Представления Аристотеля о Вселенной

1 Представления Аристотеля о  Вселенной

Как-то один известный ученый (Бертран Рассел) читал публичную лекцию об астрономии. Он рассказывал, как Земля вращается вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, вращается вокруг центра огромного скопления звезд, которое называют нашей Галактикой. Когда лекция подошла к концу, из последних рядов зала поднялась маленькая пожилая леди и сказала: "Все, что вы нам говорили, - чепуха. На самом деле наш мир - это плоская тарелка, которая стоит па спине гигантской черепахи". Снисходительно улыбнувшись, ученый спросил: "А на чем держится черепаха?" - "Вы очень умны, молодой человек, - ответила пожилая леди. - Черепаха - на другой черепахе, та - тоже на черепахе, и так все ниже и ниже".

Такое представление о Вселенной  как о бесконечной башне из черепах большинству из нас покажется  смешным, но почему мы думаем, что сами знаем лучше? Что нам известно о Вселенной, и как мы это узнали? Откуда взялась Вселенная, и что  с ней станется? Было ли у Вселенной  начало, а если было, то, что происходило  до начала? Какова сущность времени? Кончится ли оно когда-нибудь? Достижения физики последних лет, которыми мы частично обязаны фантастической новой технике, позволяют, наконец, получить ответы хотя бы на отдельные из таких давно  поставленных вопросов. Пройдет время, и эти ответы, может быть, станут столь же очевидными, как-то, что  Земля вращается вокруг Солнца, а  может быть, столь же нелепыми, как  башня из черепах. Только время (чем  бы оно ни было) решит это.

Еще в 340 г. до н. э. греческий философ Аристотель в своей книге "О небе" привел два веских довода в пользу того, что Земля не плоская тарелка, а круглый шар. Во-первых, Аристотель догадался, что лунные затмения происходят тогда, когда Земля оказывается между Луной и Солнцем. Земля всегда отбрасывает на Луну круглую тень, а это может быть лишь в том случае, если Земля имеет форму шара. Будь Земля плоским диском, ее тень имела бы форму вытянутого эллипса, если только затмение не происходит всегда именно в тот момент, когда Солнце находится точно на оси диска. Во - вторых, по опыту своих путешествий греки знали, что в южных районах Полярная звезда на небе располагается ниже, чем в северных. (Поскольку Полярная звезда находится над Северным полюсом, она будет прямо над головой наблюдателя, стоящего на Северном полюсе, а человеку на экваторе покажется, что она на линии горизонта). Зная разницу в кажущемся положении Полярной звезды в Египте и Греции, Аристотель сумел даже вычислить, что длина экватора равна 400 000 стадиев. Что такое стадий, точно неизвестно, но он близок к 200 метрам, и, стало быть, оценка Аристотеля примерно в 2 раза больше значения, принятого сейчас. У греков был еще и третий довод в пользу шарообразной формы Земли: если Земля не круглая, то почему же мы сначала видим паруса корабля, поднимающиеся над горизонтом, и только потом сам корабль?

Аристотель думал, что Земля  неподвижна, а Солнце, Луна, планеты  и звезды вращаются вокруг нее  по круговым орбитам. Он так полагал, ибо в соответствии со своими мистическими воззрениями Землю считал центром  Вселенной, а круговое движение - самым  совершенным. Птолемей во II веке развил идею Аристотеля в полную космологическую  модель. Земля стоит в центре, окруженная восемью сферами, несущими на себе Луну, Солнце и пять известных  тогда планет: Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Сами планеты, считал Птолемей, движутся по меньшим кругам, скрепленным с соответствующими сферами. Это объясняло тот весьма сложный путь, который, как мы видим, совершают планеты. На самой последней сфере располагаются неподвижные звезды, которые, оставаясь в одном и том же положении относительно друг друга, движутся по небу все вместе как единое целое. Что лежит за последней сферой, не объяснялось, но, во всяком случае, это уже не было частью той Вселенной, которую наблюдает человечество.

Модель Птолемея позволяла неплохо  предсказывать положение небесных тел на небосводе, но для точного  предсказания ему пришлось принять, что траектория Луны в одних местах подходит к Земле в 2 раза ближе, чем  в других! Это означает, что в  одном положении Луна должна казаться в 2 раза большей, чем в другом! Птолемей знал об этом недостатке, но, тем не менее, его теория была признана, хотя и не везде. Христианская Церковь приняла Птолемееву модель Вселенной как не противоречащую Библии, ибо эта модель была очень хороша тем, что оставляла за пределами сферы неподвижных звезд много места для ада и рая. Однако в 1514 г. польский священник Николай Коперник предложил еще более простую модель. (Вначале, опасаясь, наверное, того, что Церковь объявит его еретиком, Коперник пропагандировал свою модель анонимно). Его идея состояла в том, что Солнце стоит неподвижно в центре, а Земля и другие планеты обращаются вокруг него по круговым орбитам. Прошло почти столетие, прежде чем идею Коперника восприняли серьезно. Два астронома - немец Иоганн Кеплер и итальянец Галилео Галилей - публично выступили в поддержку теории Коперника, несмотря на то, что предсказанные Коперником орбиты не совсем совпадали с наблюдаемыми. Теории Аристотеля - Птолемея пришел конец в 1609 г., когда Галилей начал наблюдать всемирное тяготение, согласно которому всякое тело во Вселенной притягивается к любому другому телу с тем большей силой, чем больше массы этих тел и чем меньше расстояние между ними. Это та самая сила, которая заставляет тела падать на землю. (Рассказ о том, что Ньютона вдохновило яблоко, упавшее ему на голову, почти наверняка недостоверен. Сам Ньютон сказал об этом лишь то, что мысль о тяготении пришла, когда он сидел в "созерцательном настроении", и "поводом было падение яблока"). Далее Ньютон показал, что, согласно его закону, Луна под действием гравитационных сил движется по эллиптической орбите вокруг Земли, а Земля и планеты вращаются по эллиптическим орбитам вокруг Солнца.

Модель Коперника помогла избавиться от Птолемеевых небесных сфер, а  заодно и от представления о том, что Вселенная имеет какую-то естественную границу. Поскольку "неподвижные  звезды" не изменяют своего положения  на небе, если не считать их кругового  движения, связанного с вращением  Земли вокруг своей оси, естественно было предположить, что неподвижные звезды - это объекты, подобные нашему Солнцу, только гораздо более удаленные.

Ньютон понимал, что по его теории тяготения звезды должны притягиваться  друг к другу и поэтому, казалось бы, не могут оставаться совсем неподвижными. Не должны ли они упасть друг на друга, сблизившись в какой-то точке? В  1691 г. в письме Ричарду Бентли, еще одному выдающемуся мыслителю того времени, Ньютон говорил, что так действительно должно было бы произойти, если бы у нас было лишь конечное число звезд в конечной области пространства. Но, рассуждал Ньютон, если число звезд бесконечно и они более или менее равномерно распределены по бесконечному пространству, то этого никогда не произойдет, так как нет центральной точки, куда им нужно было бы падать.

Эти рассуждения - пример того, как  легко попасть впросак, ведя разговоры  о бесконечности. В бесконечной  Вселенной любую точку можно  считать центром, так как по обе  стороны от нее число звезд  бесконечно. Лишь гораздо позже поняли, что более правильный подход - взять  конечную систему, в которой все  звезды падают друг на друга, стремясь к центру, и посмотреть, какие  будут изменения, если добавлять  еще и еще звезд, распределенных приблизительно равномерно вне рассматриваемой  области. По закону Ньютона дополнительные звезды в среднем никак не повлияют на первоначальные, т. е. звезды будут  с той же скоростью падать в  центр выделенной области. Сколько  бы звезд мы ни добавили, они всегда будут стремиться к центру. В наше время известно, что бесконечная  статическая модель Вселенной невозможна, если гравитационные силы всегда остаются силами взаимного притяжения.

Интересно, каким было общее состояние  научной мысли до начала XX в.: никому и в голову не пришло, что Вселенная  может расширяться или сжиматься. Все считали, что Вселенная либо существовала всегда в неизменном состоянии, либо была сотворена в какой-то момент времени в прошлом примерно такой, какова она сейчас. Отчасти это, может  быть, объясняется склонностью людей  верить в вечные истины, а также особой притягательностью той мысли, что, пусть сами они состарятся и умрут, Вселенная останется вечной и неизменной.

Даже тем ученым, которые поняли, что ньютоновская теория тяготения  делает невозможной статическую  Вселенную, не приходила в голову гипотеза расширяющейся Вселенной. Они попытались модифицировать теорию, сделав гравитационную силу отталкивающей  на очень больших расстояниях. Это  практически не меняло предсказываемого движения планет, но зато позволяло  бесконечному распределению звезд  оставаться в равновесии, так как  притяжение близких звезд компенсировалось отталкиванием от далеких. Но сейчас мы считаем, что такое равновесие оказалось бы неустойчивым. В самом  деле, если в какой-то области звезды чуть-чуть сблизятся, то силы притяжения между ними возрастут и станут больше сил отталкивания, так что  звезды будут и дальше сближаться. Если же расстояние между звездами чуть-чуть увеличится, то перевесят  силы отталкивания и расстояние будет  нарастать.

Еще одно возражение против модели бесконечной  статической Вселенной обычно приписывается  немецкому философу Генриху Олберсу, который в 1823 г. опубликовал работу, посвященную этой модели. На самом деле многие современники Ньютона занимались той же задачей, и статья Олберса была даже не первой среди работ, в которых высказывались серьезные возражения. Ее лишь первой стали широко цитировать. Возражение таково: в бесконечной статической Вселенной любой луч зрения должен упираться в какую-нибудь звезду. Но тогда небо даже ночью должно ярко светиться, как Солнце. Контраргумент Олберса состоял в том, что свет, идущий к нам от далеких звезд, должен ослабляться из-за поглощения в находящемся на его пути веществе.

Но в таком случае само это  вещество должно нагреться и ярко светиться, как звезды. Единственная возможность избежать вывода о ярко, как Солнце, светящемся ночном небе - предположить, что звезды сияли  не всегда, а загорелись в какой-то определенный момент времени в прошлом. Тогда поглощающее вещество, возможно, еще не успело разогреться или же свет далеких звезд еще не дошел до нас. Но возникает вопрос: почему зажглись звезды?

Конечно, проблема возникновения Вселенной  занимала умы людей уже очень  давно. Согласно ряду ранних космогонии и иудейско – христианско - мусульманским мифам, наша Вселенная возникла в какой-то определенный и не очень отдаленный момент времени в прошлом. Одним из оснований таких верований была потребность найти "первопричину" существования Вселенной. Любое событие во Вселенной объясняют, указывая его причину, т. е. другое событие, произошедшее раньше; подобное объяснение существования самой Вселенной возможно лишь в том случае, если у нее было начало. Другое основание выдвинул Блаженный Августин (православная Церковь считает Августина блаженным, а Католическая - святым. - прим. ред.). в книге "Град Божий". Он указал на то, что цивилизация прогрессирует, а мы помним, кто совершил то или иное деяние и кто что изобрел. Поэтому человечество, а значит, вероятно, и Вселенная, вряд ли очень долго существуют. Блаженный Августин считал приемлемой дату сотворения Вселенной, соответствующую книге "Бытия": приблизительно 5000 год до нашей эры. (Интересно, что эта дата не так уж далека от конца последнего ледникового периода - 10 000 лет до н. э., который археологи считают началом цивилизации).

Аристотелю же и большинству  других греческих философов не нравилась  идея сотворения Вселенной, так как  она связывалась с божественным вмешательством. Поэтому они считали, что люди и окружающий их мир существовали, и будут существовать вечно. Довод относительно прогресса цивилизации ученые древности рассматривали и решили, что в мире периодически происходили потопы и другие катаклизмы, которые все время возвращали человечество к исходной точке цивилизации.

Вопросы о том, возникла ли Вселенная  в какой-то начальный момент времени  и ограничена ли она в пространстве, позднее весьма пристально рассматривал философ Иммануил Кант в своем  монументальном (и очень темном) труде "Критика чистого разума", который был издан в 1781 г. Он назвал эти вопросы антиномиями (т. е. противоречиями) чистого разума, так как видел, что в равной мере нельзя ни доказать, ни опровергнуть, ни тезис о необходимости начала Вселенной, ни антитезис о ее вечном существовании. Тезис Кант аргументировал тем, что если бы у Вселенной не было начала, то всякому событию предшествовал бы бесконечный период времени, а это Кант считал абсурдом. В поддержку антитезиса Кант говорил, что если бы Вселенная имела начало, то ему предшествовал бы бесконечный период времени, а тогда спрашивается, почему Вселенная вдруг возникла в тот, а не другой момент времени? На самом деле аргументы Канта фактически одинаковы и для тезиса, и для антитезиса. Он исходит из молчаливого предположения, что время бесконечно в прошлом независимо от того, существовала или не существовала вечно Вселенная. Как мы увидим ниже, до возникновения Вселенной понятие времени лишено смысла.

Когда большинство людей верило в статическую и неизменную Вселенную, вопрос о том, имела она начало или нет, относился, в сущности, к  области метафизики и теологии. Все  наблюдаемые явления можно было объяснить как с помощью теории, в которой Вселенная существует вечно, так и с помощью теории, согласно которой Вселенную сотворили  в какой-то определенный момент времени  таким образом, чтобы все выглядело, как если бы она существовала вечно. Но в 1929 г. Эдвин Хаббл сделал эпохальное открытие: оказалось, что в какой бы части неба ни вести наблюдения, все далекие галактики быстро удаляются от нас. Иными словами, Вселенная расширяется. Это означает, что в более ранние времена все объекты были ближе друг к другу, чем сейчас. Значит, было, по-видимому, время, около десяти или двадцати тысяч миллионов лет назад, когда они все находились в одном месте, так что плотность Вселенной была бесконечно большой. Сделанное Хабблом открытие перевело вопрос о том, как возникла Вселенная, в область компетенции науки.

Наблюдения Хаббла говорили о том, что было время - так называемый большой  взрыв, когда Вселенная была бесконечно малой и бесконечно плотной. При  таких условиях все законы науки  теряют смысл и не позволяют предсказывать  будущее. Если в еще более ранние времена и происходили какие-либо события, они все равно никак не смогли бы повлиять на то, что происходит сейчас. Из-за отсутствия же наблюдаемых следствий ими можно просто пренебречь. Большой взрыв можно считать началом отсчета времени в том смысле, что более ранние времена были бы просто не определены. Подчеркнем, что такое начало отсчета времени очень сильно отличается от всего того, что предлагалось до Хаббла. Начало времени в неизменяющейся Вселенной есть нечто, что должно определяться чем-то, существующим вне Вселенной; для начала Вселенной нет физической необходимости. Сотворение Богом Вселенной можно в своем представлении относить к любому моменту времени в прошлом. Если же Вселенная расширяется, то могут существовать физические причины для того, чтобы она имела начало. Можно по-прежнему представлять себе, что именно Бог создал Вселенную - в момент большого взрыва или даже позднее (но так, как если бы произошел большой взрыв). Однако было бы абсурдно утверждать, что Вселенная возникла раньше большого взрыва. Представление о расширяющейся Вселенной не исключает создателя, но налагает ограничения на возможную дату его трудов!

Поскольку уже существующих частных  теорий вполне достаточно, чтобы делать точные предсказания во всех ситуациях, кроме самых экстремальных, поиск  окончательной теории Вселенной  не отвечает требованиям практической целесообразности. (Заметим, однако, что  аналогичные возражения можно было бы выдвинуть против теории относительности  и квантовой механики, а ведь именно эти теории произвели революцию  в ядерной физике и в микроэлектронике!) Таким образом, открытие полной единой теории, может быть, не будет способствовать выживанию и даже никак не повлияет на течение нашей жизни. Но уже  на заре цивилизации людям не нравились  необъяснимые и не связанные между  собой события, и они страстно желали понять тот порядок, который  лежит в основе нашего мира. По сей  день, мы мечтаем узнать, почему мы здесь оказались и откуда взялись. Стремление человечества к знанию является для нас достаточным оправданием, чтобы продолжать поиск. А наша конечная цель - никак не меньше, чем полное описание Вселенной, в которой мы обитаем.

2 Химический элемент и изотопы

Изотопы — разновидности одного и того же химического элемента, близкие по своим физико - химическим свойствам, но имеющие разную атомную массу. Название "изотопы" было предложено в 1912 году английским радиохимиком Фредериком Содди, который образовал его из двух греческих слов: isos — одинаковый и topos — место. Изотопы занимают одно и то же место в клетке периодической системы элементов Менделеева.

Атом любого химического элемента состоит из положительно заряженного  ядра и окружающего его облака, отрицательно заряженных электронов. Положение химического элемента в периодической системе Менделеева (его порядковый номер) определяется зарядом ядра его атомов. Изотопами называются, поэтому разновидности одного и того же химического элемента, атомы которых имеют одинаковый заряд ядра (и, следовательно, практически одинаковые электронные оболочки), но отличаются значениями массы ядра. По образному выражению Ф.Содди, атомы изотопов одинаковы "снаружи", но различны "внутри".

В 1932 году был открыт нейтрон — частица, не имеющая заряда, с массой, близкой к массе ядра атома водорода — протона, и создана протонно-нейтронная модель ядра. В результате в науке установилось окончательное современное определение понятия изотопов: изотопы — это вещества, ядра атомов которых состоят из одинакового числа протонов и отличаются лишь числом нейтронов в ядре. Каждый изотоп принято обозначать набором символов, где X — символ химического элемента, Z — заряд ядра атома (число протонов), А — массовое число изотопа (общее число нуклонов — протонов и нейтронов в ядре, A = Z + N). Поскольку заряд ядра оказывается однозначно связанным с символом химического элемента, часто для сокращения используется просто обозначение AX.

Из всех известных нам изотопов только изотопы водорода имеют собственные  названия. Так, изотопы 2H и 3H носят названия дейтерия и трития и получили обозначения  соответственно D и T (изотоп 1H называют иногда протием).

В природе встречаются как стабильные изотопы, так и нестабильные —  радиоактивные, ядра атомов которых  подвержены самопроизвольному превращению  в другие ядра с испусканием различных  частиц (или процессам так называемого  радиоактивного распада). Сейчас известно около 270 стабильных изотопов, причем стабильные изотопы встречаются только у  элементов с атомным номером Z Ј 83. Число нестабильных изотопов превышает 2000, подавляющее большинство их получено искусственным путем в результате осуществления различных ядерных  реакций. Число радиоактивных изотопов у многих элементов очень велико и может превышать два десятка. Число стабильных изотопов существенно  меньше, Некоторые химические элементы состоят лишь из одного стабильного  изотопа (бериллий, фтор, натрий, алюминий, фосфор, марганец, золото и ряд других элементов). Наибольшее число стабильных изотопов — 10 обнаружено у олова, у  железа, например, их — 4, у ртути  — 7.

Открытие изотопов, историческая справка.

 В 1808 году английский ученый натуралист Джон Дальтон впервые ввел определение химического элемента как вещества, состоящего из атомов одного вида. В 1869 году химиком Д.И. Менделеевым была открыт периодический закон химических элементов. Одна из трудностей в обосновании понятия элемента как вещества, занимающего определенное место в клетке периодической системы, заключалась в наблюдаемой на опыте нецелочисленности атомных весов элементов. В 1866 году английский физик и химик — Вильям Крукс выдвинул гипотезу, что каждый природный химический элемент представляет собой некоторую смесь веществ, одинаковых по своим свойствам, но имеющих разную  атомную массу, однако в то время такое предположение не имело еще экспериментального подтверждения и поэтому прошло мало замеченным.

Важным шагом на пути к открытию изотопов стало обнаружение явления  радиоактивности и сформулированная Эрнестом Резерфордом и Фредериком Содди гипотеза радиоактивного распада: радиоактивность есть не что иное, как распад атома на заряженную частицу и атом другого элемента, по своим химическим свойствам отличающийся от исходного. В результате возникло представление о радиоактивных рядах или радиоактивных семействах, в начале которых есть первый материнский элемент, являющийся радиоактивным, и в конце — последний стабильный элемент. Анализ цепочек превращений показал, что в их ходе в одной клеточке периодической системы могут оказываться одни и те же радиоактивные элементы, отличающиеся лишь атомными массами. Фактически это и означало введение понятия изотопов.

Независимое подтверждение существования  стабильных изотопов химических элементов  было затем получено в экспериментах Дж. Томсона и Астона в 1912 – 1920 гг., с пучками положительно заряженных частиц (или так называемых каналовых лучей), выходящих из разрядной трубки.

В 1919 году Астон сконструировал прибор, названный масс - спектрографом (или масс - спектрометром). В качестве источника ионов по прежнему использовалась разрядная трубка, однако Астон нашел способ, при котором последовательное отклонение пучка частиц в электрическом и магнитном полях приводило к фокусировке частиц с одинаковым значением отношения заряда к массе (независимо от их скорости) в одной и той же точке на экране. Наряду с Астоном масс - спектрометр несколько другой конструкции в те же годы был создан американцем Демпстером. В результате последующего использования и усовершенствования масс-спектрометров усилиями многих исследователей к 1935 году была составлена почти полная таблица изотопных составов всех известных к тому времени химических элементов.

Методы разделения изотопов.

 Для изучения свойств изотопов  и, особенно для их применения в научных и прикладных целях требуется их получение в более или менее заметных количествах. В обычных масс - спектрометрах достигается практически полное разделение изотопов, однако количество их ничтожно мало. Поэтому усилия ученых и инженеров были направлены на поиски других возможных методов разделения изотопов. В первую очередь были освоены физико - химические методы разделения, основанные на различиях в таких свойствах изотопов одного итого же элемента, как скорости испарения, константы равновесия, скорости химических реакций и т.п. Наиболее эффективными среди них оказались методы ректификации и изотопного обмена, которые нашли широкое применение в промышленном производстве изотопов легких элементов: водорода, лития, бора, углерода, кислорода и азота.

Другую группу методов образуют так называемые молекулярно - кинетические методы: газовая диффузия, термодиффузия, масс - диффузия (диффузия в потоке пара), центрифугирование. Методы газовой диффузии, основанные на различной скорости диффузии изотопных компонентов в высокодисперсных пористых средах, были использованы в годы второй мировой войны при организации промышленного производства разделения изотопов урана в США в рамках так называемого Манхэттенского проекта по созданию атомной бомбы. Для получения необходимых количеств урана, обогащенного до 90% легким изотопом 235U — главной "горючей" составляющей атомной бомбы, были построены заводы, занимавшие площади около четырех тысяч гектар. На создание атомного центра с заводами для получения обогащенного урана было ассигновано более 2-х млрд. долл. После войны в СССР были разработаны и построены заводы по производству обогащенного урана для военных целей, также основанные на диффузионном методе разделения. В последние годы этот метод уступил место более эффективному и менее затратному методу центрифугирования. В этом методе эффект разделения изотопной смеси достигается за счет различного действия центробежных сил на компоненты изотопной смеси, заполняющей ротор центрифуги, который представляет собой тонкостенный и ограниченный сверху и снизу цилиндр, вращающийся с очень высокой скоростью в вакуумной камере. Сотни тысяч соединенных в каскады центрифуг, ротор каждой из которых совершает более тысячи оборотов в секунду, используются в настоящее время на современных разделительных производствах, как в России, так и в других развитых странах мира. Центрифуги используются не только для получения обогащенного урана, необходимого для обеспечения работы ядерных реакторов атомных электростанций, но и для производства изотопов примерно тридцати химических элементов средней части периодической системы. Для разделения различных изотопов используются также установки электромагнитного разделения с мощными источниками ионов, в последние годы получили распространение также лазерные методы разделения.

Применение изотопов.

Разнообразные изотопы химических элементов находят широкое применение в научных исследованиях, в различных  областях промышленности и сельского  хозяйства, в ядерной энергетике, современной биологии и медицине, в исследованиях окружающей среды  и других областях. В научных исследованиях (например, в химическом анализе) требуются, как правило, небольшие количества редких изотопов различных элементов, исчисляемые граммами и даже миллиграммами  в год. Вместе с тем, для ряда изотопов, широко используемых в ядерной энергетике, медицине и других отраслях, потребность  в их производстве может составлять многие килограммы, и даже тонны. Так, в связи с использованием тяжелой воды D2O в ядерных реакторах ее общемировое производство к началу 1990-х прошлого века составляло около 5000 тыс. в год. Входящий в состав тяжелой воды изотоп водорода дейтерий, концентрация которого в природной смеси водорода составляет всего 0,015%, наряду с тритием станет в будущем, по мнению ученых, основным компонентом топлива энергетических термоядерных реакторов, работающих на основе реакций ядерного синтеза. В этом случае потребность в производстве изотопов водорода окажется огромной.

В научных исследованиях стабильные и радиоактивные изотопы широко применяются в качестве изотопных  индикаторов (меток) при изучении самых  различных процессов, происходящих в природе.

В сельском хозяйстве изотопы ("меченые" атомы) применяются, например, для изучения процессов фотосинтеза, усвояемости  удобрений и для определения  эффективности использования растениями азота, фосфора, калия, микроэлементов и др. веществ.

Изотопные технологии находят широкое  применение в медицине. Так в США, согласно статистическим данным, проводится более 36 тыс. медицинских процедур в  день и около 100 млн. лабораторных тестов с использованием изотопов. Наиболее распространены процедуры, связанные  с компьютерной томографией. Изотоп углерода C13, обогащенный до 99% (природное  содержание около 1%), активно используется в так называемом "диагностическом  контроле дыхания". Суть теста очень  проста. Обогащенный изотоп вводится в пищу пациента и после участия  в процессе обмена веществ в различных  органах тела выделяется в виде выдыхаемого  пациентом углекислого газа СО2, который собирается и анализируется  с помощью спектрометра. Различие в скоростях процессов, связанных  с выделением различных количеств  углекислого газа, помеченных изотопом С13, позволяют судить о состоянии  различных органов пациента. В  США число пациентов, которые  будут проходить этот тест, оценивается  в 5 млн. человек в год. Сейчас для  производства высоко обогащенного изотопа  С13 в промышленных масштабах используются лазерные методы разделения.

Список использованной литературы

1 Спиркин А.Г. Философия: Учебник. – 2 – е изд. М.: Гардарики, 2002. – 736 с.

2 Изотопы. Свойства, получение, применение. Сб. статей под ред. В.Ю. Баранова. М., Издат, 2000

3 Жданов В.М. Тайны разделения изотопов. М., МИФИ, 2004