Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом - Дэвид Хелфанд
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Кварки. Группа элементарных частиц (фермионов), которые в современной Вселенной всегда связаны в пары (мезоны), тройки (протоны и нейтроны и множество нестабильных конфигураций) или группы более высокого порядка. Верхние (заряд +2/3) и нижние (заряд —1/3) кварки образуют протоны (uud) и нейтроны (udd).
Конкордия. Метод радиоизотопного датирования, учитывающий возможный выход дочерних ядер из исследуемого образца (см. рис. 12.1).
Лептоны. Набор «легких» элементарных частиц, куда входят электрон (и его более тяжелые собратья мюон и таон), а также соответствующие им нейтрино и античастицы.
Молекулы. Частицы, содержащие четко определенное количество одного или нескольких элементов. Эти элементы связаны между собой относительно слабыми электрическими силами, которыми обмениваются их самые внешние электроны. Кислород, который мы вдыхаем, состоит из двух атомов Кислорода, соединенных в молекулу Кислорода (O2). Углекислый газ, который мы выдыхаем, – это один атом Углерода, соединенный с двумя атомами Кислорода (CO2). Размер молекул может варьироваться от 2 атомов до более чем 10 миллиардов атомов.
Накопительные часы. Метод радиоизотопного датирования (несколько упрощенный), который предполагает, что образец изначально не содержит ни одного дочернего изотопа, соответствующего ряду распада, и что ни один из дочерних изотопов, образовавшихся в ходе распада, не вытек из образца. В этом случае соотношение материнских и дочерних изотопов напрямую дает возраст выборки (см. рис. 6.5).
Нейтрино. Частица чрезвычайно малой массы (< 1 эВ или < 1/500 000 массы электрона), участвующая в реакциях, которые, в свою очередь, предполагают слабое ядерное взаимодействие.
Нейтрон. Нейтральная частица, присутствующая в атомном ядре. Обладает массой немного большей, чем у протона, и состоит из трех кварков (udd).
Период полураспада. Время, необходимое для распада половины образца радиоактивных атомов (или, иными словами, временной промежуток, в течение которого вероятность распада одного радиоактивного ядра составляет 50 %). Период полураспада варьируется от крошечных долей микросекунды до возраста, превышающего возраст Вселенной. Период полураспада того или иного радиоактивного ядра невозможно изменить под воздействием внешних сил, благодаря чему он становится невозмутимыми часами.
Периодическая таблица химических элементов. Краткая классификация 118 известных элементов. Строки соответствуют уровням энергии первичных электронов (n), а в столбцах сгруппированы атомы со схожими внешними электронными конфигурациями (и, следовательно, со схожими химическими свойствами).
Позитрон. Античастица электрона с зарядом +1.
Протон. Положительно заряженная частица, присутствующая в атомном ядре. Обладает массой немного меньшей, чем нейтрон, и состоит из трех кварков (uud). Количество протонов однозначно определяет идентичность элемента.
Радиоактивность. Самопроизвольное и невозмутимое превращение атомного ядра в другое (или, по крайней мере, в менее возбужденное) ядро.
Радиоактивный изотоп. Изотоп, который распадается с фиксированной скоростью; таким образом, его можно использовать как часы. 14С радиоактивен; половина его атомов распадается за 5730 лет.
Рентгеновское излучение. Поток электромагнитных фотонов относительно высокой энергии (примерно от 100 до 100 000 эВ).
Сильное ядерное взаимодействие. Одно из четырех природных взаимодействий, которое действует только на кварки и их свойство цветового заряда и только на масштабах < 10–14 метра (иными словами, внутри атомного ядра). Сильное взаимодействие примерно в 100 раз сильнее электромагнитного и отвечает за удержание атомного ядра.
Синтез. Слияние двух атомных ядер с образованием более тяжелого ядра. У элементов легче Железа-56 в ходе этого процесса выделяется энергия, обычно составляющая от десятков до сотен Мэ В. В ходе синтеза создается топливо для звезд.
Слабое ядерное взаимодействие. Одно из четырех природных взаимодействий, действующее только на масштабах < 10–14 метра (иными словами, внутри атомного ядра). Оно в значительной степени является посредником радиоактивного распада и составляет примерно 1/10 000 силы электромагнитного взаимодействия, или 10–6 сильного ядерного взаимодействия.
Стабильный изотоп. Изотоп, который не подвергается радиоактивному распаду, по крайней мере, за время, которое в триллион раз превышает возраст Вселенной. В его ядре превосходно уравновешены нейтроны и протоны. В природе существует 254 стабильных изотопа.
Твердое тело. Совокупность частиц одного и того же или разных видов (в последнем случае называется смесью), в которой частицы соприкасаются друг с другом и имеют четко определенное положение, поэтому не могут свободно двигаться. Лед – это твердое состояние H2O.
Температура. Мера средней кинетической энергии совокупности частиц. Нулевая точка абсолютной температурной шкалы Кельвина, когда любое движение прекращается, находится на отметке –273,15 °C.
Фермион. Класс элементарных частиц со спином ±½. Электроны, нейтрино, кварки и соответствующие им античастицы относятся к фермионам, как и ядра с нечетными номерами.
Фотон. Небольшая порция электромагнитного излучения с массой, равной нулю, и энергией, обратно пропорциональной ее длине волны.
Фракционирование. Процесс, при котором химическая реакция либо отвергает, либо отдает предпочтение определенному изотопу элемента, из-за чего изотопная сигнатура продукта реакции отличается от таковой в источнике, из которого взяты атомы. Классический пример – фотосинтез, когда растения, использующие разные пути фотосинтеза, по-разному реагируют на более тяжелый изотоп Углерода-13 по сравнению с Углеродом-12. Поэтому говорят, что разные виды растений имеют разные коэффициенты фракционирования.
Химическая реакция. Превращение, затрагивающее самые внешние электроны атомов, в ходе которого они объединяются или разрывают свои связи с другими атомами, либо поглощая, либо высвобождая энергию. Типичные энергии при этом не превышают 1 эВ на атом более чем в десять раз.
Электромагнетизм. Одно из четырех природных взаимодействий, которое заставляет объекты, обладающие зарядом, притягивать (если заряды противоположны) или отталкивать (если заряды одинаковы) друг друга. Фотон – переносчик электромагнетизма.
Электромагнитный спектр. Диапазон длин волн электрической и магнитной энергии, которые способны усиливать себя самих. Они перемещаются в вакууме со скоростью света (3 × 108 м/с). Видимый свет представляет собой одну октаву спектра, причем в природе этот спектр охватывает более 60 октав; в их число входят радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Электрон. Элементарная частица, принадлежащая к классу фермионов и несущая электрический заряд –1.
Электронвольт (эВ). Единица энергии, подходящая для взаимодействия фундаментальных частиц на атомном уровне, где 1 эВ = 1,6 × 10–19 Дж. Взаимодействия между атомами в молекулах обычно происходят с выделением энергии от 0,1 до 10 эВ, электроны удерживают связь с ядрами с помощью энергии от нескольких до нескольких сотен тысяч эВ (100 кэВ), а для ядерных процессов, как правило, характерна энергия в миллионы эВ (МэВ).
Элементы. 118 (от 1 до 94 – природные; от 95 до 118 – искусственные) основных строительных блоков всех веществ. Они определяются атомным номером (числом протонов; все версии от 1 до 118 способны существовать).
Энергия. Концепция, представляющая способность совершать работу – изменять величину или направление движения. Ее полезность проистекает из того, что энергия, способная принимать множество форм, никогда не создается и не уничтожается. Основные метрические единицы ее измерения – калория, которая представляет собой количество энергии, необходимое для поднятия температуры 1 грамма воды
