Beth yw electron? Mae màs a gofal dros electron

Electron - gronyn sylfaenol, un o'r rhai sydd yn yr unedau strwythurol o fater. Yn ôl y dosbarthiad yn fermion (gronyn gyda hanner-integrol sbin, a enwyd ar ôl ffisegydd Enrico Fermi) a leptons (gronynnau gyda sbin hanner-cyfanrif, peidiwch â chymryd rhan yn y rhyngweithio cryf, un o'r pedwar prif mewn ffiseg). Rhif Baryon yr electron yn sero, yn ogystal â leptons eraill.

Tan yn ddiweddar, roedd yn credu bod y electron - sef elfennol, hynny yw anwahanadwy, sydd heb unrhyw strwythur gronyn, ond mae gwyddonwyr farn wahanol heddiw. Beth yw'r electron ar gyflwyno ffiseg modern?

Hanes yr enw

Hyd yn oed yng Ngwlad Groeg hynafol naturiaethwyr sylwi bod ambr, cyn-rhwbio gyda ffwr, yn denu gwrthrychau bach, hy yn arddangos eiddo electromagnetig. Enw'r electron a dderbyniwyd gan y ἤλεκτρον Groeg, sy'n golygu "ambr". Awgrymodd y term George. Stoney yn 1894, er bod y gronynnau ei ddarganfod gan J .. Thompson yn 1897. Roedd yn anodd dod o hyd i achos o hyn yw màs bach a gofal am y electron daeth i ddod o hyd i brofiad pendant. Mae'r lluniau cyntaf y gronynnau oedd Charles Wilson gyda chamera arbennig, sy'n cael ei ddefnyddio hyd yn oed mewn arbrofion modern ac yn cael ei henwi er anrhydedd iddo.

Un ffaith ddiddorol yw bod un o'r rhagamodau ar gyfer agor electron yn ddywediad Benjamin Franklin. Yn 1749 datblygodd ddamcaniaeth y trydan - sylwedd materol. Mae yn ei weithiau defnyddiwyd dymor cyntaf fel taliadau cadarnhaol a negyddol, rhyddhau cynhwysydd, batri a gronynnau trydanol. Mae'r tâl penodol y electron yn cael ei ystyried i fod yn negyddol, ac mae'r proton - positif.

Mae darganfod yr electron

Yn 1846, mae'r cysyniad o "atom o drydan" yn cael ei ddefnyddio yn ei weithiau, y ffisegydd Almaeneg Wilhelm Weber. Darganfuwyd Maykl Faradey y term "ion", sydd bellach, efallai, yn gwybod yr holl dal yn yr ysgol. Mae'r cwestiwn o natur trydan dan sylw nifer o ysgolheigion o fri megis ffisegydd Almaeneg a mathemategydd Julius Plucker, Zhan Perren, y ffisegydd Saesneg Uilyam Kruks, Ernest Rutherford ac eraill.

Felly, cyn i Dzhozef Tompson gwblhau ei arbrawf enwog yn llwyddiannus ac yn profi bodolaeth gronyn llai na'r atom, yng ngwaith maes llawer o wyddonwyr a darganfod byddai'n amhosibl, nid ydynt wedi gwneud y gwaith anferthol.

Ym 1906, derbyniodd Dzhozef Tompson y Wobr Nobel. Profiad fel a ganlyn: trwy'r platiau metel cyfochrog y cae trydanol, cathod trawstiau pelydr eu pasio. Yna byddent wedi gwneud yr un ffordd, ond mewn system coil i greu maes magnetig. Canfu Thompson pan maes trydanol gwyro trawstiau, ac mae'r un peth yn arsylwi gyda chamau magnetig, fodd bynnag, trawstiau taflwybr pelydrau catod nid newid os ydynt yn gweithredu ddau o'r meysydd hyn mewn rhai cyfrannau, sy'n dibynnu ar y cyflymder gronynnau.

Ar ôl cyfrifiadau Dysgodd Thompson bod cyflymder gronynnau hyn yn sylweddol is na'r cyflymder goleuni, ac mae hyn yn golygu eu bod yn cael màs. O pwynt hwn o ffiseg wedi dod i gredu bod y gronyn agored mater ei gynnwys yn y atomau a gadarnhawyd yn ddiweddarach gan Rutherford. Galwodd yn "fodel planedol yr atom."

Baradocsau o'r byd cwantwm

Mae'r cwestiwn o beth yw digon o electron yn gymhleth, o leiaf ar hyn o bryd o ddatblygiad gwyddoniaeth. Cyn ystyried ei fod, bydd angen i chi gysylltu ag un o'r baradocsau o ffiseg cwantwm na all hyd yn oed y gwyddonwyr yn egluro. Mae hyn yn yr arbrawf dau-hollt enwog, esbonio natur ddeuol yr electron.

Ei hanfod yw bod cyn y "gwn", tanio gronynnau, yn gosod ffrâm gydag agoriad hirsgwar fertigol. Y tu ôl iddi yn fur, y bydd yn cael ei arsylwi olion o'r hits. Felly, yn gyntaf bydd angen i chi ddeall sut y mater yn ymddwyn. Y ffordd hawsaf i weld sut i ddechrau ar y peli tennis peiriant. Mae rhan o fwclis yn disgyn i mewn i'r twll, ac mae'r olion o'r canlyniadau wal mewn ychwanegwyd mewn band fertigol sengl. Os, ar bellter penodol i ychwanegu y bydd un arall yr un olion twll yn ffurfio, yn y drefn honno, dau fand.

Mae'r tonnau hefyd ymddwyn yn wahanol mewn sefyllfa o'r fath. Os bydd y wal yn dangos olion o wrthdrawiad gyda don, yn achos un band agoriadol yn hefyd yn un. Fodd bynnag, mae pethau'n newid yn achos y ddau holltau. Wave pasio drwy'r tyllau, wedi ei rannu yn ei hanner. Os frig un don yn cwrdd waelod un arall, maent yn canslo ei gilydd, a bydd y patrwm ymyrraeth (streipiau fertigol lluosog) yn ymddangos ar y wal. Rhowch ar y groesffordd y tonnau yn gadael marc, a'r mannau lle nad oedd diffodd y ddwy ochr, dim.

darganfyddiad anhygoel

Gyda chymorth yr arbrawf uchod, mae gwyddonwyr yn gallu dangos yn glir i'r byd y gwahaniaeth rhwng cwantwm a ffiseg clasurol. Pan fyddant yn dechrau tanio electronau wal, yn digwydd fel arfer mewn marc fertigol arno: mae rhai gronynnau yn union fel pêl tenis yn disgyn i mewn i'r bwlch, ac nid yw rhai yn ei wneud. Ond mae hynny wedi newid i gyd, pan oedd yr ail dwll. Ar y wal yn dangos patrwm ymyrraeth! Penderfynodd Ffiseg Weinidog y electronau ymyrryd â'i gilydd ac yn penderfynu gadael iddynt fesul un. Fodd bynnag, ar ôl ychydig o oriau (cyflymder o electronau sy'n symud yn dal i fod yn llawer is na'r cyflymder golau) unwaith eto dechreuodd i ddangos patrwm ymyrraeth.

tro annisgwyl

Electronig, ynghyd â rhai gronynnau eraill fel ffotonau, yn arddangos ddeuoliaeth ton-gronynnau (hefyd yn defnyddio'r term "deuoliaeth cwantwm-ton"). Fel cath Schrödinger bod y ddau yn fyw ac yn farw, gall y wladwriaeth electron fod yn corpuscular a thonnau.

Fodd bynnag, y cam nesaf yn yr arbrawf hwn wedi creu hyd yn oed mwy dirgelion: gronyn sylfaenol, a oedd yn ymddangos i wybod popeth, cyflwynodd syndod anhygoel. Ffisegwyr penderfynu gosod mewn tyllau dyfais cwmpasu i gloi, lle hollt y gronyn, a sut y maent yn amlygu eu hunain fel tonnau. Ond cyn gynted ag y cafodd ei roi mecanwaith monitro ar y wal nad oedd ond dau fand sy'n cyfateb i ddau dwll, ac nid oes unrhyw batrwm ymyrraeth! Cyn gynted ag y "gysgodi" glanhau, dechreuodd gronynnau eto i ddangos y priodweddau tonnau fel pe ei bod yn gwybod ei bod yn barod nad oes neb yn gwylio.

damcaniaeth arall

Awgrymodd Ffisegydd Ganed nad yw'r gronyn yn troi i mewn i don llythrennol. Ẹlẹktròn "yn cynnwys" ton o debygolrwydd, ei bod yn rhoi patrwm ymyrraeth. Mae'r gronynnau yn cael eiddo arosodiad, sy'n golygu y gallant fod yn unrhyw le mewn tebygolrwydd penodol, ac felly gallant fod yng nghwmni "ton" o'r fath.

Serch hynny, mae'r canlyniad yn amlwg: presenoldeb yn unig y sylwedydd yn effeithio ar ganlyniad yr arbrawf. Mae'n anhygoel, ond nid dyma'r unig enghraifft o'i fath. arbrofion ffiseg eu cynnal ar ran fawr o'r fam, unwaith y bydd y gwrthrych y segment oedd y ffoil alwminiwm teneuaf. Mae gwyddonwyr wedi nodi bod y ffaith rhai mesuriadau yn effeithio ar y tymheredd y gwrthrych. Nid yw natur y ffenomena hyn maent yn egluro mewn grym eto.

strwythur

Ond beth yw y electron? Ar y pwynt hwn, ni all gwyddoniaeth fodern ateb y cwestiwn hwn. Tan yn ddiweddar, ystyriwyd gronynnau sylfaenol anwahanadwy, ond erbyn hyn mae gwyddonwyr yn tueddu i gredu ei fod yn cynnwys strwythurau hyd yn oed yn llai.

Mae'r tâl penodol y electron hefyd yn cael ei ystyried yn sylfaenol, ond yn awr quarks agored gyda tâl ffracsiynol. Mae nifer o ddamcaniaethau ynghylch beth yw electron.

Heddiw, gallwn weld yr erthygl, sy'n datgan bod y gwyddonwyr yn gallu rhannu'r electron. Fodd bynnag, mae hyn yn rhannol yn unig wir.

arbrofion newydd

gwyddonwyr Sofietaidd yn ôl yn yr wythdegau y ganrif ddiwethaf wedi tybio y gallai'r electron yn cael ei rannu yn dri quasiparticles. Yn 1996 llwyddodd i rannu yn spinon a Holon, ac yn ddiweddar ffisegydd Van den Brink a'i dîm wedi'i rhannu'n spinon gronynnau a orbiton. Fodd bynnag, hollti yn bosibl cyflawni dim ond mewn amgylchiadau arbennig. Gall y arbrawf yn cael ei wneud o dan amodau tymheredd isel iawn.

Pan fydd y electronau yn cael eu "cool" i sero absoliwt, sef tua -275 gradd Celsius, maent bron yn stopio a ffurf rhyngddynt rhyw fath o fater, os uno i mewn i gronyn sengl. Mewn amgylchiadau o'r fath, a gall ffisegwyr arsylwi quasiparticles, y mae "yn" electron.

gwybodaeth cludwyr

Electron radiws yn fach iawn, mae'n gyfartal i ^2.81794. 10 ^-13 cm, ond mae'n troi allan bod ei gydrannau yn cael maint llawer llai. Mae pob un o'r tair rhan i ba llwyddo i "rhaniad" yr electron, yn cario gwybodaeth am y peth. Orbiton, fel yr awgryma'r enw, mae'n cynnwys data am y gronyn tonnau orbital. Spinon gyfrifol am sbin yr electron, a Holon yn dweud wrthym am y tâl. Felly, gall y ffiseg arsylwi ar wahân nodi gwahanol o electronau mewn deunydd oeri cryf. Maent yn llwyddo i ddod o hyd i pâr o "Holon-spinon" a "spinon-orbiton", ond nid pob un o'r tri gyda'i gilydd.

technolegau newydd

Roedd gan ffisegydd a ddarganfu yr electron yn gorfod aros sawl degawd cyn nes eu darganfod wedi cael ei gymhwyso yn ymarferol. Y dyddiau hyn yn dod o hyd technolegau defnyddio mewn nifer o flynyddoedd, mae'n ddigon i gofio graphene - deunydd anhygoel sy'n cynnwys atomau carbon mewn haen sengl. Byddai hollti yr electron yn ddefnyddiol? Gwyddonwyr yn darogan y creu cyfrifiadur cwantwm, y cyflymder sydd, yn ôl iddynt, ychydig o ddegau o weithiau yn fwy na hynny o gyfrifiaduron mwyaf grymus heddiw.

Beth yw cyfrinach y dechnoleg gyfrifiadurol cwantwm? Gall hyn gael ei alw yn Optimization syml. Yn y cyfrifiadur confensiynol, mae'r rhan anwahanadwy lleiaf o'r wybodaeth - ychydig. Ac os ydym yn ystyried y data gyda rhywbeth gweledol, rhywbeth am y car dim ond dau opsiwn. Gall Bit gynnwys naill ai sero neu un, sy'n rhan o god deuaidd.

dull newydd

Nawr, gadewch i ni ddychmygu bod mewn tipyn geir a sero, ac mae'r uned - yn "braidd cwantwm" neu "Ciwb". Bydd rôl newidynnau syml yn chwarae sbin y electron (gall cylchdroi naill ai glocwedd neu'n wrthglocwedd). nid annhebyg Efallai bit Cube syml perfformio sawl swyddogaeth ar yr un pryd, ac oherwydd y cynnydd hwn yn digwydd cyflymder, màs electron isel a thâl yn bwysig yma.

Gall hyn gael ei egluro gan yr enghraifft y labrinth. I gael allan ohono, mae angen i chi roi cynnig ar lawer o wahanol opsiynau o ble y bydd dim ond un yn gywir. cyfrifiadur traddodiadol, hyd yn oed yn datrys problemau yn gyflym, ac eto ar un adeg yn unig y gallai weithio ar broblem sengl. Mae'n enumerates holl opsiynau ar un llwybr, ac yn y diwedd dod o hyd i ffordd allan. Mae'r cyfrifiadur cwantwm, gall diolch i kyubita deuoliaeth yn datrys llawer o broblemau ar yr un pryd. Bydd yn adolygu nid yw pob opsiwn ar lein, ac mewn eiliad yr un pryd, ac mae hefyd yn datrys y broblem. Yr anhawster yw ond i'r graddau yw cael llawer o waith ar wrthrych cwantwm - bydd hyn yn sail ar gyfer cenhedlaeth newydd o gyfrifiadur.

cais

Mae'r rhan fwyaf o bobl yn defnyddio cyfrifiadur ar y lefel aelwyd. Gyda hyn gwaith rhagorol hyd yn hyn a chyfrifiaduron personol confensiynol, ond rhagfynegi miloedd digwyddiadau penodol, efallai cannoedd o filoedd o newidynnau, mae'n rhaid i'r peiriant fod yn syml enfawr. cyfrifiadur cwantwm mor hawdd ymdopi â phethau megis rhagfynegi tywydd ar gyfer y mis, trin drychineb a'i data rhagfynegi, a bydd hefyd yn perfformio cyfrifiannau mathemategol cymhleth gyda newidynnau lluosog am ffracsiwn o eiliad, pob gyda phrosesydd o ychydig o atomau. Felly, mae'n bosibl, yn fuan iawn ein cyfrifiaduron mwyaf pwerus, papur tenau.

Aros yn iach

Bydd technoleg gyfrifiadurol Quantum yn gwneud cyfraniad enfawr i feddygaeth. Bydd ddynoliaeth yn gallu creu nanomachinery â photensial cryf, gyda'u help, bydd yn bosibl nid yn unig i wneud diagnosis clefyd gan syml yn edrych ar y corff cyfan o'r tu mewn, ond hefyd i ddarparu gofal meddygol heb lawdriniaeth: robotiaid bach gyda "ymennydd" ac eithrio cyfrifiadur yn gallu perfformio holl weithrediadau.

chwyldro anochel ym maes gemau cyfrifiadurol. Bydd peiriannau pwerus y gellir syth ddatrys y broblem, yn gallu chwarae gemau gyda graffeg anhygoel o realistig, nid yw'n bell i ffwrdd yn barod ac bydoedd gyfrifiadur gyda trochi llawn.