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Schon in der Antike dachten Denker über das Wesen und Wesen von Raum und Zeit nach. Einige der Philosophen leugneten die Möglichkeit der Existenz eines leeren Raums oder, wie sie es ausdrückten, der Nichtexistenz. Dies waren Vertreter der eleatischen Schule im antiken Griechenland - Parmenides und Zenon. Andere Philosophen, einschließlich Demokrit, argumentierten, dass die Leere wie Atome existiert und für ihre Bewegungen und Verbindungen notwendig ist.
Bis ins 16. Jahrhundert dominierte in der Naturwissenschaft das geozentrische System des Ptolemäus. Es war das erste universelle mathematische Modell der Welt, in dem die Zeit unendlich und der Raum endlich war, einschließlich der gleichmäßigen kreisförmigen Bewegung von Himmelskörpern um die bewegungslose Erde. Eine radikale Veränderung des räumlichen und gesamten physikalischen Bildes ereignete sich im heliozentrischen System der Welt, dargestellt durch Kopernikus. In Anerkennung der Mobilität der Erde lehnte er alle bereits bestehenden Vorstellungen über ihre Einzigartigkeit als Zentrum des Universums ab und richtete damit die Bewegung des wissenschaftlichen Denkens auf die Anerkennung der Unendlichkeit und Unendlichkeit des Weltraums. Diese Idee wurde in der Philosophie entwickelt Giordano Bruno, der zu dem Schluss kam, dass das Universum unendlich ist und kein Zentrum hat.
Eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Raumvorstellungen spielte open Galileo das Trägheitsprinzip. Alle physikalischen (mechanischen) Phänomene treten nach diesem Prinzip in gleicher Weise in allen Systemen auf, die sich gleichförmig und geradlinig mit einer nach Betrag und Richtung konstanten Geschwindigkeit bewegen.
Die Weiterentwicklung des Raum- und Zeitbegriffs ist mit dem physikalischen und kosmischen Weltbild verbunden R. Descartes. Er ging davon aus, dass alle Naturphänomene durch die mechanische Wirkung elementarer materieller Teilchen erklärt werden. Genau denselben Stoß stellte Descartes in Form von Druck oder Stoß dar, wenn Teilchen miteinander in Kontakt kommen und führte damit die Idee in die Physik ein kurze Reichweite.
In der klassischen Mechanik wurde ein neues physikalisches Weltbild präsentiert I. Newton. Er zeichnete ein harmonisches Bild des Planetensystems und gab eine rigorose quantitative Theorie der Planetenbewegung. Der Höhepunkt seiner Mechanik war die Gravitationstheorie, die das universelle Naturgesetz verkündete - Gesetz der Schwerkraft. Nach diesem Gesetz ziehen sich zwei beliebige Körper mit einer Kraft an, die direkt proportional zu ihrer Masse und umgekehrt proportional zum Quadrat ihrer Entfernung ist.
Dieses Gesetz wird durch die folgende Formel ausgedrückt:
|
Dieses Gesetz sagt nichts über die Abhängigkeit der Schwerkraft von der Zeit aus. Die Schwerkraft kann rein mathematisch als langreichweitig bezeichnet werden, es verbindet die interagierenden Körper sofort und seine Berechnung erfordert keine Annahmen über das Medium, das die Interaktion überträgt.
Nachdem Newton das Gravitationsgesetz auf das gesamte Universum ausgedehnt hatte, betrachtete er auch dessen mögliche Struktur. Er kam zu dem Schluss, dass das Universum unendlich ist. Nur in diesem Fall kann es viele Weltraumobjekte enthalten - Schwerpunkte. Im Rahmen des Newtonschen Modells des Universums hat sich die Vorstellung eines unendlichen Raums etabliert, in dem es kosmische Objekte gibt, die durch die Schwerkraft miteinander verbunden sind. Die Entdeckung der Grundgesetze der Elektro- und Magnetostatik, die in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts folgte und in mathematischer Form dem Gesetz der universellen Gravitation ähnelte, bestätigte in den Köpfen der Wissenschaftler die Vorstellung von weitreichenden Kräften weiter hängen nur von der Entfernung ab, aber nicht von der Zeit.
Die Hinwendung zu den Ideen der Kurzstreckenaktion ist mit den Ideen von Faraday und Maskwell verbunden, der das Konzept des elektromagnetischen Feldes als eigenständige physikalische Realität entwickelte. Ausgangspunkt dafür war die Erkennung der Nahbereichswechselwirkung und der endlichen Übertragungsgeschwindigkeit jeglicher Wechselwirkungen.
Die Schlussfolgerung, dass sich das elektromagnetische Wellenfeld von der Entladung löst und unabhängig im Weltraum existieren und sich ausbreiten kann, erschien absurd. Maxwell selbst versuchte hartnäckig, seine Gleichungen aus den mechanischen Eigenschaften des Äthers abzuleiten. Aber als Hertz experimentell die Existenz elektromagnetischer Wellen entdeckte, wurde dies als entscheidender Beweis für die Gültigkeit von Maxwells Theorie gewertet. An die Stelle augenblicklicher Fernwirkung trat eine Nahwirkung, die mit endlicher Geschwindigkeit übertragen wurde.
2.7. Interaktion, enge Interaktion, weitreichende Interaktion
2.7.1. Kurz- und Langstreckenkonzepte
Langstrecken
. Nach der Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation durch I. Newton und dann des Coulombschen Gesetzes, das die Wechselwirkung elektrisch geladener Körper beschreibt, entstand, warum physische Körper mit Masse in großen Entfernungen durch den leeren Raum aufeinander einwirken und warum geladene Körper miteinander interagieren einander sogar durch einen elektrisch neutralen Mittwoch?
Vor der Einführung des Begriffs „Feld“ gab es auf diese Frage keine befriedigende Antwort. Lange Zeit glaubte man, dass die Interaktion zwischen Körpern direkt durch den leeren Raum erfolgen kann, der nicht an der Übertragung von Interaktionen teilnimmt, und die Übertragung der Interaktion von Körper zu Körper sofort übertragen wird, d.h. mit unendlicher Geschwindigkeit. Eine solche Annahme ist die Essenz des von R. Descartes begründeten Konzepts der Fernwirkung. Die meisten Wissenschaftler hielten bis Ende des 19. Jahrhunderts an diesem Konzept fest.
Das Prinzip der Fernwirkung hat sich in der Physik auch deshalb etabliert, weil die gravitative Wechselwirkung makroskopischer Körper nach dem I. Newtonschen Gesetz der universellen Gravitation kaum wahrnehmbar ist – die Anziehung ist zu schwach, um sie zu spüren. Daher war es schwierig, experimentell zu bestätigen oder zu widerlegen. Nur bekannte Erfahrungen G. Cavendish waren die ersten Laborbeobachtungen der Gravitationsanziehung.
enge Interaktion
. Im Gegenteil, die Wechselwirkungsgesetze elektrisch geladener Körper ermöglichten die Möglichkeit ihrer relativ einfachen Überprüfung. Es wurde bald festgestellt, dass die Wechselwirkung elektrischer Ladungen nicht sofort auftritt. Jedes elektrisch geladene Teilchen erzeugt ein elektrisches Feld, das nicht gleichzeitig, sondern nach einiger Zeit auf andere Teilchen wirkt.
Mit anderen Worten, die Wechselwirkung wird über einen Vermittler übertragen - das elektromagnetische Feld, und die Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Felds ist gleich der Lichtgeschwindigkeit. Das ist die Essenz Nähe Konzepte.
2.7.2. Grundlegende Arten von Interaktionen
Nach dem Konzept der Nahwirkung werden alle Wechselwirkungen zwischen Wirbeln (zusätzlich zum direkten Kontakt zwischen ihnen) mit Hilfe bestimmter Felder durchgeführt (z. B. Wechselwirkung in der Gravitationstheorie - mit Hilfe eines Gravitationsfeldes). , elektromagnetische Wechselwirkungen - mit Hilfe elektromagnetischer Felder). Bis zum zwanzigsten Jahrhundert. Es waren nur zwei Arten von Wechselwirkungen bekannt: Gravitation und elektromagnetisch.
Derzeit sind neben gravitativen und elektromagnetischen Wechselwirkungen zwei weitere bekannt - die sogenannte schwache und die starke Wechselwirkung. Diese Arten von Wechselwirkungen in der modernen Physik sind grundlegend.
Schwach Wechselwirkung ist verantwortlich für die intranukleare Wechselwirkung, die beispielsweise zum Zerfall eines Neutrons unter Emission von Elektronen (β-Strahlung) führt, stark Wechselwirkung - für Intranukleon-Wechselwirkungen hält es Quarks innerhalb von Nukleonen.
Räumlich sind vier Wechselwirkungen unterschiedlich. So werden gravitative und elektromagnetische Wechselwirkungen durch die Gesetze der "inversen quadratischen Distanzen" beschrieben und manifestieren sich formal im gesamten Raum ad infinitum. Starke Wechselwirkungen manifestieren sich nur innerhalb der Größe des Kerns von ~10–13 cm und schwache Wechselwirkungen - bei Abständen, die mehrere Größenordnungen kleiner sind als die Größe der Kerne.
Die relative Stärke der Wechselwirkungen ist unterschiedlich. Wenn die starke Wechselwirkung bedingt als Einheit angenommen wird, ist die elektromagnetische Wechselwirkung 10 2 mal geringer, die schwache - 10 10 und die gravitative - 10 38 mal geringer als die starke Wechselwirkung.
Und obwohl die Stärke der Wechselwirkungen signifikant unterschiedlich ist, kann keine von ihnen vernachlässigt werden. Jede Wechselwirkung kann einen entscheidenden Einfluss auf die Prozesse im Einzelfall haben. Sogar eine solche Wechselwirkung wie die Gravitation spielt trotz ihrer scheinbaren Kleinheit (10 38 Mal weniger als die starke Wechselwirkung) beispielsweise eine dominierende Rolle in den Prozessen der kosmischen Ordnung, wo es Objekte mit einer riesigen Masse und großen räumlichen Skalen gibt Phänomene.
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts. intensiv wurde an der möglichen Vereinheitlichung der elektromagnetischen, schwachen und starken Wechselwirkung gearbeitet.
Eine Weile S.Weinberg, S. Glashow und A. Salamu gelungen, eine einheitliche Theorie zu schaffen elektroschwache Wechselwirkung. Verantwortlich für elektroschwache Wechselwirkungen sind nach dieser Theorie Teilchen - Quanten des elektroschwachen Feldes - Bosonen W~ und Z0. Bald wurden solche Teilchen experimentell entdeckt. C. Rubbia und S. van der Meer.
Wie oben erwähnt, ist die starke Grundkraft für die Bindung von Teilchen im Kern verantwortlich und wird daher oft als bezeichnet nuklear. Diese Wechselwirkung wurde zunächst im Rahmen der Quantenmesodynamik untersucht. Der japanische Wissenschaftler X Yukawa die Idee vorgebracht, dass die Wechselwirkung zwischen Nukleonen (Protonen und Neutronen) in Atomkernen auf spezielle Teilchen zurückzuführen ist - Kernfeldquanten, genannt Mesonen. Später wurden solche Teilchen entdeckt und erhielten den Namen π
- Mesonen.
Die nächste Stufe in der Entwicklung der Theorie der starken Wechselwirkungen war die Schaffung Quantenchromodynamik. Die Notwendigkeit, eine neue Theorie zu erstellen, erklärt sich aus folgendem: Später wurde festgestellt, dass einzelne Einheiten des Kerns - Neutronen und Protonen - selbst aus kleineren Einheiten bestehen - Quarks, sodass die Forschung auf das Gebiet der Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Quarks in Nukleonen verlagert wurde . Nach modernen Konzepten ist in Übereinstimmung mit der Quantenchromodynamik eine starke Wechselwirkung mit der Existenz von Quanten des Intranukleonenfeldes durch Gluonen verbunden. So beschreibt die Theorie der starken Wechselwirkungen – Quantenchromodynamik – die Wechselwirkung von Quarks und Gluonen.
Die Theorie der elektroschwachen und starken Wechselwirkung wird genannt Standardmodell des Makrokosmos.
Nachdem die einheitliche Theorie der elektroschwachen Wechselwirkungen geschaffen worden war, erschien eine echte Aussicht auf die Konstruktion einer Kerntheorie aller drei Formen der Wechselwirkungen von Elementarteilchen (das Programm der "Großen Vereinigung").
Und in jüngster Zeit sind neue Ideen aufgetaucht, die vielleicht entfernte, aber immer noch reale Perspektiven für die Vereinigung aller bekannten vier Wechselwirkungen, einschließlich der Gravitation, eröffnen. Die Lösung dieses Problems würde eine grandiose wissenschaftliche Revolution bedeuten, die schwer mit dem Maßstab aller früheren wissenschaftlichen Revolutionen zu messen ist.
Mit anderen Worten, wir haben heute ein sehr produktives Forschungsprogramm, das die Richtung seiner Entwicklung vorgibt, die zielgerichtet zur Einheit aller fundamentalen Theorien führt.
Wenn ein solches Programm implementiert wird, bedeutet dies, dass die Natur letztendlich der Aktion einer bestimmten Supermacht unterliegt, die sich in bestimmten Interaktionen manifestiert. Diese Superkraft ist mächtig genug, um unser Universum zu erschaffen, es mit Energie in den entsprechenden Formen und Materie mit einer bestimmten Struktur auszustatten.
Aber Supermacht ist mehr als nur Stärke. Darin verschmelzen Materie, Raumzeit und Wechselwirkung zu einem untrennbaren harmonischen Ganzen und erzeugen eine solche Einheit des Universums, die sich vorher niemand vorstellen konnte. Die moderne Wissenschaft ist auf der Suche nach einer solchen Einheit.
Das Konzept des physikalischen Vakuums ist eng verwandt mit den Konzepten der Wechselwirkung in der Physik. Vakuum ist nach modernen Vorstellungen keine „absolute Leere“, sondern ein reales physikalisches System, beispielsweise ein elektromagnetisches Feld in einem seiner Zustände. Darüber hinaus können gemäß der Quantenfeldtheorie alle anderen Feldzustände aus dem Vakuumzustand gewonnen werden. Vakuum kann als Feld mit minimaler Energie definiert werden. Im Vakuum finden ständig die komplexesten physikalischen Transformationen statt, zum Beispiel eine besondere Art von Vakuumschwingungen eines elektromagnetischen Feldes, die nicht ausbrechen und sich nicht ausbreiten, sondern sich in einem physikalischen Experiment deutlich manifestieren.
Nahwirkung ist eine Darstellung, nach der die Wechselwirkung zwischen voneinander entfernten Körpern mit Hilfe eines Zwischenmediums (Feld) und mit endlicher Geschwindigkeit erfolgt. Zu Beginn des 18. Jahrhunderts wurde gleichzeitig mit der Theorie der Nahwirkung die gegensätzliche Theorie der Fernwirkung geboren, wonach Körper ohne Vermittler, durch Leere, in beliebiger Entfernung und dergleichen aufeinander einwirken Die Interaktion erfolgt mit unendlich hoher Geschwindigkeit (gehorcht aber gewissen Gesetzen). Ein Beispiel für Fernwirkung kann die universelle Gravitationskraft in der klassischen Gravitationstheorie von I. Newton sein.
M. V. Lomonosov gilt als einer der Begründer der Theorie der Kurzstreckenaktion. Lomonosov war ein Gegner der Long-Range-Theorie und glaubte, dass ein Körper nicht sofort auf andere Körper einwirken kann. Er glaubte, dass die elektrische Wechselwirkung von Körper zu Körper durch ein spezielles Medium „Äther“ übertragen wird, das den gesamten leeren Raum ausfüllt, insbesondere den Raum zwischen den Partikeln, aus denen „schwere Materie“, dh Substanz, besteht. Elektrische Phänomene sollten laut Lomonosov als bestimmte mikroskopische Bewegungen betrachtet werden, die im Äther auftreten. Dasselbe gilt für magnetische Phänomene.
Die theoretischen Ideen von Lomonosov und L. Euler konnten damals jedoch nicht entwickelt werden. Nach der Entdeckung des Coulombschen Gesetzes, das in seiner Form dem Gesetz der universellen Gravitation gleicht, verdrängt die Theorie der Fernwirkung die Theorie der Nahwirkung vollständig. Und erst zu Beginn des 19. Jahrhunderts hat M. Faraday die Theorie der Kurzstreckenwirkung wiederbelebt. Elektrische Ladungen wirken nach Faraday nicht direkt aufeinander ein. Jeder von ihnen erzeugt elektrische und magnetische (wenn er sich bewegt) Felder im umgebenden Raum. Die Felder einer Ladung wirken auf eine andere und umgekehrt. Die allgemeine Anerkennung der Theorie der Kurzstreckenwirkung beginnt in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts nach dem experimentellen Beweis der Theorie von J. Maxwell, dem es gelang, Faradays Ideen eine exakte quantitative Form zu geben, die in der Physik so notwendig ist - a Gleichungssystem des elektromagnetischen Feldes.
Ein wichtiger Unterschied zwischen der Theorie der Nahbereichs-Wechselwirkung und der Theorie der Fernbereichs-Wechselwirkung ist das Vorhandensein einer maximalen Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wechselwirkungen (Feldern, Teilchen) - der Lichtgeschwindigkeit. In der modernen Physik gibt es eine klare Unterteilung der Materie in Teilchen-Teilnehmer (oder Quellen) von Wechselwirkungen (genannt Materie) und Teilchen-Träger von Wechselwirkungen (genannt Feld). Von den vier Arten grundlegender Wechselwirkungen haben drei eine zuverlässige experimentelle Bestätigung der Existenz von Trägerteilchen erhalten: starke, schwache und elektromagnetische Wechselwirkungen. Derzeit wird versucht, Träger der Gravitationswechselwirkung - die sogenannten - zu erkennen
Langstrecken . Nach der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes durch I. Newton und dann des Coulombschen Gesetzes, das die Wechselwirkung elektrisch geladener Körper beschreibt, stellte sich die Frage, warum physikalische Körper mit Masse auf große Entfernungen durch den leeren Raum aufeinander einwirken und warum geladene Körper auch durch elektrisch geladene Körper miteinander in Wechselwirkung treten neutrale Umgebung?
Vor der Einführung des Begriffs „Feld“ gab es auf diese Frage keine befriedigende Antwort. Lange Zeit glaubte man, dass die Interaktion zwischen Körpern direkt durch den leeren Raum erfolgen kann, der nicht an der Übertragung von Interaktionen teilnimmt, und die Übertragung der Interaktion von Körper zu Körper sofort übertragen wird, d.h. mit unendlicher Geschwindigkeit. Eine solche Annahme ist die Essenz des von R. Descartes begründeten Konzepts der Fernwirkung. Die meisten Wissenschaftler hielten bis Ende des 19. Jahrhunderts an diesem Konzept fest.
Das Prinzip der Fernwirkung hat sich in der Physik auch deshalb etabliert, weil die gravitative Wechselwirkung makroskopischer Körper nach dem I. Newtonschen Gesetz der universellen Gravitation kaum wahrnehmbar ist – die Anziehung ist zu schwach, um sie zu spüren. Daher war es schwierig, experimentell zu bestätigen oder zu widerlegen. Nur bekannte Erfahrungen G. Cavendish waren die ersten Laborbeobachtungen der Gravitationsanziehung.
enge Interaktion . Im Gegenteil, die Wechselwirkungsgesetze elektrisch geladener Körper ermöglichten die Möglichkeit ihrer relativ einfachen Überprüfung. Es wurde bald festgestellt, dass die Wechselwirkung elektrischer Ladungen nicht sofort auftritt. Jedes elektrisch geladene Teilchen erzeugt ein elektrisches Feld, das nicht gleichzeitig, sondern nach einiger Zeit auf andere Teilchen wirkt.
Mit anderen Worten, die Wechselwirkung wird über einen Vermittler übertragen - das elektromagnetische Feld, und die Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Felds ist gleich der Lichtgeschwindigkeit. Das ist die Essenz Nähe Konzepte.
Nahbereich und Fernbereich- dies sind gegensätzliche Ansichten zur Erklärung der Wechselwirkung von Materialstrukturen. Nach Konzept enge Aktion Jede Wechselwirkung mit materiellen Objekten kann nur zwischen benachbarten Punkten im Raum in einer endlichen Zeitspanne übertragen werden. Langstrecken ermöglicht sofortiges Handeln auf Distanz mit unendlicher Geschwindigkeit, d. h. tatsächlich außerhalb von Zeit und Raum. Nach Newton wurde dieses Konzept in der Physik weit verbreitet, obwohl er selbst verstand, dass die von ihm eingeführten Fernkräfte (z. B. Gravitationskräfte) nur ein formales Näherungsinstrument sind, das es ermöglicht, beobachtete Phänomene zu beschreiben einigermaßen stimmen. Die endgültige Anerkennung des Prinzips der Nahwirkung erfolgte mit der Entwicklung des Konzepts des physikalischen Feldes als materiellem Medium. Die Feldgleichungen beschreiben den Zustand des Systems an einem gegebenen Punkt zu einem gegebenen Zeitpunkt in Abhängigkeit vom Zustand zum nächstvorherigen Zeitpunkt am nächsten Nachbarpunkt. Wenn ein elektromagnetisches Feld unabhängig von einem materiellen Träger existieren kann, dann lässt sich die elektrische Wechselwirkung nicht durch eine augenblickliche Fernwirkung erklären. Daher wich Newtons Fernwirkung der Nahwirkung, Feldern, die sich mit endlicher Geschwindigkeit im Raum ausbreiten. Somit werden nach moderner Wissenschaft Wechselwirkungen zwischen Strukturen durch das entsprechende Feld mit einer endlichen Geschwindigkeit übertragen, die der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum entspricht.
Die Gesamtheit der Elementarteilchen mit ihren Wechselwirkungen manifestiert sich makroskopisch in Form von Materie und
Felder. Das Feld hat im Gegensatz zur Materie besondere Eigenschaften. Die physikalische Realität des elektromagnetischen Feldes wird zumindest dadurch sichtbar, dass Radiowellen existieren. Die Quelle des elektromagnetischen Feldes sind bewegte geladene Teilchen. Die Wechselwirkung von Ladungen erfolgt nach dem Schema: Teilchen - Feld - Teilchen. Das Feld ist der Träger der Interaktion. Unter bestimmten Bedingungen kann sich das Feld von seinen Quellen "lösen" und sich frei im Raum ausbreiten. Ein solches Feld hat Wellencharakter.
Wie erhält man Informationen über den Zustand der Materie in Sternen? Die atomaren Prozesse, die in den äußeren Hüllen von Sternen ablaufen, werden von der Aussendung elektromagnetischer Wellen begleitet. Einer dieser Prozesse ist die Anregung von Atomen, die zur Emission einer Reihe charakteristischer "Teile" der elektromagnetischen Feldenergie (Spektrum) führt. Jedes chemische Element hat sein eigenes einzigartiges Strahlungsspektrum. Durch die Analyse beispielsweise des Sonnenlichts (Licht ist elektromagnetische Strahlung) mit optischen Instrumenten ist es möglich, die chemische Zusammensetzung und den Anteil der Elemente in den äußeren Hüllen der Sonne zu bestimmen.
Im modernen naturwissenschaftlichen Weltbild bestehen sowohl die Substanz als auch das Feld aus Elementarteilchen, und die Teilchen interagieren miteinander, wandeln sich gegenseitig um. Auf der Ebene der Elementarteilchen findet eine gegenseitige Umwandlung von Feld und Materie statt. Photonen können sich also in Elektron-Positron-Paare verwandeln, und diese Paare werden im Prozess der Wechselwirkung mit der Bildung von Photonen vernichtet (vernichtet). Darüber hinaus besteht das Vakuum auch aus Teilchen (virtuelle Teilchen), die sowohl miteinander als auch mit gewöhnlichen Teilchen interagieren. Damit verschwinden eigentlich die Grenzen zwischen Materie und Feld und sogar zwischen Vakuum einerseits und Materie und Feld andererseits. Grundsätzlich erweisen sich alle Facetten der Natur als bedingt. Im modernen naturwissenschaftlichen Weltbild wandeln sich Materie und Feld ineinander. Daher aktuell
Gleichzeitig wird beharrlich versucht, eine einheitliche Theorie aller Arten von Wechselwirkungen zu erstellen.
Bei Vorhandensein mehrerer Felder, um die resultierende Wechselwirkung zu bestimmen, anwenden Prinzip der Superposition. Das naturwissenschaftliche Superpositionsprinzip ermöglicht es, die resultierende Wirkung aus der Überlagerung (Superposition) mehrerer unabhängiger Wechselwirkungen als Summe der Wirkungen zu erhalten, die jede Wechselwirkung separat verursacht. Sie gilt für Systeme, die durch lineare Gleichungen beschrieben werden. Das Prinzip der Überlagerung findet breite Anwendung in der Mechanik, der Schwingungstheorie und der Wellentheorie physikalischer Felder. In der Quantenmechanik bezieht sich das Superpositionsprinzip auf Wellenfunktionen. Kann sich ein physikalisches System demnach in Zuständen befinden, die durch zwei oder mehr Funktionen beschrieben werden, so kann sich das System auch in einem Zustand befinden, der durch eine beliebige Linearkombination dieser Funktionen beschrieben wird.
17. Das Konzept der Interaktion. Das Konzept der langen Reichweite und der kurzen Reichweite.
Unter Interaktion im engeren Sinne verstehen sie solche Prozesse, bei denen zwischen wechselwirkenden Strukturen und Systemen ein Austausch von Quanten bestimmter Felder, Energie und manchmal auch Informationen stattfindet.
Gegenwärtig ist allgemein anerkannt, dass alle Wechselwirkungen beliebiger Objekte auf eine begrenzte Klasse von vier Haupttypen grundlegender Wechselwirkungen reduziert werden können: stark, elektromagnetisch, schwach und gravitativ. Die Intensität der Wechselwirkung wird üblicherweise durch die sogenannte Wechselwirkungskonstante charakterisiert, die ein dimensionsloser Parameter ist, der die Wahrscheinlichkeit von Prozessen aufgrund dieser Art von Wechselwirkung bestimmt. Das Verhältnis der Werte der Konstanten gibt die relative Intensität der entsprechenden Wechselwirkungen an.
Konzepte von Langstrecken und Kurzstrecken.
Nahbereich und Fernbereich- dies sind gegensätzliche Ansichten zur Erklärung der Wechselwirkung von Materialstrukturen. Nach Konzept kurze Reichweite Jede Wechselwirkung mit materiellen Objekten kann nur zwischen benachbarten Punkten im Raum in einer endlichen Zeitspanne übertragen werden. Langstrecken ermöglicht sofortiges Handeln auf Distanz mit unendlicher Geschwindigkeit, d. h. tatsächlich außerhalb von Zeit und Raum. Nach Newton wurde dieses Konzept in der Physik weit verbreitet, obwohl er selbst verstand, dass die von ihm eingeführten Fernkräfte (z. B. Gravitationskräfte) nur ein formales Näherungsinstrument sind, das es ermöglicht, beobachtete Phänomene zu beschreiben einigermaßen stimmen. Die endgültige Anerkennung des Prinzips der Nahwirkung erfolgte mit der Entwicklung des Konzepts des physikalischen Feldes als materiellem Medium. Die Feldgleichungen beschreiben den Zustand des Systems an einem gegebenen Punkt zu einem gegebenen Zeitpunkt in Abhängigkeit vom Zustand zum nächstvorherigen Zeitpunkt am nächsten Nachbarpunkt. Wenn ein elektromagnetisches Feld unabhängig von einem materiellen Träger existieren kann, dann lässt sich die elektrische Wechselwirkung nicht durch eine augenblickliche Fernwirkung erklären. Daher wich Newtons Fernwirkung der Nahwirkung, Feldern, die sich mit endlicher Geschwindigkeit im Raum ausbreiten. Somit werden nach moderner Wissenschaft Wechselwirkungen zwischen Strukturen durch das entsprechende Feld mit einer endlichen Geschwindigkeit übertragen, die der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum entspricht.
18. Eigenschaften der Hauptarten der Wechselwirkung (gravitativ, elektromagnetisch, stark und schwach).
1. Gravitationswechselwirkung ist universell, wird aber im Mikrokosmos nicht berücksichtigt, da sie die schwächste aller Wechselwirkungen ist und sich nur bei ausreichend großen Massen manifestiert. Seine Reichweite ist nicht begrenzt, Zeit ist auch nicht begrenzt. Die Austauschnatur der Gravitationswechselwirkung ist immer noch fraglich, da das hypothetische Elementarteilchen – das Graviton – noch nicht entdeckt wurde.
(I. Newton) - die schwächste Wechselwirkung.
2. Elektromagnetische Wechselwirkung: Konstante in der Größenordnung von 10 -2 , Interaktionsradius ist nicht begrenzt, Interaktionszeit t ~ 10 -20 s. Es wird zwischen allen geladenen Teilchen realisiert. Das Trägerteilchen ist ein Photon (γ-Quant).
(Anhänger).
3. Schwache Interaktion ist mit allen Arten von β-Zerfällen verbunden, es ist verantwortlich für viele Zerfälle von Elementarteilchen und die Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie. Die Wechselwirkungskonstante beträgt etwa 10 -13 , t ~ 10 -10 s. Diese Wechselwirkung ist, wie die starke, kurzreichweitig: Der Wechselwirkungsradius beträgt r~10 -18 m. Trägerteilchen sind ein intermediäres Vektorboson: W + , W - , Z 0 .(Fermi).
4. Starkes Zusammenspiel sorgt für die Bindung von Nukleonen im Kern. Die Wechselwirkungskonstante wird mit 1 angenommen, der Aktionsradius beträgt etwa 10 -15 m, die Fließzeit t ~ 10 -23 s. Zwischen Quarks - Teilchen, aus denen Protonen und Neutronen bestehen - wird mit Hilfe des sogenannten eine starke Wechselwirkung durchgeführt. Gluonen. (Yukawa).
