Слайд 8. Молекулы бывают разные, но типичная энергия связи молекулы — это 1 электрон-вольт, и дефект массы, то есть отношение разницы масс к суммарной массе

Молекулы бывают разные, но типичная энергия связи молекулы — это 1 электрон-вольт, и дефект массы, то есть отношение разницы масс к суммарной массе, очень мало — одна миллиардная. Это означает, что молекулы, в сущности, страшно рыхлые, а тем не менее вся химия, жизнь, всё на свете основано на этой 10^-9. У белков энергия связи ещё меньше, именно из-за этого белки имеют столько разновидностей, конформаций и так далее.

Теперь мы идем на более мелкий уровень, видим атомы. Атом — это ядро и витающие вокруг электроны. Электроны тоже связанны, там энергия связей типичная на порядок больше — 10 электрон-вольт, то есть атом крепче завязан, чем молекула и, соответственно, дефект массы 10^-8. Дальше мы идем ещё глубже, там ядра — это связанное состояние протонов и нейтронов, и там энергия сразу резко увеличивается. Вы видите на слайде 8, она скачет сразу до 10 МэВ — мега-электрон-вольт, в миллион раз. Одним скачком энергия связи увеличивается в миллион раз. И тут дефект массы уже вполне чувствительный, он составляет примерно 0,001 — это означает, что, измерив массу всех составляющих протонов и нейтронов, а потом склеив их в ядро, получим разницу на одну тысячную. И это, конечно, вполне заметный эффект.

На энергии связи один электрон-вольт или в лучшем случае десяти электрон-вольт работает всё органическое топливо, а на энергии, которая в миллион раз больше, работает ядерная энергетика. Поэтому атомной электростанции нужно в миллион раз меньше топлива, чтобы выдать ту же энергию, чем если б сжигать уголь или мазут.

Как видите, вся история науки состояла в том, чтобы мы занимались самыми разнообразными связанными стояниями, и всегда сумма масс составляющих была больше, чем целого. И вот мы доходим до последнего связанного состояния — это протоны и нейтроны, которые сделаны из трёх кварков, и тут, оказывается, всё наоборот! Масса протона 940 МэВ — см. слайд 9. А масса составляющих кварков, то есть двух u и одного d, — складываем 4+4+7 и получаем всего 15 МэВ. Значит, сумма составляющих масс не больше целого, как привычно, а меньше, и не просто меньше, а в 60 раз меньше! То есть мы впервые в истории науки встречаемся со связанным состоянием, в котором всё наоборот в сравнении с привычным.