Страница 75 из 85
Именно в духе Галилея мы применили наше представление о физике атомов к вопросам, связанным с историей искусства, археологией, химией, геологией и астрономией, чтобы обогатить и расширить наш взгляд на историю. Ряд тем, затронутых нами, имеет практическое применение: это проверка произведений искусства, диагностика заболеваний и исследование экстремальных климатических условий прошлого, благодаря которому мы можем предсказать будущее. Другие моменты – скажем, знание того, когда коренные народы научились сажать кукурузу или как именно атом Углерода в вашем ногте создавался в недрах звезды, – не повлияют ни на ваше долголетие, ни на ваш брокерский счет. Но все же я надеюсь, что наши атомные «расследования» позволили вам лучше понять и историю, и науку, и наше место во Вселенной.
Глоссарий
Хотя я попытался подробно раскрыть все научные термины, которые встречаются в тексте, я не удивлюсь, если к главе 13 читатели уже и не вспомнят, что такое ион или как устроен механизм изотопного фракционирования. Поэтому для удобства я привожу здесь глоссарий терминов с краткими определениями, которые, на что я очень рассчитываю, оживят вашу память; в большинстве случаев более подробные сведения можно найти в самом тексте.
Альфа-распад. Радиоактивное превращение, в ходе которого атомное ядро испускает ядра Гелия (два протона и два нейтрона). Этот тип превращения меняет атомный номер ядра на –2 и атомную массу на –4.
Антивещество. Зеркальные версии элементарных частиц, идентичные обычным частицам, за исключением того, что их электрические заряды поменяны местами. Антиэлектрон (или позитрон) имеет заряд +1, а анти-верхний кварк – заряд —2/3. Антинейтрон сохраняет нулевой заряд, но вместо комбинации udd для него характерна другая: анти-u, анти-d, анти-d. Частицы антивещества обозначаются символом частицы с горизонтальной линией сверху (например, антинейтрон – это ).
Атомная масса. Сумма числа протонов и нейтронов в атоме. Она не равна массе, измеряемой в килограммах, поскольку некоторая часть массы-энергии теряется при слиянии ядерных частиц, из которых состоит атом.
Атомный номер. Число протонов (а для нейтрального атома – и число электронов) в атоме. Все атомные номера от 1 до 118 представлены в Периодической таблице химических элементов.
Атомы. Основные строительные блоки всей материи, состоящие из массивного положительно заряженного ядра, сформированного из протонов и нейтронов и окруженного облаком легких отрицательно заряженных электронов.
Бета-распад. Радиоактивное превращение атомного ядра, предполагающее испускание или поглощение электрона или его античастицы – позитрона. Этот тип трансформации изменяет атомный номер ядра на ±1, но оставляет неизменной атомную массу.
Бозон. Класс элементарных частиц с квантовым спином 0, 1 или2. Фотоны, глюоны и другие частицы, переносящие взаимодействия, относятся именно к бозонам, как и любая сложная частица, например Гелий-4 и другие стабильные ядра с четным массовым числом.
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.