26. Intrafāzes hromosomu telpiskā organizācija kodola iekšienē, eihromatīns, heterohromatīns.
Un starpfāzu kodols kopumā, hromosomu telpiskā organizācija
Metafāzes hromosomu preparātu iegūšanas metožu izstrādes rezultātā radās iespēja analizēt hromosomu skaitu un aprakstīt to morfoloģiju un izmēru.
Tiesa, hromosomas fizikālie izmēri un morfoloģija citoloģiskajos preparātos ir ļoti
atkarīgi no mitozes stadijas un atbilstošā citoloģiskā preparāta sagatavošanas apstākļiem. Pagāja daudzi gadi, pirms tika pierādīts, ka hromosomu izmērs un morfoloģija šūnu cikla G2 stadijā maz atšķiras no faktiskajām mitotiskajām hromosomām.
Šūnu un molekulārās bioloģijas attīstība ir ļāvusi vizualizēt atsevišķas hromosomas starpfāžu kodolā, to
trīsdimensiju mikroskopija un vienmērīga atsevišķu zonu identificēšana. Pētījumi šajā virzienā tika veikti gan fiksētās, gan dzīvās šūnās.
Izrādījās, ka garās profāzes un prometafāzes hromosomas, kuras biologi labi pazīst no citoloģiskiem preparātiem, ir vienkārši hromosomu izstiepšanas rezultāts to izkliedēšanas procesā uz stikla. Vēlākos mitozes posmos hromosomas efektīvāk pretojas stiepšanai un saglabā savu dabisko izmēru.
Eksperimentos ar dzīvām šūnām tiek izmantotas dažādas fluorescējošas marķēšanas metodes un 4D mikroskopija.
Tādējādi atsevišķu hromosomu intravitāliem novērojumiem visu kultivēto šūnu hromosomu DNS vispirms tika ievadīta fluorescējoša etiķete un pēc tam barotne tika aizstāta ar - Bez fluorohromiem šūnām tika atļauts iziet vairākus šūnu ciklus. Tā rezultātā kultūrā parādījās šūnas.
Lai gan vēsturiski tas ir mazāk saprotams nekā eihromatīns, jaunie atklājumi liecina, ka heterohromatīnam ir izšķiroša loma genomu organizēšanā un pareizā darbībā no rauga līdz cilvēkiem. Tās potenciālo nozīmi uzsver fakts, ka 96% zīdītāju genoma sastāv no nekodējošām un atkārtotām sekvencēm.
Jauni atklājumi par heterohromatīna veidošanās mehānismiem ir atklājuši negaidītas lietas – Eihromatīns
transkripcijas ziņā aktīva un mazāk kondensēta hromatīna daļa, kas lokalizēta gaišākos kodola apgabalos starp heterohromatīnu, bagāta ar gēniem Hromosomas reģions, kas ir slikti iekrāsots vai nav iekrāsots vispār. Izkliedēts ziemas fāzē.
Aktīvi pārrakstīts.
Eihromatīnam ir raksturīga mazāka DNS sablīvēšanās, salīdzinot ar heterohromatīnu, un, kā jau minēts, tajā galvenokārt lokalizējas aktīvi izteikti gēni.
Eihromatīns jeb “aktīvais” hromatīns galvenokārt sastāv no kodējošām sekvencēm, kas veido tikai nelielu daļu (mazāk nekā 4%) no zīdītāju genoma.
Tādējādi kolektīvais termins “eihromatīns”, visticamāk, attiecas uz hromatīna komplekso stāvokli (-iem), kas ietver dinamisku un sarežģītu mehānismu maisījumu, kas cieši mijiedarbojas savā starpā un ar hromatīna fibrilu, lai veiktu funkcionālo RNS transkripciju.
Par kodola sastāvu var spriest pēc meteorītu izpētes, jo šie kosmiskie ķermeņi ir asteroīdu vai citu planētu kodolu fragmenti. Meteorīti galvenokārt sastāv no dzelzs un niķeļa sakausējumiem, tāpēc lielākā daļa zinātnieku uzskata, ka šie elementi veido cietā kodola pamatu. Tomēr kosmosa objekti ir debess ķermeņu fragmenti, kuru izmērs ir mazāks par mūsu planētu. Tas nozīmē, ka ķīmiskais sastāvs var atšķirties.
Retāk izplatīts viedoklis saka, ka kodolam nav kristāliskas struktūras, bet tas ir amorfā stāvoklī. Tās cietība šajā gadījumā ir saistīta ar ļoti augstu spiedienu, jo vielas blīvums serdes iekšpusē, pēc aprēķiniem, ir aptuveni 13,1 g/cm3. Daži zinātnieki saka, ka slāpeklis un sērs ieņem lielu vietu kodola sastāvā. Kopīgs viedoklis šajā jautājumā, visticamāk, neparādīsies ļoti ilgu laiku.
Iekšējās serdes fizikālās īpašības
Datormodeļi un laboratorijas eksperimenti ļāvuši zinātniekiem iztēloties, kas notiek pašā mūsu planētas centrā, un izskaidrot dažus noslēpumus, piemēram, magnētiskā lauka parādīšanās fenomenu. Tagad ir pierādīts, ka ārējais un iekšējais serdeņi griežas, turklāt pretējos virzienos. Šīs rotācijas ātrums pakāpeniski mainās līdz ar virzienu, tā ka, iespējams, pēc dažiem tūkstošiem gadu ziemeļu un dienvidu pols var apmainīties vietām.
Iekšējā kodola temperatūra tuvojas Saules virsmas temperatūrai un ir aptuveni 6000 grādi pēc Celsija. Kristalizācijas laikā siltums izdalās ārējos apvalkos, nodrošinot ģeodinamiku. Seismiskā zondēšana ļāvusi konstatēt, ka tektonisko viļņu ātrums var atšķirties, kas izraisa izmaiņas visos Zemes slāņos. Zināšanas par kodola uzbūvi ir nepieciešamas ne tikai ģeofiziķiem, bet arī seismologiem, lai būtu iespējams precīzi paredzēt un pat novērst zemestrīces.
Zemes iekšējais kodols gaida jaunus atklājumus un eksperimentus, kas ļaus precīzi noteikt tā sastāvu un paredzēt mūsu planētas nākotni.
Nākamā lekcija, kuru apmeklēja Tompkinsa kungs, bija par kodola iekšējo struktūru kā centru, ap kuru griežas atomu elektroni.
— Dāmas un kungi, — profesors iesāka. - Iedziļinoties arvien dziļāk matērijas struktūrā, mēs tagad mēģināsim ar savu garīgo skatienu iekļūt kodola iekšienē, noslēpumainā reģionā, kas aizņem tikai vienu tūkstošdaļu no miljardās daļas no kopējā atoma tilpuma. Un tomēr, neskatoties uz tik neticami mazo jaunās pētniecības jomas apjomu, mēs to uzskatījām par visaktīvāko aktivitāti. Galu galā atoma kodols ir atoma sirds, un tajā, neskatoties uz tā salīdzinoši nelielo izmēru, ir koncentrēti 99,97% no kopējās atoma masas.
Ieejot atoma kodola reģionā pēc salīdzinoši vāji apdzīvotās atoma elektronu atmosfēras, mūs uzreiz pārsteigs tā neparastā pārapdzīvotība. Ja atomu atmosfēras elektroni vidēji pārvietojas attālumos, kas aptuveni vairākus tūkstošus reižu pārsniedz viņu pašu diametru, tad kodolā dzīvojošās daļiņas burtiski būtu saspiestas plecu pie pleca, ja tām būtu pleci. Šajā ziņā attēls, kas mums paveras kodola iekšienē, ļoti atgādina parasta šķidruma attēlu, ar vienīgo atšķirību, ka kodola iekšpusē molekulu vietā mēs sastopam daudz mazākas un daudz elementārākas daļiņas, kas pazīstamas kā protoni Un neitroni. Ir vērts atzīmēt, ka, neskatoties uz to dažādajiem nosaukumiem, protonus un neitronus var uzskatīt vienkārši par vienas un tās pašas smagās elementārdaļiņas, kas pazīstamas kā nukleons, diviem dažādiem lādiņa stāvokļiem. Protons ir pozitīvi lādēts nukleons, neitrons ir elektriski neitrāls nukleons. Iespējams, ka eksistē arī negatīvi lādēti nukleoni, lai gan neviens tos vēl nav novērojis. To ģeometrisko izmēru ziņā nukleoni īpaši neatšķiras no elektroniem: nukleona diametrs ir aptuveni 0,000 000 000 0001 cm, taču nukleoni ir daudz smagāki: uz svariem protonu vai neitronu var līdzsvarot 1840 elektroni. Kā jau teicu, daļiņas, kas veido atoma kodolu, ir ļoti cieši iesaiņotas, un tas izskaidrojams ar īpašu kodolieroču kohēzijas spēki, līdzīgi spēkiem, kas darbojas starp molekulām šķidrumā. Tāpat kā šķidrumā, kodola kohēzijas spēki neļauj nukleoniem pilnībā atdalīties vienam no otra, bet netraucē nukleonu relatīvo kustību. Tādējādi kodolvielai ir zināma plūstamības pakāpe, un, to netraucējot ārējie spēki, tā iegūst sfērisku pilienu, piemēram, parastu šķidruma pilienu. Diagramma, kuru es jums tagad parādīšu, parasti attēlo dažādu veidu atomu kodolus, kas veidojas no protoniem un neitroniem. Vienkāršākais ūdeņraža kodols sastāv tikai no viena protona, savukārt vissarežģītākais urāna kodols sastāv no 92 protoniem un 142 neitroniem. Protams, aplūkojot šos attēlus, nevajadzētu aizmirst, ka tie ir tikai ļoti konvencionāli reālu kodolu attēli, jo kvantu teorijas fundamentālā nenoteiktības principa dēļ katra nukleona pozīcija faktiski tiek “izsmērēta”. visā kodola tilpumā.
Kā jau minēju, daļiņas, kas veido atoma kodolu, kopā satur spēcīgi kohēzijas spēki, taču papildus šiem pievilcības spēkiem ir arī cita veida spēki, kas darbojas pretējā virzienā. Patiešām, protoniem, kas veido aptuveni pusi no nukleonu populācijas, ir pozitīvs lādiņš. Līdz ar to starp tiem darbojas atgrūdoši spēki – tā sauktie Kulona spēki. Vieglajiem kodoliem, kuru elektriskais lādiņš ir salīdzinoši mazs, šai Kulona atbaidīšanai nav īpašas nozīmes, bet smagākos kodolos ar bo Ar lielāku elektrisko lādiņu Kulona spēki sāk nopietni konkurēt ar kodolieroču kohēzijas spēkiem. Kad tas notiek, kodols kļūst nestabils un var izdalīt dažas tā sastāvā esošās daļiņas. Tieši tā darbojas daži elementi, kas atrodas pašā periodiskās tabulas beigās un zināmi kā radioaktīvie elementi.
No iepriekš minētajiem vispārīgajiem apsvērumiem var secināt, ka šādiem smagiem nestabiliem kodoliem ir jāizstaro protoni, jo neitroni nenes elektrisko lādiņu un tāpēc tos neietekmē Kulona atgrūšanas spēki. Taču, kā liecina eksperimenti, daži radioaktīvie kodoli izstaro t.s alfa daļiņas(hēlija kodoli), t.i., kompleksi veidojumi, no kuriem katrs sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem. Tas izskaidrojams ar īpašu daļiņu grupu, kas veido atoma kodolu. Fakts ir tāds, ka divu protonu un divu neitronu kombinācijai, kas veido alfa daļiņu, ir raksturīga paaugstināta stabilitāte, un tāpēc šādu grupu ir vieglāk pilnībā nojaukt, nekā sadalīt atsevišķos protonos un neitronos.
Kā jūs droši vien zināt, radioaktīvās sabrukšanas fenomenu pirmie atklāja franču fiziķis Anrī Bekerels un slavenais britu fiziķis Lords Raterfords, kura vārdu es jau minēju citā saistībā, kuram zinātne ir tik daudz parādā par viņa svarīgajiem atklājumiem pasaules mērogā. atoma kodola fizika, piedāvāja skaidrojumu radioaktīvā sabrukšana kā spontāna, t.i., spontāna, atoma kodola sadalīšanās daļās.
Viena no ievērojamākajām alfa sabrukšanas iezīmēm ir dažkārt neparasti ilgs laiks, kas nepieciešams, lai alfa daļiņas izkļūtu no atoma kodola uz brīvību. Par urāns Un torijs tiek lēsts, ka šis periods ir miljardiem gadu, rādijam apmēram sešpadsmit gadsimtus, un, lai gan ir elementi, kuriem alfa sabrukšana notiek sekundes daļā, arī to dzīves ilgumu var uzskatīt par ļoti ilgu, salīdzinot ar to intranukleāro ātrumu. kustība.
Kas liek alfa daļiņai palikt kodolā dažkārt daudzus miljardus gadu? Un, ja alfa daļiņa tik ilgi paliek kodolā, tad kas liek tai atstāt to?
Lai atbildētu uz šiem jautājumiem, mums vispirms ir jāzina nedaudz vairāk par intranukleāro kohēzijas spēku un elektrostatisko atgrūšanas spēku relatīvajiem stiprumiem, kas iedarbojas uz daļiņu, kas atstāj atoma kodolu. Rūpīgu eksperimentālu šo spēku izpēti veica Raterfords, kurš izmantoja tā saukto metodi atomu bombardēšana. Savos slavenajos eksperimentos, ko veica Cavendish laboratorijā, Razerfords virzīja uz mērķi ātri kustīgu alfa daļiņu staru, ko izstaro kāda radioaktīvā viela, un novēroja šo atomu šāviņu novirzi (izkliedi), kad tie saduras ar bombardētās vielas kodoliem. Rezerforda eksperimenti pārliecinoši parādīja, ka lielos attālumos no atoma kodola alfa daļiņas piedzīvoja spēcīgu kodollādiņa elektrisko spēku atgrūšanos, bet atgrūšanās tika aizstāta ar spēcīgu pievilcību gadījumos, kad alfa daļiņas lidoja tuvu kodola apgabala ārējām robežām. . Varētu teikt, ka atoma kodols ir nedaudz līdzīgs cietoksnim, ko no visām pusēm ieskauj augstas, stāvas sienas, kas neļauj daļiņām iekļūt vai izkļūt. Bet visspilgtākais Rezerforda eksperimentu rezultāts bija šāda fakta konstatēšana: alfa daļiņas, kas izlido no kodola radioaktīvās sabrukšanas laikā vai iekļūst kodolā bombardēšanas laikā no ārpuses, tiem ir mazāk enerģijas, nekā tas būtu nepieciešams, lai pārvarētu cietokšņa sienu augstumu vai potenciālo barjeru A, kā mēs parasti sakām. Šis Rutherforda atklājums bija pilnīgi pretrunā ar visiem klasiskās mehānikas pamatjēdzieniem. Patiešām, kā jūs varat sagaidīt, ka bumba apripos kalna virsotnē, ja jūs to metāt ar nepietiekamu enerģiju, lai sasniegtu kalna virsotni? Klasiskā fizika varēja tikai pārsteigumā ieplest acis un likt domāt, ka Raterforda eksperimentos kaut kur ir iezagusies kļūda.
Taču patiesībā kļūdu nebija, un, ja kāds kļūdījās, tad tas nebija lords Raterfords, bet gan... klasiskā mehānika! Situāciju vienlaikus noskaidroja mans labs draugs Dr. Gamovs un Dr. Ronalds Gērnijs un E. V. Londona. Viņi vērsa uzmanību uz to, ka nekādas grūtības nerodas, ja pieejam problēmai no mūsdienu kvantu teorijas viedokļa. Patiešām, kā mēs zinām, mūsdienu kvantu fizika noraida skaidri definētas klasiskās teorijas trajektorijas-līnijas un aizstāj tās ar neskaidrām spokainām pēdām. Tāpat kā labs vecmodīgs spoks varēja viegli iziet cauri senas pils biezajām akmens sienām, tā spokainas trajektorijas var iekļūt potenciālajās barjerās, kas no klasiskā viedokļa šķita pilnīgi necaurredzamas.
Lūdzu, nedomājiet, ka es jokoju: potenciālo šķēršļu caurlaidība daļiņām ar nepietiekamu enerģiju ir tiešas matemātiskas sekas no jaunās kvantu mehānikas pamatvienādojumiem un kalpo kā ļoti pārliecinošs piemērs vienai no nozīmīgākajām atšķirībām starp vecie un jaunie kustības jēdzieni. Bet, lai gan jaunā mehānika pieļauj šādus neparastus efektus, tas tiek darīts tikai ar ļoti stingriem ierobežojumiem: vairumā gadījumu iespēja šķērsot barjeru ir ārkārtīgi maza, un daļiņa, kas iesprostota kodola cietumā, būs jāizmet pret sienām neticami daudz reižu, pirms tās mēģinājumi aizbēgt uz brīvību vainagojās panākumiem. Kvantu teorija sniedz mums precīzus noteikumus šādas bēgšanas varbūtības aprēķināšanai. Tika pierādīts, ka novērotie alfa sabrukšanas periodi pilnībā saskan ar teorētiskajām prognozēm. Gadījumā, ja alfa daļiņas bombardē atoma kodolu no ārpuses, kvantu mehānisko aprēķinu rezultāti lieliski saskan ar eksperimentu.
Pirms turpinu lekciju, es vēlos jums parādīt dažas fotogrāfijas ar dažādu kodolu sabrukšanas procesiem, kurus bombardē augstas enerģijas atomu šāviņi (pirmo slaidu, lūdzu!).
Šajā slaidā (skatiet attēlu 174. lpp.) jūs redzat divus dažādus sabrukumus, kas fotografēti burbuļu kamerā, par kuriem es runāju savā iepriekšējā lekcijā. Attēlā (A) ir redzama slāpekļa kodola sadursme ar ātru alfa daļiņu. Šī ir pirmā fotogrāfija, kas jebkad uzņemta ar elementu mākslīgo transmutāciju (pārveidošanu). Mēs esam parādā par šo fotogrāfiju Lorda Rezerforda studentam Patrikam Bleketam. Ir skaidri redzams liels skaits alfa daļiņu celiņu, ko izstaro spēcīgs alfa daļiņu avots. Lielākā daļa alfa daļiņu lido pa visu redzes lauku, nepakļaujoties nevienai nopietnai sadursmei. Alfa daļiņu trase šeit apstājas, un jūs varat redzēt divas citas pēdas, kas iziet no sadursmes punkta. Garā, plānā trase pieder protonam, kas izsists no slāpekļa kodola, savukārt īsais, biezais ceļš atbilst atsitienam no paša kodola. Bet tas vairs nav slāpekļa kodols, jo, zaudējot protonu un absorbējot nejaušu alfa daļiņu, slāpekļa kodols pārvērtās par skābekļa kodolu. Tādējādi mēs esam liecinieki slāpekļa alķīmiskai pārvēršanai skābeklī, un ūdeņradis ir blakusprodukts.
Fotogrāfijās (B), (C) ir redzama kodola sabrukšana, kad tas saduras ar mākslīgi paātrinātu protonu. Ātro protonu staru kūli rada īpaša augstsprieguma mašīna, kas sabiedrībā pazīstama kā “atomu drupinātājs”, un iekļūst kamerā pa garu cauruli, kuras gals redzams fotogrāfijās. Mērķis, šajā gadījumā plāns bora slānis, tiek novietots caurules atvērtajā galā tā, lai sadursmes rezultātā radušos kodola fragmentiem vajadzētu lidot pa gaisu kamerā, veidojot miglas pēdas. Kā redzams attēlā (B), bora kodols, saduroties ar protonu, sadalās trīs daļās, un, ņemot vērā elektriskā lādiņa saglabāšanos, mēs nonākam pie secinājuma, ka katrs no skaldīšanas fragmentiem ir alfa. daļiņa, t.i., hēlija kodols Šīs divas kodolpārveidojumi ir ļoti tipiski piemēri vairākiem simtiem citu kodolpārveidojumu, ko pētījusi mūsdienu eksperimentālā fizika. Visās šāda veida transformācijās, kas pazīstamas kā kodolaizvietošanas reakcijas, krītoša daļiņa (protons, neitrons vai alfa daļiņa) iekļūst kodolā, izsit kādu citu daļiņu un paliek savā vietā. Protons tiek aizstāts ar alfa daļiņu, alfa daļiņa ar protonu, protons ar neitronu utt. Visās šādās pārvērtībās reakcijas rezultātā izveidotais jaunais elements ir tuvs kaimiņš bombardētajam elementam periodiskajā tabulā.
Taču tikai salīdzinoši nesen, pirms Otrā pasaules kara, divi vācu ķīmiķi O. Hāns un F. Štrasmans atklāja pilnīgi jaunu kodoltransformācijas veidu, kurā smagais kodols sadalās divās vienādās daļās, atbrīvojot milzīgu enerģijas daudzumu. Nākamajā slaidā (nākamais slaids, lūdzu!) redzat (skat. 175. lpp.) attēlā (B) divus urāna kodola fragmentus, kas izkliedējas dažādos virzienos no tievas urāna stieples. Šo fenomenu sauc kodola skaldīšana, pirmo reizi tika novērots, kad urāns tika bombardēts ar neitronu staru, taču fiziķi drīz vien atklāja, ka citiem elementiem, kas atrodas periodiskās tabulas beigās, ir līdzīgas īpašības. Šie smagie kodoli jau atrodas uz savas stabilitātes sliekšņa un pietiek ar mazākajiem traucējumiem, ko izraisa sadursme ar neitronu, lai tie sadalītos divās daļās, tāpat kā pārlieku liela dzīvsudraba pile sadalās gabalos. Smago kodolu nestabilitāte izgaismo jautājumu, kāpēc dabā pastāv tikai 92 elementi. Jebkurš kodols, kas ir smagāks par urānu, nevar pastāvēt ilgu laiku un nekavējoties sadalās mazākos fragmentos. Kodolskaldīšanas fenomens ir ļoti interesants no praktiskā viedokļa, jo tas paver noteiktas iespējas kodolenerģijas izmantošanai. Fakts ir tāds, ka tad, kad kodols sadalās divās daļās, no kodola izdalās vairāki neitroni, kas var izraisīt blakus esošo kodolu sadalīšanos. Šāda procesa tālāka izplatīšanās var izraisīt sprādzienbīstamu reakciju, kurā visa kodolos uzkrātā enerģija tiek atbrīvota nelielā sekundes daļā. Ja atceramies, ka kodolenerģija, kas uzkrāta vienā mārciņā urāna, ir līdzvērtīga desmit tonnu ogļu enerģijas saturam, kļūst skaidrs, ka iespēja atbrīvot kodolenerģiju var izraisīt pamatīgas izmaiņas mūsu ekonomikā.
Tomēr visas šīs kodolreakcijas var veikt tikai ļoti mazā mērogā, un, lai gan tās sniedz mums daudz informācijas par kodola iekšējo uzbūvi, vēl salīdzinoši nesen nebija ne mazākās cerības, ka izdosies atbrīvot milzīgu daudzumu kodolenerģijas. Un tikai 1939. gadā vācu ķīmiķi O. Hāns un F. Štrasmans atklāja pilnīgi jaunu kodolpārveidošanas veidu: smagais urāna kodols sadursmē ar vienu neitronu sadalās divās aptuveni vienādās daļās, izdalot milzīgu daudzumu urāna. enerģija un divu vai trīs neitronu emisija, kas savukārt var sadurties ar urāna kodoliem un katru no tiem sadalīt divās daļās, atbrīvojot jaunu enerģiju un jaunus neitronus. Urāna kodolu sadalīšanās ķēdes process var izraisīt sprādzienus vai, ja tas tiek kontrolēts, kļūt par gandrīz neizsmeļamu enerģijas avotu. Ar prieku paziņoju, ka doktors Talerkins, kurš piedalījās atombumbas izveidē un ir pazīstams arī kā ūdeņraža bumbas tēvs, laipni piekrita ierasties pie mums, neskatoties uz savu ārkārtīgo aizņemtību, un sniegt īsu ziņojumu. par kodolbumbu principiem. Mēs gaidām viņa ierašanos jebkurā brīdī.
Profesors tik tikko paspēja izrunāt šos vārdus, kad atvērās durvis un klasē ienāca ļoti iespaidīga izskata vīrietis ar degošām acīm un nokarenām kuplām uzacīm. Paspiedis roku profesoram, vīrietis uzrunāja klātesošos:
Hoolgyeim es Uraim,” viņš iesāka. - Roviden kell beszelnem, mert nagyon sok a dolglom. Ma reggel tubb megbeszelesem volt a Pentagonban es a Feher Hazban. Delutan... Ak, piedod! - iesaucās svešinieks. – Dažreiz es jaucu valodas. Ļaujiet man sākt no jauna.
Dāmas un kungi! Es runāšu īsi, jo esmu ļoti aizņemts. Šorīt es piedalījos vairākās sanāksmēs Pentagonā un Baltajā namā, un šopēcpusdien man jāatrodas French Flat, Nevadas štatā, kur paredzēts veikt pazemes sprādzienu. Šovakar man ir paredzēta uzstāšanās banketā Vandenbergas gaisa spēku bāzē Kalifornijā.
Tagad par galveno. Fakts ir tāds, ka atomu kodolos tiek uzturēts līdzsvars starp divu veidu spēkiem - kodola pievilcības spēkiem, kas mēdz saglabāt kodolu neskartu, un elektriskajiem atgrūšanas spēkiem starp protoniem. Smagajos kodolos, piemēram, urānā vai plutonijā, dominē atgrūdošie spēki, un pie mazākajiem traucējumiem kodoli ir gatavi sadalīties divos fragmentos – dalīšanās produktos. Šāds traucējums var būt viena neitrona sadursme ar kodolu.
Pievēršoties tāfelei, viesis turpināja:
Šeit ir skaldāmais kodols, un šeit ir neitronu sadursme ar to. Abi dalīšanās fragmenti lido viens no otra, katrs nesot aptuveni vienu miljonu elektronvoltu enerģijas. Turklāt, kodolam sadaloties, tas atbrīvoja vairākus jaunus dalīšanās neitronus (parasti divus vieglā urāna izotopa gadījumā un trīs plutonija gadījumā). Reakcija - bam, bam! - turpina, kā esmu attēlojis šeit uz tāfeles. Ja skaldāmā materiāla gabals ir mazs, tad bo Lielākā daļa dalīšanās neitronu izkļūst no tās virsmas, pirms tiem ir iespēja sadurties ar citu skaldīšanas kodolu, un ķēdes reakcija nekad nesākas. Bet, ja skaldāmā materiāla gabals ir pietiekami liels (mēs šādu gabalu saucam par kritisko masu), trīs vai četras collas diametrā, tad lielākā daļa neitronu tiek uztverta un viss eksplodē. Mēs šādu ierīci saucam par skaldīšanas bumbu (presē to bieži vien nepareizi sauc par atombumbu).
Daudz labākus rezultātus var sasniegt, ja pagriežamies uz otru elementu periodiskās tabulas galu, kur kodolspēki pārsniedz elektrisko atgrūšanos. Kad divi vieglie kodoli saskaras, tie saplūst kā divi dzīvsudraba pilieni uz apakštasītes. Šāda saplūšana var notikt tikai ļoti augstā temperatūrā, jo elektriskā atgrūšanās neļauj gaismas kodoliem tuvoties un saskarties. Bet, kad temperatūra sasniedz desmitiem miljonu grādu, elektriskā atgrūšanās vairs nespēj novērst atomu savstarpēju tuvināšanos un sākas saplūšanas jeb kodolsintēzes process. Vispiemērotākie kodolieroču kodolsintēzei ir deuteroni, t.i., smago ūdeņraža atomu kodoli. Tāfeles labajā pusē esmu uzzīmējis vienkāršu deitērija kodoltermiskās reakcijas diagrammu. Kad mēs pirmo reizi izdomājām ūdeņraža bumbu, mēs domājām, ka tā būs svētība visai pasaulei, jo tās sprādziens neradītu radioaktīvos skaldīšanas produktus, kas pēc tam izplatītos pa visu zemes atmosfēru. Taču mēs neesam spējuši izveidot "tīru" ūdeņraža bumbu, jo deitērijs, labākā kodoldegviela, ko var viegli iegūt no jūras ūdens, nedeg pietiekami labi pati par sevi. Mums bija jāapņem deitērija kodols ar urāna apvalku. Šādi čaumalas rada daudz skaldīšanas fragmentu, un cilvēki mūsu dizainu sauca par “netīro” ūdeņraža bumbu. Līdzīgas grūtības radās, izstrādājot kontrolētu kodoltermisko reakciju ar deitēriju, un, neskatoties uz visiem centieniem, mēs nekad nevarējām to īstenot. Taču esmu pārliecināts, ka agri vai vēlu kontrolētās kodolsintēzes problēma tiks atrisināta.
Doktors Talerkins, kādam no klātesošajiem jautāja, vai kodola skaldīšanas fragmenti netīrās ūdeņraža bumbas testēšanas laikā var izraisīt cilvēka veselībai bīstamas mutācijas visas zemeslodes populācijās?
Ne visas mutācijas ir kaitīgas,” pasmaidīja ārsts Talerkins. - Dažas mutācijas uzlabo iedzimtību. Ja dzīvajos organismos mutācijas nenotiktu, tad gan jūs, gan es joprojām būtu amēbas. Vai jūs nezināt, ka dzīvības evolūcija uz Zemes notiek tikai mutāciju un spēcīgāko mutantu izdzīvošanas rezultātā?
"Vai jūs tiešām mēģināt pateikt," histēriski kliedza kāda sieviete, "ka mums jādzemdē desmitiem bērnu un, atlasot labākos, jānogalina pārējie?
Redzi... - doktors Talerkins iesāka, taču tajā brīdī durvis atvērās un auditorijā ienāca vīrietis lidojuma formas tērpā.
Pasteidzieties, kungs! - viņš ātri ziņoja. "Jūsu helikopters ir novietots pie ieejas, un, ja mēs nepacelsimies tagad, jūs nevarēsiet laicīgi ierasties lidostā, kur jūs gaida īpaša lidmašīna!"
Lūdzu, atvainojiet,” klātesošos uzrunāja doktors Talerkins, “bet man ir pienācis laiks doties ceļā. Dievs veluk!
Un viņi abi, doktors Talerkins un pilots, steidzās ārā no skatītāju pulka.
Rosa Khatskeleviča: Es vēlētos jūs iepazīstināt ar Igoru Ivanovu - par to mēs ar Iļju tik ilgi runājām. Un... daži noteikumi. Igors mums uzreiz, kad sākām organizēt lekciju, pateica, ka es negribu, lai zālē sēž tikai cilvēki kā karavīri un skatās uz mani, klausās un... aiziet. Es vēlos, lai cilvēki, kas ienāk telpā, mani pārtrauc un uzdod jautājumus vietās, kur viņi to uzskata par piemērotu.
Mums ļoti patika šī ideja, bet tagad, kad redzam, ka zālē ir ieradušies tik daudz cilvēku, mēs domājam: "Kā mēs to varam?" Un tāpēc mēs nolēmām ļaut visam ritēt savu gaitu. Tas ir, Igors runās, mēs joprojām gaidām no jums jautājumus, kas pārtrauks viņa runu, bet, ja izrādīsies, ka ir tik daudz jautājumu un Igors nevar turpināt savu runu, tad mēs paturam tiesības kaut kā sakārtot šo spontāno procesu. Tas ir, mēs teiksim: “Puiši, tas ir viss. Visi jautājumi. Ļaujiet Igoram pastāstīt visu, ko viņš vēlas, un pēc lekcijas, lūdzu, atbildiet - es nezinu, cik ilgi mēs šeit varam būt? "Viņš atbildēs uz jūsu jautājumiem līdz naktij."
Vai piekrīti? Mēs ļoti vēlētos, lai jūs būtu aktīvs, mēs ļoti vēlamies, lai jūs šodien interesētu, un mēs esam gandrīz pārliecināti - vai pat diezgan pārliecināti -, ka tas tā būs. Lūdzu, sāksim.
Igors Ivanovs: Liels paldies. Esmu patiesi ļoti priecīgs redzēt jūs visus šajā telpā, gandrīz pilnu. (Vai jūs mani labi dzirdat? Labi. Šeit. Vai redzat attēlu? Vai jums nav jāizslēdz gaisma? Vai varat to izslēgt? Tas ir labāk, vai ne?)
Faktiski tas ir tas, ko es parādīšu slaidos - būs diezgan daudz, būs tādi galvenie apgalvojumi. Bet būtībā šī lekcija ir tāda, vicinot rokas: uzmaniet rokas, es jums visu parādīšu uz pirkstiem. Šeit.
Vispirms es jums pastāstīšu, nu, dažas idejas, kas pastāv mūsdienu fizikā, kas pēta, kas notiek atomu kodolos un vēl dziļāk - daļiņu iekšienē, un tad pašās beigās parādīšu dažus slaidus par fiziķu eksperimentu. gaida jau daudzus gadus. Šo eksperimentu jau pirms 10 gadiem sāka montēt pa gabalu, pa gabalu, un nākamgad tas tiks palaists. Šobrīd tiek gatavoti pasaulē lielākās eksperimentālās instalācijas elementi - Lielā hadronu paātrinātāja Šveicē. Un šis eksperiments, kas tiks uzsākts nākamgad, atbildēs uz daudziem jautājumiem un faktiski liks fizikai attīstīties tālāk. Tāpēc es parādīšu dažus tehniskus un eksperimentālus slaidus par šo eksperimentu. Nu ejam.
Kā protons dzīvo?
Jūs esat šeit pulcējušies, un, tā kā jūs esat pulcējušies, tas nozīmē, ka jūs interesē fizika. Jūs droši vien esat lasījis dažas populārzinātniskas grāmatas vai rakstus un tāpēc nedaudz zināt par pasaules uzbūvi. Ja pirmās divas vai trīs minūtes jums šķiet zināmas, tas ir labi, jo es sākšu ar vienkāršām lietām. Bet esi uzmanīgs, jo diezgan drīz es nonākšu pie lietām, par kurām skolā nerunā. Bet tie ir diezgan vienkārši, tāpēc es arī vēlos jums pastāstīt par tiem. (Ja jums ir kādi jautājumi, lūdzu, jautājiet.)
Tātad, sāksim ar visvienkāršākajām lietām, kuras, iespējams, zina visi vai gandrīz visi. Viss, kas ir mums apkārt – lustra, piemēram, grīda, gaiss – tas viss sastāv no molekulām. Molekulas sastāv no atomiem. Jūs to visu ļoti labi zināt, iespējams, pat vidusskolā vai pamatskolā. Pasaulē ir daudz molekulu. Es nezinu, cik daudz vielu ķīmiķi ir sintezējuši - manuprāt, miljoniem. Un katra viela ir īpaša, jo tai ir sava īpašā molekula. Šie miljoniem dažādu molekulu faktiski ir veidotas no atomiem, kuru nav daudz. Arī jūs droši vien zināt periodisko tabulu: tagad tur ir atklāti nedaudz vairāk nekā simts atomu un simtiem elementu. Vēl mazāk patiesībā ir sastopams dabā.
Tātad no šī nelielā atomu skaita jūs varat izveidot daudz dažādu molekulu, tās apvienojot. Atomi - nu, jūs arī to labi zināt - nav elementāri: tie sastāv no kompakta kodola, kas atrodas tur, centrā, tas ir ļoti smags, un elektronu čaulām, kas sēž. (Šīs vienkāršās lietas es jums tagad stāstu tikai tāpēc, lai ievadītu vārdus. Vēlāk šie vārdi būs svarīgi.) Un galu galā tas kodols, kas atrodas katra atoma iekšpusē, kas ir ļoti mazs, salīdzinot ar atomu, bet ļoti smags, - tas arī nav elementārs: tas sastāv no protoniem un neitroniem. Jūs arī to ļoti labi zināt.
To visu māca skolā, un varētu šķist, ka tās visas ir ļoti vienkāršas lietas, taču patiesībā uz šo situāciju var paskatīties no mazliet citas puses, kam parasti netiek pievērsta uzmanība. Es to formulēšu tā: visās šajās situācijās, kas mums šeit ir – molekulās, atomos un kodolos – visur darbojas princips, ko es saucu par “kombinācijas principu”.
Kas tas ir? Ļaujiet man paskaidrot. Patiesībā ideja ir ļoti vienkārša, no pirmā acu uzmetiena pat pārāk vienkārša. Tajā teikts, ka sarežģītākus un smagākus objektus var iegūt no vienkāršākiem, vienkārši pievienojot dažus papildu gabalus. Jo smagāks priekšmets, jo vairāk gabalu tas satur. Un tāpēc objekta sarežģītība neizbēgami ir saistīta ar gabalu skaita palielināšanos. Tas darbojas arī parastajās molekulās (vai varat iedomāties, kādas molekulas ir - dažas ir ļoti mazas, bet, ja tās saliek kopā, sanāk lielas, un ir arī pilnīgi gigantiskas molekulas, kas sastāv no liela skaita atomu). Tas pats darbojas atomos un atomu kodolos (ir ļoti mazi kodoli; piemēram, alfa daļiņa ir ļoti mazs kodols, bet, ja tai pievieno papildu protonus un neitronus, rezultāts ir smagie kodoli).
Šķiet, kāpēc par to tik daudz runāt? Tas viss ir pilnīgi elementāri. Šķiet, kā gan varētu būt savādāk? Tas ir tik pašsaprotami. Tātad, kad mēs ienirt protona dziļumos, tas būs pavisam savādāk. Tur tas nedarbosies.
Bet tas notiks pēc piecām minūtēm, bet tagad paskatīsimies, kāda fizika tagad ir nonākusi līdz galam.
Varbūt arī tu zini šo bildi, vismaz 11. klasē fizikā to iziet cauri. Mūsdienu fizika ir “uzkāpusi” pašos matērijas dziļumos. Tas nav tik vienkārši, kā varētu šķist, jo mazas daļiņas ar pirkstiem nevar sajust, un ar mazām knaiblēm tās nevar paņemt, un ar gaismas palīdzību tās nevar redzēt. Rezultātā fiziķi jau sen ir mēģinājuši izdomāt, kā “ieskatīties” dažās daļiņās, un noskaidrojuši, ka vienkāršākais veids ir vienkārši iespiest tās vienu otrā.
Tagad šie eksperimenti tiek veikti dažādos pasaules centros – tie ir paātrinātāji, kas paātrina daļiņas un saduras savā starpā. Ja ir kādi jautājumi, sīkāk pastāstīšu vēlāk, bet beigās arī nedaudz pastāstīšu par šiem eksperimentiem. Pagaidām mums ir svarīgi zināt, ka šie eksperimenti pastāv, ka daļiņas saduras savā starpā, un, pārbaudot sadursmju rezultātus, jūs vienkārši saprotat, no kā tie sastāv.
Pēc visa šī analīzes – un šie eksperimenti sākās pirms aptuveni 40 gadiem – fiziķi ātri vien nonāca pie secinājuma, ka arī protons nav elementārs. Tam ir arī struktūra, un šī struktūra ir diezgan vienkārša: ir trīs mazi kompakti objekti, ko sauc par kvarkiem...
I.I.: Pagaidi, gaidi...
I.I.: Tas ir skaidrs. Vai es varu atbildēt uzreiz?
I.I.: Es ļoti ticu, ka jūs varat to izskaidrot. Fakts ir tāds, ka, protams, visos šajos slaidos būs milzīgs skaits vienkāršojumu, tas ir, patiesībā no zinātniskā viedokļa tur ir daudz neprecizitātes. Bet tā kā šī lekcija ir nezinātniska, tad šīs neprecizitātes es vienkārši izlaižu, neapspriežu.
I.I.: Tātad, jūsuprāt, tas viss ir nepareizi?
I.I.: Tātad. Nu, turpinām, un tad varēsim apspriest...
Patiesībā es tikai gribu pateikt to: ka šī tēma ir diezgan bīstama, jo ir daudz cilvēku, kas nav labi orientēti šajā tēmā. Nopietni, patiesībā. Patiešām, zinātnē ir vairāki smalki punkti, par kuriem notiek strīdi. Neskatoties uz to, ir eksperimentāli dati - to ir ļoti daudz -, kurus tagad ir pieņemts formulēt šādā formā: ir trīs kompakti objekti (katram gadījumam miera stāvoklī esošajā protonā), kurus apmēram tādi ieskauj. .. kaut kas tos ieskauj, ko nosacīti var saukt par “gluona mākoni”. Gluoni ir daļiņas, kas faktiski noved pie šo kvarku pievilcības. Un šeit patiesībā notiek ļoti interesanta lieta - turklāt es pat drosmīgi teikšu: lieta, ar kuru cilvēce vēl nav sastapusi. Šie gluona spēki ir ļoti neparasti.
Notiekošais izskatās apmēram šādi. Atkal, ar lieliem vienkāršojumiem, ļoti īsi, bet tas izskatās apmēram šādi. Tie spēki, kas pievelk kvarkus, pēkšņi pārstāj būt tikai spēki – tie materializējas. Tas ir, nosacīti runājot, tie izkrīt nogulumu veidā, apņem šos kvarkus un atrodas tiem blakus. Vai varat iedomāties? Tas ir, ir ne tikai dažas daļiņas, kas savienotas ar spēkiem, bet šie lauki, kas tos savieno, pēkšņi sāk dzīvot paši savu dzīvi. Viņiem ir materiāla būtība.
Piemēram, viņi sver - viņiem ir masa. Un viņi pārstāj būt tikai šo kvarku “minioni”, tie ne tikai tos piesaista - viņi, piemēram, sāk piesaistīt sevi. Tas ir, dažādas šeit shematiski uzzīmētā gluona mākoņa daļas arī jūt viena otru un neļauj šim mākonim izplesties, tās to aiztur. Pateicoties tam, izrādās, ka mūsu protons (galu galā tas viss patiesībā ir protons) ir diezgan kompakts.
Pateicoties tam, izrādās, ka kvarks nevar aizlidot ļoti tālu. Iedomājieties, ka tas nav tikai mākonis, un tur ir kvarki - tas ir mākonis, ko ģenerē kvarki. Tas ir, vispirms kvarki sāk piesaistīties, un tad šis spēks, kas tos ierobežo, izgulsnējas, it kā kondensēts. Un iedomājieties, ka, ja jūs tagad mēģinātu šos kvarkus izjaukt - patiesībā šādi eksperimenti tiek veikti -, es varu teikt burtiski: viņi paņem vienu un noklikšķina uz kāda tāda kvarka. Tie ir tikai reāli eksperimenti - protams, ka klikšķināšanai tiek izmantots nevis pirksts, bet gan kaut kāds elektrons: tie paātrina elektronu ar lielu enerģiju - sprādziens! - tieši uz kvarka. Kvarks cenšas aizlidot tik daudz spēka, cik viņam ir, bet viņš nevar aizlidot no gluona mākoņa: viņš pats rada šo mākoni. Rezultātā izrādās, ka gluona mākonis mēģina izstiepties, tas uzbriest, uzbriest, kļūst smagāks, un rezultātā tas viss sadalās daļiņās. Kvarks vienkārši nevar no tā izkļūt - tā ir viena no gluona spēku neparastuma izpausmēm.
Patiesībā tālāk būs vēl interesantāk. Pateicoties tam, izrādās, ka - atceries kombinācijas principu, kas lieliski darbojās atomu kodolos? viņš strādāja atomos un molekulās - tātad, viņš vispār nedarbojas protonos. Kā tas izskatās? Iedomāsimies, piemēram, pēc analoģijas ar atoma kodolu. Lai ir protons, kas sastāv no kvarkiem. Pievienosim tai vēl dažus kvarkus – 9, 12, vienalga. Mēs gribam iegūt vienu lielu un biezu megaprotonu. Varat mēģināt to izdarīt eksperimentāli - patiesībā nav nekādu grūtību. Eksperimenti ir veikti, un kas notiek? Izrādās, ka šie liekie kvarki nevēlas tikt iekšā. Mēs cenšamies viņus iegrūst, bet viņi nevēlas iekļūt - viņi vēlas atšķirties. Šī ir sarežģīta pāreja, ko fiziķi šobrīd pilnībā nesaprot. Detaļās tas, protams, ir kaut kā teorētiski vai skaitliski aprēķināts, bet diemžēl tādas vispārīgi saprotamas ainas vēl nav. Bet rezultāts ir tāds, ka nav iespējams apvienot daudzus kvarkus.
Šķiet, labi - nē, nē, mēģināsim izpētīt, kas tur ir. Mēs sākam pētīt daļiņas un pēkšņi mēs redzam, ka patiesībā ir smagi protona analogi. Ir protons, un ir arī citas daļiņas – es šeit esmu uzskaitījis vairākas no tām, kuras ir eksperimentāli atklātas, eksperimentāli pētītas – tās visas ir ļoti līdzīgas protonam. Viņu ir apmēram ducis; varbūt gandrīz divi desmiti tagad ir atvērti. Un, kas ir pats interesantākais, tiem ir liela masa. Tas ir, ir vairākas daļiņas ar dažādu masu - tā turpina pieaugt un palielināties...
Zinātnieki sāka interesēties – kā tas iespējams? No kā tad sastāv šīs daļiņas? Mēs veicām eksperimentus un atklājām, ka tie visi sastāv no tiem pašiem trim kvarkiem. Un tur ir trīs kvarki, un tur ir trīs kvarki. Šie kvarki ir vienādi. Patiesībā es neteicu - kvarkiem ir savi nosaukumi, vairākas dažādas šķirnes, bet tas viss ir zooloģija - šī ir kvarku klasifikācija, kas par tiem neko daudz nesaka. Tas ir tas, kas patiešām ir interesanti – tāda ir viņu dzīve: kā viņi ir saistīti viens ar otru, mijiedarbojas – to es stāstu. Jūs varat kaut kur izlasīt klasifikāciju, tas nav tik svarīgi.
Tātad, kas notiek? Izrādās, ka arī šīm daļiņām ir trīs kvarki, taču atšķirība ir tāda, ka tie viņi sēž savādāk. Tie atrodas sarežģītā formā viens pret otru un pārvietojas nedaudz savādāk. Ja tā padomā, tad arī šī ir ļoti neparasta lieta, jo, nu, paskaties, parastā ikdienā, ja paņem un pārkārto, piemēram, Rubika kuba daļas, tad neko jaunu no tā neiegūsi. - jebkurš smagāks priekšmets. Un šeit iznāk tieši tā: ja kaut kā pārkārto kvarkus, tad rezultātā gluona mākonis uzbriest, un, tā kā tas arī sver, tad masa izrādās lielāka. Tas ir, kombinācijas princips ir pilnībā pārkāpts, taču tomēr ir arī smagāki protonu analogi.
Es pat nezinu, kādu piemēru no parastās dzīves dot, lai tu sajustu, cik tas ir... ( No skatītājiem: “Ūdens tējkanna”.) Hmm.... Nu, labi, pastāstīšu, ar ko gluona mākonis atšķiras, piemēram, no ūdens vai no visa cita. Redziet, šajā gluona mākonī nav fiksēta daļiņu skaita, nav "mākoņu matērijas" saglabāšanas likuma. Ja paņemsi gabaliņu no šī mākoņa un izvelk ārā – to var izdarīt arī eksperimentāli –, tad tā tur nemaz nebūs. Ja paņem un izvelk pusi mākoņa, tas tur atkal augs, jo kvarki bez tā nevar dzīvot - kvarki izplata šos spēkus dažādos virzienos, un šie spēki pēc tam materializējas. Ir ļoti svarīgi sajust, ka tas nav tikai kaut kāds matērijas mākonis, bet gan pašdziedinoša struktūra, kas sver, iedarbojas uz sevi.
Jautājums:Kā tas tiek atjaunots?
To var aprakstīt apmēram šādi. Ļaujiet man to pateikt pēc divām minūtēm. Ir spēki, kurus jūs zināt – elektromagnētiskie spēki. Tie ir pievilkšanās spēki starp elektriskajiem lādiņiem. Un savā ziņā tās var uzskatīt par daļiņu apmaiņu – šīs daļiņas sauc par "fotoniem". Vissvarīgākais ir tas, ka fotoni nesadarbojas viens ar otru. Ja, teiksim, kaut kur ir vairāki fotoni, un jūs tur pievienojat vēl vairāk fotonu, tad tas neietekmēs šos iepriekšējos fotonus. To sauc par “superpozīcijas principu”, piemēram, elektrostatikā. Elektriskie un magnētiskie lauki vienkārši summējas, un viss. Bet tas nedarbojas ar gluona laukiem. Ja jūs palielināt gluonu koncentrāciju, tie mēdz ražot vēl vairāk gluonu. Katrs gluons var radīt vairāk gluonu, tie var rekombinēties un sadurties. Rezultātā, ja mākonī ir pārāk maz gluonu (piemēram, paņem mākoni un noņem pusi mākoņa), tad atlikušie gluoni izdalīs jaunus, un tie nosēdīsies ap protonu, lai viss būtu stabils, stacionārs. Šis ir īpašums, ko cilvēki iepriekš nemaz nepazina.
Tātad šeit tas ir. Šeit nedarbojas ne kombinācijas princips, ne pat normāls skatījums uz to, no kurienes nāk masa. Parasti masa sastāv no dažu ķieģeļu masas. Ja mums ir trīs ķieģeļi, tad trīs ķieģeļu kaudzes kopējā masa būs vienāda ar trīskāršu viena ķieģeļa masu. Kodolfizikā, kad protoni un neitroni tiek apvienoti kopā, arī kodola masa ir aptuveni proporcionāla nukleonu skaitam, tikai ir neliela saistīšanas enerģija. Un viss protonu iekšienē absolūti cits.
Faktiski fiziķi veica matemātiku - salīdzināja teorētiskos aprēķinus ar eksperimentāliem datiem - un aprēķināja to kvarku masu, kas atrodas tur, šie mazie kompaktie objekti. Un izrādījās, ka to masa ir aptuveni 2% - tikai! - no visa protona masas, vai varat iedomāties? Iedomājieties: šeit ir cilvēks, viņa masa ir 60 kg, un tikai 1 kg viņā ir īstā matērija: visa veida elektroni, kvarki - tas ir, ko mēs patiesībā saucam par matēriju. Un atlikušie 59 ir gluona mākoņi, kas kārtīgi atrodas katrā protonā un neitronā un sver, sver un piesaista zemei, un piešķir ķermenim inerci. Tas ir vienkārši interesanti iedomāties.
Par šīm daļiņām es arī gribēju teikt sekojošo. Šeit izrādās, ka atšķirīgais kvarku izvietojums vienam pret otru, šķiet, rada papildu masu un deģenerē daļiņu jaunā veidā. No tā, kas man ienāk prātā, varu ieteikt tos uzskatīt par pārveidojošiem robotiem – ziniet, tādi ir arī multfilmās. Tā viņi kaut kā pārkārtojās, savijās, un sanāca kaut kas pilnīgi jauns, un likās, ka tas izskatās vēl labāk. Šeit notiek kaut kas līdzīgs, tikai tas nav kaut kāds izdomāts transformējošais robots, bet tas ir kaut kas tāds, kas patiešām pastāv mūsu pasaulē, katrā no mums. Tas viss tiek realizēts katrā molekulā un atomā. Izrādās - un tas ir svarīgs apgalvojums -, ka praktiski visa masa - vismaz 90 nepāra procenti - katrā protonā un patiešām ķermenī kopumā sastāv no gluona mākoņa. Gluona mākonis piešķir inerci.
Paši fiziķi bija nedaudz pārsteigti un neizpratnē par to visu, kad viņi to atklāja. Jāsaka, ka šis nebija tik pēkšņi atklāts - pamazām kļuva skaidrāks, bija dažādi eksperimenti, skaitliski aprēķini, bija daži vienkārši modeļi. Sākumā viņi nedaudz nepiekrita viens otram, pēc tam sāka pamazām veidot tiltus starp viņiem, un tas viss pamazām saprata. Un fiziķi domāja: tā kā ir tāda bilde, varbūt to vajadzētu eksperimentāli pārbaudīt? Tas ir gluona mākonis, jo kvarki ir, labi, tas ir saprotams, kaut kādas daļiņas. Bet gluona mākonis ir kaut kas jauns. Un tāpēc viņi domāja: kā var izpētīt šīs gluona mākoņa īpašības?
Vispār, kā jau teicu, viņi tiek pētīti tā: ņem daļiņas un saduras, procesā tās izlido, var piedzimt kaut kas jauns, ir detektori, kas visu uztver un atjauno. Tātad šī metode lieliski darbojas, ja vēlaties uzzināt, piemēram, kāda enerģija ir šajos kvarkos. Tas atrodas kvarkos, jo tie nes lielāko daļu enerģijas. Bet diemžēl tas nepalīdz noskaidrot mākoņa uzbūvi. Galu galā tas nav tikai sava veida gluonu blīvums - tā ir jauna struktūra, kas, šķiet, ir kondensējusies un radusies pati. Vēlreiz atkārtoju – šis ir ļoti interesants objekts. Šis mākonis ir jāizpēta citā veidā.
Un tā fiziķi izdomāja veidu: mums ir jāsaduras arī daļiņas, arī lielā ātrumā, ar lielu enerģiju, bet mums jāpievērš uzmanība nevis frontālām sadursmēm, kad dzimst daudz lietu, bet gan sadursmēm, kad viņi nedaudz pieskaras viens otram - kā šis Šeit viņi iet garām, lido garām un viegli viens otru saskrāpē. Tad šie kvarki, kas šeit lido, šo sadursmi nejūt - padomājiet, viņi lidoja un lidoja. Bet šeit ir mākoņi, kas nedaudz pieskaras viens otram - tajā brīdī ar tiem notiek kaut kas viltīgs. Tos var iedomāties kā putu kamolu. Šeit lido divi putu gabaliņi, un brīdī, kad tie pieskaras viens otram, starp tiem izslīd putu gabals.
Šo objektu, kas šeit izslīd cauri, sauc par "pomeronu". Tas ir ļoti sarežģīts objekts, un fiziķi to pašlaik pēta. Tas ir, burtiski, ja jūs tagad dodaties uz konferenci, iespējams, puse no ziņojumiem būs par Pomerona eksperimentālo vai teorētisko izpēti. Gribu vēlreiz uzsvērt, ka šis objekts nav tikai kaut kāda paņemta un apmainīta daļiņa, piemēram, fotons. Šis ir ļoti viltīgs objekts: tas rodas dinamiski un neizskatās kā tikai daļiņa.
Apmēram pirms desmit gadiem - tagad viņi ir nomierinājušies - cilvēki konferencēs burtiski strīdējās savā starpā, jo viņiem visiem bija dažādi Pomeronu modeļi. Ir vienkārši modeļi, ir sarežģīti modeļi, un kaut kādu iemeslu dēļ tie nesakrita viens ar otru. Patiesībā daži modeļi joprojām bija diezgan neveikli. Bet tomēr. Tas bija periods, kad cilvēki vispār nezināja, kas ir pomerons. Un viņi mēģināja dažādi izprast šo lietu. Līdz uzbrukumam tas nenonāca, bet vismaz cilvēki strīdējās savā starpā. Tagad viņi arī zvēr, bet dažādu iemeslu dēļ - viņi vairs nelamājas par Pomeronu, iespējams, tāpēc, ka viņi saprata, ka tas jau ir bezjēdzīgi. Eksperimenti ir, īpaši pēdējos 10 gados. Hamburgā notika eksperiments, kurā ļoti labi pētīja pomerona īpašības, un tagad mēs par to vismaz nedaudz saprotam.
Tātad, pomerons ir objekts, kas parādās, kad mēs cenšamies izvilkt gluona mākoņa gabalu no protona. Šim objektam kaut kur jāiet. Piemēram, viņš var pārlēkt no vienas daļiņas uz otru. Pārlēkšanas procesā tā pastāv pati par sevi. Redziet: tas tur nav piesaistīts nevienam kvarkam, bet šķiet lokalizēts telpā, it kā dzīvotu pats par sevi. Un ir pat ierosinājumi, ka viņš varētu dzīvot atsevišķi. Ja trāpa protonam, tad noteiktos apstākļos pomerons var izlauzties, aizlidot un kādu laiku tur dzīvot pats, bez kvarkiem. Patiesībā ir interesanti iedomāties.
Tas ir, tas, kas agrāk bija tikai spēks, tagad tas ir materializējies un pat atdalījies no saviem vecākiem kvarkiem un sēž kosmosā. Cilvēki šādus objektus meklējuši jau ilgu laiku, bet diemžēl nav atraduši. Tos sauc par “līmes bumbiņām” - no vārdiem “līme” un “bumba”, tas ir, “līmes gabals”. “Gluons” cēlies no vārda “līme”, kas, šķiet, salīmē šos kvarkus kopā. Tas ir, principā ir iespējams, ka šis gluona lauka gabals pastāv atsevišķi, bet diemžēl tas vēl nav eksperimentāli atrasts. Varbūt tas tā nav, vai varbūt tā ir - tas nav skaidrs, mums tas ir jāizpēta.
Protams, fiziķi to visu izdomāja - it īpaši teorētiķi - un viņi saka: tas ir lieliski, tagad jūs varat šādā veidā izpētīt pomeronu. Bet patiesībā eksperimentētājiem tas ir ļoti grūti. Jo, kad divi protoni lido garām, viegli pieskaroties viens otram, starp tiem nav spēcīgas sadursmes. Protons novirzās tikai nedaudz - mazāk par grādu.
Jautājums:Kad cauri iet divi protoni, kvarki - tiem arī ir masa, vai ne? - vai viņi arī mijiedarbosies savā starpā?
Jā, ļaujiet man to atkārtot vēlreiz. Kad jūs sagraujat protonus viens otrā, jūs faktiski pat nevarat kontrolēt to sadursmes veidu - kā tie saduras, tie saduras. Tas ir, ar jums var notikt jebkas. Tas var izraisīt vardarbīgu frontālu sadursmi, kad viens kvarks saduras ar otru; tie izlido un notiek kaut kas neiedomājams. Notiek sadursmes, kad divi kvarki no viena protona un divi kvarki no cita protona neatkarīgi saduras – tā var arī notikt. Un tas parasti notiek - to sauc par "smagām sadursmēm", kad daudzas lietas dzimst ar lielu enerģiju. Bet šajās sadursmēs jūs nevarat izpētīt pomeronu - šo mākoņa gabalu, to ir grūti izpētīt. Tāpēc fiziķi tā rīkojas: viņi visu saspiež. Šajā paātrinātājā vairākus gadus protoni sadursies 40 miljonus reižu sekundē. Viņi apkopos visas šīs sadursmes un pēc tam no tām meklēs, piemēram, šāda vai cita veida sadursmes.
Tas ir, patiesībā kvarki mijiedarbojas – viss mijiedarbojas. Tas rada visdažādāko dažādību, bet tad, kad fiziķi mēģina to izdomāt, viņi izvelk tieši to, kas viņiem nepieciešams.
Jautājums:Kā viņi vispār redzēja visus šos kvarkus, gluona mākoņus un tā tālāk? Vai tas ir eksperimentāli pierādīts?
Jā. Ir šāds Rezerforda eksperiments 1905. gadā. Tad tika atklāti atomi, taču viņi vēl nezināja to uzbūvi – viņi vienkārši zināja, ka kaut kādā formā ir elektroni. Tātad, viņš veica šo eksperimentu.
Viņš paņēma dažas daļiņas - alfa daļiņas - un palaida tās pie atoma. Viņam bija tik plāna zelta folija, viņš izšāva daļiņas tieši uz šīs folijas un skatījās uz leņķi, kādā tās novirzījās. Tātad, mēs ticam klasiskajai fizikai, un tad bija klasiskā fizika; Šī klasiskā fizika paredz likumu, saskaņā ar kuru daļiņas tiks novirzītas elektriskās pievilkšanās vai atgrūšanās rezultātā, kad tās lido viena otrai garām. Šis likums skaidri paredz, kāds būs izkliedes modelis (to sauc par izkliedi – kad daļiņas tiek novirzītas dažādos virzienos) atkarībā no konkrētā atoma modeļa, atkarībā no konkrētās ierīces. Piemēram, ja atoms ir “vaļīgs”, tad tie galvenokārt lidos uz priekšu un novirzīsies nelielā leņķī. Ja, kā izrādās, atoma centrā ir ļoti mazs un kompakts kodols, tad aina būs pavisam cita. Tas ir, eksperimentētāji redz, ka viņi redz, kādā leņķī daļiņas izkliedējas, un pēc tam, izmantojot klasiskās elektrodinamikas likumus, atjauno šī atoma struktūru.
No eksperimentālā viedokļa protons ir gandrīz tāds pats. Vienīgais, protams, formulas ir sarežģītākas. Bet vislabākais veids, kā īpaši redzēt kvarkus, ir šāds: ja jūs sadursities ar diviem protoniem, atkarībā no enerģijas iegūstat dažādus attēlus. Ja protonu enerģija ir maza, tad protoni vienkārši izlido, un tas arī viss. Ja ir nedaudz vairāk enerģijas - teiksim, ja ātrums ir tuvu gaismas ātrumam, bet ne ļoti tuvu -, tad rezultāts ir tāds, ka jūs varat izveidot daļiņu pāri. Tas viss ir pētīts, taču ar šo metodi ir grūti noteikt protona struktūru. Jūs varat noteikt tā īpašības un to mijiedarbību savā starpā. Lai redzētu nelielu struktūru, ir nepieciešams arvien vairāk paātrināt daļiņas, jo, tāpat kā mikroskopā, kļūst redzami arvien mazāki attālumi.
Kad jūs savā starpā saduras daļiņas - nu, protoni - ar enerģiju, kas ir 50-100 reizes lielāka par to miera enerģiju, izrādās, ka šie kvarki var sadurties un strauji izlidot. Kad tie lido viens no otra, rezultāts ir strūkla. Šī strūkla ir daļiņu plūsma, kas iet aptuveni sākotnējo kvarku virzienā. Tas ir, kvarki lido, klauvē, izkliedē, un eksperimenta rezultātā mēs redzam daļiņu plūsmu šajā virzienā, daļiņu plūsmu šajā virzienā. Mēs to nevaram aprakstīt citādi, kā vien pieņemot, ka ir kompakts mazs objekts, kas pienāca ļoti tuvu un tika ļoti spēcīgi atstumts. Tas ir, varbūt daži cilvēki var pilnībā pārrakstīt visu fiziku, bet diemžēl tādas citas teorijas vēl nav.
Bet ir arī dažādi citi veidi, kā noteikt kvarku klātbūtni protonā. Piemēram, ja protons ir nekustīgs, tad tam ir statiskas īpašības, tas ir, nekustīga protona īpašības - nu, masa, tas ir saprotams; tam var būt griešanās, griešanās ir kvantu lieta; tam ir magnētisks moments. Tam ir vairākas īpašības, kuras var eksperimentāli izmērīt ar augstu precizitāti ne tikai protonā, bet arī citās šāda veida daļiņās. Izrādās, ka, ja mēs pielietojam šo vienkāršo kvarku modeli stacionāram protonam, rezultāts šķiet ļoti līdzīgs tam, ko mēs novērojam patiesībā.
Nu ir arī trešais un ceturtais eksperimentu veids un tā tālāk...
Patiesībā šie kvarki - šeit, protams, viss ir smalks, jo kvarki, kas atrodas stacionārā protonā, ir tie paši kvarki, un kvarki, kas atrodas ātri kustīgā protonā, ir pilnīgi atšķirīgi objekti. Tas viss ir ļoti grūti, bet nepievērsiet tam uzmanību. Vienkārši ticiet, ka patiesībā no dažādiem eksperimentiem izriet aina, ka ir kompaktas daļiņas, kuras savieno dažādi spēki. Un tas viss ir iegremdēts gluona mākonī. Vēl kāda bilde, kas tikpat labi raksturo eksperimentālos datus, kuru diemžēl ir daudz. Diemžēl - jo būtu interesanti, ja parādītos pavisam cita aina, kas tikpat labi raksturotu šo lietu.
Jautājums:Protons ir redzams no tālienes kā magnētiskais moments un elektriskais lādiņš. Ja pietuvojies pavisam tuvu, tad varbūt arī šiem kvarkiem, kas to veido, ir savi magnētiskie momenti? No tālienes šī struktūra izskatās pēc baklažāniem, bet, ieskatoties tuvāk, šķiet, ka tie ir pārklāti ar adatām, piemēram, kaktuss.
Tas patiesībā ir manis teiktā atkārtojums. Ir protons, kuru mēs iepriekš redzējām kā protonu, kaut kādu daļiņu kodolā, un tad, veicot eksperimentus un ieskatoties iekšā, mēs ieraudzījām kaut kādu smalku struktūru. Nākamais jautājums ir: vai kvarkam ir smalka struktūra? Līdz šim veiktie eksperimenti ar augstākajām enerģijām liecina, ka šī struktūra nav redzama. Varbūt tas ir, bet tas vēl nav redzams. Nu, teorētiķi, protams, ir ļoti radoši, viņi jau ir izdomājuši daudz modeļu.
Nesen redzēju vienu rakstu - būs tāda daļiņa, Higsa bozons, interesanta daļiņa, visi par to runā - tātad, normāls zinātnisks raksts, bet tas nav gluži parasts: nekā īpaša tur nav. Šis ir raksts, kurā vienkārši ir uzskaitītas 200 atsauces uz dažādām pētnieku grupām, kas paredzēja tādu masu, tādu masu, tādu... Rezultāts ir tāds, ka vienalga, kura tiks atklāta, kaut kas jau būs. Tas ir, teorētiķi nāks klajā ar simtiem modeļu ar dažādu pareizības pakāpi. Galīgā atbilde, protams, slēpjas eksperimentā.
Pašas parādības
“Pašparādības ir parādības, kas sākotnēji nebija raksturīgas, bet radušās pašas no sevis. Fizikā atrodams visur. Šausmīgi interesanta parādība!”
Šo daļu esmu pabeidzis, bet tagad gribu ieturēt nelielu pauzi, nelielu atkāpi. Man šķiet, ka šobrīd ir lietderīgi runāt par masu it kā no nekā rašanās fenomenu plašā kontekstā. Jo tā ir diezgan vienkārša lieta, bet ļoti svarīga fizikā. Manuprāt, tas ir viens no galvenajiem atklājumiem teorētiskajā fizikā. Atklājums ir tāds, ka ir parādības, kas var notikt pašu spēkiem, tie nav sākotnēji jāievieto dažās detaļās, ķieģeļos un formulās. Viņi paši parādīsies tieši tādā formā, kādā mēs tos redzam dabā. Šī ir visbrīnišķīgākā lieta. Tas, ko es jums teicu iepriekš, patiesībā ir masa (piemēram, protona), kas parādījās 90% spontāni, pats par sevi. Šāda veida pašizceļas parādības fizikā ir sastopamas visur.
Ņemsim piemēru no pavisam citas jomas. Ir tāda parādība - supravadītspēja. Varbūt jūs pat zināt. Supravadītspēja ir tad, kad ķermenis pilnībā zaudē elektrisko pretestību un strāva var plūst caur to bez jebkādas pretestības. Ja supravadītājs ir noslēgts aplī un caur to tiek laista strāva, bez jebkāda sprieguma, tad tas griezīsies stundām, dienām, gadiem - tādi eksperimenti ir veikti. Tas neizbalē, tas griežas, tas griežas... To sauc par supravadītspēju. Šī parādība, protams, ir ievērojama, un fiziķi ir mēģinājuši noskaidrot, kā tā rodas.
Ja mēs pieņemam pilnīgi naivu pieeju dabas izpratnei, mēs varam teikt: tā kā šī parādība pastāv šādā vielā, sadalīsim to atomos un iedziļināsimies katrā atomā vai katrā molekulā, mēģināsim atrast izcelsmi - kaut ko, kas tai piešķir supravadītspēju. Protams, jūs varat to darīt: sagriezt to atomos, izsmidzināt, pētīt atsevišķus atomus - teorētiski, eksperimentāli, kā vien vēlaties. Un tu tur neko neredzēsi! No supravadītspējas nebūs ne mazākās miņas, jo supravadītspēja neko nezina - gandrīz neko - par atomiem, un atomi nezina neko - gandrīz neko - par supravadītspēju.
Ja paņem vienu atomu, tad tajā nebūs supravadītspējas, vienkārši būs atoms, un tas arī viss. Ja ir divi, trīs atomi - tas pats. Nu tā izrādīsies kaut kāda maza molekula. Ja ņem daudz atomu, tad pēkšņi tas parādās. Nu, protams, ne pēkšņi, ne pēkšņi - tas parādās gludi, tas ir kā zieds, kas paceļas no pumpura, kad paņem daudz jo daudz atomu. Bet šādas parādības rodas pašas no sevis, vienkārši daļiņu mijiedarbības dēļ. Tie nebija jāliek pirmajā vietā.
Es jums pastāstīšu stāstu. Bērnībā - toreiz man nebija datorspēļu - man patika fantazēt. Es izdomāju sev visādas virtuālās pasaules, un, tā kā nebija datoru, es tās uzzīmēju. Es izdomāju planētu un nolēmu: lai uz tās ir dzīvnieki, un uzzīmēju šīs planētas zooloģiju. Tad man radās cita ideja: lai tai ir sava ķīmija. Tas, protams, ir stulbums, jo mēs saprotam, ka ķīmija visā Visumā ir vienāda un ķīmiskie elementi visur ir vienādi. Bet es gribēju kļūt radošs, un es uzzīmēju periodisku Ivanova vārdā nosaukto elementu sistēmu un vienkārši piepildīju to ar jauniem elementiem. Es skatījos uz apkārtējo pasauli un domāju: ko gan es varētu izdomāt? Nolēmu, ka, piemēram, šādas un tādas sērijas elementi būs magnētiski. Tas ir, es nolēmu, ka atoma iekšpusē būs tāds mazs magnēts, īpašs, kas noved pie magnētisma, ja no šī elementa tiek izveidota viela.
Tas arī ir ļoti naivs skatījums uz lietām, jo vadās pēc tā, ja ir magnētisms (precīzāk, fizikā to sauc par “feromagnētismu” - ka magnēts pievelk metāla lietas), tad tam vajadzētu palikt arī tad, ja mēs sagriež to atsevišķos atomos. Tas ir, ja burtiski ņemam atsevišķus atomus, tad dzelzs, kas, kā mēs zinām, ir feromagnētisks, kaut kā atšķiras no visiem pārējiem, jo tai ir tik spēcīgs magnētisms.
Faktiski magnētisms – feromagnētisms – ir pētīts jau sen, un izrādās, ka feromagnētisms dzelzē rodas tieši mijiedarbības dēļ. Dzelzs atomos – konkrēti atomos – nav nekā īpaša vai īpaša. Tas viss rodas pēc tam, kad jūs ievietojat daudz šo atomu un ņemat vērā to, kā tie mijiedarbojas viens ar otru - šeit parādās triks - un uzņemat lielu tilpumu, un tad pakāpeniski parādīsies atšķirība starp dzelzi un pārējiem elementiem. . Protams, ir arī citas vielas, kas ir magnētiskas, bet dzelzs ir visslavenākā.
Gribu arī teikt, ka šī lieta rodas ne tikai fizikā un tās dažādās jomās. Matemātikā ir pašas radušās parādības, ekonomikā ir pašas notiekošas parādības, pat bioloģijā tās pastāv. Ja vēlas, daudz ko var interpretēt kā pašizpaustu parādību – parādību, kas rodas mijiedarbības dēļ.
Patiesībā tas ir šausmīgi interesanti, jo šādi faktiski strādā teorētiskais fiziķis? Kad viņš vēlas izpētīt objektu, viņš par to kaut ko zina – piemēram, pētot vielu, viņš zina, ka viela sastāv no atomiem. Viņš raksta vienādojumus: ir atomi un to savstarpējās mijiedarbības spēki - tie it kā ir sākotnējie dati. Tas ir ļoti vienkārši, un tajās neko nevar saskatīt. Bet tad viņš mēģina atrisināt šos vienādojumus. Tāpat kā skolā, ir ļoti grūti atrisināt šos vienādojumus, jo tie ir ļoti sajaukti viens ar otru. Tomēr mēs cenšamies to atrisināt. Un, kad mēs sākam tos risināt, parādās dažas formulas, un tur tas viss pēkšņi parādās. Un tas ir ļoti aizraujošs skats, jo jūs sākotnēji neko nenoguldījāt, bet kaut kāda parādība, ko redzat mūsu pasaulē, pēkšņi piedzimst no formulām. Tas ir ļoti iespaidīgi, kad to visu redzi pa īstam.
Higsa lauks
"Vēl viens masas avots: viss Visums ir piepildīts ar neredzamo Higsa lauku. Daļiņas tai “pieķeras” un kļūst masīvas. LHC paātrinātājs pētīs, kā tieši šis lauks rodas.
Masas avots, par kuru es runāju - protonu masa - patiesībā ir tikai viens no iespējamiem. Patiesībā dabā darbojas vismaz divi - varbūt ir vairāk, mēs nezinām. Otrs masas avots dod masu vieglajām daļiņām, piemēram, elektroniem, kvarkiem utt. Un tas ir pavisam cits mehānisms, un arī teorija, kas to apraksta, ir pavisam cita. Šī teorija vēl nav pilnībā pārbaudīta, taču daudzas tās prognozes jau ir piepildījušās, un tā tiks ļoti aktīvi pētīta šajā lielajā, milzīgajā sadursmē, šajā lielajā eksperimentā.
Īsumā teorija ir šāda. Patiesībā ir daudz detaļu, stingri matemātiskas teorēmas, bet galvenais apgalvojums ir šāds. Sākotnēji visas daļiņas - kvarki, elektroni un tā tālāk - bija absolūti bezmasas. Tas nozīmē, ka, piemēram, lido elektronu bars, uz to iedarbojās neliels spēks, un tas aizlidoja kaut kur uz sāniem. Tas ir, tās ir daļiņas, kurām praktiski nav inerces, tās nelielu spēku ietekmē viegli aizlido kaut kur uz sāniem. Tad kaut kāda mehānisma dēļ dažas pazīmes – tas viss arī tiek pētīts – viss Visums ir piepildīts ar kaut kādu neredzamu Higsa lauku. “Higss” - no angļu zinātnieka Pītera Higsa vārda, kurš šo lietu izgudroja, angļu zinātnieks, tas viss ir nosaukts viņa vārdā.
Šis lauks vienmērīgi aizpilda visu Visumu, tas nav redzams, jo visas daļiņas pārvietojas caur to. Bet, kad viņi pārvietojas pa to, viņi no tā nedaudz atpaliek pieķerties. Grūti iedomāties, bet ticiet man, savā ziņā viņi pie tā turas. Tas nozīmē, ka lauks neļauj daļiņām pārāk ātri paātrināties. Daļiņas lidoja garām, uz tām iedarbojās kāds spēks, viņi mēģināja aizlidot, bet lauks to neļāva. Rezultātā viņi, protams, aizlido, bet kaut kā negribīgi, it kā viņiem būtu papildu inerce, it kā viņi vienkārši negribētu kustēties. Rezultātā formulās izskatās, ka tām ir masa. Tas ir pavisam cits masu izskata veids. Šeit nav sākotnējās enerģijas, kas, šķiet, ir kondensēta. Vienkārši notiek kustība caur kaut kādu vidi, kuru mēs neredzam, bet šai videi ir ietekme, proti, tā piešķir šīm daļiņām masu.
Šajā mehānismā ir daudz detaļu, es tām nestāstīšu, bet es vēlos, lai jūs sajustu šo mehānismu. Lai to izdarītu, es jums pateikšu analoģiju, ko jūs pat varat veikt mājās, tikai īsts eksperiments. Paņemiet putu gabalu un sadrupiniet to. Kad tas sagrūst mazos gabaliņos, jūs iegūstat mazas putu bumbiņas. Tas ir ļoti viegls. Jūs varat tos sadrupināt uz galda un pūst uz tiem - tie izlidos. Šī ir analoģija bezmasas daļiņām - tas ir, daļiņām, kurām ir ļoti maza inerce.
Tagad uzmanīgi uzlej ūdeni uz galda un sadrupina putas virsū. Pagaidiet, līdz tas nedaudz saslapinās, un atkal viegli uzpūšiet. Jūs redzēsiet, ka bumbiņas peld prom, bet kaut kā negribīgi. Ja mēs šo ūdeni nebūtu redzējuši, mums liktos, ka viņiem ir kāda dīvaina inerce, kuras agrāk nebija. Šī inerce rodas tāpēc, ka, pārvietojoties, viņiem ir jāspiežas cauri videi. Šajā gadījumā – caur ūdeni, bet patiesībā – caur Higsa lauku.
Jautājums:No kurienes vispār nāk Higsa lauks?
Tā patiesībā ir sarežģīta lieta, no kurienes tā nāk. Konstruējot mikropasaules modeļus, jūs ieviešat lietas, kas vēl nav skaidras – vai tās nāk no kaut kurienes vai ne. Tas var kļūt skaidrs vēlāk. Piemēram, var izrādīties, ka tas patiešām ir neizbēgami ņemts no kādas dziļākas teorijas. Fizikas vēsturē savulaik bija piemēri, kad kaut kas tika postulēts, un tad tas tika izsecināts no dziļākas teorijas. Pagaidām nav skaidrs, kas notiks ar Higsa lauku. Uzsvēršu, ka tas vēl nav pierādīts. Tas ir, šī teorija, kas jau tiek uzskatīta par vispārpieņemtu, šķiet, darbojas, pamatojoties uz netiešiem pierādījumiem, taču, lai to beidzot pierādītu, ir nepieciešams veikt eksperimentu Lielajā hadronu paātrinātājā un atrast šo daļiņu - Higsa bozonu, daļiņa, par kuru cilvēki vēlas saņemt Nobela prēmijas prēmiju (un, visticamāk, arī saņems).
Jautājums:Izrādās, ka daļiņas nezaudē enerģiju, ejot cauri Higsa laukam?
Ir svarīgi saprast atšķirību starp Higsa lauku un manu ūdens analoģiju: Higsa lauks traucē paātrināt, un ūdens neļauj kustēties. Jūs varat droši lidot cauri Higsa laukam ar nemainīgu ātrumu, un tas netraucēs; tas neļauj jums paātrināties. Patiešām, ir piemēri no parastās dzīves, kad rodas kāds spēks, kas novērš paātrinājumu.
Dažādas daļiņas pieķeras šim Higsa laukam dažādos veidos: dažas spēcīgākas, dažas vājākas. Dažas daļiņas vispār nelīp. Piemēram, elektromagnētiskie viļņi un gaisma nesadarbojas, tāpēc tie tiek ražoti bez masas. Tās daļiņas, kas ļoti cieši piekļaujas, kļūst ļoti masīvas.
Jautājums:Es vēlos precizēt: vai Higsa lauks ir vienīgais, kas piešķir daļiņām masīvumu un inerci, vai arī tam ir citi iemesli?
Es jau teicu, ka šis ir otrais mehānisms, bet bija arī pirmais, saskaņā ar kuru protoni kļuva masīvi. Faktam, ka protoni kļuva masīvi, nav nekāda sakara ar Higsa lauku. Var iedomāties pasauli, kurā Higsa lauka nebūtu vispār. Tad elektroni būtu bezmasas, kvarki būtu bezmasas, un protoni būtu tikpat masīvi, cik tie sver mūsu pasaulē, jo tas ir pavisam cits mehānisms.
Pirmo mehānismu apraksta gluona mākoņa kondensācija. Matemātiski diezgan sarežģīti, bet būtība ir aptuveni šāda. Šeit tas ir aprakstīts kā kaut kāds lauks, caur kuru jums ir jābrien cauri. Ir arī citi mehānismi - visticamāk, ir, bet es par tiem nerunāšu.
Jautājums:Izrādās, ka ir divi masas rašanās mehānismi. Vai Higsa lauks iedarbojas uz gluona mākoni?
Higsa lauks tieši neiedarbojas uz gluoniem. Bet tas ir jāsaka uzmanīgi, jo tas neiedarbojas uz gluoniem kā daļiņām, bet tas iedarbojas uz kondensātu. Tas nav viegli. Ir daudz smalkumu, bet, vienkārši sakot, tas tieši neietekmē gluona lauku. Un tomēr virtuālo grozījumu dēļ tas ir saistīts ar to.
Jautājums:Es domāju, ka gaismas ātrumu var izskaidrot ar Higsa lauku. Tā kā Higsa lauks nodrošina ķermenim masu, izrādās, ka tā enerģija, dalīta ar gaismas ātrumu, ir masa? Ir jābūt kādai Higsa lauka ietekmei uz gaismu, pretējā gadījumā tam nebūtu enerģijas.
Šīs lietas nav saistītas. Ir tāds termins no fizikas vēstures – ēteris. "Gaismojošais ēteris" Šī ir noteikta postulēta vide, kuras vibrācijas ir elektromagnētiskie viļņi. Tā viņi domāja pirms vairāk nekā simts gadiem. Patiesībā tagad tiek uzskatīts, ka šis ēteris ir pilnīgi nevajadzīgs mūsdienu elektromagnētisko parādību teorija.
Higsa lauks var šķist nedaudz līdzīgs ēteram, jo tas arī caurstrāvo visu Visumu. Faktiski tam nepiemīt ēterim nepieciešamās īpašības. Piemēram, tas vispār neietekmē fotonus. Fotoni vienkārši nāk un iet, un viņiem ir vienalga. Un to var viegli saprast, labi, ne īsti saprast - tas ir tikai eksperimentāls fakts. Tas, ka mēs redzam ļoti tālus kvazārus, no kuriem gaisma sasniedza mūs 10 miljardu gadu laikā, nozīmē, ka šajā laikā ar fotoniem nekas nenotika. Citādi viņi kaut kā tiktu izplatīti, iesmērēti, bet mēs redzam skaidru priekšstatu par šiem kvazāriem. Un visu šo laiku gaisma faktiski iet caur Higsa lauku. Nu, ja, protams, šī teorija ir patiesa - un tā ir 99% taisnība.
Tas ir, patiesībā šīs ir divas dažādas parādības - elektromagnētiskie viļņi un Higsa lauks -, kas nav savstarpēji saistīti.
LHC Collider dizains
Tagad dažas bildes.
Kodolieris ir sadursmju daļiņu paātrinātājs. Tur daļiņas paātrina divus gredzenus un saduras viena ar otru. Šī ir lielākā eksperimentālā instalācija pasaulē, jo šī gredzena – tuneļa – garums ir 27 km. Tas ir, viņam joprojām ir jāiekļaujas kalnos. Tas atrodas uz Šveices un Francijas robežas, tur sākas Alpi, no šīs vietas var redzēt Monblānu, bet otrā pusē ir citi kalni, tāpēc jums joprojām ir rūpīgi jāiekļaujas šajos tektoniskajos slāņos, lai viss būtu labi. Patiesībā šī bilde nav mērogā, jo diametrs ir gandrīz 9 km, bet dziļums tur ir 100 m. Tomēr tas aptuveni sniedz kopējo ainu.
Ir gredzens, pa kuru lido daļiņas. Tie ir paātrināti, paātrināti - ir īpašas paātrinājuma sekcijas. Viņi tiek paātrināti līdz šausmīgām enerģijām un pēc tam sadūrās. Tie ir saspiesti kopā noteiktās vietās, ap kurām atrodas jutīgi sensori. Tie ir ļoti lieli sensori, tos sauc par “detektoriem”, es tos parādīšu vēlāk.
LHC paātrinās šos protonus līdz šausmīgām enerģijām. Iedomājieties: daļiņas lido caur vakuuma cauruli, tās diametrs ir burtiski daži centimetri un stiepjas 27 km dažādos virzienos, pa perimetru. Daļiņas, kas tur lido – tās regulē magnētiskais un elektriskais lauks – ir atsevišķi gabali, piemēram, adatas. Tie ir ļoti plāni, mazāk par cilvēka matu biezi, un to garums ir vairāki centimetri vai vairāki desmiti centimetru. Viņi lido ar tik šausmīgu ātrumu, ka rada daudz enerģijas. Ja ņemtu visu šo daļiņu enerģiju, tā būtu aptuveni tāda pati kā kustīgas strūklas enerģija. Šķiet, ka tas ir kaut kāds sīkums: ja visas šīs daļiņas un protonus savāc un ievieto, tad neko neredzēsi, jo to ir ļoti maz, būs tikai viens nanograms. Bet, kad viņi paātrinās līdz šādām enerģijām, ja viņi kaut kur trāpīs, viņi ne tikai visu iznīcinās - viņi ceļos daudzus kilometrus.
Šādi izskatās tunelis iekšpusē. Iekšā ir kāds cilvēks - strādnieks vai fiziķis, es nezinu. Tunelis, protams, nav īpaši plašs. Šeit ir vakuuma caurule, kas ir aprīkota ar kaudzi iekārtu, jo, pirmkārt, ir jāuzrauga un jāvada stars. Tad tas viss notiek ļoti zemā temperatūrā: ir tikai 2 grādi pēc Kelvina, jo hēlijam ir jābūt superšķidrumā. Rezultātā sanāk tik bieza bandura, kurā sabāzts viss. Un tas viss stiepjas 27 km garumā. Tā nav tikai daļa aparatūras – tā ir diezgan precīza tehnoloģija. Piemēram, ja šīs sadaļas tiek salīdzinātas viena ar otru, tās tiek izlīdzinātas augstumā ar mikronu precizitāti. Tas nav tikai caurules gabala paņemšana un pievienošana citam gabalam. Šī instalācija ir ļoti gara, tāpēc, kā redzat, cilvēki nepārvietojas ar kājām. Iedomājieties, ka, lai nokļūtu eksperimentālās iestatīšanas otrā galā, jums ir jāveic diezgan liels velobrauciens. Dažreiz viņi brauc ar mazām automašīnām, it īpaši, ja tiek piegādātas dažas detaļas.
Piemēram, lūk, kā sadaļa izskatās šķērsgriezumā. Šī ir tikai viena no sadaļām ar savu specifisko funkciju. Šeit pat nevar uzreiz pateikt, kur atrodas caurule, no kurienes stara lido. Patiesībā šeit ir tādi mazi dzelteni kušķi (tas, protams, ir uzzīmēts, viss ir nereāls), viņi lido pa šīm caurulēm. Bet tad šīs caurules jau ir aprīkotas ar magnētiem, izolācijas sekcijām utt. Tātad viss ir sarežģīti un ļoti dārgi.
Šeit ir tipisks detektora skats. Šis ir ATLAS detektors, kas darbosies LHC. Vai jūs domājat, ka tas ir liels vai mazs? Tas ir liels, jo cilvēki šeit ir piesaistīti mērogam. Iedomājieties, tas ir 4-5 stāvu ēkas lielumā. Visa šī bandura ir nolaista šahtā - nevis pilnībā, bet gabalos - un tur ir uzstādīta... Patiesībā ATLAS jau ir praktiski uzstādīts un tas tiešām darbojas. Tiesa, viņš tagad pēta nevis staru sadursmi, bet gan kosmiskos starus. Šeit stari ierodas no kosmosa, tie atstāj pēdas arī detektorā, tas tos vienkārši pārbauda - tiešām viss darbojas kā nākas. Vissvarīgākais ir tas, ka šeit nav instalēta tikai aparatūra - tas viss ir ļoti sarežģīts aprīkojums. Tas ir burtiski pieblīvēts ar elektroniku, un šeit izmantotā viela ir ļoti reta un sarežģīta. Ja iedomājaties, tas ir prātam neaptverami, cik daudz naudas tas viss prasa. Faktiski, protams, tā nebija tikai viena grupa, kas to radīja vairāki tūkstoši cilvēku.
Jautājums:Cik ATLAS detektori tiks uzstādīti šajos kolaideros?
ATLAS ir īpašvārds, tā sauca šo konkrēto detektoru. Kas attiecas uz detektoriem kopumā, tad šeit ir parādīts: būs divi lieli detektori, kas paredzēti visam pasaulē - ATLAS un CMS (tās ir tādas milzīgas bandūras), plus divi mazāki detektori - ALICE un LHCb. Nu un vēl dažas pavisam mazas. Tas ir, reāli tur darbosies septiņi eksperimenti, bet tādi lieli būs divi.
Vienā minūtē es jums pastāstīšu, kā tas viss tiek darīts. Jūs nonākat kādā pētnieku grupā – piemēram, uz Itālijas dienvidiem. Ir cilvēki, kas nodarbojas ar fiziku, ir neliela grupa - divi cilvēki plus trīs studenti, kuri arī faktiski strādā pie ATLAS. Kā izskatās viņu konkrētais darbs? Viņiem ir laboratorija, un tur viņi izveidoja, montēja, testēja, savienoja kādu mazu gabaliņu, piemēram, šim stūrītim. Viņi to rūpīgi izpēta – gadu, varbūt divus. Jums pilnībā jāsaprot, kā šī ierīce darbojas, lai vēlāk, kad viss būs savienots, viss būtu tip top. Studenti aizstāv savu kursa darbu vai diplomu utt.
Tad, kad visas šīs lietas ir izpētītas un pabeigtas burtiski desmitiem, varbūt pat simtiem laboratoriju visā pasaulē, tās visas tiek savāktas vienuviet, un tad tiek savāktas lielas daļas. Piemēram, šeit centrā ir ļoti svarīgs centrālais detektors, tas ir salikts vienuviet. Citur viņi savāc gabalus šiem utt. Pēc tam, kad tas viss ir savākts, tos visus nogādā CERN, kur atrodas šī instalācija, nolaiž šahtās un samontē uz vietas. Tātad šis ir ļoti rūpīgs darbs.
Vai redzat centrālo detektoru, kas, es teicu, ir ļoti svarīgs? Tas šķiet ļoti mazs, bet patiesībā tas ir cilvēka augumā. Šeit ir attēls. Šeit sēž vīrietis un saliek pēdējos gabalus šim lielajam (šajā mērogā) centrālajam detektoram. Šis ir cilindrs, kas pilns ar sarežģītu elektroniku. Šeit ir veikts neliels palielinājums, lai tikai parādītu, cik daudz vadu tur iet. Un pa katru vadu būs signāls, ka te lidoja tāda un tāda daļiņa, atstāja tik lielu lādiņu utt. Ja to visu analizē kopā – no desmitiem, simtiem tūkstošu vadu – tas viss kopā sniedz priekšstatu par notikušo.
Un šeit ir piemērs vielai, kas tika radīta īpaši daļiņu fizikas eksperimentiem (ne šajā LHC eksperimentā, bet agrāk). Tas ir aerogels, ko dažreiz sauc par "cietiem dūmiem". Šī viela ir ļoti viegla un diezgan trausla, kā arī vieglāka par putupolistirolu. Tas ir tikai vairākas reizes smagāks par gaisu, bezsvara, caurspīdīgs. Tā īpatnība ir tāda, ka refrakcijas indekss ir tāds, ka dabā neviena viela neeksistē - 1,05. Kādu iemeslu dēļ tas dabā nepastāv. Vai kā ūdens - 1,3, vai kā gāzes - 1,00002. Bet tādas vielas nebija, un tā bija jārada. Jo ar šī gabala palīdzību ir ļoti ērti izmērīt daļiņas ātrumu.
Bet tā tas izskatīsies — tā, protams, ir simulācija — mūsu uztveramās daļiņas (Higsa bozona) sabrukšana. Es teicu, ka sadursmes notiek ļoti bieži, tiek saņemti miljardi, triljoni datu. Ja jūs iziet cauri tiem ar datoru, dažreiz šādi notikumi notiek. Katru šādu attēlu sauc par notikumu. Nu, ko jūs šeit varat redzēt? Šis ir simulēts CMS detektora gala skats. Šeit var redzēt, ka ir daļiņas, kas izkliedējās šādi, ir daļiņas, kas lidoja līdz galam šeit un izlaida daudz enerģijas, un ir tādas, kas lido mazas. Šādi izskatīsies Higsa bozona dzimšana un sabrukšana; Cilvēki medīs šādus notikumus.
Notikumi ne vienmēr būs tik vienkārši, dažreiz tie būs sarežģīti. Šeit ir parādīta vēl viena sadursme: nevis protons uz protona, bet gan divu kodolu sadursme ALICE detektorā (šī arī ir simulācija). Iedomājieties: sadūrās divi svina kodoli, tajos jau ir kopā 400 daļiņas, un piedzima vēl ķekars, un šie tūkstoši daļiņu no viena punkta izkliedējas dažādos virzienos. Detektoram nevajadzētu vienkārši skatīties un teikt: "Ak, tik daudz daļiņu!" Viņam ir jāizmēra visas šīs trajektorijas, jāsaskaita daļiņu skaits, to enerģijas, tas viss jāapkopo un jāsaprot, kā šīs daļiņas ir izkliedētas. Tas ir, pašā pirmajā brīdī, kad viņi vienkārši sadūrās, kā tas viss sāka kustēties. Tas viss ir vajadzīgs, tāpēc tiek radīta tik sarežģīta tehnoloģija.
Mēs ar jums zinām, ka ir divi masas rašanās mehānismi, par kuriem mēs noteikti zinām, ka tie pastāv. Tomēr ar to stāsts nebeidzas, jo, iespējams, ir arī citi veidi, kā ģenerēt masu. Tas, ko mēs uzskatām par masīvu ķermeni, patiesībā var iegūt savu masu no ļoti dažādiem mehānismiem.
Šis lielais koliders ne tikai sniegs atbildes uz jautājumiem, kas fiziķus mocījuši jau daudzus gadus, jo teorētiķi vairs nezina, ko izdomāt, jo dabai ir sakrājies pārāk daudz iespēju uz tiem atbildēt. Tas arī pavērs jaunu ceļu tālākām teorijām. Fiziķi sapratīs, kur tālāk virzīties un ko attīstīt.
Jautājumi pēc lekcijas
Jautājums: Tas tika teikts par Higsa bozonu. Higsa lauks... Vai... Higsa bozons ir savstarpēji saistīts – vai tas... par ko īsti ir interese...?
Patiesībā es aizmirsu pateikt. Tātad, paskaties. Higsa bozons ir šī Higsa lauka svārstības, tas ir pilnīgi jauna veida daļiņas. Bet to var arī ilustrēt - šī līdzība ar ūdeni. Atcerieties, ko es jums teicu: putas uz galda un nedaudz ūdens. Pūšot pa šo ūdeni, jūs ne tikai redzat, ka pašas daļiņas kaut kur ir uzpeldējušas, bet dažreiz, īpaši, ja jūs pūšat pa ūdeni spēcīgi, jūs redzēsiet viļņus uz ūdens virsmas, kas izkliedējas. Tātad viļņi ir vides vibrācijas, kas ierobežo daļiņas. Vai tu saproti? Un viņu klātbūtne ir svarīgs pierādījums tam, ka patiešām pastāv sava veida vide. Tātad Higsa bozons ir arī Higsa lauka svārstības. Lai tā piedzimtu, daļiņa jāsaduras ar lielu ātrumu un lielu enerģiju. Un tāpēc tas ir jāatver. Ja tas netiek atvērts, tad patiesībā tas nozīmē, ka šī teorija ir nepareiza.
Jautājums:Kāda ir aplēstā Higsa bozona masa?
Bet šī ir visgrūtākā lieta. Jo, es saku, dažādi modeļi paredz pilnīgi dažādas lietas. Daži vispār neko neprognozē. Daži kaut ko prognozē. Ir eksperimentāli ierobežojumi - labi, daži, ne īpaši svarīgi. Problēma ir tā, ka vēl nav skaidrs, kāda ir tā masa.
Jautājums:Jūs runājāt par Higsa mehānismu masas rašanās gadījumā. Ir skaidrs, kāpēc daļiņas kļūst inertas, bet nav skaidrs, kāpēc tās ir jāpievelk vienai pie otras, ja tās iegūst tādu masu? Nu, es domāju, gravitācijas. No kurienes tad rodas gravitācija?
Tas ir skaidrs. Tātad, paskaties. Darīsim to šādi. Higsa mehānisms nav tieši saistīts ar gravitāciju. Gravitācija, ja ļoti precīzi, nerodas starp masām - Ņūtona gadījumā tā notiek starp masām, bet relativitātes teorijā vispārējā relativitātes teorijā tā notiek starp objektiem, kuriem ir enerģija. Vai tu saproti? Tātad, ja jums ir bezmasas daļiņa, bet tā kaut kur lido, tad tai ir arī enerģija. Un principā viņa arī piesaista. Vienkārši, kad daļiņai ir masa, to var apturēt, un tad no tās enerģijas paliks tikai masa. Bet šis ir īpašs gadījums. Faktiski gravitācija pastāv arī starp bezmasas daļiņām. Higsa mehānisms vienkārši parāda to savādāk, bet gravitācija pastāv tik un tā.
Jautājums:Jūs teicāt, ka neitrons un protons, īpaši protons, sastāv no trim kvarkiem, kas ģenerē gluona lauku. Kā viņi aprēķināja kvarku skaitu neitronā un protonā un vispār - kā to eksistenci var pārbaudīt eksperimentāli, kā to pierādīt?
Atkārtošos tagad, es būtībā jau teicu, ja to nebūtu, ja viss būtu piepildīts ar cietām vielām, tad, daļiņām saduroties, viss kaut kā vairāk vai mazāk izotropiski izlidotu. Dažādos virzienos, bet aptuveni vienādi. Eksperimenti liecina, ka, sākot sadurties ar daļiņām pie lielām enerģijām, rezultāts ir strūklas, ļoti šauri virzītas strūklas. Aprēķini liecina, ka tie var rasties tikai situācijā, kad jums ir mazi kompakti objekti, kas izlido un ģenerē strūklas. To skaits ir saistīts arī ar eksperimentāliem datiem - tās ir tehniskas lietas, proti, tās var arī atjaunot.
Jautājums:Jūs teicāt, ka protoni atšķiras tikai ar atšķirīgo kvarku izvietojumu...
Nevis protoni, bet ir daudz protonu brāļu – daļiņu, kas ir līdzīgas protoniem. Un visi no tiem šajā sērijā atšķiras viens no otra nevis pēc daudzuma, bet tikai ar kvarku atrašanās vietu.
...un tajā pašā laikā jūs arī teicāt, ka ir dažādi kvarki. Tas ir, tas ir atkarīgs arī no atšķirības starp kvarkiem?
Jā, tas ir, vienkārši ir kvarki, teiksim, smagie, kas paši par sevi ir smagi. Viņi ir nestabili, bet kādu laiku dzīvo. Un no tiem jūs varat arī izgatavot protona analogu. Šīs daļiņas ir zināmas, tās ir atvērtas, tās ir tikai smagākas daļiņas – tajās sēž citi kvarki.
Jautājums:Es gribētu jautāt, drīzāk, nevis par pašu lekciju, bet par jautājumu kopumā. Kādi vēl ir iespējamie masas rašanās mehānismi?
Tas ir skaidrs. Nu, ļaujiet man pateikt vēl pāris. Pirmkārt, ir superunifikācijas teorija, kas apvieno trīs zināmās mijiedarbības – vājo, spēcīgo un elektromagnētisko. Tas viss notiek vēl mazākos attālumos, kur mūsdienu eksperimenti vēl nemaz nav sasnieguši. Mūsdienu teorijām, kas mēģina to aprakstīt, ir arī Higsa lauka analogs, tikai tas ir smagāks. Tātad, iespējams, ir daļiņas, kas savu masu iegūst nevis šī Higsa lauka dēļ, kas it kā ir “mūsējais”, kas tiks pētīts LHC, bet gan smagāka dēļ. Nu, iespējams, tas ir tas pats mehānisms, tomēr šādas daļiņas ir.
Pilnīgi atšķirīgs veids ir superstīgu teorija. Ir tāda moderna superstīgu teorija. Tur stīgu vibrācijas nav Higsa lauks, nevis enerģijas koncentrācija - tas ir tikai jauns masas ģenerēšanas mehānisms.
Kopumā es nezinu, kā jūs iztēlojaties masu. Varbūt tas jums šķiet kaut kas īpašs. Patiesībā, ja jūs rakstāt vienādojumu, tas ir tikai daži papildu termini, kas parādās šeit. Šis termins izskatās pēc masas. Mēs to saucam par masu. Tas ir, nav nekā īpaši pārsteidzoša faktā, ka masa kaut kādā veidā parādās.
Jautājums:Jūs teicāt, ka tiem saduroties, kodoli izkliedējas vairākos simtos daļiņās. Viņi izlidos kvarkos - un kas vēl?
Atkarībā no enerģijas tie izkliedējas atšķirīgi. Viņi var daudz. Bet tie nesadalīsies kvarkos. Tur ir tāda situācija. Es jau teicu, ka no protona nevar vienkārši izvilkt kvarku. Ja jūs mēģināt to izdarīt, jūsu gluona lauks sāks “uzbriest”, un kādā brīdī tas salūzīs - ir vienkārši enerģētiski izdevīgi to salauzt šādā veidā. Kad tas saplīst, lūzuma vietā piedzimst kvarka-antikvarka pāris (ja nedaudz pārzini terminoloģiju). Izrādās, ka viņi mēģināja izraut kvarku no protona - bet tas, kas atdalījās, nebija kvarks, bet gan pi-mezons (šī ir daļiņa, kas sastāv no kvarka un antikvarka). Kad šīs daļiņas faktiski piedzimst procesā, tas izskatās apmēram šādi: pirmkārt, pirmie kvarki saduras, tie mēģina izlidot. Kad tie aizlido uz kādu attālumu, šis mākonis saplīst, šeit parādās “kvarks + antikvarks” un šeit “kvarks + antikvarks”, tad saplīst dažādās vietās. Un pēc tam, kad tas viss ir salūzis un enerģija jau nomierinājusies (jo sākumā enerģija bija pārāk liela), tad daļiņas aizlido: pi-mezoni, K-mezoni, dažādi hadroni utt.
Jautājums:Kāpēc, ja mēs ņemam vērā Higsa lauka teoriju, vai dažādām daļiņām ir atšķirīga masa?
Un arī tas ir neskaidrs. Uz šo jautājumu šīs teorijas ietvaros nav atbildēts. Diemžēl ir jautājumi, uz kuriem šī teorija neatbild. Bez šīs teorijas mēs zinām, ka ir dažādas daļiņas ar dažādu masu. Šī teorija saka to pašu, tikai citos vārdos: šīs daļiņas dažādos veidos pieķeras laukam. Bet kāpēc viņi tik ļoti pieķeras, nav pilnīgi zināms. Fiziķi cer, ka tas sāks kļūt skaidrāks pēc tam, kad viņi beidzot atklās šo Higsa bozonu, jo ir daudz iespēju, un viņi sāks izdomāt, kāda veida Higsa lauks tas ir, kāds konkrēts mehānisms to ģenerē visā Visumā. Bet tas joprojām ir atklāts jautājums.
Jautājums:Vai duālisma fenomens ir saistīts ar gluona mākoni?
Nē, tas nav saistīts. Duālisms - viļņu-daļiņu duālisma izpratnē - vienkārši rodas kvantu mehānikā, bez jebkādām papildu daļiņām, bez jebkādiem gluoniem.
Jautājums:Stīgu teorija mēģina izskaidrot ne tikai kā, bet arī kāpēc. Bet vai Higsa lauka teorija izskaidro, kāpēc pastāv tik daudzveidīgas daļiņas?
Nē, nē, tas, protams, nepaskaidro. Šī Higsa teorijas versija (tās oficiālais nosaukums ir “elektrovēža teorija ar spontānu elektrovāju spēku pārkāpumu”) to nepaskaidro. Patiesībā šī nepavisam nav alternatīva šai stīgu teorijai. Tās ir teorijas, kas darbojas “dažādos stāvos”, tā sakot. Arī superstīgu teorija vēl neko nesaka par šo Higsa mehānismu.
Jautājums:Vai šīs teorijas var pārklāties?
Viņi nekrustojas, viņi var sekot viens otram. Superstīgu teorija ir formulēta ar ļoti lielām enerģijām. Pēc tam, kad viss ir sablīvēts, tiek iegūtas zemas enerģijas. Superstīgu teorija vēl nevar atbildēt, kas notiks ar zemu enerģiju. Tagad, ja viņa spēs izcelt Higsa laukumu, tas būs liels panākums, taču līdz šim viņa to nevar izdarīt.
Jautājums:Jūs teicāt, ka kaut kas no Higsa teorijas jau ir apstiprināts. Kas tieši?
No tā tika apstiprināts sekojošais. Ir daļiņas, kas panes vāju mijiedarbību: W- un Z-bozoni. Viņiem ir masa, un šo masu ģenerē arī Higsa mehānisms. Bet atšķirībā no parastās matērijas - elektroniem un kvarkiem - tur nav nekādas nenoteiktības, viss ir skaidri definēts teorētiski. Tas ir, teorija var vienkārši skaidri aprēķināt, piemēram, šo daļiņu masu attiecību pret otru. Šī vērtība tika aprēķināta un prognozēta 70. gados. Pēc tam viņi sāka eksperimentāli medīt šos W un Z bozonus. Tie tika atklāti, un to masa sakrīt ar šīs teorijas prognozi 1-2% robežās. Ir grūti iedomāties citus modeļus, kas nodrošinātu tikpat labu vienošanos. Bet, manuprāt, tās pastāv, proti, principā vēl ir alternatīvas. Šoreiz. Otrkārt, daļiņas, kuras vēl nav atklātas, var sajust pat tad, ja tās neredzat. Kvantu mehānikā ir tādas virtuālās korekcijas - smago daļiņu fluktuācijas, kad smagās daļiņas nedzimst, bet uz brīdi parādās vakuumā, un tad atkal pazūd (bet tie ir tikai vārdi, patiesībā nevajag iedomājieties šo attēlu vizuāli). Šis mehānisms ietekmē daļiņu īpašības un to izkliedes reakcijas - nu, parastās daļiņas, piemēram, protonus. Šīs korekcijas, korekcijas koeficienti, tika aprēķinātas Higsa teorijas ietvaros, un šķiet, ka tie saskan ar eksperimentu. Tas ir, Higsa bozons vēl nav atklāts, bet tas jau ir it kā netieši jūtams.
Jautājums:Esmu dzirdējis par teoriju — iespējams, tā ir superstīgu teorija —, kas apgalvo, ka mūsu Visums ir pulsējošs vilnis un ka lielā palielinājumā no šiem viļņiem veido arī atomi. Vai jūsu versijā ir iespējama Visuma ligzdošana?
Es nevaru teikt, ka tas ir neiespējami, bet es nezinu šādu teoriju, kas patiešām darbojas.
Jautājums:Vai avārijas notiek pie sadursmes? Droši vien tur ir milzīgs starojums?
Ir, jā. Reti, bet gadās. Parasti viņi cenšas tos novērst. LHC būvniecības laikā drošības pārkāpuma dēļ gāja bojā viens strādnieks. Kādā šahtā viņi cēla kravu, kas izrādījās vaļīga. Strādnieks atradās zemāk, un viņš tika vienkārši piesists. Viņi arī saka (nezinu, cik ļoti tam var ticēt), ka kādam vīrietim pa galvu trāpījis stars. Viņam bija caurums, bet viņš joprojām dzīvoja pēc tam.
Protams, tur ir milzīgas enerģijas, un tās patiešām neko neatstāj vietā, kur nolaižas. Tas ir, viņi var viegli izlauzties cauri šim kanālam visur. Bet tas nenozīmē, ka viņi visu saplosīs gabalos, kā rāda filmās. Principā tas ir iespējams, bet cik tas ir reāli - es nezinu.
Taču bija tikai nelielas traumas, piemēram, kad cilvēki aizmirsa izslēgt magnētisko lauku. Ejot garām un, piemēram, kabatā ir uzgriežņu atslēga, ar tādu spiedienu tā vienkārši izlido no kabatas un var savainot.
Jautājums:Kas neļauj daļiņai “kvarks + antikvarks” vienkārši iznīcināties?
Nekas netraucē, viņi patiešām iznīcina. Patiesībā tas ir atkarīgs no tā, kādu daļiņu jūs lietojat. Šeit ir pi-zero mezons - tas sastāv no kvarka un tā paša antikvarka. Tie var iznīcināties, un jūs galu galā sadalāties fotonos. Pī mezons faktiski sadalās fotonos.
Kā viņi uzzinās, ka viņš pastāv?
Ir daļiņas, kas dzīvo diezgan ilgi – piemēram, mikrosekundes. Mikrosekundēs ar gaismas ātrumu tie var lidot diezgan tālu. Tie atstāj pēdas noteikšanas iekārtā: jūs varat vienkārši redzēt, ka daļiņa kustējās, un pēc tam sadalās divās daļās. Tas viss izskatās reāli. Bet pi-zero mezons dzīvo ļoti īsi, un tāpēc tam nav laika nekur lidot. Šāda veida daļiņas tiek rekonstruētas pēc to nemainīgās masas, tas ir, sabrukšanas produktu kopējās enerģijas. Ja jums ir daļiņa, piemēram, pi-nulles mezons, kas var sadalīties divos fotonos, tad jūs vērojat tās reakcijas kaut kādā sadursmē. Nevis vienā, bet daudzās: vienkārši tūkstošiem līdzīgu sadursmju. Un izveidojiet šo divu fotonu kopējās enerģijas sadalījumu. Parasti attēls ir šāds: pie dažādām enerģijām jūs saņemat dažus fotonus, bet pie noteiktas enerģijas jūs saņemat daudz. Izrādās tāda virsotne. Ja ticam kvantu elektrodinamikai, kvantu teorijai, tad tas notiek tikai tāpēc, ka izveidojās daļiņa, kas sadalījās. Šādi tās tiek atjaunotas.
Jautājums:Tika izteikta doma, ka klusie kvarki un kustīgie kvarki ir dažādas lietas. Lūdzu, paskaidrojiet, cik tie atšķiras. Vai tās tiešām ir dažādas lietas? Vai šīs triviālās atšķirības, piemēram, miera stāvoklī esošs objekts un kustīgs objekts, ir vai nav?
Nē, tās ir sarežģītākas atšķirības.
Vai ir saglabāta relativistiskās teorijas nemainīgums? Galu galā visam ir jāatbilst relativitātes teorijai.
Tur viss sakrīt. Tagad es neuzdrošinos to izskaidrot šajā līmenī. Šīs ir sarežģītākas attiecības. Ja vēlaties, mēs par to varam runāt atsevišķi.
Jautājums: Man ir daži precizējoši jautājumi.
1. Vai LHC ir pp vai anti-pp paātrinātājs?
Jā, tas ir pp, tas ir, protonu-protonu paātrinātājs. Tas ir tāpēc, ka ir ļoti grūti iegūt antiprotonus šādos daudzumos. Tās dabā nepastāv; Koliderā ir daudz ļoti koncentrētu daļiņu, un tās ir jāražo ļoti ātri.
2. Jūs runājāt par supravadītspēju un to, ka šis efekts pastāv lielos apjomos. Vai tā ir taisnība, ka nanodaļiņām vakuumā tādos pašos apstākļos nebūs supravadītspējas?
Tas nav skaidrs. Patiesībā es teicu, ka nav robežas, zem kuras tā pilnībā nav, un virs kuras tā ir pilnībā klāt. Vienkārši ir parādība, kas pakāpeniski ieslēdzas, palielinoties daļiņām.
3. Mēs cenšamies noraut protonā esošo gluona mākoņa gabalu. Jūs teicāt, ka, noraujot gabalu, izaug mākonis. Kā protons zina, cik daudz tas ir jāpalielina?
Nav nepieciešams iedomāties gluonus tā, it kā viņi vienkārši sēdētu savā vietā, un viss. Faktiski katrs gluons nav kaut kas tik mazs, bet vienlaikus atrodas visā protonā. Viņi vienkārši traucē viens otram, kaut kādā viltīgā veidā. Ja noplēsiet kādu gluona mākoņa gabalu, visas daļiņas “sajutīs”, ka kaut kas ir noticis, un sāks vairoties, lai visu aizpildītu.
Līdz kuram laikam viņi to darīs?
Tādā mērā, ka viss ir piepildīts. Šeit es varu sniegt vienkāršāku analoģiju ar Maxwell ātrumu sadalījumu. Ja ņemat gāzi klusā stāvoklī istabas temperatūrā un izmērāt ātrumu, tas būs Maksvela sadalījums. Tagad noņemsim lielas enerģijas daļiņas (principā tā var darīt - nevis noņemt, bet strauji palēnināt). Rezultāts ir tik izkropļots profils. Ko darīs atlikušās daļiņas? Vai viņi pārvietosies tāpat? Nē: ja pagaidīsiet kādu laiku, tad viss izlīdzināsies un atkal kļūs par Maxwell distribūciju, labi, varbūt nedaudz nobīdītu. Mijiedarbības laikā nepareizi, nestabili stāvokļi pamazām pārvēršas stabilos. Tas pats ir ar gluona mākoni.
4. Ja gluoni nolemj vairoties un aizpildīt tilpumu, vai to kopējā enerģija palielinās?
Nē, kad viens gluons izstaro otru, enerģija tiek sadalīta starp tiem.
Tas ir, skaits palielinās, kamēr enerģija tiek saglabāta?
Kvantu daļiņas ir šādas: to skaits nav fiksēts, bet to enerģija ir .
Jautājums:Kad noraujam gabaliņu no gluona mākoņa, atņemam arī kādu masu. Pēc tam mākonis tiek atjaunots. Es varu to noplēst daudzas reizes. Vai tas kādreiz apstāsies?
Ja jūs patiešām noplēšat gabalu, jūs ietekmējat šo protonu. Jūs nevarat vienkārši paņemt gabalu un to atkabināt. Pats protons nesadalās par apakšprotonu un vēl vienu gluona lauka gabalu, jo tie piesaista viens otru. Ja gribi no tā paņemt gabaliņu no gouon mākoņa, tad tas kaut kā jāpavelk. Un šajā brīdī jūs ievietojat papildu enerģiju šim protonam. Šī enerģija pilnībā tiek tērēta jauna homoona mākoņa veidošanai. Tas ir, jums vienkārši rūpīgi jāiedomājas, kā tas patiesībā notiek.
Jautājums: Vai eksperimentāli ir atklāti reversie procesi – no gluona laukiem līdz kvarkiem?
Jā, gluona lauki var sadurties, un rodas pāri “kvarks + antikvarks”.
Jautājums:Vai Higsa lauks var palīdzēt izskaidrot tumšās enerģijas būtību?
Enerģija? Nu, matērija, protams, var palīdzēt, bet kā ar enerģiju? Šī ir sarežģīta lieta. Atkal, es nevaru teikt, ka tā nevar. Bet tumšā enerģija joprojām ir mulsinošāka nekā tumšā matērija. Tumšajā enerģijā ir jāņem vērā Higsa lauks. Ja kāds apņemas kādā modelī aprakstīt tumšo enerģiju, viņam jāņem vērā arī Higsa lauka enerģijas blīvums. Pagaidām neko konkrētāku pateikt nevaru.
Jautājums:Kā teorētiski tika atšķirtas dažādas daļiņas, kurām pirms Higsa lauka nebija masas?
Viņi ne ar ko neatšķīrās. Fakts ir tāds, ka tad – “tad” tas nozīmē tieši pirms šīs simetrijas pārtraukšanas – starp šīm daļiņām bija pilnīga simetrija. Viņi izskatījās vienādi. Tagad ir zināmi trīs leptoni: elektrons, mions un tau leptons. Tie atšķiras pēc masas. Un tad viņi visi bija bezmasas un izskatījās absolūti vienādi. Un tad tika salauzta simetrija, parādījās masas utt.
Jautājums:Ja mēs varam noplēst gluona mākoņa gabalus, vai mums ir tāda pati enerģija, bet bez kvarkiem iekšā?
Jā, teorētiski tas ir iespējams. Bet tas vēl nav eksperimentāli atklāts, lai gan viņi to meklējuši jau 40 gadus. To sauc par līmbumbu.
Jautājums:Vai jūs varētu uzrakstīt sarakstu ar labām fizikas grāmatām iesācējiem?
Nu, es neaptvēru visu fiziku, bet es droši vien uzrakstīšu izlasi par elementārdaļiņu fiziku un visu, kas saistīts ar LHC.
Šūnas kodols ir centrālā organelle, viena no vissvarīgākajām. Tā klātbūtne šūnā liecina par augstu organisma organizētību. Šūnu, kurai ir izveidots kodols, sauc par eikariotu. Prokarioti ir organismi, kas sastāv no šūnas, kurai nav izveidots kodols. Ja mēs detalizēti apsveram visas tā sastāvdaļas, mēs varam saprast, kādu funkciju veic šūnas kodols.
Pamata struktūra
- Kodolenerģijas apvalks.
- Hromatīns.
- Nucleoli.
- Kodolmatrica un kodolsula.
Šūnas kodola struktūra un funkcija ir atkarīga no šūnas veida un tās mērķa.
Kodolenerģijas apvalks
Kodola apvalkam ir divas membrānas - ārējā un iekšējā. Tos vienu no otra atdala perinukleārā telpa. Apvalkā ir poras. Kodolporas ir nepieciešamas, lai dažādas lielas daļiņas un molekulas varētu pārvietoties no citoplazmas uz kodolu un atpakaļ.
Kodolporas veidojas iekšējās un ārējās membrānas saplūšanas rezultātā. Poras ir apaļas atveres ar kompleksiem, kas ietver:
- Plāna diafragma, kas aizver caurumu. To iekļūst cilindriski kanāli.
- Olbaltumvielu granulas. Tie atrodas abās diafragmas pusēs.
- Centrālā proteīna granula. Tas ir saistīts ar perifērām granulām ar fibrilām.
Poru skaits kodola membrānā ir atkarīgs no tā, cik intensīvi šūnā notiek sintētiskie procesi.
Kodola apvalks sastāv no ārējās un iekšējās membrānas. Ārējais nonāk raupjā ER (endoplazmas retikulumā).
Hromatīns
Hromatīns ir vissvarīgākā viela, kas iekļauta šūnas kodolā. Tās funkcijas ir ģenētiskās informācijas uzglabāšana. To attēlo eihromatīns un heterohromatīns. Viss hromatīns ir hromosomu kopums.
Eihromatīns ir hromosomu daļas, kas aktīvi piedalās transkripcijā. Šādas hromosomas atrodas difūzā stāvoklī.
Neaktīvās sekcijas un veselas hromosomas ir kondensēti gabali. Tas ir heterohromatīns. Mainoties šūnas stāvoklim, heterohromatīns var pārveidoties par eihromatīnu un otrādi. Jo vairāk heterohromatīna kodolā, jo zemāks ir ribonukleīnskābes (RNS) sintēzes ātrums un mazāka kodola funkcionālā aktivitāte.
Hromosomas
Hromosomas ir īpašas struktūras, kas parādās kodolā tikai dalīšanās laikā. Hromosoma sastāv no divām rokām un centromēra. Pēc formas tie ir sadalīti:
- Stieņa formas. Šādām hromosomām ir viena liela roka, bet otra maza.
- Vienlīdzīgi bruņoti. Viņiem ir salīdzinoši identiski pleci.
- Jaukti pleci. Hromosomas rokas vizuāli atšķiras viena no otras.
- Ar sekundāriem sašaurinājumiem. Šādai hromosomai ir necentromērisks sašaurinājums, kas atdala satelīta elementu no galvenās daļas.
Katrā sugā hromosomu skaits vienmēr ir vienāds, taču ir vērts atzīmēt, ka organisma organizācijas līmenis nav atkarīgs no to skaita. Tātad cilvēkam ir 46 hromosomas, vistai – 78, ezim – 96, bērzam – 84. Visvairāk hromosomu ir papardei Ophioglossum reticulatum. Vienā šūnā ir 1260 hromosomas. Myrmecia pilosula sugas skudras tēviņam ir vismazākais hromosomu skaits. Viņam ir tikai 1 hromosoma.
Pētot hromosomas, zinātnieki saprata šūnas kodola funkcijas.
Hromosomas satur gēnus.
Gene
Gēni ir dezoksiribonukleīnskābes (DNS) molekulu sekcijas, kas kodē specifiskas olbaltumvielu molekulu kompozīcijas. Tā rezultātā ķermenis uzrāda vienu vai otru simptomu. Gēns ir iedzimts. Tādējādi šūnas kodols veic ģenētiskā materiāla pārnešanas funkciju nākamajām šūnu paaudzēm.
Nucleoli
Kodols ir blīvākā daļa, kas nonāk šūnas kodolā. Funkcijas, ko tā veic, ir ļoti svarīgas visai šūnai. Parasti ir apaļa forma. Kodolu skaits dažādās šūnās ir atšķirīgs - var būt divi, trīs vai vispār nav. Tādējādi sasmalcinātu olu šūnās nav kodolu.
Kodola struktūra:
- Granulēta sastāvdaļa. Tās ir granulas, kas atrodas kodola perifērijā. To izmērs svārstās no 15 nm līdz 20 nm. Dažās šūnās HA var būt vienmērīgi sadalīts visā kodolā.
- Fibrillārais komponents (FC). Tās ir plānas fibrillas, kuru izmērs svārstās no 3 nm līdz 5 nm. Fk ir kodola difūzā daļa.
Fibrilārie centri (FC) ir fibrilu apgabali ar zemu blīvumu, kurus, savukārt, ieskauj šķiedras ar augstu blīvumu. Personālo datoru ķīmiskais sastāvs un struktūra ir gandrīz tāda pati kā mitotisko hromosomu nukleolu organizētājiem. Tās sastāv no līdz 10 nm biezām fibrilām, kas satur RNS polimerāzi I. To apliecina fakts, ka fibrillas ir iekrāsotas ar sudraba sāļiem.
Kodolu strukturālie veidi
- Nukleolonemāls vai retikulārs tips. Raksturīgs ar lielu granulu skaitu un blīvu fibrilāru materiālu. Šāda veida nukleolārā struktūra ir raksturīga lielākajai daļai šūnu. To var novērot gan dzīvnieku šūnās, gan augu šūnās.
- Kompakts tips. To raksturo zema nukleonomas smaguma pakāpe un liels fibrilāru centru skaits. Tas ir atrodams augu un dzīvnieku šūnās, kurās aktīvi notiek olbaltumvielu un RNS sintēzes process. Šis nukleolu veids ir raksturīgs šūnām, kas aktīvi vairojas (audu kultūras šūnas, augu meristēmu šūnas utt.).
- Gredzena veids. Gaismas mikroskopā šis tips ir redzams kā gredzens ar gaismas centru - fibrilāru centru. Šādu nukleolu izmērs ir vidēji 1 mikrons. Šis veids ir raksturīgs tikai dzīvnieku šūnām (endoteliocītiem, limfocītiem utt.). Šūnām ar šāda veida kodoliem ir diezgan zems transkripcijas līmenis.
- Atlikušais veids.Šāda veida nukleolu šūnās RNS sintēze nenotiek. Noteiktos apstākļos šis tips var kļūt retikulārs vai kompakts, tas ir, aktivizēts. Šādi nukleoli ir raksturīgi ādas epitēlija spina slāņa šūnām, normoblastam utt.
- Segregēts veids.Šūnās ar šāda veida nukleolu rRNS (ribosomu ribonukleīnskābes) sintēze nenotiek. Tas notiek, ja šūnu apstrādā ar jebkuru antibiotiku vai ķīmisku vielu. Vārds “segregācija” šajā gadījumā nozīmē “atdalīšana” vai “atdalīšana”, jo visas nukleolu sastāvdaļas ir atdalītas, kas noved pie tā samazināšanas.
Gandrīz 60% no nukleolu sausā svara ir olbaltumvielas. To skaits ir ļoti liels un var sasniegt vairākus simtus.
Galvenā nukleolu funkcija ir rRNS sintēze. Ribosomu embriji nonāk karioplazmā, pēc tam caur kodola porām nokļūst citoplazmā un uz ER.
Kodolmatrica un kodola sula
Kodolmatrica aizņem gandrīz visu šūnas kodolu. Tās funkcijas ir specifiskas. Tas izšķīdina un vienmērīgi sadala visas nukleīnskābes starpfāzu stāvoklī.
Kodolmatrica jeb karioplazma ir šķīdums, kas satur ogļhidrātus, sāļus, olbaltumvielas un citas neorganiskas un organiskas vielas. Tas satur nukleīnskābes: DNS, tRNS, rRNS, mRNS.
Šūnu dalīšanās laikā izšķīst kodola membrāna, veidojas hromosomas, un karioplazma sajaucas ar citoplazmu.
Kodola galvenās funkcijas šūnā
- Informatīvā funkcija. Tieši kodolā atrodas visa informācija par organisma iedzimtību.
- Mantojuma funkcija. Pateicoties gēniem, kas atrodas hromosomās, organisms var nodot savas īpašības no paaudzes paaudzē.
- Apvienošanas funkcija. Visas šūnu organellas kodolā ir apvienotas vienā veselumā.
- Regulēšanas funkcija. Visas bioķīmiskās reakcijas šūnā un fizioloģiskos procesus regulē un koordinē kodols.
Viena no svarīgākajām organellām ir šūnas kodols. Tās funkcijas ir svarīgas visa organisma normālai darbībai.