует нас везде? Почему о ней не говорят. Давайте в этот раз разберем эту проблему. Начнём с базы. Вы не случайно вспомнили о гравитации. Современная физика выделяет четыре фундаментальных взаимодействия в природе...

Встав утром на весы, вы получаете одно число. Но если бы вы взяли эти же весы на вершину Эвереста, переместились на экватор или спустились в глубокую долину показания были бы другими. Гравитация на Земле неоднородна. И за этой неоднородностью скрывается целая геофизическая история. Закон всемирного тяготения Ньютона прост. Сила притяжения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Удвойте расстояние и сила упадёт в четыре раза. Именно поэтому, стоя на вершине горы, вы чуть дальше от центра Земли и сила тяготения там немного слабее, чем на дне соседней долины...

Мы выяснили, что материал получается из атомов, благодаря их взаимном притяжению друг к другу. Нам предстоит ответить ещё на множество вопросов по теме и разобрать море интересного, но пока давайте сконцентрируемся детально на этом странном базовом поведении частиц. Львиная доля силы, которая тут имеет место, существует благодаря электромагнитному взаимодействию между атомами. Присутствуют и другие силы, но основное именно оно. Мы уже сказали ранее, что атом, вроде как, окружен электронами, потому логично ожидать отталкивание...

Если вы хоть раз смотрели научно-популярный фильм о чёрных дырах или листали учебник по астрофизике, вы наверняка видели стандартный образ. Бесконечная тёмная воронка, уходящая к точке. Этот образ - прямое следствие одной из самых популярных и одновременно самых вводящих в заблуждение моделей в науке. Так называемого «резинового листа». Вы, вероятно, её знаете. Представьте натянутую резиновую плёнку, которую иллюстрирует «ткань пространства-времени». Положите на неё тяжёлый шар и плёнка прогнётся...

Хорошо, мы приняли тот факт, что атомы - это мельчайший строительный блок любого материала. Предположим, что они действительно становятся базовыми частицами (и пусть они даже пока будут якобы неделимы, как у Демокрита) и из них формируется некоторая материя. Опустим сейчас, что бывает и материя, не состоящая из атомов. Это интересно, но об этом как-нибудь отдельно. Поговорим пока о том, как, собственно говоря, из атомов вообще получается какой-то материал. Вероятно вас это удивит, но уже тут мы упираемся в ряд сложных проблем, для которых не получится найти простое объяснение...

Что же, мы уже очень многое обсудили и пора бы двигаться от общего к частному. Постараться ответить на главный вопрос "а из чего именно и как устроено... всё". Мы уже поняли, что это полезно и с мировоззренческой, и практической точек зрения. Если знать из чего камень, то можно управлять его свойствами. Если знать, как объединены частицы в нём и когда они появились, то можно замахнуться на глобальное знание мироустройства и первопричины Вселенной. И, в общем-то, люди понимали эту логичную связь с самых ранних времен...

В стандартной теории существуют три различных, но взаимосвязанных определения понятия «масса». Мы же с вами обычно отталкиваемся от самой простой логики, где масса показывает буквально... сколько есть вещества. Это не ошибка, но физический смысл куда интереснее. Во-первых, есть инертная масса. Инертная масса — это мера того, насколько тело сопротивляется изменению своей скорости. Проще говоря, это «ленивость» тела. Чем больше инертная масса, тем труднее его разогнать или остановить. Инертная масса характеризует сопротивление объекта приложенной силе...

Теперь, когда мы с вами разобрались в важности понимания устройства материи, пора бы переходить к каким-то более конкретным знаниям. Пожалуй перед этим разберём ещё один важный для понимания вопрос, а потом сконцентрируемся и на деталях. Интерес к проблеме всегда подогревает один сложный для осознания факт. Учёные до сих пор не понимают, как именно материя устроена. Во многом это определит и тональность нашего обсуждения. Мы чуть раньше уже сказали, что нет понятия "ТОЧНО", есть понятие "находится в некоторых рамках понимания"...

Когда мы смотрим на ночное небо, то видим тысячи мерцающих точечек - звёзд, каждая из которых состоит из плазмы: протонов, нейтронов и электронов. Эти частицы, как мы знаем, относятся к фермионам - типу элементарных частиц, которые подчиняются строгому принципу Паули. Два фермиона не могут занимать одно и то же квантовое состояние одновременно. Именно этот принцип делает обычные звёзды устойчивыми. Давление вырожденности электронов и нейтронов противостоит гравитационному сжатию. Но что, если представить...

Я знаю, какой вопрос интересует очень многих из вас. Зачем каждый раз мы всё усложняем? Вот есть у нас, например, знания про кристаллическое строение металла. Зачем душнить и лезть ещё глубже? Во многом это ответит на вопрос - а для чего мы всё это делаем даже в рамках этого курса. Забегая вперёд - наука радуется, а реальность постоянно подкидывает свинью. Дальше всё превращается или в игру с космологической постоянной (это когда Эйнштейн её то добавлял, то стирал, чтобы оно вытанцовывалось), или во множество допущений, или откровенно противоречит...

Когда-то давно люди начали изучать материю не из простого любопытства. Их к этому подтолкнул один фундаментальный вопрос. Можно ли, поняв из чего на самом деле устроен мир, научиться предсказывать поведение всего и менять происходящее? Всегда прикладное применение граничило и с философией. Если появлялась идея об устройстве атома из частиц, то неизбежно проявлялась и мысль - а может быть мы теперь узнаем, чем является вся жизнь вокруг нас и найдём какой-то глобальный смысл? В этом контексте очень интересно провести небольшую ретроспективу и посмотреть, как формировалась наука о материи...

На удивление, начать наше великолепное путешествие к сердцу материи я хочу с пары слов про... терминологию. Внезапно, но полезно. Понятно, что мы ещё много раз вернемся к разбору того или иного понятия и к правильным его названиям. Но сейчас это важно, поскольку заинтересовавшиеся темой курса могут вдруг решить, что - "э, да не, это не нам. Тут не расскажут про самое важное". И это будет ошибка. Мы с вами разбираем материю, как она есть. Раскручиваем её на винтики, собираем заново и ищем её "причину" если позволите...