Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
2) В радиочастотной области спектра наиболее точно можно измерить отношение двух частот. Измеряя частоту перехода в атоме или молекуле, мы в действительности сравниваем ее с цезиевым эталоном.
ff 1 Z 3 4 Д
87
3) Измерение скорости света сводится к сравнению частоты, соответствующей оранжевой линии криптона, с цезиевой частотой. Такое измерение, в сущности, не является определением «фундаментальной физической константы». Скорее его можно считать выражением нашего произвольного стандарта длины через произвольный стандарт времени.
56. Рассмотрим формулы (51а), (52Ь), (53с) и (54а). Они дают теоретические выражения макроскопических эталонов: а) через числа «1, «о, п3 и nt, определенные международным соглашением; б) через фундаментальные константы т, Л/тс и fi mc2 квантовой электродинамики; в) через величины си с%, с3, с4. которые в принципе могут быть вычислены.
Даже если практически мы не в состоянии точно вычислить си Сг, с3 и с4, то известно, что в первом приближении это численные параметры, не зависящие от а и р. Если бы мы могли вычислить эти величины, то это означало бы, что можно вычислить скорость света в единицах (м)„/ (с)а.
Наши теоретические выражения для макроскопических эталонов позволяют нам поставить следующий вопрос: как изменился бы мир, если бы наши постоянные слегка изменились? Иными словами: как изменился бы мир, если бы константы а и р были немного другими? Это интересный вопрос. Он позволяет выяснить наше понимание роли констант а и Р в строении нашего мира.
57. Поставим другой вопрос: почему размеры атома близки к 10“10 м? Почему атомы столь малы? Вопрос кажется метафизическим, но на самом деле это не так. Поставим вопрос иначе: почему линейные размеры человеческих существ имеют порядок Ю10а0?
Мы ответим на этот вопрос, если сможем объяснить число атомов в человеке, а эта проблема в принципе может быть решена. Было бы абсурдным пытаться получить точное значение этого числа, но, возможно, мы будем в состоянии получить его, скажем, с погрешностью до 106 (разумеется, если мы будем получше знать биологию'; и близкие науки). Все эти досужие рассуждения, которые могут;'казаться весьма шаткими, имеют целью лишь подчеркнуть, что все свойства^ макроскопического мира, в котором мы живем, тесно связаны со свойствами элементарных частиц и их взаимодействиями.
Задачи
1. В 1903 г. Пьер Кюри и^Лаборд измерили количество теплоты, выделяемое 1 г радия. Поместив его в калориметр (а-частицы поглощались в самом источнике или в калориметре, и их кинетическая энергия превращалась в теплоту), они нашли, что 1 г чистого радия (теперь мы знаем, что это был изотоп 2IsRa) выделяет около 100 кал/ч. Зная период полураспада радия Т, найдите энергию (в мегаэлектрон-вольтах) а-частицы, испускаемой при распаде радия. Период полураспада радия Т—1622 года.
2. а) Ядро радия (мы имеем в виду изотоп 2eeRa) имеет положительный дефект массы, тем не менее оно нестабильно и распадается. Как это объяснить? Является ли положительный знак дефекта массы необходимым и достаточным условием стабильности? Рассмотрите эту? проблему подробно.
88
б) Изотоп радия 2lsRa был открыт Пьером и Марией Кюри. Распад этого изотопа сопровождается испусканием а-частицы, представляющей собой ядро атома гелия ?Не. В тексте мы отмечали, что существующие в природе элементы могут €ыть либо стабильными, либо очень долгоживущими, так как изотопы с малым временем жизни за геологические времена распались бы. В масштабе жизни Земли период полураспада Т—1622 года —срок крайне малый. Как можно объяснить существование в природе радия?
3. Отметим замечательную особенность распада радиоактивных ядер, подобных 226Ra: времена жизни их «необычайно велики». Попытайтесь, исходя из фундаментальных констант ядерной физики и электродинамики, найти «естественную единицу;- времени и выразить ее в секундах. Какую бы комбинацию констант вы ни взял!!, очевидно, что 22sRa живет слишком долго. Здесь мы сталкиваемся с проблемой, решение которой приведено в гл. 7. Дело в очень интересном и важном квантовомеханнческом эффекте (так называемом туннельном эффекте), который объясняет долгое время жизни а-излучателей, подобных a26Ra.
4. Мощность излучения с поверхности Солнца равна 3,86-Ю26 Вт. До появления ядернс.й физики было трудно понять, в чем источник такого огромного количества энергии.
Сделаем несколько простых оценок. Возраст Солнца составляет не менее 4 миллиардов лет. Его масса равна 1,98-1030 кг.
а) Катсзя часть массы Солнца будет испущена в виде энергии излучения в течение года? (Ответ на этот вопрос согласуется с предположением, что за вре мя существования Солнца его масса, не уменьшилась сколько-нибудь заметно.)
б) Почему источником энергии Солнца не могут быть химические реакции?
в) Можете ли вы указать ядерные процессы, которые могли бы быть источником солнечной энергии? Посмотрите^книги по астрофизике или сделайте собственные оценки разумности ваших гипотез.
