Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом - Хелфанд Дэвид

Взаимодействие. Толчок или тяга. Существует четыре фундаментальных природных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое ядерное и сильное ядерное.

Газ. Совокупность частиц одного или разных видов (в последнем случае называется смесью), в которой частицы могут двигаться свободно и независимо, упруго сталкиваясь (как бильярдные шары) друг с другом и со стенками своего сосуда. В воздухе у поверхности Земли расстояние между частицами примерно в десять раз превышает их диаметры. Пар – это газообразное состояние H₂O.

Гамма-луч. Фотон высокой энергии (E > 10⁵ эВ).

Гамма-распад. Высвобождение фотонов гамма-излучения из энергетически возбужденного ядра. Часто следует за альфа- или бета-распадом, преобразившим ядро и оставившим его в возбужденном состоянии. Гамма-распад не меняет ни атомную массу, ни атомный номер ядра.

Глюон. Частица, несущая сильное ядерное взаимодействие (бозон), которая сохраняет кварки связанными в протоны и нейтроны и удерживает атомные ядра от разлета.

Гравитация. Самое слабое из четырех природных взаимодействий (в 10^–36 раз слабее электромагнитного), которое заставляет все объекты, обладающие массой, притягивать друг друга. В представлении Альберта Эйнштейна наличие массы искажает ткань пространства-времени, что, в свою очередь, ограничивает способы перемещения объектов.

Деление. Расщепление атомного ядра, происходящее самопроизвольно (редко) либо в результате столкновения с внешним нейтроном или гамма-лучами. У тяжелых элементов этот процесс создает два ядра более легких элементов и протекает с выделением энергии.

Джоуль. Метрическая единица энергии, равная 1 кг × м²/с². Один ватт – это расход 1 джоуля в секунду.

Жидкость. Совокупность частиц одного и того же или разных видов (в последнем случае называется смесью), в которой частицы соприкасаются друг с другом, но могут свободно скользить, так что жидкость принимает форму сосуда, в который ее наливают. Вода – это жидкое состояние H₂O.

Заряд. Фундаментальное свойство вещества, благодаря которому порождается электромагнитное взаимодействие и реакция на него.

Изотоп. Различные версии атома (элемента) определенного типа, которые отличаются друг от друга по количеству содержащихся в них нейтронов. Все такие атомы химически эквивалентны, но обладают разной массой и поэтому могут вступать в химические реакции с разной скоростью.

Изотопное соотношение. ¹³C/¹²C – количество атомов C-13 по сравнению с числом атомов C-12. Его часто сравнивают со стандартом – например, соотношение изотопов в каком-либо веществе сопоставляют с их соотношением в воздухе.

Ион. Атом, ставший электрически положительным или отрицательным вследствие потери одного или нескольких электронов или приобретения дополнительных электронов.

Квантовые числа. Числа, соответствующие энергии элементарной частицы (n), орбитальному моменту (l) и спину (s). В атоме никакие две частицы не могут иметь одинаковый набор квантовых чисел; благодаря этому свойству исключения элементарных частиц формируется электронная энергетическая конфигурация атомов с оболочками и подоболочками.

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.