Православное мировоззрение и современное естествознание   ::   Священник Тимофей

Электрон с позитроном, к примеру, могут аннигилировать, породив два фотона, но и фотон в свою очередь может «породить» электрон-позитронную пару.

При этом все реакции протекают по законам сохранения энергии, импульса, электрического заряда и некоторых других характеристик, которые не рассматриваются в средней школе. Законы сохранения по сути дела и обеспечивают обратимость всех процессов и взаимодействий.



НЕОБРАТИМЫЕ ЗАКОНЫ МАКРОМИРА



В отличие от микромира в макромире действуют не только законы сохранения. Имеют место и законы разрушения и уничтожения некоторых качественных характеристик материи. Более понятно ту же мысль можно выразить так: в макромире самопроизвольно идут необратимые процессы, т.е. такие, которые протекают только в одну сторону. И первый из таких законов мы обнаруживаем на уровне ядерных реакций.



1. Ядерные потенциалы



Как известно, ядро любого атома состоит из соединенных протонов и нейтронов. Соединяются эти частицы в ядрах атомов особым взаимодействием, получившим название «сильного». Это не гравитационное и не электрическое, а совершенно особое притяжение. Оно сильнее электрического (кулоновского) отталкивания на малых расстояниях, но очень быстро ослабевает с ростом расстояния между нуклонами в ядре. Легкие ядра «не прочь» захватить к себе лишний нуклон, если он окажется достаточно близко к ядру (в плазме при температурах порядка десятков миллионов градусов или при бомбардировке ядер в ускорителях). При этом «захвате» выделяется большая энергия «сильного» взаимодействия, подобно тому, как при падении камня на землю, только гораздо больше.

Соответственно, для того, чтобы «разорвать» легкое ядро на нуклоны, необходимо затратить большую энергию. Энергия, необходимая для отрыва одного нуклона, может быть посчитана и нанесена на график зависимости ее от заряда ядра (рис. 1). Этот график имеется в школьном учебнике физики. Для легких элементов мы видим нарастание энергии отрыва нуклона от ядра с ростом его заряда.

Для тяжелых же элементов, ядра которых содержат сотни нуклонов, ситуация иная. Расстояния между нуклонами в таком ядре значительно больше, чем в легком, а суммарное электростатическое расталкивание большого количества протонов – тем более. Это приводит к одновременному ослаблению «сильного» притяжения и увеличению сил отталкивания. Поэтому тяжелые ядра становятся неустойчивыми, и после урана – все элементы радиоактивны и не встречаются в природе. Для разрушения такого ядра энергия не требуется, напротив, она выделяется при радиоактивности и делении тяжелых ядер. Эта энергия весьма значительна. Она имеет порядок нескольких миллионов электрон-вольт на каждый нуклон ядра. Энергия химической связи примерно в миллион раз меньше порядка единиц электрон-вольт на атом. Энергия ядерной связи выделяется при распаде ядер на атомных станциях и в атомной бомбе, а также в водородной бомбе – при синтезе ядер изотопов водорода в гелий. Такая же реакция протекает в звездах, обеспечивая их излучение.

Все эти сведения сообщает нам школьный учебник физики (11 класс). Но вывода из этих рассуждений и из этого графика не делается. А вывод таков, что существует наиболее стабильное состояние атомного ядра – в середине таблицы Менделеева. Такие ядра расколоть труднее всего – нужно затратить наибольшую энергию. Отсюда же следует, что при высоких температурах, когда идут термоядерные реакции, все легкие элементы могут синтезироваться только до средних: водород переходит в гелий, гелий – при уже большей начальной температуре и с меньшим выделением энергии – перейдет в углерод и т.д. Для каждой следующей реакции нужно повышать начальную температуру, а энергии будет выделяться все меньше.