Тела. Вещества. Частицы
УРОК ОКРУЖАЮЩЕГО МИРА В 3 КЛАССЕ
(УМК «Школа России»)
Тема: Тела. Вещества. Частицы.
Цель: Формировать у детей новые представления о «теле», «веществе», «частице».
Задачи:
- Познакомить детей с понятиями «тела», «вещества», «частицы».
- Учить детей отличать «тела» и «вещества».
- Учить работать коллективно.
- Прививать интерес к предмету.
- Воспитывать бережное отношение к природе.
Ход урока:
I. Организационный момент.
— Ребята, сегодня у нас необыкновенный урок. Представим себе, что мы не в школе на уроке окружающий мир, а находимся в научно-исследовательском институте и мы сами сотрудники этого института. Нам предстоит нелегкая работам сегодня и, возможно, мы даже сделаем какое-нибудь открытие… Все данные наших опытов мы будем заносить в таблицу.
II. Знакомство с понятием «тело».
1. Любой предмет, любое живое существо ученые называют ТЕЛОМ.
(появляется табличка на экране)
Показываю приготовленные тела: шарф, яблоко, стакан, кусочек сахара, кусок пластилина.
— Ребята тела могут быть твердыми, жидкими и газообразными.
Например, камень, как Вы думаете, он какой? (твердый)
— Карандаш?
— А капля воды?
— Капля молока?
— Пузырек воздуха в воде?
— Уважаемые ученые осмотритесь по сторонам и постарайтесь назвать те тела, которые окружают Вас в нашей «лаборатории».
(цветок, парта, мел, Саша, дверь, доска….)
2. Очень хорошо. Все тела, которые Вы назвали, отличаются друг от друга.
У каждого тела есть главные признаки: его
Я приглашаю несколько моих научных коллег помочь мне доказать это на опытах:
1) Детям завязываются глаза и в руки даются различные тела; дети ощупывают их и попытаются узнать тело. Предлагается ручка, мел, стакан.
2) Детям предлагается рассмотреть какой-нибудь предмет, назначение и функции которого им неизвестны.
Дети дают характеристику телу, описывая его размеры и форму.
Вывод: мы можем ничего не знать о каком-то конкретном теле, мы его только увидели. Но каждое тело характеризуется определенными параметрами. (Записываем в таблицу форма, размер).
3. – Возьмите в руки свои ручки. Что это? (тело).
— Давайте разберем ручку на части. Что произошло с телом, в результате его деления на части? (получилось несколько новых тел: стержень, основная часть ручки, колпачок).
— Какими параметрами обладает каждое новое тело?
(стержень – длинный, тонкий; колпачок – меленький, продолговатый)
Вывод: итак, в результате деления тела на части, прежнее тело перестало существовать, но вместо него получилось 2-3 и т.д. других тела с другими признаками (размером и формой).
4. – Скажите, изменятся ли эти новые тела, если мы их и разделим на части?
(да, например: стержень – пластмассовая трубочка, паста, металлический шарик)
Вывод: всякое деление на части приводит к изменению признаков тела, т.е. к появлению новых тел (Записываем в таблицу изменяется).
5. – А теперь давайте попробуем другое исследование произвести:
* У меня в руках слепленная из пластилина фигурка змеи .
— Давайте определим основные признаки этого тела? (форму, размер).
* А теперь я превратила эту фигуру в шарик. . Изменилось ли тело? (Да, хотя мы делили его на части, не изменяли количество пластилина, но с изменением формы изменилось и тело). Любое тело характеризуется формой и размерами. При их изменении тело превращается в другое тело, а при делении – в другие тела.
III. Знакомство с понятием «вещество».
1. То из чего состоит тело, называется ВЕЩЕСТВОМ.
Вещества также имеют свои признаки. Например:
Капля росы – это тело, а вода из которой она состоит – вещество. Кусок сахара – тело, а сам сахар – вещество. Вещество сахар имеет вкус – он сладкий.
Воск (пластилин) – определенного цвета, с особым запахом, вязкий, размягчается при нагревании и становится тверже при охлаждении. (Записываем в таблицу вкус, цвет, запах).
2. – Давайте выясним, что происходит с веществом, когда мы делим тело на части или изменяем его форму.
* У меня в руках большой кусочек сахара, я делю его на мелкие кусочки. Посмотрите. Прошу выйти 1 человека. Попробуй, изменился ли вкус сахара (вещество)при делении тела (кусок сахара) на части.
Ребенок пробует. Нет. Вещество – сахар не изменился.
* У вас на партах лежат кусочки пластилина – попробуйте изменить форму этого тела. Дети лепят различные фигурки.
демонстрация фигурок у доски.
— Изменилось ли при этом само вещество – пластилин?
— Нет. Не изменяется.
3. Вывод: вещество и тело не одно и то же. Вещество при делении на части не изменяет своих свойств и остается прежним, в то время как тело изменяется.
IV. Физкультминутка.
— Я называю тело – вы приседаете, вещество – садитесь за парты….
V. Знакомство с понятием «частица».
1. Вещество можно тоже разделить на очень маленькие, невидимые невооруженным глазом части. И они, эти части, все равно будут иметь свойства этого вещества. Их называют «ЧАСТИЦЫ».
Итак, частицы – это самые маленькие частички вещества, которые сохраняют свойства этого вещества.
2. – Теперь давайте проведем некоторые опыты в нашей «научной лаборатории»:
* — Я приглашаю двух человек ко мне. Возьмите кусочек сахара.
— Что такое сам сахар? (вещество).
— Каким главным веществом обладает он? (сладкий).
Попробуйте, так ли это.
*Положите сахар в стакан с водой. Размешайте.
— Что вы наблюдаете? (сахар исчез).
— Попробуйте воду. Какая она? (сладкая).
Вывод: сахар не исчез, он распался на мельчайшие невидимые частицы, но его основное свойство – сладкий вкус сохранился.
3. У каждого вещества свои, отличные от других частицы. (сахар – частицы сахара, воск – частицы воздуха т.д.).
Вещество всегда состоит из ОДИНАКОВЫХ частиц. (Записываем в таблицу всегда одинаковые).
4. – Исходя из того, о чем мы сейчас говорили, следует, что вещество не может состоять из разных частиц.
— А тело? Из каких частиц может состоять?
* кусочек сахара – состоит из одного вещества – сахар. Следовательно, тело может состоять из одного вещества, значит из одинаковых частиц. (Записываем в таблицу это).
*- Посмотрите, вот другое тело
— Как вы думаете, это тело состоит из одного вещества или нескольких? (нескольких).
— Каких? (стекло, пластмасса, металл).
Следовательно, тела могут состоять из нескольких веществ. (Записываем в таблицу это).
5. – Посмотрите на стакан воды, в котором мы растворили сахар. В стакане сначала была вода, т.е. частицы воды. Затем добавили сахар, т.е. частицы сахара. Сахар растворился, т.е.частицы сахара и воды перемещались и получилась СМЕСЬ ВЕЩЕСТВ.
Работа со схемой:
* На схеме, изображающей строение вещества половника видно, что все частицы одинаковы. Значит, половник состоит из одного вещества.
* На второй схеме частицы, изображающие воду, тоже одинаковые, значит, вода состоит из одного вещества.
* На третьей схеме частицы, изображающие воздух разные, значит, воздух – смесь веществ.
— Можем ли мы по схеме определить, из скольких веществ состоит воздух?
(да, на схеме показаны частицы трех видов:
.
Следовательно, воздух состоит из 3 веществ.
Практическая часть.
— Сейчас мы разделимся на 3 группы и у каждой будет своё задание:
— Нарисуйте схемы строения веществ, из которых состоят:
А) кусочек сахара;
Б) кусок воска;
В) раствор сахара.
Изображения частиц придумайте сами.
1.2. 3.
— Сколько веществ в стакане?
(два: вода и сахар).
6. Итог.
Таблица в законченном виде.
Что наблюдали? | Главные признаки | При делении на части | При изменении формы | Частицы могут быть |
ТЕЛО | форма, размер | изменяется | изменяется | Одинаковые (одно вещество) Разные (смесь веществ) |
ВЕЩЕСТВО | вкус, цвет, запах и т.д. | не изменяется | не изменяется | Всегда одинаковые |
VI. Закрепление.
Работа с иллюстрацией с.21.
— На картинке схематически нарисованы частицы веществ, из которых состоят изображенные тела: половник и кастрюля, вода, воздух в шариках.
— Посмотрите на схемы и скажите, из одинаковых ли веществ состоят все эти тела?
— Как вы определили?
(Частицы, изображенные на трех схемах, отличаются друг от друга, значит вещества разные. Различные тела, изображенные на рисунке, состоят из разных веществ).
— Каждое из этих тел состоит из одного вещества или из смеси веществ?
Постарайтесь доказать свои научные предположения.
— Изучением веществ занимается наука – ХИМИЯ, ее вы будете изучать в старших классах.
Демонстрация опыта:
Добавление раствора йода к крахмалу.
VII. Подведение итогов урока.
Читают итоговый вывод на с. 22.
VIII. Домашние задание.
С. 20-22 пересказ, № 1,2.
Тела, вещества, частицы стр. 36
Из этой темы учебника «Окружающий мир» третьеклассник узнает, что такое тела, вещества и частицы.
1. Вспомни, на какие группы можно разделить все предметы, которые нас окружают.
Все предметы вокруг нас мы можем разделить на тела и вещества.
2. Рассмотри схему. На какие две группы можно разделить тела? Приведи примеры тел каждой группы.
Тела — это любой предмет живой или неживой природы. Их все можно разделить на две группы. К первой относятся естественного происхождения, то есть созданные природой. А ко второй группе относятся искусственные, то есть созданные человеком.
- Естественного происхождения: камень, дерево, лошадь, планета.
- Происхождения искусственного: дом, автомобиль, самолёт, ракета.
3. Проверьте с помощью учебника, верны ли приведённые ниже утверждения.
Любой предмет, любое живое существо можно назвать телом.
Это утверждение верно, любой предмет действительно можно так назвать.
Вещества — это то, из чего состоят тела.
И это утверждение верно также. Любой предмет состоит из одного или нескольких веществ.
4. Выберите из списка сначала тела, потом вещества.
Тела: подкова, стакан, кирпич, арбуз, камень. Причём подкова, стакан и кирпич — искусственного происхождения, а арбуз и камень — естественного.
Вещества: сахар, соль, крахмал.
5. Покажите с помощью модели процесс растворения кусочка сахара в воде.
Наша модель будет состоять из трёх частей. На первой нарисуем стакан с водой, на дне которого будет лежать кусочек сахара.
На втором рисунке на дне стакана получится горка сахарного песка. Но часть сахара уже растворилась в воде. Мы это покажем стрелками вверх от кучки сахара.
На последнем рисунке изобразим стакан с водой в которой можно точками показать растворенные частицы сахара, хаотично распределённые по всему объёму воды.
6. Изобразите с помощью моделей расположение частиц в твёрдом, жидком, газообразном веществах.
Изготовим три модели-рисунка.
На первом заполним объём ёмкости тесно прилегающими друг к другу кружочками, которые изображают молекулы твёрдого объекта. Так частицы распределяются в твёрдом предмете.
На втором рисунке в той же ёмкости нарисуем отдельно расположенные кружочки, которые почти не касаются друг друга. Их будет много меньше, чем в твёрдом предмете. Так распределяются любые частицы в жидкостях.
На третьем рисунке в том же объёме покажем всего несколько кружочков, максимально удалённых друг от друга. Таково расположение частиц в газах.
Проверь себя
1. Что называют телами? Приведи примеры.
Ими называют все предметы живой и неживой природы, естественного или искусственного происхождения. Например: дерево, камень, автомобиль, дом, арбуз, кирпич.
2. Что такое вещества? Приведи примеры.
Это то, из чего состоит любое тело. Оно может быть образовано одним или несколькими веществами. Например: соль, сахар, крахмал, алюминий, железо, вода.
3. Из чего состоят вещества? Как это доказать?
Они состоят из частиц. Доказать это можно, растворив в воде сахар или соль. Вода станет сладкой или солёной, а сами сахар и соль не будут видны, распадутся на мельчайшие частицы.
4. Что ты можешь рассказать о частицах?
Частицы — это то, из чего состоят все предметы вокруг нас. Каждое тело состоит из частиц, отличающихся от тех, из которых состоят другие размером и свойствами. Между частицами всегда есть промежутки.
Задание для домашней работы
Запиши в словарик:
Тело — все предметы живой и неживой природы.
Вещество — то, из чего состоят все тела.
Частица — то, из чего состоит любое вещество и тело.
См. готовый проект «Тела, вещества, частицы»
На следующем уроке
Вспомни, какие вещества ты знаешь.
Я знаю, что они бывают твёрдыми, например алюминий, жидкими, например вода, и газообразными, например воздух.
Тема урока | Тела, вещества, частицы. Разнообразие веществ. | |
Цель | Создать условия для формирования знаний у учащихся о телах, веществах, частицах, а также познакомить с разнообразием веществ. | |
Задачи | Образовательная: формировать представление о телах, веществах, частицах, а также о разнообразии веществ. Развивающая: способствовать развитию умения рассуждать, анализировать и делать выводы. Воспитательная: воспитывать интерес к предмету. | |
Планируемые образовательные результаты (предметные) | Предметные: Научить правильно употреблять понятия «вещества», «тела». «частицы». Познакомить с веществами, их свойствами. Научить сравнивать и классифицировать тела и вещества по основным признакам. Научить выдвигать предположения (гипотезы) и доказывать их, а также изображать частицы с помощью моделей. | |
Личностные результаты | Личностные: уметь бережно относиться к растениям, животным, окружающему миру; формировать уважительное отношение к иному мнению, истории и культуре других народов; развивать мотивы учебной деятельности и формировать смысл учения; развивать самостоятельность и личную ответственность за свои поступки, в том числе в информационной деятельности, на основе представлений о нравственных нормах, социальной справедливости и свободе; формировать эстетические потребности, ценности и чувства. | |
Универсальные учебные действия (метапредметные) | Познавательные: строить рассуждения в форме связи простых суждений об объекте с выделением существенных и несущественных признаков; устанавливать причинно-следственные связи; умение ориентироваться в своей системе знаний: отличать новое от уже известного с помощью учителя. Регулятивные: принимать и сохранять учебную задачу; умение определять и формулировать цель на уроке с помощью учителя; проговаривать последовательность действий на уроке; работать по коллективно составленному плану; оценивать правильность выполнения действия; планировать своё действие в соответствии с поставленной задачей. Коммуникативные: умение оформлять свои мысли в устной форме; слушать и понимать речь других. | |
Оборудование урока | Учебник «Окружающий мир», 3 класс, 1 часть, автор Плешаков А.А., М, 2012. Карточки для индивидуальной работы. Презентация. | |
Этапы | Деятельность учителя | Деятельность учащихся |
Мотивация к учебной деятельности. | Приветствие и проверка готовности рабочего места -Здравствуйте, ребята, садитесь. Меня зовут Жасмина Лавриковна, и сегодня урок окружающего мира у вас проведу я. — Отдых наш кончается, Работа начинается Усердно будем мы трудиться, Чтоб чему-то научиться. -Давайте проверим, все ли у вас готово к уроку. На парте у вас должны лежать: учебник, тетрадь, пенал и дневник. | -Здравствуйте. (садятся на места) (Проверяют рабочее место) |
Актуализация и пробное учебное действие | Повторение ранее изученного материала —Прежде чем приступить к новой теме, давайте вспомним, что вы изучали на прошлом уроке. Некоторым из вас я раздам карточки для индивидуального выполнения, остальные будут работать со мной. Индивидуальная работа по карточкам. Тема: «Природа в опасности» Вариант 1 Что такое заповедник? 1.участок земли, где ограничена охота. 2.сказочные, заповедные земли 3.участок земли, где природа находится под строгой охраной. Как называется книга, куда заносят исчезнувшие и исчезающие виды животных и растений? 1.зеленая книга 2.заповедная книга. 3.красная книга Что люди делают для спасения живой природы? 1.создают бульвары и скверы 2.создают заповедники, ботанические сады 3.создают фермы, пасеки, птицефабрики Укажи название уничтоженных морских животных. 1.котики 2. коровы 3.моржи 4.быки Выбери причины, нарушающие жизнь животных. 1.вырубка лесов 2.охота 3.очистка водоёмов 4.загрязнение воздуха Вариант 2. Отчего загрязняется воздух в реках и озёрах? 1.от использования воды в быту; 2.от слива сточных вод заводов и фабрик, нечистот с ферм; 3.от использования воды в производстве. Что такое заповедники? 1.заповедники — это участки земли, где выращивают редкие растения со всего мира; 2.заповедники – это участки земли, где всякая природа неприкосновенна; 3.заповедники – это участки земли, где обитает большое разнообразие зверей, птиц и насекомых. Почему исчезли морские коровы? 1.из-за охоты человека на них 2.из-за болезней 3.из-за плохого климата Отметь ответственное отношение к природе. 1.браконьерство 2.сжигание травы 3.расчистка пляжей 4.разведение свалок Вспомни, как называется природный музей под открытым небом. 1.национальный парк 2.национальный зоопарк 3.национальный заповедник 4.национальный музей Фронтальная работа. -Кто не получил карточки, работаем со мной. -Ребята, почему проблема охраны природы стала такой важной и необходимой? -Что такое маленькая рана у природы? -Как называются охраняемые территории? -Куда заносятся сведения о редких растениях и животных? -Ребята, обратите внимание на слайд, (слайд 1) перед вами расписаны действия человека, которые влияют на природу, как положительно, так и отрицательно. Вам нужно распределить эти действия на два столбца-положительное влияние человека на природу и отрицательное. | -Потому что люди перестали бережно относиться к окружающему миру, что привело к загрязнению среды, гибели животных и растений, из-за чего они стали редкими. -Маленькая рана у природы-это каждая сломанная веточка, сорванный цветок, пойманная бабочка. -Заповедники и национальные парки -В красную книгу (Распределяют действия) |
Выявление места и причины затруднения | -Ребята, что такое природа? -На какие две группы можно разделить природу? -Назовите признаки живой природы? -Верно. — Представители неживой природы не обладают этими признаками. — Что вы видите вокруг себя? — Как можно их назвать? — Ученые называют предметы телами. Тела имеют очертания, форму. Значит, все предметы можно назвать телами. Тело состоит из веществ, а вещества состоят из частиц. Можете ли вы сейчас определить где в нашем классе перед нами тело, где вещество, где частицы? Хотели бы узнать? -Как вы думаете, какая тема сегодняшнего урока? -Верно. | -Природа-это то, что нас окружает. -Природу можно разделить на живую и неживую. -Питаются, растут, дышат, приносят потомство. -Вокруг себя мы видим столы, стулья, доску. -Предметы, объекты -Да. -Тела, вещества, частицы. |
Построение проекта выхода из затруднения | Работа по учебнику. -Откройте свои учебники на странице 36, прочитайте текст. -Итак, вы узнали, что любой предмет, любое живое существо можно назвать телом. Камень, кусок сахара, дерево, птица, проволока-это тела. Солнце, планеты, луна-это тоже тела. Их называют небесными телами. -Рассмотрите схему на странице 36. Тела бывают естественными-это те, что создано природой и искусственными –это те тела, которые созданы руками человека. Сейчас я буду называть тела, а вы будете говорить, к чему они относятся. К искусственным и естественным. -Итак, стул -Солнце -Дерево -Книга -Ручка -Верно, итак, ребята, напомните, по какому принципу мы распределяли тела? -Молодцы! А теперь откроем стр. 37, как называется заголовок? -Ребята, тела состоят из веществ. Вещества не имеют определенной формы, у них нет четких очертаний, но они тесно связаны с телами, а тела-это предметы, которые можно представить, которые имеют четкую форму, очертания. -Прочитайте 4 абзац. — Вещества бывают: твердыми (например, соль), жидкими (например, вода) и газообразными (например, газ). -Давайте рассмотрим картинку, которая находится на стр. 37, под текстом, и подумаем какое вещество может быть и твердым, и жидким и газообразным? -Верно! Твердое состояние — воды-это лёд, жидкое-это вода и газообразное –это пар. -Ребята, а сейчас отложили свои учебники на край стола. Перед вами стоят стаканы с водой, лежит ложечка и соль. Практическая работа. Проведение опыта. -Ребята, давайте попробуем, это вода? А теперь давайте возьмем еще одно вещество соль и бросим его туда. Сначала соль хорошо видна. Помешаем ложкой. Она стал невидима. -Попробуйте воду на вкус. Она соленая? -Что же произошло с солью? Она исчезла? -Почему мы ее не видим? — Соль распалась на мельчайшие, не видимые глазом частицы, из которых она состояла и эти частицы перемешались с частицами воды. -Этот опыт нам доказывает, что вещества, а значит и тела состоят из частиц. -Ученые установили, что между частицами есть промежутки. В твердых веществах эти промежутки совсем маленькие, в жидких побольше, в газах еще больше. В любом веществе все частицы постоянно движутся. | -Искусственное тело -Естественное тело. -Естественное тело -Искусственное тело Искусственное тело — Есть тела, которые созданы природой, а есть те, которые созданы руками человека. -Вещества -Вода -Да -Да -Нет |
Физминутка | -А теперь, ребята, встали Быстро руки вверх подняли В стороны, вперед, назад Повернулись вправо, влево, Тихо сели вновь за дело | (Выполняют упражнения) |
Реализация построенного проекта | -Ребята, на свете много различных веществ. Сейчас их известно несколько миллионов. Давайте познакомимся с некоторыми из них. -Первое вещество, которое мы сегодня рассмотрим, — поваренная соль. Кто-нибудь знает о поваренной соли? — Правильно! Некоторые из них люди добывают и используют как удобрение для растений. Самое важное для человека свойство поваренной соли — то, что она соленая на вкус. Поэтому ее используют для подсаливания пищи. — Вы знаете, где можно встретить соль еще? — Да. Много ее содержится в морской воде, а также в воде соленых озер. Есть она и в почве, и в телах живых организмов. — Следующее вещество, которое мы рассмотрим — это сахар. — Что вы знаете о сахаре? Назовите его главное свойство. — В Индии детишки сегодня, как и много лет назад, любят сосать сахарный тростник. Его стебель на редкость сладкий и для лакомок все равно, что наши леденцы. — Кто из вас знает, как выглядит сахарная свекла? — Вы почти сказали верно, только это свекла: не красная, а белая и очень сладкая. Наши прапрадедушки, бывало, нарежут ее дольками и с ней чай пьют. Как мы — с белыми кусочками сахара. — Как вы считаете, где продавался раньше сахар? — Раньше сахар продавали не в лавке, а в аптеке, вместе редкими снадобьями. Его и принимали только как лекарство: очень дорого стоил. И еще одним веществом, про которое вам расскажу я, будет крахмал. — Кто-нибудь знает, что такое крахмал? — Правильно! Его еще обычно используют, когда варят кисель. Это одно из важнейших питательных веществ, необходимых человеку. Работа с учебником. Ещё об одном веществе вы узнаете из учебника на стр. 43, под практическим заданием. — О каком веществе вы прочитали? -Назовите эти кислоты. — Что объединяет все кислоты? — Почему со всеми кислотами надо быть очень осторожными? -Верно. | -Поваренная соль — это одна из минеральных солей, встречающихся в природе. -В воде -Сладкий вкус -Как обычная свекла -В лавке — Крахмал это белый порошок, который содержится во многих продуктах растительного происхождения -О кислоте Лимонная кислота, яблочная кислота, щавелевая кислота, молочная кислота, уксусная кислота. -Кислый вкус. -Очень едкие – разрушают кожу человека, одежду, древесину. |
Первичное закрепление с проговариванием во внутренней речи | А теперь мы поиграем в игру «Да/нет». У вас на партах лежат кружочки красного и зеленого цвета. Я вам буду читать предложения, если вы согласны с тем, о чем там говорится, вы поднимаете зелёный кружок, если не согласны – красный. 1. Верно ли, что телом называют любой объект живой и неживой природы, любые предметы, сделанные руками человека? 2. Солнце является искусственным телом. 3. Все тела имеют форму, цвет, размер. 4. Сахар не растворяется в воде. 5. Естественные тела – это тела, созданные руками человека 6. Все вещества состоят из мельчайших частиц, невидимых глазом? 7. Пластмасса – это тело, а пуговица – это вещество. 8. Все тела состоят из веществ. 9.Главное свойство соли-она соленая на вкус. 10.Главное свойство — кислот-это кислый вкус. | (Поднимают карточки) |
Самостоятельная работа с самопроверкой по образцу или эталону | Индивидуальная работа. Самостоятельная работа. — Ребят, я вам рассказала все по нашей сегодняшней теме. А сейчас проверим, как вы усвоили материал. Не забудьте подписать свои листочки. Что называют телом? Обведи цифру 1.всё, что сделано руками человека, называется телом; 2.любой предмет, любое живое существо называется телом; 3.любое растение, насекомое, птицу или рыбу называют телом; Выпиши в соответствующие столбики: Алюминий, сахар, вода, арбуз, крахмал, машина, дятел, соль. ТЕЛА ВЕЩЕСТВА | (Выполняют самостоятельную работу) |
Включение в систему знаний и повторений | — Наш урок подходит к концу. Давайте же вспомним чему вы сегодня научились? -Что такое тело? -Кто может привести примеры тел? — Из чего состоят тела? — На какие две группы делятся тела? — Что относится к искусственным телам? -Что состоит из частиц? -Какие бывают вещества? | -Мы узнали, что такое тела, из чего они состоят, какие вещества бывают. -Тело-это любой предмет, живое существо. -Камень, дерево, проволока, птица-это тела. -Тела состоят из веществ -Тела делятся на природные и искусственные. -Из частиц состоит вещество -Поваренная соль, крахмал, сахар |
Рефлексия учебной деятельности на уроке | Проведение рефлексии. — Ребята, посмотрите на доску. Перед вами незаконченные предложения. Вам нужно выбрать любое и закончить его. Сегодня я узнал о том… На уроке я научился… Дома родителям я расскажу… Знания, полученные на уроке, я … Окончание урока, организация на перемену. —На этом наш урок окончен. Вы можете быть свободны. До свидания! | (Выбирают предложение и заканчивают его самостоятельно) -До свидания. |
Плешаков. 3 класс. РТ №1, с. 23 – 24
Тела, вещества, частицы
Ответы к стр. 23 — 24
1. Определи, в каком ряду изображены только естественные тела. Закрась кружок зелёным. В каком ряду изображены только искусственные тела? Закрась кружок синим.
А какие тела изображены в оставшемся ряду? Подумай, как лучше закрасить кружок возле этого ряда. Сделай это. Объясни своё решение.
Кружок нижнего ряда лучше раскрасить сине-зелёным, потому что есть и естественные и искусственные тела.
2. Приведите примеры (не менее трёх в каждом пункте). Не повторяйте того, что было изображено на рисунках в задании № 1.
а) Естественные тела: дерево, облако, камень, цветок.
б) Искусственные тела: ручка, телевизор, стол, книги, кресло.
3. Выпиши из текста учебника примеры веществ.
Сахар, алюминий, вода, газ.
4. Муравей Вопросик интересуется, что из перечисленного — тела, а что — вещества. Укажи стрелками.
Тела: гвоздь, проволока, ложка.
Вещества: железо, медь, алюминий.
5. Отметь знаком «+» в соответствующем столбце, какие из перечисленных веществ относятся к твёрдым, жидким, газообразным. Сделай это сначала простым карандашом.
Твёрдые, жидкие, газообразные вещества
| Вещество | Твёрдое | Жидкое | Газообразное |
| Соль | + | ||
| + | |||
| Сахар | + | ||
| Вода | + | ||
| Алюминий | + | ||
| Железо | + | ||
| Спирт | + | ||
| Углекислый газ | + |
Существуют три формы состояния тел (твёрдые, жидкие, газообразные).
Твёрдые тела похожи на камни: предметы постоянной формы и размера.
Жидкие тела похожи на воду: текучи, они сохраняют свой объём, но принимают форму сосуда, в который налиты. свойство жидких тел – текучесть можно наблюдать, переливая воду из стакана в другие ёмкости различной формы.
Газообразные тела похожи на воздух: лёгкие, прозрачные, летучие, упругие.
Ответы по окружающему миру. Рабочая тетрадь. 3 класс. Часть 1.
Плешаков А. А.Окружающий мир. 3 класс
Плешаков. 3 класс. РТ №1, с. 23 – 24
4.6 (91.9%) от 116 голосующихПлешаков. 3 класс. Учебник №1, с. 36 – 40
Тела, вещества, частицы
Ответы к стр. 36 – 40
1. Что называют телами? Приведи примеры.
Любой предмет, любое живое существо можно назвать телом. Тела различаются размером, формой, цветом, тем, из чего они сделаны. Парты, доска, стулья, цветы, ученики, дома, машины, пешеходы, деревья… — это тела. Перечислить все тела невозможно, их существует бесчисленное множество. Солнце, планеты, Луна тоже тела. Их называют небесными телами. Есть тела, которые созданы природой, а есть те, которые созданы руками человека.
Искусственные тела: стол, карандаш, книги, кресло.
Естественные тела: солнце, дерево, облако, камень.
2. Что такое вещества? Приведи примеры.
Вещество — это то, из чего состоят тела.
3. Из чего состоят вещества? Как это доказать?
Есть тела, которые образованы одним веществом (кусочек мела), есть тела, которые состоят из нескольких веществ (например, карандаш). Очень сложный состав имеют живые существа. Например, в растениях есть сахар, крахмал, вода и другие вещества. Тела могут состоять из одного вещества, а могут – из нескольких.
4. Что ты можешь рассказать о частицах?
Вещества, а значит, и тела, состоят из мельчайших частиц – молекул, а молекулы состоят из атомов.
Каждое вещество состоит из особых частиц, которые по размерам и форме отличаются от частиц других веществ.
Учёные установили, что между частицами есть промежутки. В твёрдых телах эти промежутки маленькие, частицы плотно прижаты друг к другу; в жидкостях – промежутки увеличиваются, нарушая ровные ряды; самые большие промежутки – в газах. Частицы (молекулы) постоянно движутся. Молекулы (частицы) в твёрдых веществах сильно притягиваются друг к другу, так как промежутки между ними очень малы. Поэтому твёрдые тела сохраняют форму.
У жидких веществ промежутки между молекулами (частицами) немного больше, и молекулы могут перемещаться. Жидкости текучи.
У газообразных веществ расстояние между молекулами намного больше самих молекул, поэтому молекулы в газах свободно и очень быстро движутся. Газы летучи и занимают весь предоставленный объём.
Частицы можно изобразить с помощью моделей, например, пластилиновых шариков.
Ответы по окружающему миру. Учебник. 3 класс. Часть 1. Плешаков А. А.
Окружающий мир. 3 класс
Урок по окружающему миру в 3 классе «Тела, вещества, частицы»
стол | солнце |
карандаш | дерево |
книги | облако |
кресло | камень |
Тела | |
стакан | |
гвоздь | |
линейка | |
мяч | |
шуба | |
свеча | |
ваза | |
ВЕЩЕСТВА
ВЕЩЕСТВА
твёрдые жидкие газообразные
В газообразных веществах: частицы расположены далеко друг от друга
В жидких веществах частицы расположены на некотором расстоянии друг от друга.
В твердых веществах частицы
располагаются близко к друг другу.
Все, что нас окружает, называется….телами
Тела бывают естественные и искусственные. Тела состоят из веществ.
вещества могут быть твердые, жидкие, газообразные.
Вещества состоят из частиц. Частица сохраняет свойства вещества .
05.10.2017 Окружающий мир Кастырина И.В.
Тема: Тела и вещества
Цели: Ознакомиться с понятием «тело». Научиться находить различия между телами: природными и искусственными, живыми и неживыми. проверить знания учащихся по пройденной теме.
формировать умение анализировать учебный материал, делать выводы и оценивать достижения.
развивать наблюдательность, внимание, образное мышление и представление.
воспитание чувства коллективизма, товарищества, ответственности за порученное дело.
Оборудование: рисунки , таблички с понятиями: тело, вещество, предметы; плакат «Тела и вещества» из комплекта «Наглядные материалы .
Ход урока
1.Орг. момент
2. Актуализация и пробное учебное действие.
2. Проверка д/з
3. Актуализация знаний.
В последнем вопросе наших тестов был вопрос о группах, на которые можно разделить все предметы, которые нас окружают.
Как вы ответили на этот вопрос?
Объекты природы и рукотворные объекты. Они бывают иногда такими странными, удивительными, загадочными
4. Самоопределение к деятельности.
— Вот сегодня на уроке мы и начинаем изучать новый раздел, который называется ? ???????? «Эта удивительная природа».
Откройте учебник на с.35 . Прочитайте, чему мы будем учиться, изучая материал этого раздела.
Как вы думаете, чему же мы будем учиться на этом уроке?
Сегодня на уроке вы узнаете, что такое тела, вещества, частицы.
5. Работа по теме урока.
Работа по теме.
Беседа ТЕЛА
Еще раз Вспомните, а на какие группы можно разделить все предметы, которые нас окружают. (на объекты природы и рукотворные объекты)
А как вы думаете, что такое тела?
(Все предметы, окружающие нас).
-Как вы думаете, можно ли все тела разделить на группы?
(Да),
На какие?
(есть естественные и искусственные тела).
Назовите естественные тела.
Назовите искусственные тела.
В словаре Ожегова слову «тело» дано такое пояснение
Прочитайте текст на с.36
Какие тела называют небесными или космическими?
(Солнце, Луна, кометы, звезды и т.д.)
Добавим еще — тела небесные.
Оформляем блок в тетрадь.
Вспомним то, о чем мы говорили вначале. Мы затруднялись точно определить, являются ли металл, вода, глина телами и пришли к выводу, что они не имеют точных очертаний, формы, а значит, не являются телами. Данные слова мы называем веществами. Все тела состоят из веществ. Записываем в тетрадь определение.
Рассмотрим два примера.
Пример 1: ножницы – тело, то, из чего они сделаны – вещество (железо).
Пример 2: капли воды – тела, вещество, из которого состоят капли – вода.
Вещества.
Назовите предметы стоящие на столе.
(стекл и керамическая ваза, ложка, мяч, гвоздь, молоко в стакане)
Показать на стеклянную вазу.
-Что можно сказать об этом предмете? (это искусственное тело)
Из чего оно состоит? (из стекла)
Показать на керамическую вазу
Что можно сказать об этом предмете?9Это искусственное тело)
Из чего оно сделано? (из глины)
Показываю на ложку:
Что можно сказать об этом предмете?
(это искусственное тело)
Из чего оно сделано? (Из алюминия).
Показываю на мяч:
Что можно сказать об этом предмете? (это искусственное тело)
Из чего оно сделано? (из резины).
Показываю на гвоздь:
Что можно сказать об этом предмете? (Это искусственное тело)
Из чего оно сделано? (из железа)
_Показать на молоко.
Что можно сказать об этом предмете? (???????)
Прочитайте текст в учебнике на с. 37.
Что такое вещество? (то из чего состоит тело)
Значит, что такое молоко? (вещество)
Некоторые тела образованы одним веществом, но есть тела, которые состоят из нескольких веществ. Например, растения.
В них есть вода, сахар, крахмал, глюкоза и другие вещества.
А какие бывают вещества? (твердые, жидкие, газообразные).
Вывешиваю на доску
Вещества: твердые, жидкие, газообразные. Файл
2.Опыт.
Ученые установили, что вещества состоят из мельчайших частиц, которые видны только под микроскопом.
Как же можно убедиться, что эти частицы существуют?
Давайте проведем опыт.
Я возьму тело, образованное одним веществом — кусочек сахара. Опустим его в стакан с водой и перемешаем ложкой. Сначала сахар виден, но постепенно он становится невидимым.
Попробуем воду на вкус. Какая она? (Сладкая)
Значит, сахар не исчез, он остался в стакане
Почему же мы не видим его? (потому что он распался на мельчайшие частицы, из которых он состоял. И эти частицы перемешались с частицами воды.)
Этот опыт показывает, что вещества, а значит и тела, состоят из частиц.
Скажите, раствор сахара в воде- это вещество или смесь веществ? (это смесь веществ)
Каждое вещество состоит из особых частиц, которые по размеру и форме отличаются от других веществ. Ученые установили, что между частицами есть промежутки. В твердых телах промежутки маленькие, в жидкостях- побольше, а в газе еще больше. В любом теле все частицы находятся в постоянном движении.
(Вывесить на доску _ частицы).
6. Физминутка.
7. Закрепление изученного материала.
Чтобы запомнить новый материал, поработаем в тетради
Подведение итогов урока.
С какими понятиями мы ознакомились сегодня на уроке? (Тело, вещество, частицы).
-Что такое тело?
Вещество?
10. Д/з.
Домашнее задание:: с.36-39 читать
ФИО (полностью) | Сорокина Олеся Александровна | ||||
2. | Место работы | МБОУ «СОШ №1» п. Пуровск | |||
3. | Должность | учитель начальных классов | |||
4. | Предмет | окружающий мир | |||
5. | Класс | 3 | |||
6. | Тема и номер урока в теме | Тела, вещества, частицы. Урок №8 | |||
7. | Базовый учебник (УМК) | Плешаков А.А. Окружающий мир: Учебник: 3 класс: В 2 ч.: Ч.1., Москва, Просвещение, 2012г. | |||
8. | Актуальность материалов | Данный урок является первым в разделе «Эта удивительная природа» линии авт. А.А.Плешаков «Окружающий мир», 3 класс. На уроке формируются представления о телах (естественных и искусственных), о веществах и частицах, об отличии смеси и чистого вещества; опытным путем устанавливаются различия между твердыми, жидкими и газообразными телами; доказывается существование мельчайших, невидимых глазом частиц (молекул и атомов). Обучающиеся учатся изображать частицы и их расположение (в твердом веществе, жидкости и газе) с помощью моделей. | |||
9. | Учебные цели и задачи | Цель: Познакомить с телами и их свойствами. Задачи: Обучающие
Развивающие
Воспитательные
| |||
10. | Планируемые результаты: -личностные -предметные -метапредметные | Проявлять интерес к познанию природы. Раскрывать понятия «тела», «вещества», «частицы»; приводить примеры естественных и искусственных тел, твёрдых, жидких и газообразных веществ. познавательные УУД Классифицировать тела и вещества; использовать знаково-символические средства (условные знаки, схемы, модели) для отображения представлений о телах, веществах, частицах. регулятивные УУД Понимать учебные задачи раздела и данного урока и стремиться их выполнить. коммуникативные УУД Осуществлять самопроверку и оценивать достижения на уроке. | |||
11. | Тип урока | урок усвоения новых знаний | |||
12. | Формы работы учащихся | фронтальная, индивидуальная, групповая. | |||
13. | Необходимое техническое оборудование | Этапы урока | Используемые ресурсы | Деятельность учителя (с указанием действий с оборудованием, программным обеспечением, интернет-сервисами) | Деятельность ученика (с указанием действий с оборудованием, программным обеспечением, интернет-сервисами) | Длитель-ность этапа |
1 | 2 | 3 | 5 | 6 | 7 |
1 | До начала урока на перемене | Проверяет работу сети, включает программу управления классом Classroom Management Предлагает детям разделиться на группы, выбрав геометрическую фигуру. | Включают нетбуки и подключаются к Classroom Management; Делятся на группы, выбирая себе круг, треугольник или квадрат перед началом урока. | на перемене | |
2 | Самоопределение к деятельности (организационный момент). | Здравствуйте ребята! Посылает ученикам через сообщение в ПО Classroom Management приветствие: С добрым утром! | Отвечают на сообщение учителя в ПО Classroom Management (с пожеланиями удачи всем ученикам). | 1 мин | |
3 | Наблюдение за погодой и её анализ. | Как обычно, начнем с наблюдения за погодой. | Обучающиеся называют дату урока, говорят об облачности, осадках, силе ветра, температуре воздуха в тени и на солнце; сравнивают с погодой в предыдущие дни. | 1-1,5 мин. | |
4 | Постановка учебной задачи. | Сегодня на уроке мы начинаем изучать новый раздел «Эта удивительная природа», откроем ещё одну её тайну. Для того, чтобы узнать тему нашего урока необходимо выполнить задание. Я назову слова, а вы попробуйте, применив воображение, увидеть то, что обозначают эти слова. Ножницы, вода, капля росы, сахар, металл, сахарница. Все ли слова позволяли точно представить предмет? Назовите слова, которые позволили точно представить предмет. Такие предметы, которые можно представить, потому что они имеют форму, какие-то очертания ученые назвали научным словом. | Пытаются представить то, что обозначают слова, названные учителем. Нет, были такие, которые предполагали много вариантов ответа. Ножницы, капля росы, сахарница. | 2 мин. | |
5 | Совместное открытие знаний или изучение нового материала. | http://ozhegov.info/slovar/?ex=Y&q=%D0%A2%D0%95%D0%9B%D0%9E https://docs.google.com/document/d/17bcUluJJGmBhWlTkV572hXkEtmgJY7LCU9qVjcM0j-4/edit https://docs.google.com/document/d/1-DyLXR53CoHxXsVlm1XW5ah5v1OCz6dYl4O7ZAr5lPc/edit | В словаре С.И.Ожегова есть четыре значения этого слова. Отправляет файл для рассылки учащимся через Classroom Management (если нет выхода в интернет, то открываются толковые словари из классной библиотеки). Что же это за слово? Действительно, все предметы, которые нас окружают, называют телами. Как вам кажется, какое значение интересует нас с вами? Мы определили первую часть темы нашего урока. Возьмите приготовленные раздаточные карточки (карточка №1). Разделите предложенные слова на две группы. Над каждым словом поставьте номер группы (1 или 2). Карточка №1: Карандаш, дерево, камень, книга, стол, облако, луна. По какому принципу разделили слова? Все тела можно разделить на естественные и искусственные. (Демонстрация схемы). Вспомните, пожалуйста, предложенные мной в начале урока слова, которые вы не могли точно представить. Являются ли они телами? Попробуйте назвать тела, которые состоят из воды, сахара, металла. Что же обозначают слова «вода, сахар, металл»? Вода, сахар, металл – вещества. Все тела состоят из веществ. Веществами называют то, из чего состоят все тела. Мы определили вторую часть темы урока. Все ли вещества одинаковы? А какие состояния вещества вы знаете? (Демонстрация схемы). Приведите по одному примеру веществ в разном состоянии. В старших классах вы будете изучать очень интересные предметы – физику, химию, а сегодня мы проведём химический опыт, который поможет определить третью часть темы урока. Возьмём сосуд с водой, опустим в него кусочек сахара, хорошо размешаем. Как вы думаете, можно сказать, что в сосуде находится одно вещество? Отдельные вещества в природе встречаются редко, чаще всего мы говорим о смеси, когда тело состоит из двух или нескольких веществ. Попробуйте назвать смеси веществ, с которыми вы часто встречаетесь. | Принимают файл для рассылки, переходят по данной ссылке на он-лайн толкового словаря. Хорошо читающий ученик озвучивает цитаты из словаря С. И. Ожегова.
в пространстве, а также часть пространства, заполненная материей, каким-нибудь веществом…
Тело. (Записывают в словарь). Тело — отдельный предмет в пространстве, а также часть пространства… карандаш дерево книга камень стол облако луна Есть тела, которые создала природа, а есть те, которые сделал своими руками человек. Вода, сахар, металл. Они телами не являются. Капля воды или капля росы, кристалл или кусочек сахара, ножницы и т. д. Ответы обучающихся. Нет, вещества отличаются друг от друга. Вещества бывают твёрдыми, жидкими и газообразными. Ответы детей. Нельзя сказать, что в сосуде находится одно вещество, там вода и сахар. А это два вещества. Например, воздух – смесь разных газов, чай, кофе с молоком и т.д. – смесь разных веществ. | 10 мин. |
6 | Постановка проблемной ситуации. | Давайте посмотрим на сосуд с водой и сахаром. Где же сахар? Если мы не видим сахар, значит ли это, что он исчез, что произошло? Попробуйте воду на вкус. Почему же мы его не видим? Какой вывод можно сделать исходя из результатов опыта? Вещество состоит из частиц (молекул и атомов). Мы определили третью часть темы урока. Какая же тема нашего урока? Итак, какие задачи нам предстоит решить на уроке? Как вы думаете, частицы (молекулы и атомы) одинаковы в разных состояниях вещества, или отличаются друг от друга. Частицы (молекулы и атомы) в разных состояниях вещества отличаются друг от друга по форме, размеру, промежутками между ними. Частицы (молекулы) постоянно движутся. В каком состоянии вещества, по вашему мнению, промежутки самые маленькие, а в каком – самые большие? В твёрдых телах эти промежутки маленькие, частицы плотно прижаты друг к другу, в жидкостях – промежутки увеличиваются, нарушая ровные ряды, самые большие промежутки в газах. Как вы думаете, почему твердые тела сохраняют форму? Если дети дают неверные или неточные ответы, учитель помогает им правильно сформулировать мысль. Молекулы (частицы) в твердых веществах сильно притягиваются друг к другу, так как промежутки между ними очень малы. А почему жидкости текучи? У жидких веществ промежутки между молекулами (частицами) немного больше, и молекулы могут перемещаться. Почему газы летучи и занимают весь предоставленный объем? У газообразных веществ расстояние между молекулами намного больше самих молекул, поэтому молекулы в газах свободно и очень быстро движутся. | Ответы детей. Пробуют одноразовыми ложечками воду. Вода сладкая, значит, сахар не исчез. Мы не видим его потому, что он распался на более мелкие части. Вещество состоит из частиц. Тела, вещества, частицы. Наша задача познакомиться с понятием «тело» и узнать из чего оно состоит, научиться различать разные состояния веществ, познакомить с отличием смеси от чистого вещества. Ответы детей. Ответы детей. Ответы детей. Ответы детей. | 3 мин. | |
7 | Физминутка. | Через 15 -20 мин. от начала урока, по мере утомляемости учащихся, после логического завершения этапа урока, определённого вида деятельности. Цель: сохранение здоровья, устранения перегрузок, снятие утомление, повышение умственной работоспособности учащихся, обеспечение активного отдыха, для поднятия настроения. | 1,5 мин | ||
8 | Первичное закрепление изученного. | А сейчас попробуем применить знания на практике. Пожалуйста, откройте рабочую тетрадь на странице 14. Выполним задание №1. Инструкция в тетради: Закрасить кружочек в том ряду, в котором изображены только естественные тела. (Обучающиеся выполняют задание в парах, затем проводится проверка. Один ученик даёт ответ, остальные обучающиеся демонстрируют свою точку зрения при помощи светофоров или жестов.) Напоминаю, что необходимо не только дать ответ, но и аргументировать его. Молодцы! Надеюсь, вы так же успешно справитесь с заданием №4 на стр. 15. Инструкция в тетради: Указать стрелками, что из перечисленного является телом, а что – веществом. Выполняем работу и комментируем её. Напоминаю, что необходимо не только дать ответ, но и аргументировать его. (Один ученик комментирует, остальные обучающиеся демонстрируют свою точку зрения при помощи светофоров или жестов.) | Необходимо закрасить кружок в третьем ряду, т.к. все объекты (божья коровка, кленовый лист, воробей и Луна) являются естественными телами. В первом ряду, кроме естественных тел (яблоко и солнце), есть и искусственные тела (ложка и будильник), а во втором ряду изображены только искусственные тела). Гвоздь, проволока, ложка – это тела, так как это предметы, которые можно представить, они имеют форму и состоят из различных металлов. Железо, медь, алюминий – это вещества, они не являются предметами, которые можно представить, они не имеют формы и из них состоят такие тела, как гвоздь, проволока, ложка и другие тела. | 5 мин. | |
9 | Рефлексия деятельности (подведение итогов урока). | Тестовый экзамен в модели 1:1 https://docs.google.com/file/d/0B9TLDlOt5RmOZTYwRExmcTJpNWs/edit | Ребята, вы хотите проверить свои знания, узнать, удалось ли решить поставленную задачу? Предлагаю вам выполнить тест в модели 1:1. Проведение теста для учащихся через Classroom Management 1) Показывает статистику через проектор на экран и проводит работу над ошибками. | Выполняют задания теста Ученики видят на своих экранах, на какие вопросы они ответили правильно, а на какие нет. Смотрят статистику теста, выявляют ошибки и работают над их устранением. | 10 мин |
10 | Домашнее задание. | Изучив параграф, подготовить ответы на вопросы и выполнить задания на стр.39, поработать с толковым словарем, задание в тетради по данной теме выполните по желанию. Есть вопросы по домашнему заданию? | Обучающиеся задают вопросы, если они есть. | 1-2 мин. | |
11 | Самооценка работы на уроке и выставление отметок. | А сейчас пришло время проанализировать работу в течение урока и оценить ответы. Отправляет опрос учащимся через Classroom Management. Как ты оцениваешь свою работу на уроке?
| Обучающиеся анализируют и оценивают свою работу на уроке и выбирают одно высказывание в опросе и отсылают учителю. | 1-2 мин | |
12 | Двигательная активность. Работа в группах. Игра «Живая модель». | Продумайте танец с изображением веществ в разном состоянии. Каждая группа получает задание в конверте, какое состояние вещества изобразить ( например, первая группа – твердое, вторая – жидкое и третья – газообразное). Учитель, если необходимо, оказывает помощь в выборе движений и расположения в пространстве. Одна группа демонстрирует, остальные отгадывают, частицы какого вещества изображали участники других групп. | Обучающиеся изображают частицы твердого вещества (ученики медленно, практически стоя на месте, двигаются очень близко друг к другу, выстраиваясь ровными рядами), жидкости (ученики двигаются быстрее, увеличивая промежутки между собой и нарушая ровные ряды, создавая ощущение движущейся толпы), газов (ученики двигаются гораздо быстрее, удаляются еще дальше друг от друга). Обучающиеся изображают. | 3 мин | |
Название ресурса | Тип ресурса (программное обеспечение, медиаресурс, интернет-сервис) | Для чего ресурс используется на уроке (демонстрация, организация совместной деятельности и пр.) | Гиперссылка на конкретные интернет-сервисы, использованные на уроке на уроке (если есть) | ||
1 | Classroom Managemen | программное обеспечение — программа управления классом | Для проведения теста | Тестовый экзамен в модели 1:1 https://docs.google.com/file/d/0B9TLDlOt5RmOZTYwRExmcTJpNWs/edit | |
2 | Classroom Managemen | программное обеспечение — программа управления классом | Для перехода по ссылке на он-лайн сервис: толковый словарь | Файл для рассылки http://ozhegov.info/slovar/?ex=Y&q=%D0%A2%D0%95%D0%9B%D0%9E | |
3 | Cacoo.com | интернет-сервис | Демонстрация схемы | https://docs.google.com/document/d/17bcUluJJGmBhWlTkV572hXkEtmgJY7LCU9qVjcM0j-4/edit https://docs.google.com/document/d/1-DyLXR53CoHxXsVlm1XW5ah5v1OCz6dYl4O7ZAr5lPc/edit | |
4 | Classroom Managemen | программное обеспечение — программа управления классом | Для проведения рефлексии (опрос) | Как ты оцениваешь свою работу на уроке?
|
Определение частиц по Merriam-Webster
часть | \ ˈPär-ti-kəl \1а : минутное количество или фрагмент
б : относительно небольшая или самая маленькая дискретная часть или количество чего-либо
2 архаичный : пункт или статья состава или документа
3 : любая из основных единиц вещества и энергии (например, молекула, атом, протон, электрон или фотон)
4 : единица речи, выражающая некоторый общий аспект значения или некоторое связующее или ограничивающее отношение и включающая артикли, большинство предлогов и союзов, а также некоторые междометия и наречия. частица вверх имеет совершенное значение в таких фразах, как разбить и разрезать
5 : небольшая евхаристическая облатка, розданная римско-католическому мирянину при причастии.
Действительно ли виртуальные частицы постоянно появляются и исчезают? Или они просто математическое устройство для учета квантовой механики?
Гордон Кейн, директор Мичиганского центра теоретической физики при Мичиганском университете в Анн-Арборе, дает такой ответ.Виртуальные частицы действительно являются реальными частицами. Квантовая теория предсказывает, что каждая частица проводит какое-то время как комбинация других частиц всеми возможными способами. Эти прогнозы очень хорошо поняты и проверены.
Квантовая механика допускает и действительно требует временных нарушений сохранения энергии, поэтому одна частица может стать парой более тяжелых частиц (так называемых виртуальных частиц), которые быстро воссоединяются с исходной частицей, как если бы их там никогда не было. .Если бы это было все, что произошло, мы все равно были бы уверены, что это был реальный эффект, потому что это неотъемлемая часть квантовой механики, которая чрезвычайно хорошо проверена и является полной и тесно сплетенной теорией — если бы какая-либо ее часть была неправильной. вся конструкция рухнет.
Но хотя виртуальные частицы ненадолго являются частью нашего мира, они могут взаимодействовать с другими частицами, и это приводит к ряду проверок квантово-механических предсказаний о виртуальных частицах.Первый тест был понят в конце 1940-х годов. В атоме водорода электрон и протон связаны фотонами (квантами электромагнитного поля). Каждый фотон будет проводить некоторое время как виртуальный электрон плюс его античастица, виртуальный позитрон, поскольку это разрешено квантовой механикой, как описано выше. У атома водорода есть два энергетических уровня, которые по совпадению, кажется, имеют одинаковую энергию. Но когда атом находится на одном из этих уровней, он взаимодействует с виртуальным электроном и позитроном иначе, чем когда он находится на другом, поэтому их энергии немного смещаются из-за этих взаимодействий.Этот сдвиг был измерен Уиллисом Лэмбом, и родился сдвиг Лэмба, за который в конечном итоге была присуждена Нобелевская премия.
Кварки — это частицы, очень похожие на электроны, но отличающиеся тем, что они также взаимодействуют посредством сильного взаимодействия. Два более легких кварка, так называемые «верхние» и «нижние» кварки, связываются вместе, образуя протоны и нейтроны. «Верхний» кварк — самый тяжелый из шести типов кварков. В начале 1990-х было предсказано, что он существует, но не наблюдался напрямую ни в одном эксперименте.На коллайдере LEP в европейской лаборатории физики элементарных частиц CERN были произведены миллионы Z-бозонов — частиц, которые обеспечивают нейтральные слабые взаимодействия, и их масса была очень точно измерена. Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывает массу Z-бозона, но измеренное значение немного отличается. Эта небольшая разница может быть объяснена с точки зрения времени, которое Z провел в качестве виртуального топ-кварка, если бы такой топ-кварк имел определенную массу. Когда несколько лет спустя масса топ-кварка была непосредственно измерена на коллайдере Тэватрон в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми недалеко от Чикаго, величина совпала с полученной в результате анализа виртуальных частиц, что стало серьезной проверкой нашего понимания виртуальных частиц.
Еще один очень хороший тест, который некоторые читатели могут захотеть найти, и который у нас нет места для описания здесь, — это эффект Казимира, где силы между металлическими пластинами в пустом пространстве изменяются присутствием виртуальных частиц.
Таким образом, виртуальные частицы действительно реальны и обладают наблюдаемыми эффектами, которые физики изобрели способы измерения. Их свойства и следствия — это хорошо установленные и хорошо изученные следствия квантовой механики.
BBC — Земля — Странная связь между человеческим разумом и квантовой физикой
«Я не могу определить реальную проблему, поэтому подозреваю, что реальной проблемы нет, но я не уверен, что это действительно проблема.»
Американский физик Ричард Фейнман сказал это о пресловутых загадках и парадоксах квантовой механики, теории, которую физики используют для описания мельчайших объектов во Вселенной. Но с таким же успехом он мог бы говорить о столь же запутанной проблеме сознания.
Некоторые ученые думают, что мы уже понимаем, что такое сознание, или что это всего лишь иллюзия. Но многие другие считают, что мы вообще не поняли, откуда приходит сознание.
Извечная загадка сознания даже побудила некоторых исследователей обратиться к квантовой физике. чтобы объяснить это.Это мнение всегда встречалось со скептицизмом, что неудивительно: объяснять одну загадку другой кажется неразумным. Но такие идеи не являются ни абсурдными, ни произвольными.
С одной стороны, разум, к великому неудобству физиков, казалось, пробивается в раннюю квантовую теорию. Более того, предсказано, что квантовые компьютеры будут способны делать то, что обычные компьютеры не могут, что напоминает нам о том, как наш мозг может достигать вещей, которые все еще остаются за пределами искусственного интеллекта.«Квантовое сознание» широко высмеивается как мистическое ухаживание, но оно никуда не денется.
Квантовая механика — лучшая теория, которая у нас есть для описания мира на уровне гаек и болтов атомов и субатомных частиц. Возможно, самой известной из его загадок является тот факт, что результат квантового эксперимента может измениться в зависимости от того, решим ли мы измерить какое-либо свойство вовлеченных частиц.
Когда этот «эффект наблюдателя» впервые был замечен пионерами квантовой теории, они были глубоко обеспокоены.Казалось, что это подрывает основное предположение, лежащее в основе всей науки: что существует объективный мир вне зависимости от нас. Если поведение мира зависит от того, как — или если — мы смотрим на него, что на самом деле может означать «реальность»?
Самое известное вторжение разума в квантовую механику происходит в «эксперименте с двумя щелями».
Некоторые из этих исследователей были вынуждены заключить, что объективность была иллюзией и что сознанию нужно позволить активную роль в этом процессе. квантовая теория.Для других это не имело смысла. Конечно, как однажды жаловался Альберт Эйнштейн, Луна не существует только тогда, когда мы смотрим на нее!
Сегодня некоторые физики подозревают, что независимо от того, влияет сознание на квантовую механику или нет, оно действительно может возникнуть из-за него. Они думают, что для полного понимания того, как работает мозг, может потребоваться квантовая теория.
Может ли случиться так, что, как квантовые объекты, очевидно, могут находиться в двух местах одновременно, так и квантовый мозг может удерживать две взаимоисключающие идеи одновременно?
Эти идеи являются спекулятивными, и может оказаться, что квантовая физика не играет фундаментальной роли ни в работе разума, ни в его работе.Но как минимум эти возможности показывают, насколько странным образом квантовая теория заставляет нас думать.
Самым известным вторжением разума в квантовую механику является «эксперимент с двумя щелями». Представьте, что луч света попадает на экран, на котором есть две близкорасположенные параллельные щели. Часть света проходит через щели, после чего попадает на другой экран.
Свет можно рассматривать как своего рода волну, и когда волны выходят из двух подобных щелей, они могут мешать друг другу.Если их пики совпадают, они усиливают друг друга, а если совпадают пики и впадины, они компенсируются. Эта интерференция волн называется дифракцией, и она создает серию чередующихся ярких и темных полос на заднем экране, где световые волны либо усиливаются, либо гасятся.
Подразумевается, что каждая частица проходит одновременно через обе щели.
Этот эксперимент считался характеристикой волнового поведения более 200 лет назад, задолго до того, как появилась квантовая теория.
Эксперимент с двойной щелью также можно проводить с квантовыми частицами, такими как электроны; крошечные заряженные частицы, входящие в состав атомов. Как ни странно, эти частицы могут вести себя как волны. Это означает, что они могут подвергаться дифракции, когда их поток проходит через две щели, создавая интерференционную картину.
Теперь предположим, что квантовые частицы проходят через щели одна за другой, и их прибытие на экран также наблюдается одна за другой.Теперь очевидно, что каждой частице нечему мешать на своем пути, но, тем не менее, структура столкновений частиц, которая нарастает с течением времени, выявляет интерференционные полосы.
Похоже, что каждая частица проходит одновременно через обе щели и мешает самой себе. Эта комбинация «обоих путей одновременно» известна как состояние суперпозиции.
Но вот что действительно странно.
Если мы разместим детектор внутри или сразу за одной щелью, мы сможем узнать, проходит ли какая-либо конкретная частица через нее или нет.Однако в этом случае интерференция исчезает. Просто наблюдая за траекторией частицы — даже если это наблюдение не должно мешать движению частицы — мы меняем результат.
Физик Паскуаль Джордан, работавший с квантовым гуру Нильсом Бором в Копенгагене в 1920-х годах, сказал об этом так: «наблюдения не только нарушают то, что нужно измерить, они производят это… Мы заставляем [квантовую частицу] предположить, что определенная позиция «. Другими словами, сказал Джордан, «мы сами производим результаты измерений.»
Если это так, объективная реальность, кажется, выходит из окна.
И становится еще более странным.
Если кажется, что природа меняет свое поведение в зависимости от того,» смотрим «мы или нет, мы могли бы попытаться обмануть его, показывая руку. Для этого мы могли бы измерить, какой путь прошла частица через двойные щели, но только после того, как она прошла через них. К тому времени она должна была «решить», идти ли по одному пути или по обоим.
Простое наблюдение, а не какое-либо физическое нарушение, вызванное измерением, может вызвать коллапс
Эксперимент для этого был предложен в 1970-х годах американским физиком Джоном Уилером, и этот эксперимент с «отложенным выбором» был выполнен в следующем десятилетии.Он использует умные методы для измерения траекторий квантовых частиц (обычно частиц света, называемых фотонами) после того, как они должны были выбрать один путь или суперпозицию двух.
Получается, что, как уверенно предсказывал Бор, не имеет значения, откладываем ли мы измерение или нет. Пока мы измеряем путь фотона до того, как его прибытие в детектор будет окончательно зарегистрировано, мы теряем всякую интерференцию.
Как будто природа «знает» не только, смотрим ли мы, но и планируем ли.
Каждый раз, когда в этих экспериментах мы обнаруживаем путь квантовой частицы, ее облако возможных маршрутов «схлопывается» в одно четко определенное состояние. Более того, эксперимент с отложенным выбором подразумевает, что сам факт наблюдения, а не любое физическое нарушение, вызванное измерением, может вызвать коллапс. Но означает ли это, что настоящий коллапс произошел только тогда, когда результат измерения коснулся нашего сознания?
Трудно избежать вывода о том, что сознание и квантовая механика каким-то образом связаны
Эта возможность была допущена в 1930-х годах венгерским физиком Юджином Вигнером.«Отсюда следует, что на квантовое описание объектов влияют впечатления, входящие в мое сознание», — писал он. «Солипсизм может быть логически совместим с современной квантовой механикой».
Уилер даже питал мысль, что присутствие живых существ, способных «замечать», преобразовало то, что раньше было множеством возможных квантовых прошлых, в одну конкретную историю. В этом смысле, сказал Уиллер, мы становимся участниками эволюции Вселенной с самого ее начала.По его словам, мы живем во «вселенной участия».
По сей день физики не пришли к единому мнению о том, как лучше всего интерпретировать эти квантовые эксперименты, и в какой-то степени то, что вы из них сделаете, зависит (на данный момент) от вас. Но так или иначе, трудно избежать вывода о том, что сознание и квантовая механика каким-то образом связаны.
Начиная с 1980-х годов британский физик Роджер Пенроуз предположил, что связь может работать в другом направлении. Может ли сознание влиять на квантовую механику, сказал он, возможно, квантовая механика участвует в сознании.
Что, если, спросил Пенроуз, в нашем мозгу есть молекулярные структуры, которые способны изменять свое состояние в ответ на единичное квантовое событие. Не могли бы эти структуры тогда принять состояние суперпозиции, как частицы в эксперименте с двойной щелью? И могут ли эти квантовые суперпозиции проявиться в способах, которыми нейроны запускаются для связи с помощью электрических сигналов?
Возможно, говорит Пенроуз, наша способность поддерживать, казалось бы, несовместимые психические состояния — это не причуда восприятия, а настоящий квантовый эффект.
Возможно, квантовая механика участвует в сознании
В конце концов, человеческий мозг, кажется, способен управлять когнитивными процессами, которые все еще намного превосходят возможности цифровых компьютеров. Возможно, мы даже сможем выполнять вычислительные задачи, которые невозможны на обычных компьютерах, использующих классическую цифровую логику.
Пенроуз впервые предположил, что квантовые эффекты характерны для человеческого познания в своей книге 1989 года « Новый разум императора ». Идея называется Orch-OR, что сокращенно от «оркестрованной объективной редукции».Фраза «объективная редукция» означает, что, как считает Пенроуз, коллапс квантовой интерференции и суперпозиции является реальным физическим процессом, подобным лопнувшему пузырю.
Orch-OR основывается на предположении Пенроуза о том, что гравитация ответственна за то, что повседневные объекты, такие как стулья и планеты, не проявляют квантовых эффектов. Пенроуз считает, что квантовые суперпозиции становятся невозможными для объектов, намного больших, чем атомы, потому что их гравитационные эффекты вынудят сосуществовать две несовместимые версии пространства-времени.
Пенроуз развил эту идею вместе с американским врачом Стюартом Хамероффом. В своей книге « Shadows of the Mind » 1994 года он предположил, что структуры, участвующие в этом квантовом познании, могут быть белковыми цепями, называемыми микротрубочками. Они находятся в большинстве наших клеток, в том числе в нейронах мозга. Пенроуз и Хамерофф утверждают, что колебания микротрубочек могут принимать квантовую суперпозицию.
Но нет никаких доказательств того, что это возможно хотя бы отдаленно.
Было высказано предположение, что идея квантовых суперпозиций в микротрубочках подтверждается экспериментами, описанными в 2013 году, но на самом деле в этих исследованиях не упоминались квантовые эффекты.
Кроме того, большинство исследователей считают, что идея Orch-OR была опровергнута исследованием, опубликованным в 2000 году. Физик Макс Тегмарк подсчитал, что квантовые суперпозиции молекул, участвующих в передаче нейронных сигналов, не могут существовать даже на долю времени, необходимого для такого сигнал куда угодно.
Другие исследователи нашли доказательства квантовых эффектов у живых существ.
Квантовые эффекты, такие как суперпозиция, легко разрушаются из-за процесса, называемого декогеренцией. Это вызвано взаимодействиями квантового объекта с окружающей его средой, через которые «квантовость» утекает.
Ожидается, что декогеренция будет чрезвычайно быстрой в теплых и влажных средах, таких как живые клетки.
Нервные сигналы — это электрические импульсы, вызванные прохождением электрически заряженных атомов через стенки нервных клеток.Если один из этих атомов находился в суперпозиции, а затем столкнулся с нейроном, Тегмарк показал, что суперпозиция должна распадаться менее чем за одну миллиардную миллиардную долю секунды. Нейрону требуется, по крайней мере, в десять тысяч триллионов раз больше времени, чтобы передать сигнал.
В результате к представлениям о квантовых эффектах в мозге относятся с большим скептицизмом.
Однако Пенроуза эти аргументы не трогают, и он придерживается гипотезы Orch-OR. И несмотря на предсказание Тегмарка сверхбыстрой декогеренции в клетках, другие исследователи нашли доказательства квантовых эффектов у живых существ.Некоторые утверждают, что квантовая механика используется перелетными птицами, использующими магнитную навигацию, и зелеными растениями, когда они используют солнечный свет для производства сахаров в процессе фотосинтеза.
Кроме того, идея о том, что мозг может использовать квантовые уловки, никуда не денется. Ибо теперь есть другой, совершенно другой аргумент в пользу этого.
В исследовании, опубликованном в 2015 году, физик Мэтью Фишер из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре утверждал, что мозг может содержать молекулы, способные выдерживать более устойчивые квантовые суперпозиции.В частности, он считает, что этой способностью могут обладать ядра атомов фосфора.
Атомы фосфора повсюду в живых клетках. Они часто принимают форму фосфат-ионов, в которых один атом фосфора соединяется с четырьмя атомами кислорода.
Такие ионы являются основной единицей энергии в клетках. Большая часть энергии клетки хранится в молекулах, называемых АТФ, которые содержат цепочку из трех фосфатных групп, соединенных с органической молекулой. Когда один из фосфатов высвобождается, энергия высвобождается для использования клеткой.
Клетки имеют молекулярные механизмы для объединения фосфат-ионов в группы и их повторного отщепления. Фишер предложил схему, в которой два иона фосфата могут быть помещены в особую суперпозицию, называемую «запутанным состоянием».
Спины фосфора могут сопротивляться декогеренции в течение дня или около того, даже в живых клетках
Ядра фосфора обладают квантовым свойством, называемым спином, что делает их похожими на маленькие магниты с полюсами, указывающими в определенных направлениях.В запутанном состоянии спин одного ядра фосфора зависит от другого.
Другими словами, запутанные состояния на самом деле являются суперпозиционными состояниями, в которых участвует более одной квантовой частицы.
Фишер говорит, что квантово-механическое поведение этих ядерных спинов могло бы правдоподобно сопротивляться декогеренции в человеческих временных масштабах. Он согласен с Тегмарком в том, что квантовые колебания, подобные тем, которые постулировали Пенроуз и Хамерофф, будут сильно зависеть от окружающей среды «и почти сразу же декогерируются».Но ядерные спины не очень сильно взаимодействуют со своим окружением.
Тем не менее, квантовое поведение ядерных спинов фосфора должно быть «защищено» от декогеренции.
Это может произойти, говорит Фишер, если атомы фосфора будут включены в более крупные объекты, называемые «молекулами Познера». Это кластеры из шести ионов фосфата в сочетании с девятью ионами кальция. Есть некоторые свидетельства того, что они могут существовать в живых клетках, хотя в настоящее время это далеко не окончательно.
Я решил … исследовать, как на Земле ион лития может иметь такой драматический эффект при лечении психических состояний
В молекулах Познера, утверждает Фишер, спины фосфора могут сопротивляться декогеренции в течение дня или около того, даже в живых клетки. Это означает, что они могут влиять на работу мозга.
Идея состоит в том, что молекулы Познера могут поглощаться нейронами. Оказавшись внутри, молекулы Познера могут инициировать передачу сигнала другому нейрону, распадаясь и высвобождая свои ионы кальция.
Из-за запутывания в молекулах Познера два таких сигнала могут, в свою очередь, запутаться: можно сказать, своего рода квантовая суперпозиция «мысли». «Если бы в мозге действительно присутствовала квантовая обработка с помощью ядерных спинов, это было бы чрезвычайно распространенным явлением, происходящим практически постоянно», — говорит Фишер.
Впервые ему пришла в голову эта идея, когда он начал думать о душевном заболевании.
«Мое проникновение в биохимию мозга началось, когда я три или четыре года назад решил исследовать, как на Земле ион лития может иметь такой драматический эффект при лечении психических состояний», — говорит Фишер.
На данный момент предложение Фишера — не более чем интригующая идея.
Литиевые препараты широко используются для лечения биполярного расстройства. Они работают, но никто толком не знает как.
«Я не искал квантового объяснения», — говорит Фишер. Но затем он наткнулся на статью, в которой сообщалось, что препараты лития по-разному влияют на поведение крыс в зависимости от того, какая форма — или «изотоп» лития была использована.
На первый взгляд это было крайне загадочно.С химической точки зрения разные изотопы ведут себя почти одинаково, поэтому, если бы литий действовал как обычное лекарство, все изотопы должны были бы иметь одинаковый эффект.
Но Фишер понял, что ядра атомов разных изотопов лития могут иметь разные спины. Это квантовое свойство может повлиять на действие препаратов лития. Например, если литий заменяет кальций в молекулах Познера, спины лития могут «ощущать» и влиять на вращения атомов фосфора и, таким образом, мешать их запутыванию.
Мы даже не знаем, что такое сознание.
Если это правда, это поможет объяснить, почему литий может лечить биполярное расстройство.
На данный момент предложение Фишера — не более чем интригующая идея. Но есть несколько способов проверить его правдоподобие, начиная с идеи о том, что спины фосфора в молекулах Познера могут сохранять свою квантовую когерентность в течение длительных периодов времени. Это то, что Фишер планирует сделать дальше.
Тем не менее, он опасается быть связанным с более ранними идеями о «квантовом сознании», которые он считает в лучшем случае весьма спекулятивными.
Физикам не очень удобно обнаруживать себя внутри своих теорий. Большинство надеется, что сознание и мозг можно исключить из квантовой теории, и, возможно, наоборот. В конце концов, мы даже не знаем, что такое сознание, не говоря уже о теории для его описания.
Мы все знаем, что такое красный, но у нас нет способа передать ощущение правдоподобное обоснование таких вещей, как телепатия и телекинез.
В результате физики часто стесняются даже упоминать слова «квант» и «сознание» в одном предложении.
Но если отбросить это в сторону, у этой идеи долгая история. С тех пор, как «эффект наблюдателя» и разум впервые проникли в квантовую теорию в первые дни, их было чертовски трудно выгнать. Некоторые исследователи думают, что нам, возможно, никогда не удастся этого сделать.
В 2016 году Адриан Кент из Кембриджского университета в Великобритании, один из самых уважаемых «квантовых философов», предположил, что сознание может изменять поведение квантовых систем тонкими, но заметными способами.
Кент очень осторожно относится к этой идее. «Нет веских принципиальных оснований полагать, что квантовая теория является правильной теорией, в которой можно попытаться сформулировать теорию сознания, или что проблемы квантовой теории должны иметь какое-либо отношение к проблеме сознания», — признает он.
Каждая линия мысли об отношении сознания к физике сталкивается с серьезными проблемами
Но он говорит, что трудно понять, как описание сознания, основанное исключительно на доквантовой физике, может объяснить все особенности, которые кажутся иметь.
Один особенно загадочный вопрос заключается в том, как наше сознание может испытывать уникальные ощущения, такие как красный цвет или запах жареного бекона. За исключением людей с нарушениями зрения, все мы знаем, что такое красный, но у нас нет способа передать это ощущение, и в физике нет ничего, что говорило бы нам, каким он должен быть.
Подобные ощущения называются квалиа. Мы воспринимаем их как единые свойства внешнего мира, но на самом деле они являются продуктами нашего сознания — и это трудно объяснить.Действительно, в 1995 году философ Дэвид Чалмерс назвал это «трудной проблемой» сознания.
«Каждая линия мысли об отношении сознания к физике сталкивается с серьезными проблемами», — говорит Кент.
Это побудило его предположить, что «мы могли бы добиться некоторого прогресса в понимании проблемы эволюции сознания, если бы предположили, что сознание изменяет (хотя, возможно, очень незначительно и незаметно) квантовые вероятности».
«Квантовое сознание» широко высмеивается как мистическое ухаживание, но оно никуда не денется.
Другими словами, разум действительно может повлиять на результаты измерений.
С этой точки зрения, это не совсем точное определение того, «что реально». Но это может повлиять на вероятность того, что каждая из возможных реальностей, допускаемых квантовой механикой, будет той, которую мы действительно наблюдаем, чего не может предсказать сама квантовая теория. Кент говорит, что мы можем искать такие эффекты экспериментально.
Он даже смело оценивает шансы их найти. «Я бы с вероятностью 15% поверил, что что-то конкретное, связанное с сознанием, вызывает отклонения от квантовой теории, с вероятностью 3%, что это будет экспериментально обнаружено в течение следующих 50 лет», — говорит он.
Если это произойдет, это изменит наши представления как о физике, так и о разуме. Кажется, этот шанс стоит изучить.
Присоединяйтесь к более чем шести миллионам поклонников BBC Earth, поставив нам лайк на Facebook или подписавшись на нас в Twitter и Instagram.
Если вам понравился этот рассказ, подпишитесь на еженедельную рассылку новостей bbc.com под названием «Если вы прочитаете только 6 статей на этой неделе». Тщательно подобранная подборка историй из BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel и Autos, которые доставляются вам на почту каждую пятницу.
Физика элементарных частиц
Четырнадцать миллиардов лет назад, когда горячее плотное пятнышко, которым была наша Вселенная, быстро расширилось, вся существующая материя и антивещество должны были аннигилировать и оставить нам только энергию. И все же небольшое количество вещества сохранилось.
В итоге мы получили мир, наполненный частицами. И не просто частицы — частицы, массы и заряды которых были достаточно точными, чтобы позволить жизнь человеку.Вот несколько фактов о вашей физике элементарных частиц, которые заставят ваши электроны прыгать.
Работа Sandbox Studio, Чикаго, с Аной Ковой
Частицы, из которых мы сделаны
Около 99 процентов вашего тела состоит из атомов водорода, углерода, азота и кислорода. Вы также содержат гораздо меньшее количество других элементов, необходимых для жизни.
В то время как большинство клеток в вашем теле восстанавливается каждые 7-15 лет, многие частицы, из которых состоят эти клетки, действительно существуют миллионы тысячелетий.Атомы водорода в вас образовались в результате Большого взрыва, а атомы углерода, азота и кислорода образовались в горящих звездах. Очень тяжелые элементы в вас образовались из взрывающихся звезд.
Размер атома определяется средним расположением его электронов. Ядра примерно в 100 000 раз меньше, чем атомы, в которых они заключены. Если бы ядро было размером с арахис, атом был бы размером с бейсбольный стадион. Если бы мы потеряли все мертвое пространство внутри наших атомов, каждый из нас смог бы поместиться в частицу свинцовой пыли, а вся человеческая раса поместилась бы в объем кубика сахара.
Как вы могли догадаться, эти разнесенные частицы составляют лишь крошечную часть вашей массы. Протоны и нейтроны внутри ядра атома состоят из трех кварков. Масса кварков, возникающая в результате их взаимодействия с полем Хиггса, составляет всего несколько процентов от массы протона или нейтрона. Глюоны, переносчики сильного ядерного взаимодействия, которое удерживает эти кварки вместе, совершенно безмассовые.
Если ваша масса не зависит от масс этих частиц, откуда она взялась? Энергия.Ученые считают, что почти вся масса вашего тела происходит за счет кинетической энергии кварков и энергии связи глюонов.
Работа Sandbox Studio, Чикаго, с Аной Ковой
Частицы, которые мы производим
Ваше тело — это небольшая шахта радиоактивных частиц. Вы получаете годовую дозу в 40 миллибэр от естественной радиоактивности, происходящей внутри вас. Это то же количество радиации, которому вы подверглись бы после четырех рентгеновских снимков грудной клетки.Уровень вашей дозы облучения может увеличиваться на один или два миллибэра за каждые восемь часов, которые вы проводите во сне рядом со своим так же радиоактивным любимым человеком.
Вы излучаете радиацию, потому что многие продукты, которые вы едите, напитки, которые вы пьете, и даже воздух, которым вы дышите, содержат радионуклиды, такие как калий-40 и углерод-14. Они входят в состав ваших молекул и в конечном итоге распадаются и производят излучение в вашем теле.
Когда калий-40 распадается, он высвобождает позитрон, двойник электрона из антивещества, поэтому вы также можете содержать небольшое количество антивещества.Средний человек производит более 4000 позитронов в день, примерно 180 в час. Но вскоре эти позитроны сталкиваются с вашими электронами и аннигилируют, образуя излучение в виде гамма-лучей.
Работа Sandbox Studio, Чикаго, с Аной Ковой
Частицы, которые мы встречаем
Радиоактивность, рожденная внутри вашего тела, — это лишь часть радиации, с которой вы естественным образом (и безвредно) контактируете каждый день.Средний американец получает дозу радиации около 620 миллибэр каждый год. Пища, которую вы едите, дом, в котором вы живете, камни и почва, по которым вы ходите, — все это подвергает вас низкому уровню радиоактивности. Просто съев бразильский орех или сходив к стоматологу, вы можете повысить уровень дозы радиации на несколько миллибэр. Курение сигарет может увеличить его до 16 000 миллибэр.
Космические лучи, высокоэнергетическое излучение из космоса, постоянно попадают в нашу атмосферу. Там они сталкиваются с другими ядрами и производят мезоны, многие из которых распадаются на частицы, такие как мюоны и нейтрино.Все они осыпаются на поверхность Земли и проходят через вас со скоростью около 10 в секунду. Они добавляют около 27 миллибэр к вашей годовой дозе радиации. Эти космические частицы могут иногда нарушать нашу генетику, вызывая тонкие мутации, и могут быть фактором, способствующим эволюции.
В дополнение к бомбардировке нас фотонами, которые определяют то, как мы видим окружающий мир, наше Солнце также испускает натиск частиц, называемых нейтрино. Нейтрино — постоянные посетители вашего тела, проникающие со скоростью почти 100 триллионов каждую секунду.Помимо Солнца, нейтрино исходят из других источников, включая ядерные реакции в других звездах и на нашей собственной планете.
Множество нейтрино существовало с первых секунд ранней Вселенной, устарели даже ваши собственные атомы. Но эти частицы настолько слабо взаимодействуют, что проходят сквозь вас, не оставляя следов своего визита.
Вы также, вероятно, столкнетесь с постоянным потоком частиц темной материи. Темная материя не излучает, не отражает и не поглощает свет, что затрудняет ее обнаружение, но ученые считают, что она составляет около 80 процентов материи Вселенной.
Глядя на плотность темной материи во Вселенной, ученые подсчитали, что сотни тысяч этих частиц могут проходить через вас каждую секунду, сталкиваясь с вашими атомами примерно раз в минуту. Но темная материя не очень сильно взаимодействует с веществом, из которого вы состоите, поэтому вряд ли они окажут какое-либо заметное влияние на ваше тело.
В следующий раз, когда вы задаетесь вопросом, как физика элементарных частиц применима к вашей жизни, просто загляните внутрь себя.
Используйте диалоговое окно печати браузера, чтобы создать PDF-файл.
Что такое элементарные частицы? | Живая наука
Элементарные частицы — самые маленькие из известных строительных блоков Вселенной. Считается, что они не имеют внутренней структуры, а это означает, что исследователи думают о них как о нульмерных точках, не занимающих места. Электроны, вероятно, являются наиболее знакомыми элементарными частицами, но Стандартная модель физики, которая описывает взаимодействия частиц и почти все силы, признает всего 10 элементарных частиц.
Электроны и связанные с ними частицы
Электроны — это отрицательно заряженные компоненты атомов. Хотя они считаются нульмерными точечными частицами, электроны окружены облаком других виртуальных частиц, постоянно появляющихся и исчезающих, которые, по сути, действуют как часть самого электрона. Некоторые теории предсказывают, что у электрона есть слегка положительный полюс и слегка отрицательный полюс, а это означает, что это облако виртуальных частиц должно быть немного асимметричным.
Если бы это было так, электроны могли бы вести себя иначе, чем их двойники из антивещества, позитроны, что потенциально объясняет многие загадки материи и антивещества. Но физики неоднократно измеряли форму электрона и находили, что он идеально круглый, насколько им известно, оставив их без ответов на загадки антивещества.
У электрона есть два более тяжелых родственника: мюон и тау. Мюоны могут быть созданы, когда космические лучи высокой энергии из космоса попадают в верхнюю часть атмосферы Земли, создавая поток экзотических частиц.Тау еще реже и труднее производить, так как они более чем в 3400 раз тяжелее электронов. Нейтрино, электроны, мюоны и тау составляют категорию элементарных частиц, называемых лептонами.
Кварки и их причудливость
Кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, являются еще одним типом элементарных частиц. Вместе с лептонами кварки составляют вещество, которое мы считаем материей.
Когда-то ученые считали атомы самыми маленькими объектами; слово происходит от греческого «атомос», что означает «неделимый».«Примерно на рубеже 20-го века было показано, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Затем, на протяжении 1950-х и 60-х годов, ускорители элементарных частиц продолжали обнаруживать множество экзотических субатомных частиц, таких как пионы и каоны.
В 1964 году Согласно историческому отчету Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии, физики Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг независимо друг от друга предложили модель, которая могла бы объяснить внутреннюю работу протонов, нейтронов и остальной части зоопарка частиц.Внутри протонов и нейтронов находятся крошечные частицы, называемые кварками, которые бывают шести возможных типов или ароматов: верхний, нижний, странный, очаровательный, нижний и верхний.
Протоны состоят из двух верхних кварков и нижнего кварка, а нейтроны состоят из двух нижних и нижних кварков. Верхний и нижний кварки — самые легкие разновидности. Поскольку более массивные частицы имеют тенденцию распадаться на менее массивные, верхние и нижние кварки также являются наиболее распространенными во Вселенной; следовательно, протоны и нейтроны составляют большую часть известной нам материи.
К 1977 году физики выделили пять из шести кварков в лаборатории — верхний, нижний, странный, очаровательный и нижний — но только в 1995 году исследователи из Национальной ускорительной лаборатории Фермилаб в Иллинойсе обнаружили последний кварк, верхний предел. кварк. Его поиски были такими же интенсивными, как и более поздняя охота за бозоном Хиггса. Топ-кварк было так сложно произвести, потому что он примерно в 100 триллионов раз тяжелее, чем ап-кварки, а это означает, что для его производства в ускорителях частиц требовалось гораздо больше энергии.
Диаграмма показывает, как кварки обычно вписываются в наше понимание крошечных частиц. (Изображение предоставлено: udaix / Shutterstock)Фундаментальные частицы природы
Затем есть четыре фундаментальных силы природы: электромагнетизм, гравитация, а также сильные и слабые ядерные взаимодействия. С каждым из них связана фундаментальная частица.
Фотоны — самые известные; они несут электромагнитную силу. Глюоны несут в себе сильное ядерное взаимодействие и находятся в кварках внутри протонов и нейтронов.Слабое взаимодействие, которое опосредует определенные ядерные реакции, переносится двумя фундаментальными частицами, W- и Z-бозонами. Согласно ЦЕРНу, нейтрино, которые чувствуют только слабую силу и гравитацию, взаимодействуют с этими бозонами, и поэтому физики смогли впервые предоставить доказательства их существования с помощью нейтрино.
Гравитация здесь аутсайдер. Он не включен в Стандартную модель, хотя физики подозревают, что с ним может быть связана фундаментальная частица, которую можно назвать гравитоном.Если гравитоны существуют, их можно было бы создать на Большом адронном коллайдере (LHC) в Женеве, Швейцария, но они быстро исчезли бы в дополнительных измерениях, оставив после себя пустую зону, где они были бы, согласно ЦЕРНу. Пока что LHC не обнаружил никаких свидетельств наличия гравитонов или дополнительных измерений.
Моделирование, показывающее рождение бозона Хиггса при столкновении двух протонов на Большом адронном коллайдере. Бозон Хиггса быстро распадается на четыре мюона, которые представляют собой тип тяжелого электрона, который не поглощается детектором.Желтым цветом показаны треки мюонов. (Изображение предоставлено Лукасом Тейлором / CMS)Неуловимый бозон Хиггса
Наконец, есть бозон Хиггса, король элементарных частиц, ответственный за придание всем остальным частицам их массы. Охота на Хиггса была серьезным делом для ученых, стремившихся завершить свой каталог Стандартной модели. Когда в 2012 году Хиггса наконец заметили, физики обрадовались, но результаты также поставили их в затруднительное положение.
Хиггс выглядит примерно так, как и предполагалось, но ученые надеялись на большее.Стандартная модель известна как неполная; например, в нем отсутствует описание гравитации, и исследователи думали, что открытие Хиггса поможет указать на другие теории, которые могли бы заменить Стандартную модель. Но пока они оказались пустыми в этом поиске.
Дополнительные ресурсы :
малоизвестные частицы, помогающие исследовать непроницаемое
Мюонные детекторы теперь достаточно малы, чтобы их можно было использовать в полевых условиях, например, в Великой пирамиде в Гизе в Египте.Предоставлено: сканирование пирамид, миссия
.Мюон становится мейнстримом. Частица, тяжелая версия электрона, которая падает на каждый квадратный сантиметр Земли, мало известна за пределами физики элементарных частиц — и в прошлом году она помогла археологам сделать потрясающее открытие ранее неизвестной камеры в Великой пирамиде Египта 1 .
Вулканологи и инженеры-ядерщики также находят новые применения той же технологии, называемой мюографией, которая использует мюоны для исследования внутренностей плотных структур.Первые компании стремятся заработать.
«Открытие пирамид в прошлом году действительно повлияло на мюографию», — говорит Дэвид Махон, физик из Университета Глазго, Великобритания, который был одним из организаторов международной встречи. под названием «Мюография космических лучей», спонсируемая Королевским обществом и проходившая 14–15 мая в Ньюпорт-Пагнелле, Великобритания.
Мюоны повсюду
Мюоны имеют такой же отрицательный заряд, что и электроны, но в 200 раз больше массы. Они образуются, когда частицы высокой энергии, называемые космическими лучами, сталкиваются с атомами в атмосфере Земли.Двигаясь со скоростью, близкой к скорости света, мюоны осыпают Землю со всех сторон. В каждую область планеты размером с ладонь попадает примерно один мюон в секунду, и частицы могут пройти через сотни метров твердого материала, прежде чем они будут поглощены.
Их вездесущность и проникающая способность делают мюоны идеальными для получения изображений больших плотных объектов, не повреждая их, говорит Кристина Карлогану, физик из Физической лаборатории Клермон-Феррана во Франции. Чем плотнее материалы, тем больше энергии они поглощают от частиц, поэтому физики могут отслеживать, как часто мюоны разных энергий достигают детекторов, расположенных вокруг цели, и сравнивать это с ожидаемой скоростью без препятствий, чтобы построить трехмерный профиль плотность внутреннего пространства (см. «Картографирование мюонов»).
Физики экспериментируют с этой техникой с 1950-х годов, включая безуспешный поиск скрытых камер во второй по величине пирамиде в Гизе 2 . Но детекторы размером с комнату были дорогими и непрактичными, говорит Рафаэлло Д’Алессандро, физик элементарных частиц из Университета Флоренции, Италия, и соорганизатор встречи по мюографии. Они могли весить более 10 тонн и полагались на способность мюонов ионизировать частицы иногда взрывоопасных газов.
Изменение направления
Способы более точного отслеживания траекторий заряженных частиц, разработанные на таких объектах, как CERN, европейская лаборатория физики элементарных частиц недалеко от Женевы, Швейцария, позволили создать более безопасные, компактные и более чувствительные мюонные детекторы. Теперь они могут быть такими же компактными, как несколько квадратных метров, и могут работать от солнечных батарей, что позволяет доставлять их на удаленные полевые объекты.
Вулканы стали популярной мишенью для этой техники благодаря новаторской работе японских исследователей.Картографирование лавовых каналов, которые поглощают меньше энергии от мюонов, чем плотная окружающая порода, однажды может помочь предсказать извержения, говорит Карлогану. В этом году исследователи попытаются сфотографировать затвердевшую пробку лавы внутри итальянского Везувия. По словам Д’Алессандро, в сочетании с более традиционными геофизическими методами эти изображения могут помочь вулканологам сделать вывод, какие части взорвутся первыми во время извержения. Он является участником проекта «Мюонная радиография Везувия», известного как Muraves.
Устройства меньшего размера также используются в археологии, — говорит Джулио Сарачино, физик из Неаполитанского университета имени Федерико II в Италии. Он и его команда нанесли на карту пустоты и туннели под горой Эхия, поселением в Неаполе, которое было заселено с восьмого века до нашей эры. Они также планируют поискать акведук под близлежащим древним городом Кумы. А Д’Алессандро — часть команды, использующей мюоны для исследования стен купола флорентийского собора пятнадцатого века, в которых образовались трещины.
Мюография за деньги
Целый ряд коммерческих применений мюографии — пять из них были представлены на конференции — исследуют более мелкие образцы, такие как бочки с ядерными отходами. Эти приложения часто используют немного другую технику, которая отслеживает, как мюоны меняют направление, когда они сталкиваются с атомными ядрами в материале.
Размещая детекторы по обе стороны от образца, физики могут воссоздать траекторию частицы. А поскольку угол отклонения коррелирует с плотностью вещества, на которое попадает мюон, изучение этих путей может помочь создать карту плотности исследуемого материала.Инженеры могут использовать этот метод для обнаружения случайных фрагментов урана внутри контейнеров с ядерными отходами, даже если они заключены в бетон или сталь.
«Чтобы получить информацию о том, что находится глубоко в центре, мюоны — практически единственное, что может это сделать», — говорит Махон. Он является директором фирмы Lynkeos Technology из Глазго, которая в следующем месяце приступит к визуализации образцов ядерных отходов в Национальной ядерной лаборатории Великобритании в Селлафилде. Это будет первый коммерческий контракт компании.
В Соединенных Штатах испытания в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Нью-Мексико показали, что аналогичная технология может обнаруживать места, где топливные стержни были извлечены из контейнеров с отработавшим топливом. Как заявил на конференции физик из Лос-Аламоса Кристофер Моррис, всего четыре украденных топливных стержня дадут достаточно плутония для создания примитивного ядерного оружия.
Израильская фирма Lingacom, базирующаяся в Тель-Авиве, также изучает возможность использования этого метода при досмотре на предмет безопасности, например, на пограничных переходах, для проверки контейнеров на предмет контрабандного ядерного материала.Другие фирмы планируют использовать мюографию для отслеживания износа нефтепроводов и поиска полезных ископаемых в старых шахтах.
Но во многих академических областях технология все еще вызывает недовольство и насмешливые взгляды. Несмотря на такие находки, как скрытая камера Великой пирамиды, технология все еще относительно недоказана. «Это новый, очень специализированный метод, пришедший из мира физики высоких энергий», — говорит Сарачино. «Когда я впервые говорю геологам, что у нас есть мюонная технология, они говорят:« Что такое мюоны? »Они очарованы, но и немного насторожены.”
в поисках нейтрино, частиц-призраков природы | Наука
Мы наводнены нейтрино. Это одни из самых легких из двух десятков известных субатомных частиц, и они исходят со всех сторон: от Большого взрыва, положившего начало Вселенной, от взрывающихся звезд и, прежде всего, от Солнца. Они проходят сквозь землю почти со скоростью света, все время, днем и ночью, в огромных количествах. Каждую секунду через наши тела проходит около 100 триллионов нейтрино.
Проблема физиков в том, что нейтрино невозможно увидеть и трудно обнаружить. Любой инструмент, предназначенный для этого, может казаться твердым на ощупь, но для нейтрино даже нержавеющая сталь — это в основном пустое пространство, столь же широко открытое, как солнечная система для кометы. Более того, нейтрино, в отличие от большинства субатомных частиц, не имеют электрического заряда — они нейтральны, отсюда и название, — поэтому ученые не могут использовать электрические или магнитные силы для их захвата.Физики называют их «призрачными частицами».
Чтобы захватить эти неуловимые сущности, физики провели несколько чрезвычайно амбициозных экспериментов. Чтобы нейтрино не путали с космическими лучами (субатомными частицами из космоса, которые не проникают через Землю), детекторы устанавливаются глубоко под землей. Огромные из них были размещены в золотых и никелевых рудниках, в туннелях под горами, в океане и во льдах Антарктики. Эти странно красивые устройства — памятник решимости человечества познать Вселенную.
Неясно, какие практические применения принесет изучение нейтрино. «Мы не знаем, к чему это приведет, — говорит Борис Кайзер, физик-теоретик из Fermilab в Батавии, штат Иллинойс.
Физики изучают нейтрино отчасти потому, что нейтрино — такие странные персонажи: они, кажется, нарушают правила, описывающие природу в ее самом фундаментальном виде. И если физики когда-либо собираются оправдать свои надежды на разработку последовательной теории реальности, объясняющей без исключения основы природы, им придется учитывать поведение нейтрино.
Кроме того, нейтрино заинтриговали ученых, потому что частицы являются посланниками из внешних пределов Вселенной, созданными сильно взрывающимися галактиками и другими загадочными явлениями. «Нейтрино могут сказать нам то, чего не могут сказать более простые частицы», — говорит Кайзер.
Физики вообразили нейтрино задолго до того, как они их нашли. В 1930 году они создали концепцию сбалансированного уравнения, которое не складывалось. Когда ядро радиоактивного атома распадается, энергия излучаемых им частиц должна равняться энергии, которую он изначально содержал.Но на самом деле, как заметили ученые, ядро теряет больше энергии, чем регистрируют детекторы. Итак, чтобы учесть эту дополнительную энергию, физик Вольфганг Паули задумал дополнительную невидимую частицу, испускаемую ядром. «Сегодня я сделал что-то очень плохое, предложив частицу, которую невозможно обнаружить», — написал Паули в своем дневнике. «Ни один теоретик никогда не должен этого делать».
Экспериментаторы все равно начали его искать. В лаборатории ядерного оружия в Южной Каролине в середине 1950-х годов они разместили два больших резервуара с водой за пределами ядерного реактора, который, согласно их уравнениям, должен был производить десять триллионов нейтрино в секунду.Детектор был крошечным по сегодняшним меркам, но все же ему удавалось обнаруживать нейтрино — три нейтрино в час. Ученые установили, что предложенное нейтрино было на самом деле реальным; изучение неуловимой частицы ускорено.
Десятилетие спустя область расширилась, когда другая группа физиков установила детектор на золотом прииске Хоумстейк в Лиде, Южная Дакота, на глубине 4850 футов под землей. В этом эксперименте ученые намеревались наблюдать нейтрино, наблюдая за тем, что происходит в редких случаях, когда нейтрино сталкивается с атомом хлора и создает радиоактивный аргон, который легко обнаруживается.В основе эксперимента лежал резервуар, наполненный 600 тоннами жидкости, богатой хлором, перхлорэтилена, жидкости, используемой в химической чистке. Каждые несколько месяцев ученые промывали резервуар и извлекали около 15 атомов аргона, что свидетельствует о 15 нейтрино. Мониторинг продолжался более 30 лет.
Надеясь обнаружить нейтрино в больших количествах, японские ученые провели эксперимент на глубине 3 300 футов в цинковой шахте. Супер-Камиоканде, или, как его еще называют, Супер-К, начал работу в 1996 году.Детектор состоит из 50 000 тонн воды в куполообразном резервуаре, на стенках которого установлено 13 000 световых датчиков. Датчики обнаруживают случайную синюю вспышку (слишком слабую для нашего глаза), возникающую, когда нейтрино сталкивается с атомом в воде и создает электрон. И, проследив точный путь, по которому электрон двигался в воде, физики могли сделать вывод о космическом источнике встречного нейтрино. Они обнаружили, что большинство из них исходит от Солнца. Измерения были достаточно чувствительными, чтобы Super-K мог отслеживать путь солнца по небу и, находясь почти на милю ниже поверхности земли, наблюдать, как день превращается в ночь.«Это действительно захватывающая вещь, — говорит Джанет Конрад, физик из Массачусетского технологического института. Треки частиц можно скомпилировать, чтобы создать «красивое изображение, изображение солнца в нейтрино».
Но эксперименты Хоумстейк и Супер-К не обнаружили столько нейтрино, сколько ожидали физики. Исследования в Нейтринной обсерватории Садбери (SNO, произносится как «снег») определили причину. Установленный в никелевом руднике глубиной 6800 футов в Онтарио, SNO содержит 1100 тонн «тяжелой воды», которая имеет необычную форму водорода, которая относительно легко реагирует с нейтрино.Жидкость находится в резервуаре, подвешенном внутри огромного акрилового шара, который сам удерживается внутри геодезической надстройки, которая поглощает вибрации и на которой подвешены 9 456 световых датчиков — все это выглядит как украшение рождественской елки высотой 30 футов.
Ученые, работающие в SNO, обнаружили в 2001 году, что нейтрино может самопроизвольно переключаться между тремя различными идентичностями — или, как говорят физики, оно колеблется между тремя ароматами. Открытие имело поразительные последствия. Во-первых, он показал, что в предыдущих экспериментах было обнаружено гораздо меньше нейтрино, чем предполагалось, потому что инструменты были настроены только на один аромат нейтрино — тот, который создает электрон, — и отсутствовали те, которые переключались.Во-вторых, открытие опровергло веру физиков в то, что нейтрино, как и фотон, не имеет массы. (Колебания вкусов — это то, на что способны только частицы с массой.)
Какова масса нейтрино? Чтобы выяснить это, физики строят KATRIN — эксперимент с тритием и нейтрино в Карлсруэ. Бизнес-подразделение KATRIN может похвастаться 200-тонным прибором, называемым спектрометром, который будет измерять массу атомов до и после их радиоактивного распада, тем самым показывая, какую массу уносит нейтрино.Техники построили спектрометр примерно в 250 милях от Карлсруэ, Германия, где будет проводиться эксперимент; Устройство было слишком большим для узких дорог региона, поэтому его поместили на лодку на реке Дунай и проплыли мимо Вены, Будапешта и Белграда, в Черное море, через Эгейское и Средиземное море, вокруг Испании, через Ла-Манш. , в Роттердам и в Рейн, затем на юг до речного порта Леопольдсхафен, Германия. Там он был загружен в грузовик и через два месяца и 5600 миль проследовал через город к месту назначения.Планируется, что сбор данных начнется в 2012 году.
Физики и астрономы, заинтересованные в информации, которую нейтрино из космоса могут нести о сверхновых или сталкивающихся галактиках, создали нейтринные «телескопы». Один под названием IceCube находится внутри ледяного поля в Антарктиде. По завершении в 2011 году он будет состоять из более чем 5000 датчиков синего света (см. Диаграмму выше). Датчики нацелены не на небо, как можно было ожидать, а на землю, чтобы обнаруживать нейтрино от Солнца и космического пространства, которые проходят через планету с севера.Земля блокирует космические лучи, но большинство нейтрино проникают через планету шириной 8000 миль, как если бы ее там не было.
Дальний нейтринный эксперимент проводится в нескольких штатах Среднего Запада. Ускоритель высоких энергий, который генерирует субатомные частицы, испускает пучки нейтрино и связанных частиц на глубину до шести миль под северным Иллинойсом, через Висконсин и в Миннесоту. Частицы стартуют в Фермилабе в рамках эксперимента под названием «Поиск колебаний нейтрино в главном инжекторе» (MINOS).Менее чем за три тысячных секунды они попали в детектор на железной шахте Судан, в 450 милях от них. Данные, собранные учеными, усложняют их картину этого бесконечно малого мира: теперь выясняется, что экзотические формы нейтрино, так называемые антинейтрино, могут не подчиняться тем же правилам осцилляции, что и другие нейтрино.
«Что круто, — говорит Конрад, — это то, что мы не ожидали этого».
Когда дело доходит до нейтрино, очень мало.
Последняя книга Энн Финкбайнер , A Grand and Bold Thing , посвящена Sloan Digital Sky Survey, попытке нанести на карту Вселенную.
Большинство нейтрино, которые бомбардируют нас, исходят от Солнца, что показано здесь на ультрафиолетовом изображении.(НАСА) Пещерный детектор Супер-Камиоканде в Японии снабжен 13000 датчиков, которые определяют признаки нейтрино.Рабочие на лодке следят за устройством, когда оно наполняется водой. (Обсерватория Камиока, ICRR (Институт исследования космических лучей), Токийский университет) В серии реакций в ядре Солнца атомы водорода создают гелий посредством синтеза.В процессе высвобождается энергия и субатомные частицы, включая нейтрино. Когда фотон или частица света покидает плотное ядро Солнца, он попадает в ловушку тепла и ярости и может не достичь нас в течение миллионов лет. Но солнечное нейтрино невозможно остановить, и оно достигает Земли за восемь минут. (Самуэль Веласко / Инфографика 5W) Канадская нейтринная обсерватория Садбери подтвердила, что нейтрино может изменить свою идентичность.(SNO) Физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке, показанные здесь в лабораторном детекторе STAR, надеются запустить пучок нейтрино под землей в шахту Хоумстейк в Южной Дакоте.(BNL) Детектор нейтрино MINOS в Миннесоте является мишенью для пучков нейтрино, выпущенных из Иллинойса.(Fermilab Visual Media Services) Спектрометр KATRIN, который будет измерять массу нейтрино, протиснулся через Леопольдсхафен, Германия, по пути в лабораторию.(Технологический институт Карлсруэ) Детектор нейтрино IceCube в Антарктиде встроен во лед.Имея 5000 датчиков, подключенных к более чем 70 линиям, IceCube будет искать нейтрино, которые прошли 8000 миль через планету. (Университет Висконсин-Мэдисон) Цепочка датчиков спускается в яму глубиной 8000 футов.(Джим Хауген / Национальный научный фонд) .