На главную
Содержание

ЭЛЕКТРОХИМИЯ-ЭЛЕЯ

Практическое значение Э. Электрохимич. методы широко используются в различных отраслях пром-сти. В хим. пром-сти это электролиз - важнейший метод произ-ва хлора и щелочей, многочисл. окислителей, получение фтора и фторорганич. соединений. Возрастающее значение приобретает электросинтез самых различных хим. соединений. На электрохимич. методах основано получение алюминия, магния, натрия, лития, бериллия, тантала, титана, цинка, рафинирование меди (см. Электрометаллургия). Водород получают электролизом воды в относительно огранич. масштабах, однако по мере использования запасов природного топлива и увеличения произ-ва электроэнергии значение этого метода получения водорода будет возрастать. В различных отраслях техники применяются защитные и декоративные гальванич. покрытия, а также гальванич. покрытия с заданными оптич., механич. и магнитными свойствами. Анодное растворение металлов успешно заменяет механич. обработку твёрдых и сверхтвёрдых металлов и сплавов. В технике всё шире применяются электрохимич. преобразователи информации (см. Хемотроника). Большое значение имеет скорейшее решение проблемы электромобиля. Быстро растущий спрос на автономные источники электроэнергии для техники, освоения космоса и бытовых применений стимулирует поиски новых электрохимич. систем повышенной удельной мощности, энергоёмкости и сохранности. Всё более широкое распространение получают различные электрохимические методы анализа, электрофизические и электрохимические методы обработки.

Понимание важнейших биол. процессов, напр, усвоения и использования энергии пищи, распространения нервного импульса, восприятия зрительного образа, невозможно без учёта электрохимич. звеньев, связанных в первую очередь с функционированием биологических мембран (см. Биоэлектрические потенциалы. Мембранная теория возбуждения, Электрофизиология). Решение этих проблем ставит перед теоретич. Э. новые задачи, а в будущем должно оказать существ, влияние и на мед. практику.

Лит.: Итоги науки и техники. Сер. Электрохимия, в. 1-13, М., 1966-78; Скорчеллетти В, В., Теоретическая электрохимия, 4 изд., Л., 1974; Прикладная электрохимия, 3 изд.. Л., 1974; Дамаскин Б.Б., П е т р и и О. А., Введение в электрохимическую кинетику, М., 1975; Антропов Л. И., Теоретическая электрохимия, 3 изд., М., 1975; Прикладная электрохимия, 2 изд., М., 1975; Корыта И., Дворжак И., Богачкова В., Электрохимия, М., 1977; Левич В. Г., Физико-химическая гидродинамика, 2 изд., М.. 1959; The encyclopedia of electrochemistry, N. Y.- L., [1964]; Encyclopedia of electrochemistry of the elements, v. 1-, N.Y., 1973-.

A. H. Фрумкин.

"ЭЛЕКТРОХИМИЯ", ежемесячный журнал, орган Отделения общей и технич. химии АН СССР. Издаётся в Москве с 1965. Осн. А. Н. Фрумкиным. Публикует оригинальные статьи, обзоры, краткие сообщения и рефераты депонированных в ВИНИТИ статей по кинетике электродных процессов, электросинтезу, термодинамике растворов и др. разделам электрохимии. Помещает также рецензии на книги и отчёты о симпозиумах и конференциях. Тираж (1978) около 2500 экз.

ЭЛЕКТРОХИРУРГИЯ (от электро... и хирургия), методы хирургич. лечения при помощи воздействия на ткани током высокой частоты (сотни тыс. колебаний в сек) с резким повышением темп-ры в точке контакта активного электрода с тканями. Различают электротом и ю - разделение и иссечение тканей, и электрокоагуляцию (см. Диатермокоагуляция) - прижигание (свёртывание белковых веществ) тканей. Рассечение тканей при помощи электроножа не сопровождается кровотечением, т. к. происходит свёртывание крови по ходу разреза. Методы Э. применяют при операциях на головном мозге (бескровное операционное поле позволяет выполнить хирургическое вмешательство под контролем зрения), а также в глазной хирургии, при удалении кожных опухолей, в стоматологии и в других областях медицины.

ЭЛЕКТРОХОД, самоходное судно, у к-рого электрич. привод движителей получает энергию от собств. электростанции, аккумуляторных батарей или внеш. электрич. сети. По типу первичных двигателей (турбина, дизель) различают турбо-Э. и дизель-Э. Осн. преимущество Э. заключается в способности электродвигателей плавно изменять скорость вращения гребного вала и быстро менять направление его вращения, что улучшает манёвренность Э. Использование в качестве гл. энергетич. установок высокооборотных двигателей внутр. сгорания, работающих в постоянном режиме, снижает эксплуатац. износы. Кроме того, использование электродвигателей и электрогенераторов позволяет размещать их наиболее рационально и независимо и отказаться от громоздких редукторов. Однако большие потери электрич. энергии при передаче (10-15%), относит, сложность и дороговизна энергетич. установки в целом и повышенные затраты труда на ремонт и эксплуатацию относительно других энергетич. систем препятствуют распространению Э. Число Э. в общем кол-ве судов (с регистровой вместимостью более 100 т) мирового гражд. мор. флота составляет ок. 1,8% (в основном суда ледового плавания, буксирные суда, паромы). Развитие судовых ядерных энергетич. установок открывает широкие возможности развития Э.

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ПЕЧЬ, агрегат для проведения электрошлакового переплава. Э. п. имеют механизмы для подачи расходуемого электрода в шлаковую ванну, поддон, на к-ром установлен кристаллизатор для формирования слитка, или механизмы для перемещения кристаллизатора (и слитка с поддоном) во время плавки (рис. 1). Э. п. питаются переменным током пром. или пониж. частоты или (редко) постоянным током. Мощность печного трансформатора достигает 5- 10 Мва.

Типичная Э. п. - агрегат периодич. действия; имеются "мини-печи" непрерывного действия. Различают одно- и трёхфазные, моно- и бифилярные, одно- и многоэлектродные, одно- и многопозиционные, специализированные и универсальные (многоцелевые) Э. п. Шлак, предварительно расплавленный во флюсоплавильной электропечи с графитовой футеровкой и графитовым электродом, заливают в кристаллизатор сифонным способом или сверху, включают электрич. ток и начинают подавать расходуемый электрод в шлаковую ванну. Процесс ведётся в автоматич. режиме по программатору. После наплавления слитка заданной длины подпитывают его головную часть, выключают ток, сливают из кристаллизатора жидкий шлак, затем поднимают кристаллизатор и раздевают слиток, снимают огарок электрода и устанавливают в электрододержатель новый расходуемый электрод - печь готова к следующей плавке. Удельный расход электроэнергии на Э. п. 1000-1500 квт-ч/т, расход флюса до 5% массы слитка, расход воды на охлаждение кристаллизатора, поддона, электрододержателя, токоведущих частей до 500 м3/ч.

Первые в мире пром. Э. п. были спроектированы и изготовлены Ин-том электросварки им. Е. О. Патона АН УССР; в 1958 Э. п. введены в эксплуатацию на з-де "Днепроспецсталь" и Новокраматорском маш.-строит, з-де. Совр. однофазная четырёхэлектродная бифилярная Э. п. для выплавки листовых слитков массой до 40 т (толщиной 500 мм, шир. 2500 мм и вые. более 4 м) имеет 2 печных трансформатора мощностью по 3500 ква, работает по схеме встречного движения электродов и подвижного короткого уширенного в верхней части кристаллизатора, снабжена системами продувки шлаковой и металлич. ванн газовыми смесями, вторичного охлаждения и обогрева донной части слитка (рис. 2). Время выплавки 40-тонного слитка до 16 ч. Производительность Э. п. G (кг/ч) подсчитывается по эмпирич. формуле G = D, где D - сторона квадрата (блюминговый слиток), широкая грань (слябинговый слиток), диаметр круглого слитка сплошного сечения или наружный диаметр полого слитка (мм). В СССР действуют Э. п. мн, типов в специализир. цехах металлургич. з-дов (масса сортового слитка до 8 т, листового до 20-40 т) и з-дов тяжёлого машиностроения (кузнечные слитки до 200 т). Вслед за СССР Э. п. были построены в Великобритании, ФРГ, США и Японии. По сов. лицензии Э. п. сооружены и эксплуатируются во Франции, Японии, Швеции, НРБ, ПНР, СРР, СФРЮ и др. странах. В СССР, США и ФРГ создаются автоматизир. системы управления (АСУ) работой Э. п.

Лит.: Электрошлаковые печи, К., 1976, Б. И. Медовар.

ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ СВАРКА, шлаковая электросварка; см. Сварка.

ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫЙ ПЕРЕПЛАВ, электрометаллургич. процесс, при к-ром металл (расходуемый электрод) переплавляется в ванне электропроводного синтетич. шлака под действием тепла, выделяющегося в шлаке при прохождении через него электрич. тока. Э. п., существенно повышающий качество металлов и сплавов, разработан в нач. 50-х гг. 20 в. в Ин-те электросварки им. Е. О. Па-тона АН УССР на основе электрошлакового сварочного процесса (см. Сварка). Расходуемый электрод представляет собой отливку, прокатное изделие или поковку из металла, получ. в мартеновской, дуговой, вакуумноиндукц. печах или кислородном конвертере. В процессе Э. п. темп-pa шлака, состоящего из СаF2, CaO, SiC2, Аl2Оз и др. компонентов, превышает 2500 °С. Капли жидкого электродного металла проходят через слой шлака и образуют под ним слой металла, из к-рого при последоват. затвердевании в водоохлаждаемом кристаллизаторе формируется слиток (рис.).

По мере рплавления расходуемый электрод подаётся в шлаковый слой, непрерывно восполняя объём кристаллизующегося металла. Шлак является рафинирующей средой. Электрошлаковое рафинирование металла происходит в плёнке жидкого металла на оплавляющемся конце электрода, при прохождении капель металла через шлаковую ванну и на поверхности раздела шлаковой и металлич. ванн. Изменяя состав шлака и температурный режим процесса, осуществляют избират. рафинирование металла. В результате Э. п. содержание серы снижается в 2-5 раз, кислорода и неметаллич. включений в 1,5-2,5 раза. Слиток характеризуется плотной направленной микроструктурой, свободен от дефектов литейного и усадочного происхождения. Химич. и структурная однородность слитка обусловливает изотропность физич. и механич. свойств металла в литом и деформированном виде. Способом Э. п. получают слитки массой от десятков г до 200 т практически любой нужной формы, определяемой формой кристаллизатора. Наряду с передельными (для прокатки сортовых профилей, труб и листа) и кузнечными (для ковки, прессования и штамповки) слитками производят фасонные отливки (коленчатые валы, корпуса запорной арматуры, сосуды давления, зубчатые колёса и др.). Э. п. применяется в чёрной металлургии (шарикоподшипниковые, конструкц., нержавеющие, инструментальные стали, жаропрочные сплавы), цветной металлургии (хромистая бронза, никслемедные сплавы), тяжёлом машиностроении (теплоустойчивые, высокопрочные штамповые, валковые стали). Процесс запатентован и используется по сов. лицензии во мн. странах.

Лит : Электрошлаковый переплав, М., 1963; Л а т а ш Ю. В., М е д о в а р Б. И., Электрошлаковый переплав, М., 1970.

Б. И. Медовар.

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА, ведущая составляющая часть энергетики, обеспечивающая электрификацию х-ва страны на основе рационального производства и распределения электроэнергии. Э. имеет важное значение в х-ве любой промышленно развитой страны, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией др. видов, как относит, лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в др. виды энергии (механич., тепловую, химич., световую и др.). Отличит, чертой электроэнергии является одновременность её генерирования и потребления.

Осн. часть электроэнергии вырабатывается крупными электростанциями: тепловыми (ТЭС), гидравлич. (ГЭС), атомными (АЭС). Электростанции, объединённые между собой и с потребителями высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП), образуют электрические системы.

В Советском Союзе вопросы развития Э. всегда были в числе осн. вопросов развития нар. х-ва. Сов. Э. занимает передовые позиции в мире.

Электрификация страны базируется, с одной стороны, на науч. достижениях, с другой - на успехах пром-сти. В нач. 20-х гг. 20 в. в плане ГОЭЛРО были чётко сформулированы две ведущие тенденции Э.: концентрация производства электроэнергии путём сооружения крупных районных электростанций и централизация распределения электроэнергии. Становление Э. определялось, с одной стороны, созданием электростанций и топливной базы для них, сооружением линий электропередачи и разработкой электрич. аппаратуры и энергетич. оборудования, с другой - развитием теоретич. основ электротехники - необходимого условия для научного обоснования энергетич. стр-ва. В этих целях были осуществлены важные исследования в области техники высоких напряжений, теории устойчивости электрических систем, разработаны методы расчёта мощных генераторов, трансформаторов и др. электрич. машин, электропривода, электрич. аппаратов; создана электротехнология, внедрено автоматизир. управление электрич. системами, использованы методы физ. и матем. моделирования при расчёте и изучении электроэнергетич. систем.

В СССР осн. науч. исследования в области Э. проводятся в Гос. н.-и. энергетич. ин-те им. Г. М. Кржижановского (ЭНИН, Москва), НИИ Энергосеть-проект (Москва), Всесоюзном электротехнич. ин-те им. В. И. Ленина (ВЭИ, Москва), Всесоюзном НИИ постоянного тока (НИИПТ, Ленинград), Всесоюзном НИИ источников тока (ВНИИТ, Москва), Всесоюзном НИИ электромашиностроения (Ленинград), Сиб. энергетич. ин-те СО АН СССР (Иркутск), Ин-те электродинамики АН УССР (Киев), мн. вузах (Моск. энергетич. ин-те, Ленингр. политехнич. и электротехнич. ин-тах) и др. Существ, вклад в развитие Э. внесли сов. учёные Г. М. Кржижановский, А. В. Винтер, Р. Э. Классон, В. Ф. Миткевич, М. П. Костенко, Л. Р. Нейман, М. А. Шателен, А. А. Горев, П. С. Жданов, С. А. Лебедев, К. А. Круг, Г. Н. Петров и др., а также И. А. Глебов, Д. Г. Жимерин, Н. С. Лидорёнко, М. В. Костенко, В. И. Попков, В. М. Тучкевич и мн. другие.

На базе науч. достижений Э. созданы электротехническая промышленность и энергетическое машиностроение, которые производят практически все осн. виды электротехнич. и энергетич. оборудования: котло- и турбоагрегаты, электродвигатели и электромашинные генераторы, трансформаторы, электрические аппараты, средства автоматики и защиты, оборудование для ЛЭП. Значительно возрос уровень проектирования энергетич. объектов и эксплуатации электроэнергетич. систем, разработаны методы достижения совместной устойчивой работы электрич. сетей большой протяжённости. Принцип концентрации реализован при сооружении тепловых электростанций единичной мощностью до 3 Гвт (Криворожская ГРЭС-2 и др.), гидроэлектростанций мощностью 4- 6 Гвт (Братская, Красноярская и др.), атомных электростанций мощностью 4 Гвт (Ленинградская) и др.

Развитие Э. предусматривает оптимальное соотношение между мощностью тепловых и гидроэлектрич. станций. В СССР на долю ТЭС приходится св. 80% всей производимой электроэнергии. В европ. р-нах страны ГЭС всё больше используют в качестве манёвренных и резервных источников электроэнергии, позволяющих покрывать пики электрич. нагрузки в течение суток и обеспечивающих устойчивую работу электроэнергетич. х-ва страны. В Сибири и Ср. Азии осуществляется и предусматривается сооружение мощных каскадов ГЭС, важная задача к-рых - комплексное использование водных ресурсов в целях удовлетворения нужд как Э., так и водного транспорта, водоснабжения, ирригации, рыбного х-ва. Особенность электроэнергетики СССР - комбинир. произ-во электроэнергии и тепла на теплоэлектроцентралях. Более '/з общей потребности в тепле удовлетворяется за счёт теплофикации, что позволяет существенно улучшить сан. состояние возд. бассейна городов, получить значит, экономию топлива. Создание материальной базы Э. идёт, с одной стороны, в направлении стр-ва АЭС, ТЭЦ, работающих на органич. топливе, манёвренных ТЭС и ГЭС, а также гидроаккумулирующих установок в Европ. части страны, и, с другой стороны,- по пути расширения стр-ва ТЭС и ГЭС в вост. р-нах, где для произ-ва электроэнергии выгодно использовать дешёвые гидроресурсы и угли Сев. Казахстана и Сибири. Наряду с этим проводятся исследования и пром. эксперименты в области новых методов получения электроэнергии (реакторы на быстрых нейтронах, магнитогидродинамич. генераторы и др.). Развитие принципа централизации электроснабжения логически привело вначале к образованию районных, затем 9 объединённых электроэнергетич. систем и впоследствии к формированию Единой электроэнергетич. системы (ЕЭЭС) Европ. части СССР, а затем всей страны, как важнейшей основы планомерной электрификации. С 1976 ЕЭЭС СССР работает совместно с электроэнергетич. системами стран - членов СЭВ. К сер. 70-х гг. она имела общую установл. мощность (в пределах СССР) более 150 Гвт при общей мощности электростанций СССР ок. 220 Гвт.

Для централизации электроснабжения потребовалось стр-во новых высоковольтных (напряжением 35 кв и выше) линий электропередачи. Их протяжённость возросла со 167 тыс. км в 1960 почти до 600 тыс. км в 1975. Централизация произ-ва электроэнергии в 1976 составила 97% от общего произ-ва. Получили развитие также автономные электрич. системы, как правило,- спец. назначения (напр., космич., судовые и др.). Э. занимает ведущее место в энергетике страны, является материальной основой роста обществ.
производительности труда. Производство электроэнергии к 1977 превысило 1 триллион квт *ч (см. Электрификация).

Постоянное повышение доли электроэнергии в конечном потреблении энергии (с 5-6% в 1960 до 15-18% в 1975) является важной тенденцией развития Э. Так, за 20 лет (нач. 50-х - нач. 70-х гг.) уровень потребления подведённой электроэнергии по всем группам процессов (силовым, высокотемпературным и др.) повысился на 350 млрд. квт*ч, прирост полезного потребления электроэнергии составил 200 млн. Гкал, что обеспечило экономич. эффект в 12-13 млрд. руб. К 1977 в СССР завершена экономически обоснованная электрификация силовых стационарных процессов. Возросло использование электроэнергии в пром-сти на технологич. нужды (в т. ч. особенно в станкостроении, с.-х. машиностроении, электротехнич. и химич. пром-сти и в цветной металлургии), на ж.-д. транспорте (доля перевозок по электрифицир. жел. дорогам составила ок. 50%); на нужды гор. и трубопроводного транспорта, с.-х. произ-ва, быта.

В зарубежных социалистических странах развитие Э. характеризуется увеличением объёмов произ-ва Э. нарастающими темпами (см. табл. 3 в ст. Электрификация). Производство электроэнергии на душу населения в год в 1975 составило от 1,9 тыс. квт * ч (ВНР) до 5 тыс. квт * ч (ГДР).

Электроэнергетич. системы стран - членов СЭВ объединены электрич. связями и образуют объединённую Электроэнергетич. систему "Мир" с общим оперативно-диспетчерским центром управления. Такое объединение даёт определённые преимущества в повышении надёжности и манёвренности электроснабжения, позволяет более эффективно использовать энергетич. ресурсы. В странах СЭВ созданы развитая электротехнич. пром-сть и энергетич. машиностроение, на базе к-рых развивается социалистич. интеграция произ-ва. В 1974 в странах СЭВ выпущено электродвигателей переменного тока (единичной мощностью более 0,25 квт) на общую мощность ок. 25 Гвт. Наряду с этим совершенствуется и расширяется произ-во электрогенераторов, электротехнич. оборудования, средств автоматики и т. п.

В капиталистических и развивающихся странах развитие Э. происходит далеко не одинаково. Так, в основных капиталистич. странах произ-во электроэнергии хотя и растёт, но замедленными темпами; разрыв в уровнях развития Э. осн. капиталистич. и развивающихся стран крайне велик. На долю США, стран Зап. Европы и Японии приходится ок. 2/з мирового произ-ва электроэнергии, а без социалистич. стран их доля повышается примерно до 4/5. В развивающихся же странах, где проживает почти 3Д всего населения земного шара, производится немногим более 15% мирового потребления электроэнергии. В США использование электроэнергии составляет в пром-сти ок. 40% , в коммунально-бытовом секторе-до 40-50% . Это объясняется преобладанием малоэтажной застройки и тёплым климатом. По этим же причинам существенно ограничено централизованное теплоснабжение и увеличен расход электроэнергии на кондиционирование, к-рое обычно сочетается с отоплением. В странах Зап. Европы доля электроэнергии, используемой для нужд коммунально-бытового сектора, достаточно высока - до 30%, что объясняется также сравнительно слабо развитым централизованным теплоснабжением. Характерная особенность Э. капиталистич. стран - начало массового стр-ва АЭС, широкое внедрение высокоманёвренного оборудования (газотурбинных и гидроаккумулирую-щих установок, паротурбинных блоков, работающих на докритич. параметрах пара, и т. п.).

Состояние Э. в различных странах характеризуется расходом электроэнергии на душу населения, к-рый в значит, мере определяется спецификой энергетич. ресурсов страны, электроёмкостью пром-сти, уровнем развития произ-ва. Так, в 1975 наиболее высокий уровень произ-ва электроэнергии на душу населения был в Норвегии - 19,8 тыс. квт *ч, в Канаде, Исландии, США, Швеции - соответственно ок. 12; 10; 9,8; 8,5 тыс. кет -ч. Для стран Зап. Европы (ФРГ, Франция, Италия, Великобритания) и для Японии произ-во электроэнергии на душу населения в год составило от 2,6 до 5 тыс. квт*ч. В ряде развивающихся стран Африки (Сомали, Чад, Судан, Эфиопия) этот показатель не превысил 25 квт * ч; в некоторых странах Юж. Америки (Парагвай, Боливия, Экуадор) он был ниже 200 квт *ч; в Индии и Пакистане - менее 150 квт *ч.

Лит.: Электроэнергетика СССР в 1973, М., 1974; Кириллин В., Энергетика - проблемы и перспективы, "Коммунист", 1975, № 1; Энергетика СССР в 1976-1980 гг., М., 1977; Электрификация СССР. (1917-1967), М., 1967; то же (1967-1977), М., 1977. Л. А. Мелентъев.

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ КАЧЕСТВО, совокупность свойств энергии электрич. тока, определяющих режим работы электроприёмников (электродвигателей, нагреват. установок, осветит, приборов, радиоэлектронных устройств и др.). Показателями Э. к. являются: для сетей однофазного переменного тока - отклонение частоты и напряжения, колебания частоты и напряжения, несинусоидальность формы кривой напряжения; для сетей трёхфазного переменного тока - то же, что и для сетей однофазного тока, а также несимметрия фазных напряжений осн. частоты (фаз-яые напряжения не равны между собой и сдвиг по фазе отличен от 120°); для сетей постоянного тока - отклонение напряжения, колебания напряжения и коэфф. пульсации напряжения (отношение амплитуды переменной составляющей к выпрямленному напряжению). Отклонение частоты - разность между номинальным и фактич. значениями осн. частоты, усреднённая за 10 мин; в нормальном режиме допускается отклонение частоты в пределах ±0,1 гц, иногда разрешается временное отклонение частоты до ± 0,2 гц. Колебания частоты - разность между наибольшим и наименьшим значениями осн. частоты при скорости изменения её не менее 0,2 гц/сек; в норм, условиях колебания частоты не должны превышать 0,2 гц сверх указанных выше допустимых отклонений. Отклонение напряжения - разность между номинальным и фактич. (для данной сети) значениями напряжения, возникающая при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость изменения напряжения менее 1% в сек. Колебания напряжения - разность между наибольшим и наименьшим действующими значениями напряжения в сети, возникающая при достаточно быстром изменении режима работы, когда скорость изменения не менее 1% в сек. Несинусоидальность формы кривой напряжения (несоответствие форме кривой гармонического колебания) длительно допускается на зажимах электроприёмника при условии, что действующее значение всех высших гармоник не превышает 5% действующего значения напряжения осн. частоты.

Э. к. может меняться в зависимости от времени суток, погодных и климатич. условий, изменения нагрузки энергосистемы, возникновения аварийных режимов в сети и т. д. Снижение Э. к. может привести к заметным изменениям режимов работы электроприёмников и в результате - к уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению качества продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повышению вероятности аварий и т. д. В реальных условиях поддержание показателей Э. к. в заданных пределах наиболее эффективно обеспечивается автоматическим регулированием напряжения и автоматическим регулированием частоты.

Лит.: Электротехнический справочник, 4 изд., т. 2, кн. 1, М., 1972.

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ, термин, широко распространённый в технике и в быту для определения количества энергии, отдаваемой электростанцией в электрич. сеть или получаемой из сети потребителем. Мера Э.- киловатт-час.

ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ (от электро..., греч. enkephalos - головной мозг и ...графин), метод исследования деятельности головного мозга животных и человека; основан на суммарной регистрации биоэлектрич. активности отдельных зон, областей, долей мозга. Э. применяется в совр. нейрофизиологии, а также в нейропатологии и психиатрии. Мозг, как и мн. др. ткани и органы, в состоянии деятельности представляет собой источник эдс. Однако электрич. активность мозга мала и выражается в миллионных долях вольта; её можно зарегистрировать лишь при помощи спец. высокочувствительных приборов и усилителей, наз. электроэнцефалографами. Практически Э. осуществляется наложением на поверхность черепа металлич. пластинок (электродов), к-рые соединяют проводами со входом аппарата. На выходе его получается графич. изображение колебаний разности биоэлектрич. потенциалов живого мозга, наз. электроэнцефалограммой (ЭЭГ). ЭЭГ отражает как морфо-логич. особенности сложных мозговых структур, так и динамику их функционирования, т. е. синаптич. процессы, развивающиеся на теле и дендритах нейронов коры головного мозга. ЭЭГ - сложная кривая, состоящая из волн различных частот (периодов) с меняющимися фазовыми отношениями и разными амплитудами. В зависимости от амплитуды п частоты на ЭЭГ различают волны, обозначаемые греч. буквами "альфа", "бета", "дельта" и др. У здорового человека могут различаться ЭЭГ в зависимости от физиол. состояния (сон и бодрствование, восприятие зрительных или слуховых сигналов, разнообразные эмоции и т. п.). ЭЭГ здорового взрослого человека, находящегося в состоянии относит, покоя, обнаруживает два осн. типа ритмов: а-ритм, характеризующийся частотой колебаний в 8-13 гц с амплитудой 25- 55 мкв, и b-ритм, проявляющийся частотой в 14-30 гц с амплитудой 15-20 мкв (рис., а). При различных заболеваниях мозга возникают более или менее грубые нарушения нормальной картины ЭЭГ (рис., б), по к-рым можно определить тяжесть и локализацию поражения, напр, выявить область расположения опухоли или кровоизлияния. Запись ЭЭГ во время операции помогает следить за состоянием больного и строго регулировать глубину яаркоза. Всё большее значение для клиники приобретает регистрация электрич. активности глубоких отделов мозга - злектросубкортикография, к-рая осуществляется как во время нейрохирургия, операций, так и через вживлённые в мозг на длит, срок электроды. Телеэлектроэнцефа-лография позволяет регистрировать .электрич. активность головного мозга на расстоянии. Матем., количеств, приёмы описания записей ЭЭГ, спектральный, корреляционный и др. методы статистич. анализа, составление топографич. карт потенциальных полей мозга уточняют простую визуальную оценку ЭЭГ и дают возможность извлечения из ЭЭГ новой, ранее скрытой для исследователя информации. Точный автоматич. анализ ЭЭГ при помощи ЭВМ открывает новые перспективные возможности перед Э.

Лит.: Кратин Ю. Г., Гусельников В. И..Техника и методики электроэнцефалографии, 2 изд., Л., 1971; Жирмунская Е. А., Биоэлектрическая активность здорового и больного мозга человека, в кн.: Клиническая нейрофизиология. Л., 1972 (Руководство по физиологии); Е г о р о в а И. С., Электроэнцефалография, М., 1973; Клиническая электроэнцефалография, М., 1973; Методы клинической нейрофизиологии, Л., 1977. Е. А. Жирмунская.

ЭЛЕКТРУМ (лат. electrum, от греч. elektron - янтарь, в связи с цветом), минерал, разновидность золота самородного с содержанием серебра св. 25-50%. Примеси Те, Си, Sb, Hg и др. Характерно неравномерное распределение (зональность, структуры распада высокосеребристых твёрдых растворов золота). Кристаллизуется в кубич. системе. Кристаллы редки. Обычно встречается в виде плоских дендритов размером по площади от долей ммг до 10-20 мм2(иногда 30- 50 мм2) или неправильных микроскопич. частиц. Известны самородки массой до 400 г. Цвет в зависимости от содержания серебра от золотисто-жёлтого до светло-жёлтого. Твёрдость по минералогической шкале 2-3, плотность 1500- 1650 кг/м3. Э. сравнительно редок. Встречается в гидротермальных месторождениях, кварцевых и халцедон-кварцевых жилах в ассоциации с карбонатами, адуляром, сульфидами и сульфосолями серебра, свинца, сурьмы, теллуридами и др. минералами. Мельчайшая вкрапленность Э. определяет золотоносность медноколчеданных и полиметаллич. руд. Входит в состав золотых руд.

Лит.: Петровская Н. В., Самородное золото, М., 1973.

ЭЛЕМЕНТ (от лат. elementum - стихия, первонач. вещество), 1) в антич. философии одно из первоначал, то же, что стихия (вода, земля, огонь, воздух). 2) Составная часть к.-л. сложного целого. См. также Элементы химические.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ, часть геометрии, входящая в элементарную математику. Границы Э. г., как и вообще элементарной математики, не являются строго очерченными. Говорят, что Э. г. есть та часть геометрии, к-рая изучается в средней школе; это определение, однако, не только не вскрывает содержания и характера Э. г., но и никак её не исчерпывает, т. к. в Э. г. включается обширный материал, лежащий вне школьных программ (напр., аксиоматика, сферич. геометрия). Можно сказать, что Э. г. есть исторически и, соответственно, логически первая глава геометрии (поскольку из неё развились другие геом. направления); в своих основах она сложилась в Др. Греции, и изложение её основ дают уже "Начала" Евклида (3 в. до н. э.). Такое ист. определение закономерно, но и оно также не уточняет общего содержания и характера Э. г., тем более что развитие Э. г. продолжается и в наст, время. Поэтому определение Э. г. должно быть раскрыто и дополнено.

В Др. Греции исследовали не только многоугольники, окружность, многогранники и др. фигуры, рассматриваемые в школьном курсе, но также конич. сечения (эллипс, гипербола, парабола) и ряд др., более сложных, кривых и фигур (напр., квадратриса). Однако каждый раз кривая (фигура) задавалась конкретным геом. построением, только такие кривые (фигуры) считались геометрическими, т. е. могущими быть предметом геометрии; другие же возможные кривые назывались механическими. Эта точка зрения была отвергнута в 17 в. Р. Декартом при создании им аналитической геометрии и полностью преодолена вместе с развитием анализа, когда предметом математики стали любые (по крайней мере любые аналитические) функции и кривые. В этом исторически ясно обозначенном переходе от конкретно определённых кривых (окружность, эллипс и т. д.) и функций (данная степень х, синус и т. п.) к любым, по крайней мере из обширного класса, кривым и функциям и состоит логич. переход от элементарной математики, в частности от Э. г., к высшей. Э. г. совершенно исключает рассмотрение любых ана-литич. кривых и поверхностей, к-рые составляют уже предмет дифференциальной геометрии, любых выпуклых тел, к-рые служат предметом геометрии выпуклых тел, и т. п. Вместе с тем каждая данная кривая, каждое данное выпуклое тело и т. п., определённые тем или иным построением или конкретным свойством (напр., эллипс, цилиндр и т. д.), могут стать предметом Э. г. Стало быть, Э. г. характеризуется в смысле её предмета тем, что в ней рассматриваются не вообще любые фигуры, но каждый раз те или иные достаточно определённые фигуры.

Точнее, Э. г. исходит из простейших фигур - точка, отрезок, прямая, угол, плоскость, и основного понятия о равенстве отрезков и углов или вообще о совмещении фигур при наложении, чем определяется их равенство. Кроме того, при строгом аксиоматич. построении Э. г. явно выделяются понятия: "точка лежит на прямой" или "на плоскости", "точка лежит между двумя другими". Предмет Э. г. составляют: 1) фигуры, определяемые конечным числом простейших фигур (как, напр., многоугольник определяется конечным числом отрезков, многогранник - конечным числом многоугольников, а стало быть, опять-таки отрезков); 2) фигуры, определённые тем или иным свойством, формулируемым в исходных понятиях (напр., эллипс с фокусами А, В есть геом. место таких точек X, что сумма отрезков ЛХ и ВХ равна данному отрезку); 3) фигуры, определённые построением (как, напр., конус строится проведением прямых из данной точки О во все точки к.-л. данной окружности, не лежащей с О в одной плоскости, а конич. сечение определяется пересечением конуса плоскостью). Фигура, как бы сложна она ни была, заданная подобным образом, может стать предметом исследования в рамках Э. г. Что касается свойств таких фигур, то Э. г. ограничивается изучением свойств, к-рые определяются опять-таки на основе указанных простейших понятий. Свойства эти суть прежде всего взаимное расположение фигур, равенство тех или иных элементов фигуры, длина, площадь, объём. Соответственно, определения длины окружности, площади эллипса, объёма шара и т. п. принадлежат Э. г. Однако общие понятия длины, площади и объёма лежат за пределами Э. г., напр, теорема о том, что среди всех замкнутых кривых данной длины наибольшую площадь ограничивает окружность, хотя и говорит о свойстве окружности, не принадлежит Э. г., т. к. в ней фигурирует понятие длины любой замкнутой кривой и ограничиваемой ею площади. В Э. г. рассматриваются свойства касательной к окружности, можно рассматривать и свойства касательных к эллипсу, гиперболе, параболе, но общее понятиё!касательной лежит за пределами Э. г. Это логич. различие в общности понятий и степени абстракции вполне отвечает ист. развитию, ибо общие понятия длины, площади, объёма, так же как общее понятие касательной к кривой, были постепенно выработаны только вместе с развитием анализа, а указанная теорема о макс, свойстве окружности была строго доказана только в сер. 19 в. Геом. построения и преобразования, изучаемые в Э. г., определяются опять-таки конкретными геом. предписаниями на основе первичных понятий геометрии; таково, напр., преобразование обратных радиусов, или инверсия.

Соответственно предмету Э. г. ограничены и её методы; они заведомо исключают пользование общими понятиями любой фигуры, переменной, функции, исключают ссылки на общие теоремы теории пределов и т. п. Основной метод Э. г.- это вывод теорем путём наглядного рассуждения, основанного либо на исходных посылках - аксиомах, либо на уже известных теоремах Э. г., с применением того или иного вспомогательного построения, не употребляющего общих понятий кривой, тела и др. (например, "продолжим отрезок АВ", "разделим угол А пополам"). Привлекаемые в Э. г. вычислительные средства из алгебры и тригонометрии допускают, по существу, сведение к таким построениям. Понятие предела не исключается из Э. г., поскольку оно фигурирует в теоремах о длине окружности, поверхности шара и др., бесспорно включаемых в Э. г. Однако в каждом таком случае речь идёт о конкретной последовательности, заданной элементарно-геом. построением, и приближение к пределу устанавливается непосредственно, без ссылок на общую теорию пределов. Примером может служить определение длины окружности посредством рассмотрения последовательности вписанных и описанных правильных многоугольников. Подобный приём в принципе возможен для любой данной кривой, но для произвольной кривой вообще ничего подобного сделать нельзя, поскольку "кривая вообще" не задана конкретно. Стало быть, разница между Э. г., вообще элементарной математикой и высшей состоит скорее не в том, что во второй применяется понятие предела, а в первой - нет, а в степени общности этого понятия. Соответственно определению метода Э. г. та или иная теория может принадлежать Э. г. по формулировке, но не по доказательству. Примером может служить теорема Минковского о существовании выпуклого многогранника с данными направлениями и площадями граней (точную формулировку см. в ст. Многогранник). Эта теорема элементарна по формулировке, но известные её доказательства не элементарны, т. к. используют общие теоремы анализа либо даже топологии.

Коротко можно сказать, что Э. г. включает те вопросы геометрии, к-рые в своей постановке и решении не включают общей концепции бесконечного множества, но лишь конструктивно определённые множества (геометрические места). Когда говорят, что евклидова геометрия основана, скажем, на системе аксиом Гильберта или на иной, близкой по характеру системе аксиом, то забывают, что при введении общих понятий кривой, выпуклого тела, длины и др. фактически используют способы образования понятий, вовсе не предусмотренные в аксиомах, а опирающиеся на общую концепцию множества, последовательности и предела, отображения или функций. То, что выводится из аксиом Гильберта без таких добавлений, и составляет элементарную часть евклидовой геометрии. Это разграничение можно уточнить в терминах матем. логики. Вместе с тем, соответственно такому пониманию Э. г., можно говорить об Э. г. я-мерного евклидова пространства, о Э. г. Лобачевского и др. При этом имеются в виду те разделы, теоремы и выводы этих геом. теорий, к-рые характеризуются теми же чертами.

Лит.: Начала Евклида, пер. с греч., кн. 1 - 15, М.- Л., 1948-50; А дам ар Ж., Элементарная геометрия, пер. с франц., ч. 1, 4 изд., М., 1957, ч. 2, 3 изд., М., 1958; Погорелов А. В., Элементарная геометрия, 2 изд., М., 1974; История математики с древнейших времен до начала XIX столетия, т. 1-3, М., 1970-72.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ДЛИНА, то же, что фундаментальная длина.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ МАТЕМАТИКА, несколько неопределённое понятие, охватывающее совокупность таких разделов, задач и методов математики, в к-рых не пользуются общими понятиями переменной, функции, предела и т. п. Иначе говоря, Э. м. пользуется теми общими матем. понятиями (абстракциями), к-рые сложились до появления матем. анализа; хотя Э. м. продолжает развиваться и теперь и в ней появляются новые результаты, всё же это происходит в рамках тех же понятий (см. ст. Математика, ра.здел II - История математики до 19 в., пункт 2 - Период элементарной математики).

Э. м. охватывает в основном арифметику и т. н. элементарную теорию чисел, элементарную алгебру, элементарную геометрию, тригонометрию. Коротко Э. м. можно характеризввать как "математику постоянных величин". Это, однако, не совсем точно, так как в Э. м. рассматривают не только постоянные величины, но и геом. фигуры (не обязательно интересуясь их величиной, напр, расположением), и не только постоянные, но и переменные величины, напр, тригонометрич. функции. Здесь речь идёт о некоторых (конкретно определённых) функциях. Точно так же, напр., при определении длины окружности пользуются по существу понятием предела, но не в общем виде, а лишь для конкретно определённой последовательности (периметров вписанных и описанных многоугольников). Общие же понятия функции и предела, так же как и общие понятия кривой, поверхности, фигуры вообще, не заданной к.-л. конкретным построением, заведомо выходят за пределы Э. м. Напр., в теории чисел отличают элементарные доказательства, в к-рых обходятся без методов матем. анализа. Кстати, эта "элементарная теория чисел" вовсе не является элементарной в смысле простоты.

Э. м. в противоположность высшей математике понимают ещё просто как совокупность матем. дисциплин, изучаемых в средней общеобразоват. школе.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ НИТЬ, одиночная нить, не делящаяся в продольном направлении без разрушения. Является составной частью текст, комплексных нитей. К Э. н. относятся хим. нити различного вида, а также шелковина (одна из двух нитей, составляющих коконную нить). См. также Волокна текстильные.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ОПЕРАЦИЯ, микрооперация, в вычислительной технике, элементарное машинное действие, не содержащее др. более простых действий, обозначенных в языке ЦВМ. Реализация каждой команды ЦВМ состоит из последоват. выполнения нек-рого количества операции, в т. ч. таких Э. о., как установка регистра в нулевое положение, запись нуля в ячейки памяти, сдвиг влево или вправо на 1 разряд кода в регистре, передача информации между регистрами и др., а также сравнение кодов, логич. сложение н умножение и т. д. Набор Э. о. должен обеспечивать алгоритм выполнения любой системы команд ЦВМ. Э. о. могут объединяться в группы, на основе к-рых организуется микропрограммное управление ЦВМ.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОРИЯ МУЗЫ-КИ, первонач. учебный муз.-теоретич. курс, преподаваемый в муз. школах и уч-щах и включающий нотную грамоту, осн. сведения о важнейших элементах музыки, средствах муз. выразительности (муз. звуки, интервалы, аккорды, лад, метр, ритм, темп, динамика и др.).

Лит.: СпособинИ. В., Элементарная теория музыки, М., 1954.

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЯЧЕЙКА кристалла, минимальный объём кристалла, параллельные переносы (трансляции) к-рого в трёх измерениях позволяют построить всю кристаллич. решётку. Выбор Э. я. может быть произведён различными способами.

ЭЛЕМЕНТАРНОЕ ВОЛОКНО, одиночное волокно текстильное, не делящееся в продольном направлении без разрушения и пригодное для изготовления пряжи и текстильных изделий.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ квадратной матрицы А = \\aik\\1n, степени двучленов (Л -Л1)PI, (Л - Л2)р2, . . . , (Л - Лs)рs, к-рые получаются из характеристического уравнения
30-09-2.jpg

следующим образом. Миноры k-то порядка определителя Д(Х) (для k < n) представляют собой многочлены относительно Л. Пусть Dк(Л) (k =1,2,..., п)- наибольший общий делитель всех этих многочленов, Dn(Л) = &(Л). В ряду D0(Л) = 1, D1(Л), D2(Л), . . . , Dn(Л) каждый многочлен делится на предыдущий без остатка. Если разложить соответствующие частные на линейные множители в поле комплексных чисел:
30-09-3.jpg

то степени (Л -Л`)а1, (Л -Л``)a2 , . . . , (Л - Л`)l1, (Л - Л``)l2, . . . и образуют полную систему Э. д. матрицы А (при этом степени с нулевыми показателями не принимаются во внимание). Произведение всех Э. д. равно характеристическому многочлену. Э. д. определяют нормальную (жорданову) форму матрицы А.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ РЕАКЦИИ, хим. реакции, к-рые не могут быть представлены более простыми хим. превращениями. Э. р.- составные части сложной реакции. Иногда вместо термина "элементарная реакция" пользуются терминами "элементарная стадия" или просто "стадия" (сложной реакции). В Э. р., как правило, разрывается или образуется не более одной-двух связей между атомами. Напр., в Э. р. Н2 + О = = Н + ОН разрывается одна связь Н-Н и образуется одна связь О-Н.
 

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ФУНКЦИИ, класс функций, состоящий из многочленов, рациональных функций, показательных функций, логарифмических функций, тригонометрических функций и обратных тригонометрических функций, а также функций, получающихся из перечисленных выше с помощью четырёх арифметических действий и суперпозиций (образование сложной функции), применённых конечное число раз; например,
30-09-4.jpg30-09-5.jpg

и т. д. Класс Э. ф. наиболее изучен и чаще всего встречается в приложениях математики. Од нако многие прикладные вопросы приводят к рассмотрению функций, не являющихся Э. ф. (напр., цилиндрических функций). Производная от Э. ф. также является Э. ф.; неопределённый интеграл от Э. ф. не всегда выражается через Э. ф. При изучении неэлементарных функций представляют их через Э. ф. при помощи бесконечных рядов, произведений, интегралов и т. д.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ. Введение.Э. ч. в точном значении этого термина - первичные, далее неразложимые частицы, из к-рых, по предположению, состоит вся материя. В понятии "Э. ч." в совр. физике находит выражение идея о первообразных сущностях, определяющих все известные свойства материального мира, идея, зародившаяся на ранних этапах становления естествознания и всегда игравшая важную роль в его развитии.

Понятие "Э. ч." сформировалось в тесной связи с установлением дискретного характера строения вещества на микроскопич. уровне. Обнаружение на рубеже 19 - 20 вв. мельчайших носителей свойств вещества - молекул и атомов - и установление того факта, что молекулы построены из атомов, впервые позволило описать все известные вещества как комбинации конечного, хотя и большого, числа структурных составляющих - атомов. Выявление в дальнейшем наличия составных слагающих атомов - электронов и ядер, установление сложной природы ядер, оказавшихся построенными всего из двух типов частиц (.протонов и нейтронов'), существенно уменьшило количество дискретных элементов, формирующих свойства вещества, и дало основание предполагать, что цепочка составных частей материи завершается дискретными бесструктурными образованиями - Э. ч. Такое предположение, вообще говоря, является экстраполяцией известных фактов и сколько-нибудь строго обосновано быть не может. Нельзя с уверенностью утверждать, что частицы, элементарные в смысле приведённого определения, существуют. Протоны и нейтроны, напр., длительное время считавшиеся Э. ч., как выяснилось, имеют сложное строение. Не исключена возможность того, что последовательность структурных составляющих материи принципиально бесконечна. Может оказаться также, что утверждение "состоит из..." на какой-то ступени изучения материи окажется лишённым содержания. От данного выше определения "элементарности" в этом случае придётся отказаться. Существование Э. ч.- это своего рода постулат, и проверка его справедливости - одна из важнейших задач физики.

Термин "Э. ч." часто употребляется в совр. физике не в своём точном значении, а менее строго - для наименования большой группы мельчайших частиц материи, подчинённых условию, что они не являются атомами или атомными ядрами (исключение составляет простейшее ядро атома водорода - протон). Как показали исследования, эта группа частиц необычайно обширна. Помимо упоминавшихся протона (р), нейтрона (п) и электрона (е-) к ней относятся: фотон (Y), пи-мезоны (л), мюоны (м), нейтрино трёх типов (электронное ve, мюонное vw и связанное с т. н. тяжёлым лептоном VT), т. н. странные частицы (К-мезоны и гипероны), разнообразные реэонансы, открытые в 1974 - 77 ф-частицы, "очарованные" частицы, ипсилон-частицы (I") и тяжёлые лептоны (т+, т-) - всего более 350 частиц, в основном нестабильных. Число частиц, включаемых в эту группу, продолжает расти и, скорее всего, неограниченно велико; при этом большинство перечисленных частиц не удовлетворяет строгому определению элементарности, поскольку, по совр. представлениям, они являются составными системами (см. ниже). Использование названия "Э. ч." ко всем этим частицам имеет исторические причины и связано с тем периодом исследований (нач. 30-х гг. 20 в.), когда единств, известными представителями данной группы были протон, нейтрон, электрон и частица электромагнитного поля - фотон. Эти четыре частицы тогда естественно было считать элементарными, т. к. они служили основой для построения окружающего нас вещества и взаимодействующего с ним электромагнитного поля, а сложная структура протона и нейтрона не была известна. Открытие новых микроскопич. частиц материи постепенно разрушило эту простую картину. Вновь обнаруженные частицы, однако, во многих отношениях были близки к первым четырём известным частицам. Объединяющее их свойство заключается в том, что все они являются специфич. формами существования материи, не ассоциированной в ядра и атомы (иногда по этой причине их наз. "субъядерными частицами"). Пока количество таких частиц было не очень велико, сохранялось убеждение, что они играют фундаментальную роль в строении материи, и их относили к категории Э. ч. Нарастание числа субъядерных частиц, выявление у мн. из них сложного строения показало, что они, как правило, не обладают свойствами элементарности, но традиц. назв. "Э. ч." за ними сохранилось. В соответствии со сложившейся практикой термин "Э. ч." будет употребляться ниже в качестве общего назв. субъядерных частиц. В тех случаях, когда речь будет идти о частицах, претендующих на роль первичных элементов материи, при необходимости будет использоваться термин "истинно Э. ч.".
Краткие исторические сведения. Открытие Э. ч. явилось закономерным результатом общих успехов в изучении строения вещества, достигнутых физикой в конце 19 в. Оно было подготовлено всесторонними исследованиями оптич. спектров атомов, изучением электрич. явлений в жидкостях и газах, открытием фотоэлектричества, рентгеновских лучей, естественной радиоактивности, свидетельствовавших о существовании сложной структуры материи.

Исторически первой открытой Э. ч. был электрон - носитель отрицательного элементарного электрического заряда в атомах. В 1897 Дж. Дж. Томсон установил, что т. н. катодные лучи образованы потоком мельчайших частиц, к-рые были названы электронами. В 1911 Э. Резерфорд, пропуская альфачастицы от естеств. радиоактивного источника через тонкие фольги различных веществ, выяснил, что положительный заряд в атомах сосредоточен в компактных образованиях - ядрах, а в 1919 обнаружил среди частиц, выбитых из атомных ядер, протоны - частицы с единичным положительным зарядом и массой, в 1840 раз превышающей массу электрона. Другая частица, входящая в состав ядра,- нейтрон - была открыта в 1932 Дж. Чедвиком при исследованиях взаимодействия а-частиц с бериллием. Нейтрон имеет массу, близкую к массе протона, но не обладает электрич. зарядом. Открытием нейтрона завершилось выявление частиц - структурных элементов атомов и их ядер.

Вывод о существовании частицы электромагнитного поля - фотона - берёт своё начало с работы М. Планка (1900). Предположив, что энергия электромагнитного излучения абсолютно чёрного тела квантованна, Планк получил правильную формулу для спектра излучения. Развивая идею Планка, А. Эйнштейн (1905) постулировал, что электромагнитное излучение (свет) в действительности является потоком отдельных квантов (фотонов), и на этой основе объяснил закономерности фотоэффекта. Прямые экспериментальные доказательства существования фотона были даны Р. Милликеном (1912- 1915) и А. Комптоном (1922; см. Комптона эффект).

Открытие нейтрино - частицы, почти не взаимодействующей с веществом, ведёт свсё начало от теоретич. догадки В. Паули (1930), позволившей за счёт предположения о рождении такой частицы устранить трудности с законом сохранения энергии в процессах бета-распада радиоактивных ядер. Экспериментально существование нейтрино было подтверждено лишь в 1953 (Ф. Райнес и К. Коуэн, США).

С 30-х и до начала 50-х гг. изучение Э. ч. было тесно связано с исследованием космических лучей. В 1932 в составе космич. лучей К. Андерсоном был обнаружен позитрон (е*) - частица с массой электрона, но с положительным электрич. зарядом. Позитрон был первой открытой античастицей (см. ниже). Существование е+ непосредственно вытекало из релятивистской теории электрона, развитой П. Дираком (1928-31) незадолго до обнаружения позитрона. В 1936 амер. физики К. Андерсон и С. Неддермейер обнаружили при исследовании космич. лучей мюоны (обоих знаков электрич. заряда) - частицы с массой примерно в 200 масс электрона, а в остальном удивительно близкие по свойствам к е-, е*.

В 1947 также в космич. лучах группой С. Пауэлла были открыты л*- и л--мезоны с массой в 274 электронные массы, играющие важную роль во взаимодействии протонов с нейтронами в ядрах. Существование подобных частиц было предположено X. Юкавой в 1935.

Конец 40-х - начало 50-х гг. ознаменовались открытием большой группы частиц с необычными свойствами, получивших назв. "странных". Первые частицы этой группы - К+-и К--мезоны, Л-, S*-, S--, 3- -гипероны были открыты в космич. лучах, последующие открытия странных частиц были сделаны на ускорителях - установках, создающих интенсивные потоки быстрых протонов и электронов. При столкновении с веществом ускоренные протоны и электроны рождают новые Э. ч., к-рые и становятся предметом изучения.

С нач. 50-х гг. ускорители превратились в осн. инструмент для исследования Э. ч. В 70-х гг. энергии частиц, разогнанных на ускорителях, составили десятки и сотни млрд. электронволът (Гэв). Стремление к увеличению энергий частиц обусловлено тем, что высокие энергии открывают возможность изучения строения материи на тем меньших расстояниях, чем выше энергия сталкивающихся частиц. Ускорители существенно увеличили темп получения новых данных и в короткий срок расширили и обогатили наше знание свойств микромира. Применение ускорителей для изучения странных частиц позволило более детально изучить их свойства, в частности особенности их распада, и вскоре привело к важному открытию: выяснению возможности изменения характеристик нек-рых микропроцессов при операции зеркального отражения (см. Пространственная инверсия) - т. н. нарушению пространств. чётности (1956). Ввод в строй протонных ускорителей с энергиями в миллиарды эв позволил открыть тяжёлые античастицы: антипротон (1955), антинейтрон (1956), антисигма-гипероны (1960). В 1964 был открыт самый тяжёлый гиперон П (с массой ок. двух масс протона). В 1960-х гг. на ускорителях было открыто большое число крайне неустойчивых (по сравнению с др. нестабильными Э. ч.) частиц, получивших назв. "резонансов". Массы большинства резонансов превышают массу протона. Первый из них Ai (1232) был известен с 1953. Оказалось, что резонансы составляют осн. часть Э. ч.

В 1962 было выяснено, что существуют два разных нейтрино: электронное и мюонное. В 1964 в распадах нейтральных К-мезонов было обнаружено несохранение т. н. комбинированной чётности (введённой Ли Цзундао и Ян Чжэнъ-нином и независимо Л. Д. Ландау в 1956; см. Комбинированная инверсия), означающее необходимость пересмотра привычных взглядов на поведение физ, процессов при операции отражения времени (см. Теорема СРТ).

В 1974 были обнаружены массивные (в 3- 4 протонные массы) и в то же время относительно устойчивые ф-частицы, с временем жизни, необычно большим для резонансов. Они оказались тесно связанными с новым семейством Э. ч.- "очарованных", первые представители к-рого (D°, D+, Ас) были открыты в 1976. В 1975 были получены первые введения о существовании тяжёлого аналога электрона и мюона (тяжёлого лептона г). В 1977 были открыты 1*-частицы с массой порядка десятка протонных масс.

Т. о., за годы, прошедшие после открытия электрона, было выявлено огромное число разнообразных микрочастиц материи. Мир Э. ч. оказался достаточно сложно устроенным. Неожиданными во многих отношениях оказались свойства обнаруженных Э. ч. Для их описания, помимо характеристик, заимствованных из классич. физики, таких, как электрич. заряд, масса, момент количества движения, потребовалось ввести много новых спец. характеристик, в частности для описания странных Э. ч. - странность (К. Нишиджима, М. Гелл-Ман, 1953), "очарованных" Э. ч.- "очарование" (амер. физики Дж. Бьёркен, Ш. Глэшоу, 1964); уже названия приведённых характеристик отражают необычность описываемых ими свойств Э. ч.

Изучение внутр. строения материи и свойств Э. ч. с первых своих шагов сопровождалось радикальным пересмотром многих устоявшихся понятий и представлений. Закономерности, управляющие поведением материи в малом, оказались настолько отличными от закономерностей классич. механики и электродинамики, что потребовали для своего описания совершенно новых теоретич. построений. Такими новыми фундаментальными построениями в теории явились частная (специальная) и общая теория относительности (А. Эйнштейн, 1905 и 1916; см. Относительности теория, Тяготение) и квантовая механика (1924 - 27; Н. Бор, Л. де Бройль, В. Гейзенберг, Э. Шрёдингер, М. Борн). Теория относительности и квантовая механика знаменовали собой подлинную революцию в науке о природе и заложили основы для описания явлений микромира. Однако для описания^ процессов, происходящих с Э. ч., квантовой механики оказалось недостаточно. Понадобился след, шаг - квантование классич. нолей (т. н. квантование вторичное) и разработка квантовой теории поля. Важнейшими этапами на пути её развития были: формулировка квантовой электродинамики (П. Дирак, 1929), квантовой теории (3-распада (Э. Ферми, 1934), положившей начало совр. теории слабых взаимодействий, квантовой мезодинамики (Юкава, 1935). Непосредств. предшественницей последней была т. н. (3-теория ядерных сил (И. Е. Тамм, Д. Д. Иванен-ко, 1934; см. Сильные взаимодействия). Этот период завершился созданием последовательного вычислит, аппарата квантовой электродинамики (С. Томонага, Р. Фейнман, Ю. Швингер; 1944-49), осн. на использовании техники перенормировки (см. Квантовая теория поля). Эта техника была обобщена впоследствии применительно к др. вариантам квантовой теории поля.

Квантовая теория поля продолжает развиваться и совершенствоваться и является основой для описания взаимодействий Э. ч. У этой теории имеется ряд существенных успехов, и всё же она ещё очень далека от завершённости и не _может претендовать на роль всеобъемлющей теории Э. ч. Происхождение многих свойств Э. ч. и природа присущих им взаимодействий в значит, мере остаются неясными. Возможно, понадобится ещё не одна перестройка всех представлений и гораздо более глубокое понимание взаимосвязи свойств микрочастиц и геометрич. свойств пространства-времени, прежде чем теория Э. ч. будет построена.

Основные свойства элементарных частиц. Классы взаимодействий. Все Э. ч. являются объектами исключительно малых масс и размеров. У большинства из них массы имеют порядок величины массы протона, равной 1,6-10-24г (заметно меньше лишь масса электрона: 9-10-28 г). Определённые из опыта размеры протона, нейтрона, я-мезона по порядку величины равны 10-13см. Размеры электрона и мюона определить не удалось, известно лишь, что они меньше 10-15 см. Микроскопич. массы и размеры Э. ч. лежат в основе квантовой специфики их поведения. Характерные длины волн, к-рые следует приписать Э. ч. в квантовой теории (П/тс, где П- постоянная Планка, т - масса частицы, с - скорость света) по порядку величин близки к типичным размерам, на к-рых осуществляется их взаимодействие (напр., для л;-мезона h/me ss =1,4-10-13см). Это и приводит к тому, что квантовые закономерности являются определяющими для Э, ч.

Наиболее важное квантовое свойство всех Э. ч. - их способность рождаться и уничтожаться (испускаться и поглощаться) при взаимодействии с др. частицами. В этом отношении они полностью аналогичны фотонам. Э. ч.- это специфич. кванты материи, более точно - кванты соответствующих физ. полей (см. ниже). Все процессы с Э. ч. протекают через последовательность актов их поглощения и испускания. Только на этой основе можно понять, напр., процесс рождения я+-мезона при столкновении двух протонов (р + р-" Р + п + я+) или процесс аннигиляции электрона и позитрона, когда взамен исчезнувших частиц возникают, напр., два V-кванта (е* + е~ -" Y + V). Но и процессы упругого рассеяния частиц, напр. е~ + р = е-+ р, также связаны с поглощением начальных частиц и рождением конечных частиц. Распад нестабильных Э. ч. на более лёгкие частицы, сопровождаемый выделением энергии, отвечает той же закономерности и является процессом, в к-ром продукты распада рождаются в момент самого распада и до этого момента не существуют. В этом отношении распад Э. ч. подобен распаду возбуждённого атома на атом в осн. состоянии и фотон. Примерами распадов Э. ч. могут служить: п = р + е- + ve; л+ = м+ + vм; К+ = л* + л° (знаком "тильда" над символом частицы здесь и в дальнейшем помечены соответствующие античастицы).

Различные процессы с Э. ч. заметно отличаются по интенсивности протекания. В соответствии с этим взаимодействия Э. ч. можно феноменологически разделить на неск. классов: сильные, электромагнитные и слабые взаимодействия. Все Э. ч. обладают, кроме того, гравитационным взаимодействием.

Сильные взаимодействия выделяются как взаимодействия, к-рые порождают процессы, протекающие с наибольшей интенсивностью среди всех остальных процессов. Они приводят и к самой сильной связи Э. ч. Именно сильные взаимодействия обусловливают связь протонов и нейтронов в ядрах атомов и обеспечивают исключительную прочность этих образований, лежащую в основе стабильности вещества в земных условиях.

Электромагнитные взаимодействия характеризуются как взаимодействия, в основе к-рых лежит связь с электромагнитным полем. Процессы, обусловленные ими, менее интенсивны, чем процессы сильных взаимодействий, а порождаемая ими связь Э. ч. заметно слабее. Электромагнитные взаимодействия, в частности, ответственны за связь атомных электронов с ядрами и связь атомов в молекулах.

Слабые взаимодействия, как показывает само название, вызывают очень медленно протекающие процессы с Э. ч. Иллюстрацией их малой интенсивности может служить тот факт, что нейтрино, обладающие только слабыми взаимодействиями, беспрепятственно пронизывают, напр., толщу Земли и Солнца. Слабые взаимодействия обусловливают также медленные распады т. н. квазистабильных Э. ч. Времена жизни этих частиц лежат в диапазоне 10-8 -10-10 сек, тогда как типичные времена для сильных взаимодействий Э. ч. составляют 10-23 - 10-24сек.

Гравитационные взаимодействия, хорошо известные по своим макроскопич. проявлениям, в случае Э. ч. на характерных расстояниях ~10-13 см дают чрезвычайно малые эффекты из-за малости масс Э. ч.

Силу различных классов взаимодействий можно приближённо охарактеризовать безразмерными параметрами, связанными с квадратами констант соответствующих взаимодействий. Для сильных, электромагнитных, слабых и гравитационных взаимодействий протонов при средней энергии процесса ~1 Гэв эти параметры соотносятся как 1 : 10-2 : 10-10 : 10-38, Необходимость указания средней энергии процесса связана с тем, что для слабых взаимодействий безразмерный параметр зависит от энергии. Кроме того, сами интенсивности различных процессов по-разному зависят от энергии. Это приводит к тому, что относит, роль различных взаимодействий, вообще говоря, меняется с ростом энергии взаимодействующих частиц, так что разделение взаимодействий на классы, осн.на сравнении интенсивностей процессов, надёжно осуществляется при не слишком высоких энергиях. Разные классы взаимодействий имеют, однако, и др. специфику, связанную с различными свойствами их симметрии (см. Симметрия в физике), к-рая способствует их разделению и при более высоких энергиях. Сохранится ли такое деление взаимодействий на классы в пределе самых больших энергий, пока остаётся неясным.

В зависимости от участия в тех или иных видах взаимодействий все изученные Э. ч., за исключением фотона, разбиваются на две осн. группы: адроны (от греч. hadros - большой, сильный) и лептоны (от греч. leptos - мелкий, тонкий, лёгкий). Адроны характеризуются прежде всего тем, что они обладают сильными взаимодействиями, наряду с электромагнитными и слабыми, тогда как лептоны участвуют только в электромагнитных и слабых взаимодействиях. (Наличие общих для той и другой группы гравитационных взаимодействий подразумевается.) Массы адронов по порядку величины близки к массе протона (тр); минимальную массу среди ад-ронов имеет я-мезон: тк =l/7 * тр. Массы лептонов, известных до 1975 - 76, были невелики (и 0,1 т$), однако новейшие данные, видимо, указывают на возможность существования тяжёлых лептонов с такими же массами, как у адронов. Первыми исследованными представителями адронов были протон и нейтрон, лептонов - электрон. Фотон, обладающий только электромагнитными взаимодействиями, не может быть отнесён ни к а дренам, ни к лептонам и должен быть выделен в отд. группу. По развиваемым в 70-х гг. представлениям фотон (частица с нулевой массой покоя) входит в одну группу с очень массивными частицами - т. н. промежуточными векторными бозонами, ответственными за слабые взаимодействия и пока на опыте не наблюдавшимися (см. раздел Элементарные частицы и квантовая теория поля).

Характеристики элементарных частиц. Каждая Э. ч., наряду со спецификой присущих ей взаимодействий, описывается набором дискретных значений определённых физ. величин, или своими характеристиками. В ряде случаев эти дискретные значения выражаются через целые или дробные числа и нек-рый общий множитель - единицу измерения; об этих числах говорят как о квантовых числах Э. ч. и задают только их, опуская единицы измерения.

Общими характеристиками всех Э. ч. являются масса (т), время жизни (t), спин (J) и электрич. заряд (О). Пока нет достаточного понимания того, по какому закону распределены массы Э. ч. и существует ли для них какая-то единица измерения.

В зависимости от времени жизни Э. ч. делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными, в пределах точности совр. измерений, являются электрон (т > 5 • 1021 лет), протон (t > 2*1030 лет), фотон и нейтрино. К квазистабильным относят частицы, распадающиеся за счёт электромагнитных и слабых взаимодействий. Их времена жизни > 10-20 сек (для свободного нейтрона даже ~ 1000 сек). Резонансами наз. Э. ч., распадающиеся за счёт сильных взаимодействий. Их характерные времена жизни Ю-23 - 10-2 сек. В нек-рых случаях распад тяжёлых резонансов (с массой >= 3 Гэв) за счёт сильных взаимодействий оказывается подавленным и время жизни увеличивается до значений ~ 10-20 сек.

Спин Э. ч. является целым или полуцелым кратным от величины Л. В этих единицах спин я- и К-мезонов равен 0, у протона, нейтрона и электрона J - '/2, У фотона J = 1. Существуют частицы и с более высоким спином. Величина спина Э. ч. определяет поведение ансамбля одинаковых (тождественных) частиц, или их статистику (В. Паули, 1940). Частицы полуцелого спина подчиняются Ферми - Дирака статистике (отсюда назв. фермионы), к-рая требует антисимметрии волновой функции системы относительно перестановки пары частиц (или нечётного числа пар) и, следовательно, "запрещает" двум частицам полуцелого спина находиться в одинаковом состоянии {Паули принцип). Частицы целого спина подчиняются Базе - Эйнштейна статистике (отсюда назв. бозоны), к-рая требует симметрии волновой функции относительно перестановок частиц и допускает нахождение любого числа частиц в одном и том же состоянии. Статистич, свойства Э. ч. оказываются существенными в тех случаях, когда при рождении или распаде образуется неск. одинаковых частиц. Статистика Ферми - Дирака играет также исключительно важную роль в структуре ядер и определяет закономерности заполнения электронами атомных оболочек, лежащие в основе периодич. системы элементов Д. И. Менделеева. Электрич. заряды изученных Э. ч. являются целыми кратными от величины е & = 1,6*10-19 к, наз. элементарным электрическим зарядом. У известных Э. ч. О - О, ±1, ±2.

Помимо указанных величин Э. ч. дополнительно характеризуются ещё рядом квантовых чисел, наз. внутренними. Лептоны несут специфич. лептонный заряд L двух типов: электронный (Le) и мюонный (Lм); Le = +1 для электрона и электронного нейтрино, Lм = + 1 для отрицательного мюона и мюонного нейтрино. Тяжёлый лелтон т и связанное с ним нейтрино, по-видимому, являются носителями нового типа лептонного заряда LI.

Для адронов L = 0, и это ещё одно проявление их отличия от пептонов. В свою очередь, значит, части адронов следует приписать особый барионный заряд В (|В| = 1). Адроны с В - + 1 образуют подгруппу барионов (сюда входят протон, нейтрон, гипероны, барионные резонансы), а адроны с В = 0 - подгруппу мезонов (л- и К-мезоны, бозонные резонансы). Назв. подгрупп адронов происходит от греч. слов barys - тяжёлый и mesos - средний, что на нач. этапе исследований Э. ч. отражало сравнит, величины масс известных тогда барионов и мезонов. Более поздние данные показали, что массы барионов и мезонов сопоставимы. Для лептонов В = 0. Для фотона В = 0 и L = 0. ' Барионы и мезоны подразделяются на уже упоминавшиеся совокупности: обычных (нестранных) частиц (протон, нейтрон, я-мезоны), странных частиц (гипероны, К-мезоны) и очарованных частиц. Этому разделению отвечает наличие у адронов особых квантовых чисел: странности S и очарования (англ, charm) Ch с допустимыми значениями: \S\ = О, 1, 2, 3 и \Ch\ = О, 1, 2, 3. Для обычных частиц S = 0 и |Ch| = 0, для странных частиц |S|<> 0, Сh = 0, для очарованных частиц \Ch\ <> О, a |S| = О, 1, 2. Вместо странности часто используется квантовое число гиперзаряд У = 5+ В, имеющее, по-видимому, более фундаментальное значение.

Уже первые исследования с обычными адронами выявили наличие среди них семейств частиц, близких по массе, с очень сходными свойствами по отношению к сильным взаимодействиям, но с различными значениями электрич. заряда. Протон и нейтрон (нуклоны) были первым примером такого семейства. Позднее аналогичные семейства были обнаружены среди странных и (в 1976) среди очарованных адронов. Общность свойств частиц, входящих в такие семейства, является отражением существования у них одинакового значения спец. квантового числа - изотопического спина I, принимающего, как и обычный спин, целые и полуцелые значения. Сами семейства обычно наз, изотопич. мультиплетами. Число частиц в мультиплете (п) связано с / соотношением: n = 21 + 1. Ча-

Табл. 1. - Основные элементарные частицы и их характеристики
 
Частица Античастица Масса, Мэв J p I, Y, Ch Время жизни, сек. ширина, Мэв (*)

Фотон
 
Y 0 1- - стабилен

Лептоны
 
 е-  е+  0,511003(1)  1/2  -  стабильны
 ve  ~ve  0(<3*10-s)  1/2  -  стабильны
 м-  м+  105,6595(3)  1/2  -  2,19713(7)*10-6
 vм  ~vм  0(<0,4)  1/2  -  стабильны
 т-  т+  1900(100)  1/2  -  ?
 vт  ~vт  <600  1/2  -  ?

Мезоны (В=0)
 
 л+   л0  л-   139,569(6)1 134,964(7)1  0-  2,603(2)*10-8   0,83(6)*10-16
 * p+  p0  р-  773(3)  1-    152(3)
 * В+  B0  В-  1230(10)  1+  125(10)
 * А+  А°  А-  1310(5)  2+  1,0,0  102(5)
 * р'2+  р'20  р'2-  1600 1-  ~400
 * g+    g-  1690(20) 3- 180(30)
 * S+    S- 1940 4+ 54
 кпд  548,8(6) 0-  7(1)*10-13
*  ш  782,7(3) 1-  10,0(4)
*  кпд'  957,6(3) 0- <1
*  Ф  1019.7(3) 1+  4,1(2)
*  f  1270(5) 2+  180(20)
*  f  1516(3) 2+  40(10)
*  ш'  1667(10) 3-  0 0 0  140(10)
*  h  2020(25) 4+  180(50)
*  кпдс  2820 (20)  О-? ?
*  w  3095(4)  1-  0,069(15)
*  w'  3684(5)  1-  0,228(56)
*  w"  3772(6) 1-  28(5)
*  w"'  4414(7) 1-  33(10)
*  r  9410(10) 1-?  ?
*  r'  10060(30) 1-?  ?

 
 K+   K-  493,71(4)  1,237(3)*10-8
 K  ~ K0  493, 71(1) 0-  K°S0,893(2)*10-10
 K°L 5,18(4)*10-8
 * K*+ K*°  * K*- ~K*°  892,2(5) 1-  50(1)
 * KА*+ KА  * KА*- ~KА  1242(10) 1+  1/2 , 1 , 0   127(25)
  * K1*+ К1  * K1*-1  1421(3) 2+  100(10)
  * L+  * L- ~L°
1765(10)
?  140(50)
  *D+  *D-  1868,4 (9)  0-  ?
   ~  1863,3(9) 0-   1/2 , -1/3, 1,   ?
 * D*+   D*-  2009 (1) 1-  ?
 * D*°   ~D*°  2006 (1,5) 1-  ?

Барионы ([В| = 1)
 
 
   P
            n
 
       ~P
                    ~п
938,280(3)
939,573(3)
 1/2+
 
 стабильны
 918(14)
 * N+11
  ~N+1   ~N°1
 1470
 1/2 +
 
 ~200
 * N+22
 ~ N+2   ~N°2
 1520
 3/2 -
 1/2 , 1 , 0
 ~125
 * N+33
 ~ N+3   ~N°3
 1688
 5/2
 
 ~140
 * N+44
 ~ N+4   ~N°4
 2190
  7/2 -
 
 ~250
 * N+55
 ~ N+5  ~5
 2220
  9/2 +
 
 ~300
 *Л++1 Л+1 Л°1 Л-1
 ~Л++1 ~Л+1 ~Л°1 ~Л-1
 1232
 3/2 +
 3/2 , 1 , 0
 ~110
*Л++2 Л+2 Л°2 Л-2
 ~Л++2 ~Л+2 ~Л°2 ~Л-2
 1650
 1/2-
 
 ~140
*Л++3 Л+3 Л°3 Л-3
 ~Л++3 ~Л+3 ~Л°3 ~Л-3
 1890
  5/2 +
 
 ~250
* Л++4 Л+4 Л°4 Л-4
 ~Л++4 ~Л+4 ~Л°4 ~Л-4
 1950
 7/2 +
 
 ~220

Барионы (|В|=1)
 
    А
 ~А
1115,60(5)
 1/2+
 
 2,58(2)*10-'°
* А1
 ~ А1
1405(5)
 1/2-
 
 40(10)
* А2
 ~А2
1518(2)
 3/2 -
 0, 0, 0
 16(2)
* А3
 ~А3
1820(5)
 5/2 +
 
 85
* А4
 ~А.4
2100
  7/2 -
 
 250
S+
~S+
1189,37 (6) 
 
 
 0,800 (6)*10-10
             S
          ~S
1192,48 (8) 
 1/2+
 
 <1*10-14
                     S-
                  ~S-
1197,35 (6) 
 
 
 1,482 (17)*10-10
*S*+  S*0 S*-
 ~S*+ ~ S*0 ~S*-
1383(1)
 3/2 +
1, 0, 0
 35(2)
* S+11S-1
  ~S+1~1~S-1
1670 (10)
 3/2 -
 
 ~50
* S+22S-2
 ~S+2 ~S°2~S-2
1765 (5)
 5/2
 
 ~120
* S+33S-3
 ~ S+3 ~S°3~S-3
2030
 7/2 +
 
 ~180
 E0
 ~E0
1314,9 (6) 
 
 
 2,96 (12)*10-10
                            E-
                         ~ E-
1321,3 (1) 
 1/2+
 
 1,65 (2)*10-10
 *E*0 E*-
 ~E*0 ~E*-
1531,8(3)
 3/2 +
  1/2, - 1, 0
 9,1(5)
  *E°1E-1
 ~E°1 ~E-1
1820
 ?
 
 ~60
 O-
  ~O-
1672,2 (4) 
  3/2 +
0, -2, 0
 1,3(2)*10-10
 A+C  ~A+C  2260 (10)  1/2 ?  0, 2/3,  < 75 ?
 C  ~C  2450  1/2 ?  1, 2/3,  ?

стицы одного изотопич. мультиплета отличаются друг от друга значением "проекции" изотопич. спина I3, и соответствующие значения О даются выражением:

О = Iз +У 2 /2Сh/3

Важной характеристикой адронов является также внутр. чётность Р, связанная с операцией пространств, инверсии: Р принимает значения ±1.

Для всех Э. ч. с ненулевыми значениями хотя бы одного из зарядов О, L, В, Y (S) и очарования Ch существуют античастицы с теми же значениями массы т, времени жизни т, спина J и для адронов изотопич. спина /, но с противоположными знаками всех зарядов и для барионов с противоположным знаком внутр. чётности Р. Частицы, не имеющие античастиц, наз. абсолютно (истинно) нейтральными. Абсолютно нейтральные адроны обладают спец. квантовым числом - зарядовой чётностью (т. е. чётностью по отношению к операции зарядового сопряжения) С со значениями ±1; примерами таких частиц могут служить фотон и л0.

Квантовые числа Э. ч. разделяются на точные (т. е. такие, к-рые связаны с физ. величинами, сохраняющимися во всех процессах) и неточные (для к-рых соответствующие физ. величины в части процессов не сохраняются). Спин J связан со строгим законом сохранения момента количества движения и потому является точным квантовым числом. Другие точные квантовые числа: О, L, В; по совр. данным, они сохраняются при всех превращениях Э. ч. Стабильность протона есть непосредств. выражение сохранения В (нет, напр., распада р = е+ + Y). Однако большинство квантовых чисел адронов неточные. Изотопич. спин, сохраняясь в сильных взаимодействиях, не сохраняется в электромагнитных и слабых взаимодействиях. Странность и очарование сохраняются в сильных и электромагнитных взаимодействиях, но не сохраняются в слабых взаимодействиях. Слабые взаимодействия изменяют также внутр. и зарядовую чётности. С гораздо большей степенью точности сохраняется комбинированная чётность СР, однако и она нарушается в нек-рых процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями. Причины, вызывающие несохранение многих квантовых чисел адронов, неясны и, по-видимому, связаны как с природой этих квантовых чисел, так и с глубинной структурой электромагнитных и слабых взаимодействий. Сохранение или несохранение тех или иных квантовых чисел - одно из существенных проявлений различий классов взаимодействий Э. ч.

В табл. 1 приведены наиболее хорошо изученные Э. ч. из групп лептонов и адронов и их квантовые числа. В спец. группу выделен фотон. Раздельно даны частицы и античастицы (изменение Р у антибарионов не указано). Абсолютно нейтральные частицы помещены посередине первой колонки. Слева значком * помечены резонансы, для к-рых вместо т приведена более удобная величина - ширина резонанса Г = Л/t. Члены одного изотопич. мультиплета расположены в одной строке, иногда с небольшим смещением (в тех случаях, когда даются характеристики каждого члена мультиплета).

Как следует из табл. 1, лептоны представлены сравнительно небольшим числом частиц: электроном, мюоном, r-лептоном и соответствующими им нейтрино. Массы ve и vм очень малы, но равны ли они в точности нулю, предстоит решить будущим экспериментам; информация о массе Vt пока ограничена.

Осн. часть Э. ч. составляют адроны. Увеличение числа Э. ч. в 60-70-х гг. происходило исключительно за счёт расширения данной группы. Адроны в своём большинстве представлены резонансами; наблюдается тенденция к росту спина по мере роста массы резонансов, к-рая хорошо прослеживается на различных группах мезонов и барионов с заданными / и Y и С/г. Следует также отметить, что странные частицы (особенно квазистабильные) несколько тяжелее обычных (нестранных) частиц, а очарованные частицы тяжелее странных.

Классификация элементарных частиц.

Унитарная симметрия. Классификация лептонов пока не представляет проблем, большое же число адронов, известных уже в нач. 50-х гг., явилось основанием для поиска закономерностей в распределении масс и квантовых чисел барионов и мезонов, которые могли бы составить основу их классификации. Выделение изотопических мультиплетов адронов было первым шагом на этом пути. С математической точки зрения группировка адронов в изотопич. мультиплеты отражает наличие у них симметрии, связанной с группой вращения (см. Группа), более формально, с группой SU(2) - группой унитарных преобразований в комплексном двумерном пространстве. Предполагается, что эти преобразования действуют в нек-ром специфич. внутр. пространстве - "изотопич. пространстве", отличном от обычного. Существование нзотопич. пространства проявляется только в наблюдаемых свойствах симметрии. На математич. языке изотопич. мультиплеты суть неприводимые представления группы симметрии SU(2).

Концепция симметрии как фактора, определяющего существование различных групп и семейств Э. ч., в совр. теории является доминирующей при классификации адронов и др. Э. ч. Предполагается, что внутр. квантовые числа Э. ч., позволяющие выделять те или иные группы частиц, связаны со спец. типами симметрии, возникающими за счёт свободы преобразований в особых "внутр." пространствах. Отсюда и происходит назв. "внутренние квантовые числа".

Внимательное рассмотрение показывает, что странные и обычные адроны в совокупности образуют более широкие объединения частиц с близкими свойствами, чем изотопич. мультиплегы. Они наз. супермультиплетами. Число частиц, входящих в наблюдаемые супермультиплеты, равно 8 и 10. С точки зрения симметрии возникновение супермультиплетов истолковывается как проявление существования у адронов группы симметрии более широкой, чем группа SU(2), а именно: SU(3) - группы унитарных преобразований в трёхмерном комплексном пространстве (М. Гелл-Ман и независимо Ю. Нееман, 1961). Соответствующая симметрия получила назв. унитарной симметрии. Группа SU(3) имеет, в частности, неприводимые представления с числом компонент 8 и 10, отвечающие наблюдаемым супермультиплетам: октету и декуплету. Примерами могут служить следующие группы частиц с одинаковыми значениями Jp:
30-09-6.jpg

Общими для всех частиц в супермультпплете являются значения двух величин, к-рые по математич. природе близки к изотопич. спину и поэтому часто наз. унитарным спином. Для октета значения связанных с этими величинами квантовых чисел равны (1, 1), для декуплета - (3, 0).

Унитарная симметрия менее точная, чем изотопич. симметрия. В соответствии с этим различие в массах частиц, входящих в октеты и декуплеты, довольно значительно. По этой же причине разбиение адронов на супермультиплеты сравнительно просто осуществляется для Э. ч. не очень высоких масс. При больших массах, когда имеется много различных частиц с близкими массами, это разбиение осуществляется менее надёжно. Однако в свойствах Э. ч. имеется много разнообразных проявлений унитарной симметрии.

Включение в систематику Э. ч. очарованных адронов позволяет говорить о сверхсупермультиплетах и о существовании ещё более широкой симметрии, связанной с унитарной группой SU(4). Примеры до конца заполненных сверхсупермультиплетов пока отсутствуют. SU(4)-симметрия нарушена ещё сильнее, чем SU(3) -симметрия, и её проявления выражены слабее.

Обнаружение у адронов свойств симметрии, связанных с унитарными группами, и закономерностей разбиения на мультиплеты, отвечающих строго определённым представлениям указанных групп, явилось основой для вывода о существовании у адронов особых структурных элементов - кварков.

Кварковая модель адронов. Развитие работ по классификации адронов с первых своих шагов сопровождалось попытками выделить среди них частицы более фундаментальные, чем остальные, которые могли бы стать основой для построения всех адронов. Начало этой линии исследования было положено Э. Ферми и Ян Чжэнь-нином (1949), которые предположили, что такими фундаментальными частицами являются нуклон (N) и антинуклон (N),_a я-мезоны есть их связанные состояния (NN). При дальнейшем развитии этой идеи в число фундаментальных частиц были включены также странные барионы (М. А. Марков, 1955; япон. физик С. Саката, 1956; Л. Б. Окунь, 1957). Модели, построенные на этой основе, хорошо описывали мезонные мультиплеты, но не давали правила ного описания мультиплетов барионов. Важнейший элемент данных моделей - использование для "построения" адронов небольшого числа фермионов - органически вошёл в модель, к-рая наиболее успешно решает задачу описания всех адронов,- кварковую модель (австр. физик Г. Цвейг и независимо М. Гелл-Ман, 1964).

В первоначальном варианте в основу модели было положено предположение, что все известные адроны построены из трёх типов частиц спина 1/2, названных р-, п-, л -кварками, не принадлежащих к числу наблюдавшихся адронов и обладающих весьма необычными свойствами. Назв. "кварки" заимствовано из романа Дж. Джойса (см. Кварки). Совр. вариант модели предполагает существование как минимум четырёх типов кварков. Четвёртый кварк необходим для описания очарованных адронов.

Идея кварков подсказана унитарной симметрией. Математич. структура унитарных групп открывает возможность описания всех представлений группы SU(n) (и, следовательно, всех мультиплетов адронов) на основе самого простого представления группы, содержащего п компонент. В случае группы SU(3) таких компонент три. Необходимо только допустить наличие частиц, связанных с этим простейшим представлением. Эти частицы и есть кварки. Кварковый состав мезонов и барионов был выведен из того факта, что супермультиплеты мезонов содержат, как правило, 8 частиц, а барионов - 8 и 10 частиц. Эта закономерность легко воспроизводится, если предположить, что мезоны составлены из кварка ? и антикварка ц - символически: М = (qq), а барионы из трех кварков - символически: В = (qqq). В силу свойств группы SU(3) 9 мезонов разбиваются на супермультиплеты из 1 и 8 частиц, а 27 барионов - на супермультиплеты, содержащие 1, 10 и дважды по 8 частиц, что и объясняет наблюдаемую выделенность октетов и деку плетов.

Добавление к схеме четвёртого кварка (и, если окажется необходимым, новых дополнит, кварков) осуществляется при сохранении осн. предположения кварковой модели о строении адронов:

М = (qq), В = (qqq).

Все экспериментальные данные хорошо соответствуют приведённому кварковому составу адронов. Имеются, видимо, лишь небольшие отклонения от этой структуры, которые не влияют существенным образом на свойства адронов.

Указанная структура адронов и математич. свойства кварков, как объектов, связанных с определённым (простейшим) представлением группы SU(4), приводят к след, квантовым числам кварков (табл. 2). Обращают внимание необычные - дробные - значения электрич. заряда О, а также В, S и Y, не встречающиеся ни у одной из наблюдавшихся Э. ч. С индексом а у каждого типа кварка qi (i = 1, 2, 3, 4) связана особая характеристика кварков - "цвет", к-рой нет у изученных адронов. Индекс а принимает значения 1, 2, 3, т. е. каждый тип кварка qi представлен тремя разновидностями q1a(Н. Н. Боголюбов с сотрудниками, 1965; амер. физики И. Намбу и М. Хан, 1965; япон. физик И. Миямото, 1965). Квантовые числа каждого типа кварка не меняются при изменении "цвета" и поэтому табл. 2 относится к кваркам любого "цвета".

Необходимость введения "цвета" вытекает из требования антисимметрии волновой функции системы кварков, образующих барионы. Кварки, как частицы со спином Vi. должны подчиняться статистике Ферми - Дирака.

Табл. 2. - Характеристики кварков
 
Кварк
Символ
J
/
/3
S
В
Y
Сh
0
 q1a
рa
1/2
 1/2
 + 1/2
0
1/3
1/3
0
2/3
 q2a
na
1/2
 1/2
 - 1/2
0
1/3
1/3
0
 - 1/3
 q3a
ла
1/2
 0
0
-1
1/3
-2/3
0
 - 1/3
 q4a
сa
1/2
 0
0
- 1/3
1/3
0
1
2/3

Между тем имеются барионы, составленные из трёх одинаковых кварков, с одинаковой ориентацией спинов: Д++(Р tP tP t), Q+(X tX tX t), к-рые явно симметричны относительно перестановок кварков, если последние не обладают дополнит, степенью свободы. Такой дополнит, степенью свободы и является "цвет". С учётом "цвета" требуемая антисимметрия легко восстанавливается. Уточнённые формулы структурного состава мезонов и барионов выглядят при этом следующим образом:
30-09-7.jpg

где Eaby - полностью антисимметричный тензор
30-09-8.jpg

- нормировочные множители). Важно отметить, что ни мезоны, ни барионы не несут цветовых индексов (лишены цвета) и являются, как иногда говорят, "белыми" частицами.

В табл. 2 не приведены массы кварков. Это связано с тем, что кварки пока выступают лишь как составные части адронов,- в свободном состоянии они не наблюдались, поэтому прямых данных о массах кварков нет. На основании величин масс различных связанных состояний кварков (обычные, странные, очарованные адроны) можно только заключить, что тр ~ тп < m < тс.

Всё многообразие адронов возникает за счёт различных сочетаний р-, п-. Х- и с-кварков, образующих связанные состояния. Обычным адронам соответствуют связанные состояния, построенные только из р- и п-кварков [для мезонов с возможным участием комбинаций (ЛЛ) и (сс]. Наличие в связанном состоянии наряду с р- и n-кварками одного Х- или с-кварка означает, что соответствующий адрон странный (S = -1) или очарованный (Ch = = + 1). В состав бариона может входить два и три X -кварка (соответственно с-кварка), т. е. возможны дважды и трижды странные (очарованные) барионы. Допустимы также сочетания различного числа Х- и с-кварков (особенно в барионах), к-рые соответствуют "гибридным" формам адронов ("странно-очарованным"). Очевидно, что чем больше Л -или с-кварков содержит адрон, тем он тяжелее. Если сравнивать основные (не возбуждённые) состояния адронов, именно такая картина и наблюдается (см. табл. 1, а также табл. 3 и 5).

Поскольку спин кварков равен 1/2, приведённая выше кварковая структура адронов имеет своим следствием целочисл. спин у мезонов и полуцелый - у барионов, в полном соответствии с экспериментом. При этом в состояниях, отвечающих орбитальному моменту / = 0, в частности в осн. состояниях, значения спина мезонов должны равняться О или 1 (для антипараллельной п и параллельной t t ориентации спинов кварков), а спина барионов - 1/2 или 3/2 (для спиновых конфигураций i t t и r t t). С учётом того, что внутренняя чётность системы кварк-антикварк отрицательна, значения Jр для мезонов при I = 0 равны 0- и 1-, для барионов - 1/2+ и 3/2+. Именно эти значения J наблюдаются у адронов, имеющих наименьшую массу при заданных значениях / и Y (см. табл. 1).

Поскольку индексы 1, k, l в структурных формулах пробегают значения 1, 2, 3, 4, число мезонов Мik с заданным спином должно быть равно 16. Для барионов Bikl максимально возможное число состояний при заданном спине (64) не реализуется, т. к. в силу принципа Паули при данном полном спине разрешены только такие трёхкварковые состояния, к-рые обладают вполне определённой симметрией относительно перестановок индексов "i, k, l, а именно: полностью симметричные для спина 3/2 и смешанной симметрии для спина 1/2. Это условие при I = 0 отбирает 20 барионных состояний для спина 3/2 и 20 - для спина 1/2.

Более подробное рассмотрение показывает, что значение кваркового состава _ и свойств симметрии кварковой системы даёт возможность определить все осн. квантовые числа адрона (J, Р, В, О, I, Y, Ch), за исключением массы; определение массы требует знания динамики взаимодействия кварков и массы кварков, к-рое пока отсутствует.

Табл. 3. - Кварковый состав мезонов с Jp = 0-
 
Частица
Состав
Частица
Состав
л+
рn
кпд'
1/(kor 3)*(pp+nn+ЛЛ)
л0
1/(kor 2)* (рр - nn) 
кпд с
сс
л-
pn
F +
сЛ
кпд
+1/(kor 6)*(pp)
F_-
сЛ
 
+ пп - 2ЛЛ)
 
 
К+
рЛ
D0
рс
К0
пЛ
D-
п с
К-
рЛ
D0
рс
К°
пЛ
D +
nc

Табл. 4. - Кварковый со езонов с Jf = 1-
 
Р+
рп
Ф
ЛЛ
Р0
-- (рр - пп) kor 2
Ф
cc
P-
рп
F* +
ш
-- (рр + пп) kor 2
F*-
К* +
рЛ
D*°
pc
К*°
пЛ
D*-
nc
к*-
рЛ
D*°
pc
к*°
пЛ
D* +
nc

В качестве иллюстрации в табл. 3 и 4, 5 и 6 приведён вытекающий из описанных представлений кварковый состав мезонов 0~ и 1- и барионов '/2+ и 3/2+ и его соответствие известным частицам (символы наблюдавшихся частиц подчёркнуты). Всюду в табл. предполагается необходимое суммирование по цветам кварков. Как следует из таблиц, все обычные и странные адроны, к-рые должны существовать при заданной кварковой структуре, наблюдались экспериментально. Пока нет полных данных для адронов с Ch <> О, однако изученные частицы полностью соответствуют указанной картине.

Правильно передавая специфику адронов с наименьшими массами и спинами при заданных значениях Y и Ch, кварковая модель естеств. образом объясняет также общее большое число адронов и преобладание среди них резонансов. Многочисленность адронов - отражение их сложного строения и возможности существования различных возбуждённых состояний кварковых систем. Не исключено, что число таких возбуждённых состоянии неограниченно велико. Все возбуждённые состояния кварковых систем неустойчивы относительно быстрых переходов за счёт сильных взаимодействий в нижележащие состояния. Они и образуют осн. часть резонансов. Небольшую долю резонансов составляют также кварковые системы с параллельной ориентацией спинов (за исключением Q- ). Кварковые конфигурации с антипараллельной ориентацией спинов, относящиеся к осн. состояниям, образуют квазистабильные адроны и стабильный протон.

Возбуждения кварковых систем происходят как за счёт изменения вращательного движения кварков (орбитальные возбуждения), так и за счёт изменения их пространств, расположения (радиальные возбуждения). В первом случае рост массы системы сопровождается изменением суммарного спина J и чётности Р системы, во втором случае увеличение массы происходит без изменения Jp. Напр., мезоны с Jp = 2+ являются первым орбитальным возбуждением (/ = 1) мезонов с Jp = 1-. Соответствие 2+ мезонов и 1 мезонов одинаковых кварковых структур хорошо прослеживается на примере многих пар частиц:
30-09-9.jpg

Мезоны р' и w' - примеры радиальных возбуждений р- и w-мезонов соответственно (см. табл. 1).

Орбитальные и радиальные возбуждения порождают последовательности резонансов, отвечающие одной и той же исходной кварковой структуре. Отсутствие надёжных сведений о взаимодействии кварков не_позволяет пока производить количеств, расчёты спектров возбуждений и делать к.-л. заключения о возможном числе таких возбуждённых состояний.

При формулировке кварковой модели кварки рассматривались как гипотетич. структурные элементы, открывающие возможность очень удобного описания адронов. В дальнейшем были проведены эксперименты, которые позволяют говорить о кварках как о реальных материальных образованиях внутри адронов. Первыми были эксперименты по рассеянию электронов нуклонами на очень большие углы. Эти эксперименты (1968), напоминающие классич. опыты Резерфорда по рассеянию а-частиц на атомах, выявили наличие внутри нуклона точечных заряженных образований. Сравнение данных этих экспериментов с аналогичными данными по рассеянию нейтрино на нуклонах (1973 - 75) позволило сделать заключение о ср. величине квадрата электрич. заряда этих точечных образований. Результат оказался удивительно близким к величине 1/2[(2/з е)2 + 1/3 е)2]. Изучение процесса рождения адронов при аннигиляции электрона и позитрона, к-рый предположительно идёт через последовательность процессов: е++ е- = a + Q адроны, указало на наличие двух групп адронов, генетически связанных с каждым из образующихся кварков, и позволило определить спин кварков. Он оказался равным 1/2. Общее число рождённых в этом процессе адронов свидетельствует также о том, что в промежуточном состоянии возникают кварки трёх разновидностей, т. е. кварки трёхцветны.

Табл. 5. -Кварковый состав барионов с Jp = 1/2+
 
Частица Р_
Состав ррп
Частица

sum 0

Состав ппс
п
рпп
Xc+
[рп]с
X0
1рп]Л
sum+Лce
(рЛ)с
sum+
ррЛ
sum0Лce
(пЛ)с
?-
{рп}Х ппХ
п + "Хсо

0

Зхс„

[рХ]с [пХ]с
Н"
рХХ
":
ХХс
EZ
пХХ
s++

"" ее

рсс
ррс
з +
пес
Б+
{рп} с
Scc
Хсс

Примечание. Индекс а и [ ] - означают антисимметризацию, индекс s и { } - симметризацию.

Табл. 6. - Кварковый состав барионов с Jp =3/2
 
Частица

&+ +

Частица

лГ

&+c

Состав

{ррс} {рпс}

&+
&0
&0c
{ппс}
&-
sum*+
(рЛс)
sum *+
sum*0
{пЛс}
sum*°
sum *0c
(ЛЛс)
sum*-
&++cc
{рсс}
sum*0
&+cc
{псс}
sum*
sum *+cc
{Лсс}
Q-
Q++
{ссс}

Т. о., квантовые числа кварков, введённые на основании теоретич. соображений, получили подтверждение в ряде экспериментов. Кварки постепенно приобретают статус новых Э. ч. Если дальнейшие исследования подтвердят это заключение, то кварки являются серьёзными претендентами на роль истинно Э. ч. для адронной формы материи. До длин ~10-15см кварки выступают как точечные бесструктурные образования. Число известных видов кварков невелико. В дальнейшем оно может, конечно, измениться: нельзя поручиться за то, что при более высоких энергиях не будут обнаружены адроны с новыми квантовыми числами, обязанные своим существованием новым типам кварков. Обнаружение Г -мезонов подтверждает эту точку зрения. Но вполне возможно, что увеличение числа кварков будет небольшим, что общие принципы накладывают ограничения на полное число кварков, хотя эти ограничения пока неизвестны. Бесструктурность кварков также, возможно, отражает лишь достигнутый уровень исследования этих материальных образований. Однако ряд специфич. особенностей кварков даёт нек-рые основания предполагать, что кварки являются частицами, замыкающими цепь структурных составляющих материи.

От всех других Э. ч. кварки отличаются тем, что в свободном состоянии они пока не наблюдались, хотя имеются свидетельства их существования в связанном состоят":. Одной из причин ненаблюдения кварков может быть их очень большая масса, что препятствует их рождению при энергиях совр. ускорителей. Не исключено, однако, что кварки принципиально, в силу специфики их взаимодействия, не могут находиться в свободном состоянии. Существуют доводы теоретич. и эксперимент, характера в пользу того, что силы, действующие между кварками, не ослабляются с расстоянием. Это означает, что для отделения кварков друг от друга требуется бесконечно большая энергия, или, иначе, возникновение кварков в свободном состоянии невозможно. Невозможность выделить кварки в свободном состоянии делает их совершенно новым типом структурных единиц вещества. Неясно, напр., можно ли ставить вопрос о составных частях кварков, если сами кварки нельзя наблюдать в свободном состоянии. Возможно, что в этих условиях части кварков физически вообще не проявляются и поэтому кварки выступают как последняя ступень дробления адронной материи.

Элементарные частицы и квантовая теория поля. Для описания свойств и взаимодействий Э. ч. в современной теории существенное значение имеет понятие физ. поля, к-рое ставится в соответствие каждой частице. Поле есть специфическая форма материи; оно описывается функцией, задаваемой во всех точках (x) пространства-времени и обладающей определёнными трансформац. свойствами по отношению к преобразованиям группы Лоренца (скаляр, спинор, вектор и т. д.) и групп "внутр." симметрии (изотопич. скаляр, изотопич. спинор и т. д.). Электромагнитное поле, обладающее свойствами четырёхмерного вектора Ам(x) (ц = 1, 2, 3, 4),- исторически первый пример физ. поля. Поля, сопоставляемые с Э. ч., имеют квантовую природу, т. е. их энергия и импульс слагаются из множества отд. порций - квантов, причём энергия Ек и импульс pк, кванта связаны соотношением спец. теории относительности: Ек2 = pk2c2+ m2с4. Каждый такой квант и есть Э. ч. с заданной энергией Ек, импульсом pk и массой т. Квантами электромагнитного поля являются фотоны, кванты др. полей соответствуют всем остальным известным Э. ч. Поле, т. о., есть физич. отражение существования бесконечной совокупности частиц - квантов. Спец. математич. аппарат квантовой теории поля позволяет описать рождение и уничтожение частицы в каждой точке х.

Трансформац. свойства поля определяют все квантовые числа Э. ч. Трансформационные свойства по отношению к преобразованиям пространства-времени (группе Лоренца) задают спин частиц. Так, скаляру соответствует спин 0, спинору - спин 1/2, вектору - спин 1 и т. д. Существование таких квантовых чисел, как L, В, I, У, Ch и для кварков и глюонов "цвет", следует из трансформац. свойств полей по отношению к преобразованиям "внутр. пространств" ("зарядового пространства", "изотопического пространства", "унитарного пространства" и т. д.). Существование "цвета" у кварков, в частности, связывается с особым "цветным" унитарным пространством. Введение "внутр. пространств" в аппарате теории - пока чисто формальный приём, к-рый, однако, может служить указанием на то, что размерность физ. пространства-времени, отражающаяся в свойствах Э. ч., реально больше четырёх - размерности пространства-времени, характерной для всех макроскопич. физ. процессов. Масса Э. ч. не связана непосредственно с трансформац. свойствами полей; это дополнит, их характеристика.

Для описания процессов, происходящих с Э. ч., необходимо знать, как различные физ. поля связаны друг с другом, т. е. знать динамику полей. В совр. аппарате квантовой теории поля сведения о динамике полей заключены в особой величине, выражающейся через поля - лагранжиане (точнее, плотности лагранжиана) L. Знание L позволяет в принципе рассчитывать вероятности переходов от одной совокупности частиц к другой под влиянием различных взаимодействий. Эти вероятности даются т. н. матрицей рассеяния (В. Гейзенберг, 1943), выражающейся через L. Лагранжиан L состоит из лагранжиана LO, описывающего поведение свободных полей, и лагранжиана взаимодействия LB3, построенного из полей разных частиц и отражающего возможность их взаимопревращений. Знание LB3 является определяющим для описания процессов с Э. ч.

Вид Lo однозначно определяется трансформац. свойствами полей относит, группы Лоренца и требованием инвариантности относительно этой группы (релятивистская инвариантность). В течение длит, времени не были, однако, известны критерии для нахождения LK, (за исключением электромагнитных взаимодействий), а сведения о взаимодействиях Э. ч., полученные из эксперимента, в большинстве случаев не позволяли осуществить надёжный выбор между различными возможностями. В этих условиях широкое распространение получил феноменологич. подход к описанию взаимодействий, осн. либо на выборе простейших форм L,3, ведущих к наблюдаемым процессам, либо на прямом изучении характерных свойств элементов матрицы рассеяния. На этом пути был достигнут значит, успех в описании процессов с Э. ч. для различных выделенных областей энергий. Однако многие параметры теории заимствовались из эксперимента, а сам подход не мог претендовать на универсальность.

В период 50-70-х гг. был достигнут значит, прогресс в понимании структуры LB3, к-рый позволил существенно уточнить его форму для сильных и слабых взаимодействий. Решающую роль в этом продвижении сыграло выяснение тесной связи между свойствами симметрии взаимодействий Э. ч. и формой Lвз.

Симметрия взаимодействий Э. ч. находит своё отражение в существовании законов сохранения определённых физ. величин и, следовательно, в сохранении связанных с ними квантовых чисел Э. ч. (см. Сохранения законы). Точная симметрия, имеющая место для всех классов взаимодействий, отвечает наличию у Э. ч. точных квантовых чисел; приближённая симметрия, характерная лишь для нек-рых классов взаимодействий (сильных, электромагнитных), приводит к неточным квантовым числам. Отмечавшееся выше различие классов взаимодействий в отношении сохранения квантовых чисел Э. ч. отражает различия в свойствах их симметрии.

Известная форма Lмэл. м для электромагнитных взаимодействий есть следствие существования очевидной симметрии лагранжиана L относительно умножения комплексных полей ф заряженных частиц, входящих в него в комбинациях типа ф*ф (здесь * означает комплексное сопряжение), на множитель е'а, где а - произвольное действит. число. Эта симметрия, с одной стороны, порождает закон сохранения электрич. заряда, с другой стороны, если требовать выполнения симметрии при условии, что а произвольно зависит от точки х пространства-времени, однозначно приводит к лагранжиану взаимодействия:
30-09-10.jpg

где jэл.м. - четырёхмерный электромагнитный ток (см. Электромагнитные взаимодействия). Как выяснилось, этот результат имеет общее значение. Во всех случаях, когда взаимодействия проявляют "внутр." симметрию, т. е. лагранжиан инвариантен относительно преобразований "внутр. пространства", а у Э. ч. возникают соответствующие квантовые числа, следует требовать, чтобы инвариантность имела место при любой зависимости параметров преобразования от точки х (т. н. локальная калибровочная инвариантность; Ян Чжэнь-нин, амер. физик Р. Миллс, 1954). Физически это требование связано с тем, что взаимодействие не может мгновенно передаваться от точки к точке. Указанное условие удовлетворяется, когда среди полей, входящих в лагранжиан, присутствуют векторные поля (аналоги Aм(x)), изменяющиеся при пре-

образованиях "внутренней" симметрии и взаимодействующие с полями частиц вполне определённым образом, а именно:
30-09-11.jpg

где j (х) - токи, составленные из полей частиц, V (х) - векторные поля, наз. часто калибровочными полями. Т. о., требование локальности "внутр." симметрии фиксирует форму LB3и выделяет векторные поля как универсальные переносчики взаимодействий. Свойства векторных полей и их число "п" определяются свойствами группы "внутр." симметрии. Если симметрия точная, Р то масса кванта поля V равна 0. Для приближённой симметрии масса кванта векторного поля отлична от нуля. Вид тока j определяется полями частиц с ненулевыми квантовыми числами, связанными с группой "внутр." симметрии.

На основании изложенных принципов оказалось возможным подойти к вопросу о взаимодействии кварков в нуклоне. Эксперименты по рассеянию нейтрино и антинейтрино на нуклоне показали, что импульс нуклона лишь частично (примерно на 50%) переносится кварками, а остальная его часть переносится др. видом материи, к-рая не взаимодействует с нейтрино. Предположительно эта часть материи состоит из частиц, к-рыми обмениваются кварки и за счёт к-рых они удерживаются в нуклоне. Эти частицы получили назв. "глюонов" (от англ, glue - клей). С изложенной выше точки зрения на взаимодействия эти частицы естественно считать векторными. В совр. теории их существование связывается с симметрией, обусловливающей появление "цвета" у кварков. Если эта симметрия точная (цветная SU(3)-симметрия), то глюоны - безмассовые частицы и их число равно восьми (амер. физик И. Намбу, 1966). Взаимодействие кварков с глюонами даётся Lвз со структурой (2), где ток j составлен из полей кварков. Имеется
основание предполагать, что взаимодействие кварков, обусловленное обменом безмассовыми глюонами, приводит к силам между кварками, не убывающим с расстоянием, но строго это не доказано.

Принципиально знание взаимодействия между кварками могло бы явиться основой для описания взаимодействия всех адронов между собой, т. е. всех сильных взаимодействий. Это направление в физике адронов быстро развивается.

Использование принципа определяющей роли симметрии (в т. ч. приближённой) в формировании структуры взаимодействия позволило также продвинуться в понимании природы лагранжиана слабых взаимодействий. Одновременно была вскрыта глубокая внутр. связь слабых и электромагнитных взаимодействий. В указанном подходе наличие пар лептонов с одинаковым лептонным зарядом: е-, Ve и м-, Vм, но различными массами и электрич. зарядами расценивается не как случайное, а как отражающее существование нарушенной симметрии типа изотопической (группа SU(2)). Применение принципа локальности к этой "внутр. " симметрии приводит к характерному лагранжиану (2), в к-ром одновременно возникают члены, ответственные за электромагнитное и слабое взаимодействия (амер. физик С. Вайнберг, 1967; А. Солам, 1968):
30-09-12.jpg

Здесь jмсл.з., jмсл.н. - заряженный и нейтральный токи слабых взаимодействий, построенные из полей лептонов, W+м, Wм- и Zм0 - поля массивных (из-за нарушенности симметрии) векторных частиц, к-рые в этой схеме являются переносчиками слабых взаимодействий (т. н. промежуточные бозоны), Ам - поле фотона. Идея существования заряженного промежуточного бозона была выдвинута давно (X. Юкава, 1935). Важно, однако, что в данной модели единой теории электромагнитного и слабого взаимодействий заряженный промежуточный бозон появляется на равной основе с фотоном и нейтральным промежуточным бозоном. Процессы слабых взаимодействий, обусловленные нейтральными токами, были обнаружены в 1973, что подтверждает правильность только что изложенного подхода к формулировке динамики слабых взаимодействий. Возможны и др. варианты написания лагранжиана Lслвз, с большим числом нейтральных и заряженных промежуточных бозонов; для окончат, выбора лагранжиана эксперимент, данных ещё недостаточно.

Экспериментально промежуточные бозоны пока не обнаружены. Из имеющихся данных массы W и Z° для модели Вайн-берга - Салама оцениваются примерно в .60 и 80 Гэв.

Электромагнитное и слабое взаимодействия кварков можно описать в рамках модели, аналогичной модели Вайнберга - Салама. Рассмотрение на этой основе электромагнитных и слабых взаимодействий адронов даёт хорошее соответствие наблюдаемым данным. Общей проблемой при построении таких моделей является неизвестное пока полное число кварков и лептонов, что не позволяет определить тип исходной симметрии и характер её нарушения. Поэтому очень важны дальнейшие экспериментальные исследования.

Единое происхождение электромагнитных и слабых взаимодействий означает, что в теории исчезает как независимый параметр константа слабых взаимодействий. Единств, константой остаётся электрич. заряд е. Подавленность слабых процессов при небольших энергиях объясняется большой массой промежуточных бозонов. При энергиях в системе центра масс, сравнимых с массами промежуточных бозонов, эффекты электромагнитных и слабых взаимодействий должны быть одного порядка. Последние, однако, будут отличаться несохранением ряда квантовых чисел (Р, У, Ch и т. д.).

Имеются попытки рассмотреть на единой основе не только электромагнитные и слабые, но также и сильные взаимодействия. Исходным для таких попыток является предположение об единой природе всех видов взаимодействий Э. ч. (без гравитационного). Наблюдаемые сильные различия между взаимодействиями считаются обусловленными значит, нарушением симметрии. Эти попытки ещё недостаточно разработаны и сталкиваются с серьёзными трудностями, в частности в объяснении различий свойств кварков и лептонов.

Развитие метода получения лагранжиана взаимодействия, основанного на использовании свойств симметрии, явилось важным шагом на пути, ведущем к динамич. теории Э. ч. Есть все основания думать, что калибровочные теории поля явятся существенным составным элементом дальнейших теоретич. построений.

Некоторые общие проблемы теории элементарных частиц. Новейшее развитие физики Э. ч. явно выделяет из всех Э. ч. группу частиц, которые существенным образом определяют специфику процессов микромира. Эти частицы - возможные кандидаты на роль истинно Э. ч. К их числу принадлежат: частицы со спином V" - лептоны и кварки, а также частицы со спином 1 - глюоны, фотон, массивные промежуточные бозоны, осуществляющие разные виды взаимодействий частиц со спином 1/2. В эту группу скорее всего следует также включить частицу со спином 2 - грдвитон, квант гравитац. поля, связывающий все Э. ч. В этой схеме мн. вопросы, однако, требуют дальнейшего исследования. Неизвестно, каково полное число лептонов, кварков и различных векторных (с J = 1) частиц и существуют ли физ. принципы, определяющие это число. Неясны причины деления частиц со спином 1/2 на 2 различные группы: леитоны и кварки. Неясно происхождение внутр. квантовых чисел лептонов и кварков (L, В, I, У, Ch) и гакой характеристики кварков и глюонов, как "цвет". С какими степенями свободы связаны внутр. квантовые числа? С обычным четырёхмерным пространством-временем связаны только такие характеристики Э. ч., как J и Р. Какой механизм определяет массы истинно Э. ч.? Чем обусловлено наличие у Э. ч. различных классов взаимодействий с различными свойствами симметрии? Эти и др. вопросы предстоит решить будущей теории Э. ч.

Описание взаимодействий Э. ч., как отмечалось, связано с калибровочными теориями поля. Эти теории имеют развитый математич. аппарат, к-рый позволяет производить расчёты процессов с Э. ч. (по крайней мере принципиально) на том же уровне строгости, как и в квантовой электродинамике. Но в настоящем своём виде калибровочные теории поля обладают одним серьёзным недостатком, общим с квантовой электродинамикой,- в них в процессе вычислений появляются бессмысленные бесконечно большие выражения. С помощью спец. приёма переопределения наблюдаемых величин (массы и заряда) - перенормировки - удаётся устранить бесконечности из окончат, результатов вычислений. В наиболее хорошо изученной электродинамике это пока не сказывается на согласии предсказаний теории с экспериментом. Однако процедура перенормировки - чисто формальный обход трудности, существующей в аппарате теории, к-рая на каком-то уровне точности должна сказаться на стенени согласия расчётов с измерениями.

Появление бесконечностей в вычислениях связано с тем, что в лагранжианах взаимодействий поля разных частиц отнесены к одной точке х, т. е. предполагается, что частицы точечные, а четырёхмерное пространство-время остаётся плоским вплоть до самых малых расстояний. В действительности указанные предположения, по-видимому, неверны по неск. причинам: а) истинно Э. ч., вероятнее всего,- материальные объекты конечной протяжённости; б) свойства пространства-времени в малом (в масштабах, определяемых т. н. фундаментальной длиной) скорее всего радикально отличны от его макроскопич. свойств; в) на самых малых расстояниях (~10-33см) сказывается изменение геометрич. свойств пространства-времени за счёт гравитации. Возможно, эти причины тесно связаны между собой. Так, именно учёт гравитации наиболее естественно приводит к размерам истинно Э. ч. порядка 10-33 см, а фундамент, длина la может быть связана с гравитац. постоянной f: lo =kor(hf/c3) = 10-33 см. Любая из этих причин должна привести к модификации теории и устранению бесконечностей, хотя практич. выполнение этой модификации может быть весьма сложным.

Очень интересным представляется учёт влияния гравитации на малых расстояниях. Гравитац. взаимодействие может не только устранять расходимости в квантовой теории поля, но и обусловливать само существование первообразующих материи (М. А. Марков, 1966). Если плотность вещества истинно Э. ч. достаточно велика, гравитац. притяжение может явиться тем фактором, к-рый определяет устойчивое существование этих материальных образовании. Размеры таких образований должны быть ~10-33см. В большинстве экспериментов они будут вести себя как точечные объекты, их гравитац. взаимодействие будет ничтожно мало и проявится лишь на самых малых расстояниях, в области, где существенно изменяется геометрия пространства.

Т. о., наметившаяся тенденция к одноврем. рассмотрению различных классов взаимодействий Э. ч. скорее всего должна быть логически завершена включением в общую схему гравитац. взаимодействия. Именно на базе одноврем. учёта всех видов взаимодействий наиболее вероятно ожидать создания будущей теории Э. ч.

Лит.: Марков М. А., О природе материи, М., 1976; Газиорович С., Физика элементарных частиц, пер. с англ., М., 1969; Коккедэ Я., Теория кварков, пер. с англ., М., 1971; Р е г k i n s D. H., Neutrinos and nucleon structure, "Contemporary Physics", 1975, v. 16, № 2; 3 a x a p о в В. И., И о ф ф е Б. Л., О к у н ь Л. Б., Новые элементарные частицы, "Успехи физических наук", 197-5, т. 117, в. 2, с. 227; Боголюбов Н. Н., III и р к о в Д. В., Введение в теорию квантованных полей, 3 изд., М., 1976; Элементарные частицы и компенсирующие поля, пер. с англ., М., 1964; Б е р нс т е и н Д ж., Спонтанное нарушение симметрии, калибровочные теории, механизм Хигтса и т. п., в кн.: Новости фундаментальной физики, пер. с англ., М., 1977, с. 120- 240. А. А. Комар.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ АНАЛИЗ, то же, что элементный анализ.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД, е, наименьший электрический заряд, известный в природе. На существование Э. э. з. впервые с определённостью указал в 1874 англ, учёный Дж. Стони. Его гипотеза вытекала из установленных М. Фарадеем (1833-34) законов электролиза (см. Фарадея законы). В 1881 Стони впервые вычислил величину электрич. заряда одновалентного иона, равную е = F/NA, где F - Фарадея число, NA - Авогадро число. В 1911 величина Э. э. з. была установлена прямыми измерениями Р. Милликена. Совр. значение е: е = (4,803242 + 0,000014) 10-'°ед.СГСЭ = = (1,6021892 ± 0,0000046) 10-19к.

Величина Э. э. з. является константой электромагнитных взаимодействий и входит во все ур-ния микроскопич. электродинамики. Э. э. з. в точности равен величине электрич. заряда электрона, протона и почти всех других заряженных элементарных частиц, к-рые тем самым являются материальными носителями наименьшего заряда в природе. Э. э. з. не может быть уничтожен; этот факт составляет содержание закона сохранения электрич. заряда на микроскопич. уровне. Существует положительный и отрицательный Э. э. з., причём элементарная частица и её античастица имеют заряды противоположных знаков. Электрич. заряд любой микросистемы и макроскопич. тел всегда равен целому кратному от величины е (или нулю). Причина такого "квантования" заряда не установлена. Одна из гипотез основана на существовании монополей Дирака (см. Магнитный монополь). С 60-х гг. широко обсуждается гипотеза о существовании частиц с дробными электрич. зарядами - кварков (см. Элементарные частицы).

Лит.: Милликен Р. Э., Электроны (-f- и -), протоны, фотоны, нейтроны и космические лучи, пер. с англ., М.- Л., 1939. Л. И. Пономарёв.

ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ органических соединений, элементарный анализ, совокупность методов количеств, определения и качеств, обнаружения элементов, входящих в состав органич. соединений. Э. а. состоит из двух стадий: разложения органич. вещества, напр, сжиганием в токе кислорода, сплавлением с нек-рыми твёрдыми реагентами; количеств, или качеств, анализа образовавшихся неорганич. соединений элементов (см. Количественный анализ, Качественный анализ).

ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ, высокомолекулярные эле-ментоорганические соединения. По составу главной и боковых цепей макромолекул Э. п. делят на 3 группы: 1) с неорганич. главными цепями, обрамлёнными органич. группами (напр., полиорганосилоксаны, полиорганосилазаны - см. Кремнийорганические полимеры, полиорганофосфазены - см. ПолифосфонитрилЯлорид); 2) с органонеорганич. главными цепями [напр., карбосиланы (I), карбосилоксаны (II), борорганич. полимеры с боразольными, фосфинбориновыми и карборановыми циклами в главной цепи, хелатные полимеры, содержащие в молекуле атомы металла, координационно связанные с органич. лигандами]; 3) с органич. главными цепями [напр., полиалкенилтриалкилсиланы (III), фосфорсодержащие полимеры типа (IV); R - органич. радикал].
30-09-13.jpg

Наибольшее практич. применение из Э. п. получили кремнийорганич. полимеры.

Лит.: Энциклопедия полимеров, т. 3, М., 1977.

ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, содержат хим. связь элемент- углерод (к Э. с., как правило, не относят соединения, содержащие связь углерода с азотом, кислородом, серой и галогенами). Термин "Э. с." предложен акад. А. Н. Несмеяновым. См. также Металлоорганические соединения, Кремнийорганические соединения, Фосфорорганические соединения, Борорганические соединения и др.

ЭЛЕМЕНТЫ ЗАТРАТ, см. в ст. Себестоимость продукции.

ЭЛЕМЕНТЫ ОРБИТЫ в а с т р о н ом и и, система величин (параметров), определяющих ориентацию орбиты небесного тела в пространстве, её размеры и форму, а также положение на орбите небесного тела в нек-рый фиксированный момент. Невозмущённую орбиту, по к-рой движение тела происходит в соответствии с Кеплера законами, определяют 6 Э. о. 1) Наклон орбиты i к плоскости эклиптики или к плоскости земного экватора (в случае ИСЗ); может иметь значения от 0° до 180°. Наклон меньше 90°, если для наблюдателя, находящегося в сев. полюсе эклиптики или в сев. полюсе мира, тело представляется движущимся против часовой стрелки, и больше 90°, если тело движется в противоположном направлении. 2) Долгота (восходящего) узла Л или прямое восхождение (восходящего) узла ап (для ИСЗ); может иметь значения от 0° до 360°. 3) Большая полуось орбиты а. Иногда вместо неё принимается среднее движение тела по орбите п, в случае невозмущённого движения однозначно зависящее от большой полуоси. 4) Эксцентриситет орбиты е. 5) Аргумент перигелия или перигея со (в случае Луны или ИСЗ); может иметь значения от 0° до 360°. 6) Эпоха (дата) Т, в к-рую тело находится в определённой точке орбиты, напр, в восходящем узле или в перигелии (перигее). Иногда в качестве эпохи выбирают начало суток, в этом случае положение орбиты задаётся средней аномалией Ма в эту эпоху.

В случае возмущённой орбиты Э. о. рассматриваются как функции времени и обычно представляются в виде степенных рядов: А = А0 + A1 (t - Т0) + А2(t - Т0)2 +...,

где А о - значение Э. о. А в эпоху То. См. также Орбиты небесных тел, Орбиты искусственных космических объектов, Небесная механика. Н. П. Ерпылёв.
 

ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ. Каждый Э. х.- это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер и одинаковым числом электронов в атомной оболочке. Ядро атомное состоит из протонов, число к-рых равно атомному номеру элемента, и нейтронов, число к-рых может быть различным. Разновидности атомов одного и того же Э. х., имеющие различные массовые числа (равные сумме масс протонов и нейтронов, образующих ядро), наз. изотопами. В природе мн. Э. х. представлены двумя или большим числом изотопов. Известно 276 стабильных изотопов, принадлежащих 81 природному Э. х., и ок. 1500 радиоактивных изотопов. Изотопный состав природных элементов на Земле, как правило, постоянен; поэтому каждый элемент имеет практически постоянную атомную массу, являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. В наст, время (1978) известно 107 Э. х., они, преим. нерадиоактивные, создают всё многообразие простых и сложных веществ. Простое вещество - форма существования элемента в свободном виде. Нек-рые Э. х. существуют в двух или более аллотропных модификациях (напр., углерод в виде графита и алмаза), различающихся по физ. и хим. свойствам; число простых веществ достигает 400 (см. Аллотропия). Иногда понятия "элемент" и -"простое вещество" отождествляются, поскольку в подавляющем большинстве случаев нет различия в названиях Э. х. и образуемых ими простых веществ; "...тем не менее в понятиях такое различие должно всегда существовать",- писал в 1869 Д. И. Менделеев (Соч., т. 13, 1949, с. 490). Сложное вещество - соединение химическое - состоит из химически связанных атомов двух или нескольких различных элементов; известно более 100 тыс. неорганич. и более 3 млн. органич. соединений. Для обозначения Э. х. служат знаки химические, состоящие из первой или первой и одной из последующих букв лат. назв. элемента. В формулах химических и уравнениях химических каждый такой знак (символ) выражает, кроме названия элемента, относительную массу Э. х., равную его ат. массе. Изучение Э. х. составляет предмет химии, в частности неорганической химии.

Историческая справка. В донауч. период химии как нечто непреложное принималось учение Эмпедокла о том, что основу всего сущего составляют четыре стихии: огонь, воздух, вода, земля. Это учение, развитое Аристотелем, полностью восприняли алхимики. В 8-9 вв. они дополнили его представлением о сере (начале горючести) и ртути (начале металличности) как составных частях всех металлов. В 16 в. возникло представление о соли как начале нелетучести, огне-постоянства. Против учения о 4 стихиях и 3 началах выступил Р. Бойль, к-рый в 1661 дал первое науч. определение Э. х. как простых веществ, к-рые не состоят из каких-либо других веществ или друг из друга и образуют все смешанные (сложные) тела. В 18 в. почти всеобщее признание получила гипотеза И. И. Бехера и Г. Э. Шталя, согласно к-рой тела природы состоят из воды, земли и начала горючести - флогистона. В кон. 18 в. эта гипотеза была опровергнута работами А. Л. Лавуазье. Он определил Э. х. как вещества, к-рые не удалось разложить на более простые и из к-рых состоят другие (сложные) вещества, т. е. по существу повторил формулировку Бойля. Но, в отличие от него, Лавуазье дал первый в истории науки перечень реальных Э. х. В него вошли все известные тогда (1789) неметаллы (О, N, H, S, Р, С), металлы (Ag, As, Bi, Co, Ca, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn), а также "радикалы" [муриевый (Cl), плавиковый (F) и борный (В)] и "земли" - ещё не разложенные известь СаО, магнезия Mgp, барит ВаО, глинозём Аl2Оз и кремнезём SiO2 (Лавуазье полагал, что "земли" - вещества сложные, но пока это не было доказано на опыте, считал их Э. х.). Как дань времени он включил в список Э. х. невесомые "флюиды" - свет и теплород. Едкие щёлочи NaOH и КОН он считал веществами сложными, хотя разложить их электролизом удалось позже - только в 1807 (Г. Дэви). Разработка Дж. Дальтоном атомной теории имела одним из следствий уточнение понятия элемента как вида атомов с одинаковой относительной массой (атомным весом). Дальтон в 1803 составил первую таблицу ат. масс (отнесённых к массе атома водорода, принятой за единицу) пяти Э. х. (О, N, С, S, P). Тем самым Дальтон положил начало признанию ат. массы как главной характеристики элемента. Дальтон, следуя Лавуазье, считал Э. х. веществами не разложимыми на более простые.

Последующее быстрое развитие химии привело, в частности, к открытию большого числа Э. х. В списке Лавуазье было всего 25 Э. х., включая "радикалы", но не считая "флюидов" и "земель". Ко времени открытия периодического закона Менделеева (1869) было известно уже 63 элемента. Открытие Д. И. Менделеева позволило предвидеть существование и свойства ряда неизвестных тогда Э. х. и явилось основой для установления их взаимосвязи и классификации.

Открытие радиоактивности в кон. 19 в. поколебало более чем столетнее убеждение в том, что атомы нельзя разложить. В связи с этим почти до сер. 20 в. продолжалась дискуссия о том, что такое Э. х. Конец ей положила совр. теория строения атома, к-рая позволила дать строго объективную дефиницию Э. х., приведённую в начале статьи. Распространённость в природе. Распространённость Э. х. в космосе определяется нуклеогенезом внутри звёзд. Хим. состав Солнца, планет земного типа Солнечной системы и метеоритов, по-видимому, практически тождествен. Образование ядер Э. х. связано с различными ядерными процессами в звёздах. Поэтому на разных этапах своей эволюции различные звёзды и звёздные системы имеют неодинаковый хим. состав (см. Космогония). Распространённость и распределение Э. х. во Вселенной, процессы сочетания и миграции атомов при образовании космич. вещества, хим. состав космич. тел изучает космохимия. Осн. массу космич. вещества составляют Н и Не (99,9%). Наиболее разработанной частью космохимии является геохимия.

Из 107 Э. х. только 89 обнаружены в природе, остальные, а именно технеций (ат. н. 43), прометий (ат. н. 61), астат (ат. н. 85), франций (ат. н. 87) и трансурановые элементы, получены искусственно посредством ядерных реакций (ничтожные количества Тс, Pm, Np, Fr образуются при спонтанном делении урана и присутствуют в урановых рудах). В доступной части Земли наиболее распространены 10 элементов с атомными номерами в интервале от 8 до 26. В земной коре они содержатся в следующих относительных количествах:
 
Элемент
Атомный номер
Содержание, % по массе
О
8
47,00
Si
14
29.50
А1
13
8,05
Fe
26
4,65
Ca
20
3,30
Na
11
2,50
К
19
2,50
Mg
12
1,87
Ti
22
0,45
Mn
25
0,10

Перечисленные 10 элементов составляют 99,92% массы земной коры.

Классификация и свойства. Наиболее совершенную естественную классификацию Э. х., раскрывающую их взаимосвязь и показывающую изменение их свойств в зависимости от ат. н., даёт периодическая система элементов Д. И. Менделеева. По свойствам Э. х. делятся на металлы и неметаллы, причём периодическая система позволяет провести границу между ними (см. табл. в т. 16, стр. 132). Для хим. свойств металлов наиболее характерна проявляемая при хим. реакциях способность отдавать внешние электроны и образовывать катионы, для неметаллов - способность присоединять электроны и образовывать анионы. Неметаллы характеризуются высокой элек-троотрицателъностью. Различают Э. х. главных подгрупп, или непереходные элементы, в к-рых идёт последовательное заполнение электронных подоболочек s и р, и Э. х. побочных подгрупп, или переходные, в к-рых идёт достраивание d- и f-подоболочек. При комнатной темп-ре два Э. х. существуют в жидком состоянии (Hg и Вг), одиннадцать - в газообразном (Н, N, О, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), остальные - в виде твёрдых тел, причём темп-pa плавления их колеблется в очень широких пределах - от ок. 30 0С (Cs 28,5 °С; Ga 29,8 °С) до 3000 °С и выше (Та 2996 °С; W 3410 0С; графит ок. 3800± 200 °С под давлением 125 кбар). О свойствах, получении и применении Э. х. см. в статьях об отдельных элементах, а также о семействах Э. х. (Актиноиды, Инертные газы, Лантаноиды, Платиновые металлы, Рассеянные элементы, Редкие элементы, Редкоземельные элементы).

Лит.: Кедров Б. М., Эволюция понятия элемента в химии, М., 1956; С иб о р г Г. Т., В э л е н с Э. Г., Элементы Вселенной, пер. с англ., М., 1962; С иборг Г., Искусственные трансурановые элементы, пер. с англ., М., 1965; Ф и г уровский Н. А., Открытие химических элементов и происхождение их названий, М., 1970; Популярная библиотека химических элементов, М., 1971 - 73; Н е к р а с о в Б. В., Основы общей химии, 3 изд., [т.] 1 - 2, М., 1973; П о л и н г Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1974; ДжуаМ., История химии, пер. с итал., 2 изд., М., 1975; Weeks М. Е., Discovery of the elements, 6 ed., Easton, 1956. С. А. Погодин.

ЭЛЕНШЛЕГЕР (Oehlenschlager) Адам Готлоб (14.11.1779, Копенгаген,- 20.1. 1850, там же), датский писатель-романтик. Учился в Копе нгагенском ун-те (с 1800); с 1809 проф. эстетики. Пропагандировал дофеод. и дохрист. культуру и фольклор сканд. народов. Ранняя поэзия Э. пронизана идеями патриотизма и романтич. символикой. Поэма "Золотые рога" (1802) и драма "Игры в ночь на св. Ханса" (1803) стали "увертюрой" дат. романтизма, принципы к-рогонашли воплощение в аллегорич. драмах "Аладдин, или Волшебная лампа" (1805, сокр. рус. пер. 1842) на сюжет из "Тысячи и одной ночи" и "Сага о Вёлунде" (1805) по мотивам древнесканд. легенды. Вист, трагедиях "Ярл Хакон" (1807, рус. пер. 1897), "Пальнатоке" (1807, рус. пер. 1968), "Стэркоддер" (1812, рус. пер. в отрывках 1840) Э. в универсально-обобщённой форме поднял проблемы борьбы нового со старым: христианства с язычеством, идей народоправия с королевской властью, гуманизма с социальным злом. В трагедии "Корреджо" (1809) Э. рассказал о драме художника и иск-ва в мире собственничества. В лирич. трагедиях на мифологич. и условно-ист, сюжеты "Бальдер Добрый" (1806), "Аксель и Вальборг" (1808, опубл. 1810, полн. рус. пер. 1968), "Хагбарт и Сигне" (1815, рус. пер. 1968) конфликты имеют преим. любовный характер. В романе "Остров в Южном море" (1824-25) Э. трансформировал сюжет социальной утопии нем. писателя 18 в. И. Г. Шнаоеля "Остров Фельзенбург". Для трагедий "Олаф святой" (1836), "Кнуд Великий" (1839), "Эрик Глиппинг" (1844) и др. характерны однолинейность образов и идеализация королев, власти. Автобиографич. соч. "Жизнь" (т. 1-2, 1830-31) и "Воспоминания" (т. 1-4, 1850-51).

Соч. в рус. пер.: Пьесы. Вступ. ст. А. Погодина, М., 1968.

Лит.: Тиандер К. Ф., Эленшлегер и датский романтизм, в кн.: История западной литературы (1800-1810), под ред. Ф. Д. Батюшкова, т. 2., М., [1913]; Гозенпуд А., Датский театр, в кн.: История западно-европейского театра, т. 4, М., 1964; Andersen V., Adam Oehlenschlager. Et livs poesie, bd 1 - 3, Kbh., 1899 - 1900; H e n г i q ue s A., Oehlenschlager og vor tid, Kbh., 1961; Billeskov Jansen F. J., Danmarks digtekunst, bog 3, 2 udg., Kbh., 1964; Dansk litteratur historie, bd 2, Kbh., 1965 (лит.). В. П. Hey строев.

ЭЛЕОТРИСЫ, головешковые (Eleotridae), семейство прибрежных морских и пресноводных рыб подотряда бычковидных. В отличие от рыб др. семейств бычков, у Э. несросшиеся брюшные плавники. Ок. 60 видов, распространены в тропич. и субтропич. водах. В СССР в басе. Амура и реках Приморья один вид - головешка, или ротан (в последние годы головешка расселена в водоёмах Европ. части и Ср. Азии; хорошо ловится на удочку).

ЭЛЕРОН (франц. aileron, от aile - крыло), рулевая поверхность, представляющая собой нек-рую долю хвостовой (или концевой) части крыла самолёта (планёра), отклоняемую вверх и вниз и предназнач. для управления самолётом относительно его продольной оси. Э. при отклонении создаёт разность подъёмных сил правой и левой половины крыла. Э. обычно делаются дифференцированными, т. е. отклоняемыми вверх на больший угол, чем вниз, с целью уменьшения моментов рысканья при крене и увеличения эффективности около критич. углов атаки. Работа Э. обеспечивает поперечную устойчивость и позволяет совершать полёты по кривым (напр., виражи) без скольжения. Э. делают двух- и трёх-щелевым., дополняют его интерцептором, триммером, или триммер-флеттнером (см. Механизация крыла). По конструкции Э. сходен с крылом.

ЭЛЕУТЕРОКОКК, свободно-ягодник (EleutherococcusX род растений сем. аралиевых. Кустарники, о. ч. с шиповатыми побегами и пальчатосложными листьями. Ок. 15 видов, в Азии (от Японских о-вов до Гималаев); в СССР 1 вид - Э. колючий, или дикий перец (E.senticosus), на Д. Востоке - кустарник вые. 1,5-3 м. Декоративное и лекарственное растение: препараты из его корней в виде жидких экстрактов назначают как стимулирующие и тонизирующие средства при переутомлении, после тяжёлых истощающих заболеваний и др.

Лит.: Брехман И. И., Элеутерококк, Л., 1968; Д а р л ы м о в И. В., Женьшень, элеутерококк. (К механизму биологического действия), М., 1976.

ЭЛЕФАНТА, Гхарапури, остров в Аравийском м., в 8 км от Бомбея. На острове находился древний город, разрушенный португальцами в 16 в. Известность Э. принесли пещерные брахманские храмы (восходят к 8 в.) - выдающиеся памятники раннесредневекового инд. иск-ва. Самый большой храм - многостолпный зал с гигантским бюстом трёхликого Шивы (вые. ок. 6 л) и многочисл. рельефами.

Лит.: Burgess J., The rock-temples of Elephanta or Gharapurt, Bombay, 1871; Chandra P., A guide to the Elephanta caves, Bombay, 1957.

ЭЛЕФАНТИАЗ (от греч. elephas, род. падеж elephantos - слон), то же, что слоновость.

ЭЛЕФАНТИНА (Elephantine), древнегреч. назв. острова на р. Нил (напротив Асуана) и древнего поселения на нём. Э. была центром меновой торговли Древнего и антич. Египта с Югом (слоновая кость и др. товары) и столицей нома. Остатки храмов эпохи Древнего и Среднего царств, гранитная триумфальная арка (4 в. до н. э.), ниломер, описанный Страбоном (XVII, I, 48), с отметками наивысших подъёмов воды; гробницы номархов и некрополь с мумиями священных баранов в кам. саркофагах. Найдены папирусы 25 в. до н. э., архивы местных номархов и иудейской воен. колонии на Э.

Лит.: М е у е г Е., Der Papyrusfund von Elephantine, Lpz., 1912; Muller H. W., Die Felsengraber der Fursten von Elephantine, Hamb.- N. Y., 1940.

ЭЛЕЯ, посёлок гор. типа в Елгавском р-не Латвийской ССР. Расположен на шоссе Рига - Калининград, в 27 км к Ю. от г. Елгава. Ж.-д. ст. (Мейтене) на линии Рига - Шяуляй. Цех Елгавского комбината хлебопродуктов.