Читайте также:
|
Согласно современной ФКМ, все фундаментальные взаимодействия – сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное – носят обменный характер, т.е. взаимодействие между любыми двумя микрочастицами, осуществленная путем обмена третьей промежуточной частицей – квантом соответствующего поля.
Английский физик теоретик Д.Уилкинсон предложил наглядную механическую модель обменного взаимодействия.
Если два скользящих параллельно конькобежца будут перебрасываться шаром, то без всякого движения ног они начнут расходится, т. е. в результате обмена шаром возникают силы отталкивания.Возникновение сил притяжения моделируется уже не шаром, бумерангом.
Развивая модель Уилкинсона, можно показать, что результат “взаимодействия’ конькобежцев (интенсивность) существенно зависит от вида ”обменной” частицы (бумеранг или шар) от ее массы,от ее частоты перебрасывания.
Все обменные частицы являются виртуальными, т.е. за время существования их нельзя обнаружить экспериментально без затраты энергии: они не оставляют следов на фотопластинках и другой аппаратуре для обнаружения элементарных частиц. Время существования, энергия, масса и радиуса действия обменных частиц- квантов соответствующего поля - определяются соотношением неопределенности.
Несмотря на такое удивительное свойство, виртуальные частицы являются столь же реальными, как и любые другие непосредственно наблюдаемые частицы.
В таблице приведены основные характеристики четырех фундаментальных взаимодействии, обусловленные различием обменных частиц.
| Тип взаимодействии | Обмен. част. | Радиус действия | Интенсивность взаимодействия |
| Сильное | Глюоны (8 видов) | 10-15 | |
| Электромагнитное | Фотон | 
|  10-2
|
| Слабое | Промежуточные бозоны |  10-17
| 10-13 |
| Гравитационное | Гравитон |
| 10-39
|
Основные характеристики фундаментальных взаимодействий.
Промежуточные бозоны, предсказанные теорией электро-слабого объединения, были экспериментально обнаруженный в ЦЕРНе в 1983-84 г. и послужил блестящим подтверждением теории объединения.
В настоящее время большинство ученых почти не сомневается в существовании гравитонов. Теоретически предсказаны их свойства:
- нулевая масса покоя, спин, скорость
- равная скорости света и т. п.
Однако, уровень экспериментальной техники поля недостаточен даже для регистрации гравитационных волн.
Весь окружающий нас мир, его природа и свойства определяется фундаментальным взаимодействием. Роль различных взаимодействий существенным образом меняется при переходе от уровней природы к другим. В таблице указана роль различных взаимодействий на разных уровнях градации материй.
Структурная градация материй и основные взаимодействия.
Таблица 6
| Область пространства | Структурная ед. материи | Состав структурной ед. материи | Основные взаимодействия |
| МЕГАМИР | Галактики | Звёзды | Гравитационное |
| МАКРОМИР | Планетные системы | Планеты | Гравитационное, магнитное |
| Окружающие тела | Молекулы и атомы | Электромагнитное, гравитационное | |
| МИКРОМИР | Молекулы и атомы | Ядра и электроны | Электромагнитное |
| Ядра атомов | Нуклоны, пионы | Сильное электромагнитное, частично слабое | |
| Элемент. Частицы | Лептоны, кварки | Сильное электромагнитное, слабое |
На вопросе о роле слабого взаимодействия существования жизни на земле необходимо остановиться несколько дальше. Но это не совсем так верно, так как отражает только одну сторону слабых взаимодействий, которая наиболее изучена в земных условиях.
Однако роль малых взаимодействий неизмеримо шире. Слабые взаимодействия фактически определяют существование звёзд как источников энергии.
Энергия, выделенная в звёздах, обусловлена процессом сгорания водорода: превращением четырёх атомов водорода в ядро гелия. И первый этап этого процесса в простейшей интерпретации обусловлен образованием ядер дейтерия:
Интенсивности этой реакции определяется целиком слабым взаимодействием. Следовательно, только благодаря слабому взаимодействию звезды не сгорают мгновенно, а светят миллиарды лет. Существование жизни на земле столь же обязано слабому взаимодействию, сколько каждому из остальных.
И ещё необходимо заметить, что, говоря об основной роли гравитационного взаимодействия в мегамире, мы, как всегда, идеализируем реальные явления, так как эволюцию звёзд нельзя понять, не привлекая все фундаментальной.
В таблице приведены основные этапы эволюции вселенной. Астрофизики убеждены, что вселенная расширяется – все галактики разбегаются друг от друга, - и это является следствием большого взрыва, который произошел в 10 – 20 миллиардов лет назад.
Большой взрыв носит квантовый характер, и его нельзя воспринимать как взрыв бомбы или снаряда. При обычном взрыве разлетающиеся осколки или газы двинуться за счёт резкости давления в центре взрыва и вне его при взрыве вселенной происходит расширение самого пространства между галактиками, то есть рождается наше пространство и время.
Таблица 7
| t | СОБЫТИЕ | Т | Е |
| 10-45с 10-43с 10-35с 10-10с 1-200с 10лет 1010 | Сильные эффекты квантовой гравитации, пространственно временная пена. Отделение гравитационного воздействия. расширения Вселенной. Первое фазовое превращение вакуума. Отделение сильного взаимодействия. Синтез кварков- установилось преобладание вещества над антивеществом. Второе фазовое превращения вакуума. Разделение электромагнитного и слабого воздействия Ядерный синтез – образование. Разделение фотонов и вещества – возникновение радиоактивного излучения и появления атомов. Возникновение галактик, звёзд, планет. | 1032 1027 1015 1010 103 ЗК- только для | 1019Гэв 1014Гэв 102гэв 10-4гэв 0,1Гэв рентгеновских излучений |
Выводы
Современный курс физики в ВУЗе охватывает все важнейшие разделы классической и современной физики. Среди всех дисциплин в ВТУЗе нет таких, которые могли бы сравниться с курсом физики по богатству идей, методов исследований и фундаментальности изучаемых в ней науки и техники. Курс физики является базой, фундаментом, на котором строиться здание инженерной подготовки.
Начав изучение курса физики с физических основ классической механики, мы последовательно рассмотрим основы молекулярной физики и термодинамики, учений об электричестве и электромагнетизме, колебаниях и волнах, оптику, элементы квантовой физики и физике твёрдого тела, физике ядер и элементарных частиц.
Приведённый перечень разделов, изложенных в курсе, позволяет проследить логику развития физики и эволюцию её идей, а так же представить основные периоды и этапы её установления.
Со времён выхода в свет труда И.Ньютона «Математические начала натуральной философии» (1687), в котором он сформулировал три основных закона механики и закон всемирного тяготения, прошло почти 300 лет. За это время физика прошла путь от макроскопического уровня изучения явлений до исследования материй на уровне элементарных частиц.
Однако, несмотря на огромные успехи, которые физика достигла за это время и особенно в 20 столетии, современная физика и астрофизика стоят перед целым рядом не решенных проблем. Решением стоящих перед ней проблем является важнейшим условием ускорения научно-технического прогресса.
Дата добавления: 2015-07-16; просмотров: 43 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Эволюция физической картины мира (ФКМ) | | | Общая характеристика современной естественно-научной картины мира |