Материал:

Теорию слабого взаимодействия была создана в конце 60-х pp. С момента построения Максвеллом теории электромагнитного поля создание этой теории стало крупнейшим шагом па пути к единству физики.

Сильное взаимодействие

Последняя среди фундаментальных взаимодействий - сильное взаимодействие; она является источником огромной энергии. Характерной! пример энергии, высвобождаемой сильным взаимодействием, - Солнце. В недрах Солнца и звезд непрерывно протекает термоядерные реакции, которые вызывает сильное взаимодействие. Но и человек научился использовать сильное взаимодействие: создана водородная бомба, открытые и совершенствуются технологии управляемой термоядерной реакции.

К представлению о существовании сильного взаимодействия физика шла в процессе изучения структуры атомного ядра. Какая-то сила должна содержать положительно заряженные протоны в ядре, не позволяя им разлетаться под действием электростатического отталкивания.

Гравитация слишком слаба и не может это обеспечить; очевидно, необходимо какое-то взаимодействие, причем более сильная, чем электромагнитная. Впоследствии это взаимодействие было обнаружено. Выяснилось, что хотя по своей величине сильное взаимодействие существенно превосходит все другие фундаментальные взаимодействия, но за пределами ядра она не ощущается. Как и в случае слабого взаимодействия, радиус действия новой силы оказался очень малым: сильное взаимодействие проявляется на расстоянии, определяется размерами ядра, то есть примерно 10 ~ 15 м. Кроме того, выяснилось, что сильное взаимодействие испытывают не все частицы. Так, ее испытывают протоны и нейтроны, но электроны, нейтрино и фотоны ей не подвластны. В сильном взаимодействии участвуют обычно только тяжелые частицы. Она является ответственным за образование ядер и многие другие взаимодействий элементарных частиц.

Теоретическое объяснение природы сильного взаимодействия развивалось трудно. Прорыв сказался лишь в начале 60-х pp., Когда была предложена кварковая модель. В этой теории нейтроны и протоны рассматриваются не как элементарные частицы, а как составные системы, построенные из кварков.

Таким образом, в фундаментальных физических взаимодействиях четко очерчены разницу между силами дальнего действия и силами близькодиючимы. С одной стороны, взаимодействия неограниченного радиуса действия (гравитация, электромагнетизм), а с другой стороны - малого радиуса (сильная и слабая взаимодействия). Мир физических процессов разворачивается в пределах этих двух полярностей и является воплощением единства предельно малого и предельно большого - близкодействия в микромире и дальнодействия во всей Вселенной.

Проблемы единства физики

Познание является обобщением действительности, и поэтому цель науки - поиск единства в природе, увязывание разрозненных фрагментов знания в целостную картину. Для того чтобы создать единую систему, нужно найти глубинную связующее звено между различными отраслями знания, видимо фундаментальное отношение. Поиск таких связей и отношений - одна из главных задач научного исследования. Каждый раз, когда удается установить такие новые связи, значительно углубляется понимание окружающего мира, формируются новые способы познания, которые указывают путь к неизвестным ранее явлений.

Выяснение глубинных связей между различными составляющими природы - это одновременно и синтез знания, и новый метод, который направляет научные исследования по неизвестных путях Обнаружив связь между притяжением тел в земных условиях и движением планет, Ньютон ознаменовал своим открытием рождения классической механики , которая является основой технологической базы современной цивилизации. Открытие связи между термодинамическими свойствами газа и хаотичным движением молекул поставило на прочную основу атомно-молекулярную теорию вещества. В середине прошлого века Максвелл создал единую электромагнитную теорию, соединившей как электрические, так и магнитные явления. Позже в 20-х pp. нашего века Эйнштейн попытался объединить в единой теории электромагнетизм и гравитацию.

Но к середине XX в. положение в физике радикально изменилось: были открыты две новые фундаментальные взаимодействия - сильное и слабое. Создавая единую физику, приходится считаться уже не с двумя, а с четырьмя фундаментальными взаимодействиями. Это немного охладило пыл тех, кто надеялся на быстрое решение данной проблемы. Однако сам замысел всерьез не поддавался сомнению, и увлеченность идеей единого описания не прошла.

Существует точка зрения, что все четыре (или хотя бы три) взаимодействия представляют собой явления одной природы и можно создать их единственный теоретическое описание Перспектива создания единой теории мира физических элементов (на основе одной-единственной фундаментальной взаимодействия) остается очень привлекательной. Это главная мечта физиков. Но долгое время она оставалась лишь мечтой, и к тому же очень неопределенной.

Однако во второй половине XX в. появились предпосылки для осуществления этой мечты и уверенность, что это дело отнюдь не отдаленного будущего. Похоже, что вскоре она вполне может превратиться в реальность. Решающий шаг на пути к единой теории было сделано в 60 - 70-х pp. - Речь идет о создании сначала теории кварков, а затем и теории электрослабого взаимодействия. Есть основания полагать, что мы стоим на пороге более мощного и глубокого объединения, чем когда-либо прежде. Физики убеждаются все больше в том, что наконец-то начинают вырисовываться контуры единой теории всех фундаментальных взаимодействий - Великого объединения.

Классификация элементарных частиц

Характеристики субатомных частиц

Исторически первыми экспериментально обнаруженными элементарными частицами были электрон, протон, а затем нейтрон. Казалось, что этих частиц и фотона (кванта электромагнитного поля) достаточно для построения известных форм вещества - атомов и молекул. Такой подход предусматривал, что вещество состоит из протонов, нейтронов и электронов, а фотоны осуществляют взаимодействие между ними. Однако вскоре выяснилось, что мир устроен значительно сложнее. Было установлено, что каждой частице соответствует своя античастица, отличающаяся от нее только знаком заряда. Для частиц с нулевыми значениями всех зарядов античастица совпадает с частицей (например, фотон). По мере развития экспериментальной ядерной физики до сих частиц добавились еще более 300 частиц.

Характеристиками субатомных частиц есть масса, электрический заряд, спин, время существования частицы магнитный момент, пространственная четность, лептонный заряд, барионный заряд и др.

Когда речь идет о массе частицы, имеют в виду ее массу покоя, поскольку она не зависит от состояния движения. Частица, имеет нулевую массу покоя, движется со скоростью света (фотон). Не существует двух частиц с одинаковыми массами. Электрон - самая легкая частица с ненулевой массой покоя. Протон и нейтрон тяжелее электрона почти в 2000 раз. А самая тяжелая из полученных в ускорителях элементарных частиц (Z-частица) имеет массу в 200 000 раз больше по сравнению с массой электрона.

Электрический заряд меняется в довольно узком диапазоне и всегда кратен фундаментальной единице заряда - заряду электрона (-1). Некоторые частицы (фотон, нейтрино) вовсе не имеют заряда.

Важная характеристика частицы - спин - собственный момент импульса частицы. Так, протон, нейтрон и электрон имеют спин 1/2, а спин фотона равен 1. Известны частицы со спином 0,3 / 2,2. Частица со спином 0 при любом угле поворота выглядит одинаково. Частица со спином 1 приобретает прежний вид после полного оборота на триста шестидесятых. Частица со спином 1/2 приобретает прежний вид после оборота на 720 ° и т.д. Частица со спином 2 приобретает прежнее положение через пол-оборота (сто восьмидесятых). Частиц со спином более 2, возможно, вообще не существует.

В зависимости от спина все частицы делятся на две группы: бозоны - частицы с целыми спинами 0,1 и 2; фермионы - частицы с полуцелыми спинами (1 / 2,3 / 2).

Частицы характеризуются также продолжительностью существования. По этому признаку они делятся на стабильные и нестабильные. Стабильные частицы - это электрон, протон, фотон и нейтрино. Нейтрон стабилен, когда находится в ядре атома, но свободный нейтрон распадается примерно за 15 минут. Все другие известные частицы нестабильны; время их существования колеблется от нескольких микросекунд до 10 21 с.

Источник: https://studbooks.net/7244/estestvoznanie/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya

Смотрите также:








ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы