Сегодня известно пять сил физического взаимодействия
Гравитация (лат. gravitas — тяжесть), электромагнитные силы, сильные, слабые и глюонные (англ. qlue — клей). Первые две изучались в классической науке. Силы сильного взаимодействия обеспечивают целостность и устойчивость ядра атома. Силы слабого взаимодействиядействуют при распадах и столкновениях частиц, которые могут возникать и в ядре атома, но существенной роли в придании энергетической устойчивости ядра атома эти частицы не играют. Силы слабого взаимодействия управляют процессом радиоактивного распада частиц.
В конце прошлого века была доказана электромагнитная природа этих сил. К глюонным силамотносят физические силы, которые придают целостность и устойчивость частицам, участвующим в сильном взаимодействии в ядре атома (протоны, нейтроныи некоторые другие). С каждой из этих сил связано определенное физическое поле (гравитационное и т. д.). Кроме этого, считается, что в каждом из этих полей взаимодействие передается соответствующими частицами. Таким образом, существуют частицы, из которых состоит вещество Вселенной, и частицы, которые переносят взаимодействие физических сил в соответствующих им физических полях. Наряду с веществом и физическим полем
в современной физике используется такое физическое состояние, как вакуум(лат. vacuum — пустота). Еще XVII в. был известен термин «пустота Торричелли» (Торричелли — ученик Галилея, изобретатель ртутного барометра), который использовался для обозначения состояния отсутствия вещества и действия сил физического взаимодействия, т. е. пустоты в абсолютном смысле. В технике
«вакуум» — это уровень разряжения газа, когда длина пробега частицы газа превышает линейный размер сосуда, в котором частица находится.
На современном уровне различают истинныйи ложный вакуум. Истинный вакуум— это физическое состояние, при котором среднее значение энергии всех составлявших его физических полей равно нулю. Но в нем рождаются виртуальные(лат. virtuale — воз-
можный) частицы с коротким временем жизни. Ложный вакуум— это неустойчивое физическое состояние, как полагают, в эволюции Вселенной с огромной энергией и предшествующее возникновению атомов и составляющих
их частиц современной физической реальности. В ложном вакууме отсутствуют, как полагают, частицы. Согласно закону сохранения энергии в ложном вакууме положительная энергия равна отрицательной энергии. Положительная энергия является внутренней энергией ложного вакуума, его энергетической сутью, его темной, а не светящейся физической природой. Эта энергия препятствует образованию физических частиц вещества и физических полей. Вторая энергия является энергией, которая ведет к образованию частиц светящейся части Вселенной.
Ниже приведена краткая история развития представлений о строении вещества, которое завершилось созданием квантовой механики (КМ) — первой физической теории о строении атома и законах движения объектов в микромире и положившей начало развитию современных представлений о физическом мире. Созданию КМ предшествовал ряд важных открытий: открытие катодных и рентгеновских лучей, открытие электрона и естественной радиоактивности.
Краткая история изучения первичных элементов вещества, начиная с XVII в. В
1661 г. Р. Бойль — член Лондонского Королевского общества, в книге
«Скептический химик» изложил с атомистической точки зрения начала химии: простые тела у него состоят из атомов одного сорта, сложные тела — из атомов других сортов. К простым телам он относил воду, а остальные — к сложным. Р. Бойль был уверен, что атомы могут делиться на части и что когда-нибудь
человечество найдет «тайный агент» расщепления атомов и тогда реализуется
давняя мечта алхимиков о производстве золота, поскольку из расщепленных частей атомов можно будет создавать атомы золота.
Большой вклад в развитие теории вещества внес российский ученый М. В. Ломоносов (1711— 1765), его работа «Элементы математической химии» (1741) развивает атомистические начала химии. Большая заслуга в развитии атомистической химии принадлежит французскому химику А. Лавуазье (1734—
1794), автору курса по химии «Начальный учебник химии» (1789) и основателю термохимии. Он был гильотинирован по решению революцион-
ного трибунала. В истории сохранилась фраза судьи: «Республика не нуждается в ученых».
К началу XIX в. химия стала использовать количественные методы и приобрела уже значительный опыт проведения химического анализа различных веществ. В 1808 г. манчестерский учитель химии Д.Дальтон (1766—1864) опубликовал первый том своего исследования «Новая система химической философии». В этом исследовании вновь высказывается идея атомистической химии, которая, по существу, ничем не отличалась от идей Бойля — Ломоносова
— Лавуазье. Новым у Дальтона было открытие законов для газов, введение понятия атомной массы, определение относительных масс атомов и введение обозначений. Атомы простых химических элементов Д. Дальтон обозначал следующим образом: водород — 8, кислород — О, фосфор — 0 и т. д.
Определение относительной массы атомов Д. Дальтон делал следующим образом: 1 фунт (0,409 кг) воды состоит из 1/8 фунта воды и 7/8 фунта кислорода. Поскольку вес молекул воды одинаков, то в каждой массе молекулы воды l/8 часть массы атома водорода и 7/8 массы кислорода. Далее, если массу атома водорода принять за 1 (единицу), то масса атома кислорода будет равна 7 (семи). Д. Дальтон не разделял мнения Р. Бойля о возможности расщепления атома. Например, золото он считал простым химическим элементом, состоящим из атомов золота, которые можно извлечь из чего-то, но не создать. Химические реакции у Д. Дальтона — это разъединение и соединение атомов, а атомы того же сорта имеют одну и ту же массу.
В 1816 г. английский врач У. Праут в журнале «Философские анналы» высказал идею, что атом водорода является основным атомом, из которого состоят все другие атомы: атом кислорода — из 7 атомов водорода, атом азота —
из 5 атомов водорода и т. д. Праут поддерживал гипотезу Р. Бойля о «тайном агенте» расщепления атомов. Гипотеза У. Праута является первой научной гипотезой о сложном строении атома. Статья У. Праута поставила вопрос о точности измерения атомной массы тел, поскольку измерения Д. Дальтона вызывали сомнения.
Шведский химик И. Я. Берцелиус (1779—1848) взялся за это дело с большой скрупулезностью. Ему удалось повысить точность измерений Д. Дальтона и открыть ряд ранее неизвестных химических элементов. Он проанализировал более 2000 химических соединений. Он же предложил новую символику в обозначении хи-
мических элементов и формул: Fe — первые буквы названия железа — ferum,
Н2O — вода, NH3 — аммиак. В 1860 г. итальянец Станислав Канниццаро (1826—
1910) усовершенствовал методику расчетов Берцелиуса и тем самым
способствовал созданию современной химии.
Хотя идея У. Праута не получила должного признания, но проблема классификации химических элементов приобрела ко второй половине XIX в. актуальное значение (интересовало количество химических элементов в природе
и наличие между ними физических и химических связей). Еще в 1786 г. немецкий химик Н. Г. Марне в книге «О числе химических элементов» высказал идею о физико-химической связи между химическими элементами.
В 1863 г. англичанин Дж. Ньюлендс предложил расположить химические
элементы в порядке возрастания их атомных весов, но его идея расположения по
строкам из семи элементов должным образом не была понята. Наконец два автора пришли к новой классификации химических элементов: Ю. Л. Мейер (профессор университета в Бреслау) и Д. И. Менделеев (1834—1907) (профессор Санкт- Петербургского университета). Периодический закон, открытый Д. И. Менделеевым в 1869 г., был справедливо назван выдающимся российским химиком академиком Н. Д. Зелинским (1861 — 1953) «открытием взаимной