Tämä on kolmas perusvuorovaikutus, joka on olemassa vain mikrokosmuksessa. Se on vastuussa joidenkin fermionihiukkasten muuttumisesta toisiksi, kun taas heikosti vuorovaikutuksessa olevien peptonien ja kvarkkien väri ei muutu. Tyypillinen esimerkki heikosta vuorovaikutuksesta on beeta-hajoamisprosessi, jossa vapaa neutroni hajoaa protoniksi, elektroniksi ja elektroniantineutriinoksi keskimäärin 15 minuutissa. Hajoaminen johtuu makukvarkin d muuttumisesta makukvarkiksi u neutronin sisällä. Emittoitu elektroni varmistaa kokonaissähkövarauksen säilymisen ja antineutrino mahdollistaa järjestelmän kokonaismekaanisen liikemäärän säilymisen.

Vahva vuorovaikutus

Vahvan voiman päätehtävä on yhdistää kvarkit ja antikvarkit hadroneiksi. Vahvojen vuorovaikutusten teoria on luomisprosessissa. Se on tyypillinen kenttäteoria, ja sitä kutsutaan kvanttikromodynamiikaksi. Sen lähtökohta on oletus kolmen tyyppisen värivarauksen (punainen, sininen, vihreä) olemassaolosta, mikä ilmaisee aineelle ominaista kykyä yhdistää kvarkkeja vahvaan vuorovaikutukseen. Jokainen kvarkista sisältää jonkin tällaisten varausten yhdistelmän, mutta niiden täydellistä keskinäistä kompensaatiota ei tapahdu, ja kvarkilla on tuloksena oleva väri, eli se säilyttää kyvyn olla vahvasti vuorovaikutuksessa muiden kvarkkien kanssa. Mutta kun kolme kvarkkia tai kvarkkia ja antikvarkkia yhdistyvät hadroniksi, siinä olevien värivarausten kokonaisyhdistelmä on sellainen, että hadronin kokonaisuus on värineutraali. Värivaraukset luovat kenttiä niiden luontaisilla kvanteilla - bosoneilla. Vahvan vuorovaikutuksen aineellisena perustana toimii virtuaalisten väribosonien vaihto kvarkkien ja (tai) antikvarkkien välillä. Ennen kvarkkien ja värien vuorovaikutuksen löytämistä ydinvuorovaikutusta pidettiin perustavanlaatuisena, sillä se yhdistää protonit ja neutronit atomiytimissä. Aineen kvarkkitason löytämisen myötä vahva vuorovaikutus alettiin ymmärtää hadroneiksi yhdistyvien kvarkkien välisenä värivuorovaikutuksena. Ydinvoimia ei enää pidetä perustavanlaatuisina, vaan ne on jotenkin ilmaistava värillisillä voimilla. Mutta tämä ei ole helppoa, koska ytimen muodostavat baryonit (protonit ja neutronit) ovat yleensä värineutraaleja. Analogisesti voimme muistaa, että atomit ovat kokonaisuudessaan sähköisesti neutraaleja, mutta molekyylitasolla ilmaantuu kemiallisia voimia, joita pidetään sähköisten atomivoimien kaikuina.

Nämä neljä perusvuorovaikutustyyppiä ovat kaikkien muiden tunnettujen aineen liikkeen muotojen taustalla, mukaan lukien ne, jotka ovat syntyneet korkeimmissa kehitysvaiheissa. Kaikki monimutkaiset liikemuodot, kun ne hajoavat rakenteellisiin komponentteihin, havaitaan näiden perustavanlaatuisten vuorovaikutusten monimutkaisina muunnelmina.

2. Tieteellisten näkemysten kehittäminen hiukkasten vuorovaikutuksesta ennen "suuren yhdistymisen" teorian evoluutionaalista luomista

Grand Unified Theory on teoria, joka yhdistää sähkömagneettiset, vahvat ja heikot vuorovaikutukset. Mainitsemalla "suuren yhdistymisen" teorian, se tulee siihen tosiasiaan, että kaikki luonnossa olevat voimat ovat yhden universaalin perusvoiman ilmentymiä. On monia näkökohtia, jotka antavat aihetta uskoa, että universumimme synnyttäneen alkuräjähdyksen hetkellä vain tämä voima oli olemassa. Ajan myötä maailmankaikkeus kuitenkin laajeni, mikä tarkoittaa, että se jäähtyi, ja yksittäinen voima jakautui useiksi eri voimaiksi, joita nyt tarkkailemme. "Suuren yhdistämisen" teorian tulisi kuvata sähkömagneettiset, vahvat, heikot ja gravitaatiovoimat yhden universaalin voiman ilmentymänä. Edistystä on jo tapahtunut: tiedemiehet ovat onnistuneet rakentamaan teorian, joka yhdistää sähkömagneettisen ja heikon vuorovaikutuksen. Päätyö "suuren yhdistymisen" teorian parissa on kuitenkin vielä edessä.

Nykyaikainen hiukkasfysiikka on pakotettu keskustelemaan asioista, jotka itse asiassa huolestuttivat jopa muinaisia ​​ajattelijoita. Mistä hiukkaset ja niistä rakennetut kemialliset atomit ovat peräisin? Ja kuinka Kosmos, näkemämme maailmankaikkeus, voidaan rakentaa hiukkasista, kutsumme niitä miten tahansa? Ja vielä yksi asia - luotiinko universumi vai onko se ollut olemassa ikuisuudesta lähtien? Jos tämä on oikea kysymys, mitkä ovat ne ajattelutavat, jotka voivat johtaa vakuuttaviin vastauksiin? Kaikki nämä kysymykset ovat samanlaisia ​​kuin olemisen todellisten periaatteiden etsiminen, kysymyksiä näiden periaatteiden luonteesta.

Mitä tahansa sanommekaan kosmoksesta, yksi asia on selvää, että kaikki luonnossa koostuu jotenkin hiukkasista. Mutta miten tämä koostumus on ymmärrettävä? Tiedetään, että hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa - ne houkuttelevat tai hylkivät toisiaan. Hiukkasfysiikka tutkii erilaisia ​​vuorovaikutuksia. [Popper K. Tiedon ja tietämättömyyden lähteistä // Vopr. luonnontieteen ja tekniikan historia, 1992, nro 3, s. 32.]

Sähkömagneettinen vuorovaikutus herätti erityistä huomiota 1700-1800-luvuilla. Sähkömagneettisten ja gravitaatiovuorovaikutusten välillä löydettiin yhtäläisyyksiä ja eroja. Kuten painovoima, myös sähkömagneettiset vuorovaikutusvoimat ovat kääntäen verrannollisia etäisyyden neliöön. Mutta toisin kuin painovoima, sähkömagneettinen "painovoima" ei vain houkuttele hiukkasia (varauksen merkillä eroavat), vaan myös hylkää ne toisistaan ​​(samalla varautuneita hiukkasia). Ja kaikki hiukkaset eivät ole sähkövarauksen kantajia. Esimerkiksi fotoni ja neutroni ovat neutraaleja tässä suhteessa. XIX vuosisadan 50-luvulla. D. C. Maxwellin (1831–1879) sähkömagneettinen teoria yhdisti sähköiset ja magneettiset ilmiöt ja selvensi siten sähkömagneettisten voimien toimintaa. [Grunbaum A. Alkuperä vs. luominen fyysisessä kosmologiassa (modernin fyysisen kosmologian teologiset vääristymät). - K. filosofia, 1995, nro 2, s. yhdeksäntoista.]

Radioaktiivisuuden ilmiöiden tutkiminen johti siihen, että löydettiin erityinen hiukkasten välinen vuorovaikutus, jota kutsuttiin heikoksi vuorovaikutukseksi. Koska tämä löytö liittyy beetaradioaktiivisuuden tutkimukseen, tätä vuorovaikutusta voitaisiin kutsua beetahajoamiseksi. Fysikaalisessa kirjallisuudessa on kuitenkin tapana puhua heikosta vuorovaikutuksesta - se on heikompi kuin sähkömagneettinen, vaikka se on paljon vahvempi kuin gravitaatio. Löytöä auttoi W. Paulin (1900–1958) tutkimus, joka ennusti, että beetahajoamisen aikana ilmaantuu neutraali hiukkanen, joka kompensoi energian säilymislain ilmeistä rikkomusta, jota kutsutaan neutriinoksi. Ja lisäksi E. Fermin (1901–1954) tutkimukset vaikuttivat heikkojen vuorovaikutusten löytämiseen, ja hän muiden fyysikkojen kanssa ehdotti, että ytimessä ei ole niin sanotusti valmiissa muodossa elektroneja ja neutriinoja. ne poistuvat radioaktiivisesta ytimestä, mutta muodostuvat säteilyprosessin aikana. [Grunbaum A. Alkuperä vs. luominen fyysisessä kosmologiassa (modernin fyysisen kosmologian teologiset vääristymät). - K. filosofia, 1995, nro 2, s. 21.]

Lopuksi, neljäs vuorovaikutus osoittautui liittyvän intranukleaarisiin prosesseihin. Sitä kutsutaan vahvaksi vuorovaikutukseksi, ja se ilmenee ytimensisäisten hiukkasten - protonien ja neutronien - vetovoimana. Suuren kokonsa ansiosta se osoittautuu valtavan energian lähteeksi.

Neljän vuorovaikutustyypin tutkiminen seurasi niiden syvän yhteyden etsimisen polkua. Tällä epäselvällä, monilta osin hämärällä polulla vain symmetriaperiaate ohjasi tutkimusta ja johti erilaisten vuorovaikutusten väitetyn suhteen tunnistamiseen.

Tällaisten yhteyksien paljastamiseksi oli tarpeen kääntyä erityisen tyyppisen symmetrian etsimiseen. Yksinkertainen esimerkki tämäntyyppisestä symmetriasta on kuormaa nostettaessa tehdyn työn riippuvuus nostimen korkeudesta. Kulutettu energia riippuu korkeuserosta, mutta ei riipu nousupolun luonteesta. Ainoastaan ​​korkeusero on merkittävä, eikä sillä ole mitään väliä miltä tasolta mittaus aloitetaan. Voidaan sanoa, että tässä on kyse symmetriasta vertailupisteen valinnan suhteen.

Vastaavasti voit laskea sähkövarauksen liikeenergian sähkökentässä. Korkeuden analogi on tässä kenttäjännite tai muuten sähköpotentiaali. Varauksen liikkeen aikana kuluva energia riippuu vain kentän tilan loppu- ja aloituspisteiden välisestä potentiaalierosta. Tässä on kyse niin sanotusta mittarista tai toisin sanoen asteikkosymmetriasta. Sähkökenttään liittyvä mittarin symmetria liittyy läheisesti sähkövarauksen säilymislakiin.

Mittarisymmetria osoittautui tärkeimmäksi työkaluksi, joka antaa mahdollisuuden ratkaista monia vaikeuksia alkuainehiukkasten teoriassa ja lukuisissa yrityksissä yhdistää erilaisia ​​​​vuorovaikutuksia. Esimerkiksi kvanttielektrodynamiikassa syntyy erilaisia ​​eroja. Nämä erot voidaan eliminoida, koska ns. renormalisointimenettely, joka eliminoi teorian vaikeudet, liittyy läheisesti mittarin symmetriaan. Ajatus näyttää siltä, ​​että vaikeudet teorian rakentamisessa ei vain sähkömagneettisista, vaan myös muista vuorovaikutuksista voidaan voittaa, jos on mahdollista löytää muita piilotettuja symmetrioita.

Mittarisymmetria voi saada yleisluonteisen luonteen ja se voi liittyä mihin tahansa voimakenttään. 1960-luvun lopulla S. Weinberg (s. 1933) Harvardin yliopistosta ja A. Salam (s. 1926) Imperial Collegesta Lontoossa S. Glashow'n (s. 1932) työhön tukeutuen ryhtyivät teoreettiseen yhdistämiseen sähkömagneettisista ja heikoista vuorovaikutuksista. He käyttivät ideaa mittarin symmetriasta ja tähän ideaan liittyvää mittarikentän käsitettä. [Yakushev A. S. Modernin luonnontieteen peruskäsitteet. - M., Fact-M, 2001, s. 29.]

Sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen voidaan soveltaa yksinkertaisinta mittasymmetrian muotoa. Kävi ilmi, että heikon vuorovaikutuksen symmetria on monimutkaisempi kuin sähkömagneettisen. Tämä monimutkaisuus johtuu itse prosessin monimutkaisuudesta, niin sanotusti heikon vuorovaikutuksen mekanismista.

Esimerkiksi heikon vuorovaikutuksen prosessissa tapahtuu neutronin hajoamista. Sellaiset hiukkaset kuin neutroni, protoni, elektroni ja neutrino voivat osallistua tähän prosessiin. Lisäksi heikon vuorovaikutuksen vuoksi tapahtuu hiukkasten keskinäistä muutosta.

"Suuren yhdistymisen" teorian käsitteelliset määräykset

Nykyaikaisessa teoreettisessa fysiikassa kaksi uutta käsitteellistä mallia asettavat sävyn: niin kutsuttu "suuri yhtenäinen" teoria ja supersymmetria.

Nämä tieteelliset suunnat yhdessä johtavat erittäin houkuttelevaan ajatukseen, jonka mukaan koko luonto on viime kädessä jonkinlaisen supervoiman toiminnan alainen, joka ilmenee erilaisissa "henkilöissä". Tämä voima on tarpeeksi voimakas luomaan universumimme ja antamaan sille valoa, energiaa, ainetta ja rakennetta. Mutta supervoima on enemmän kuin pelkkä luova periaate. Siinä aine, aika-avaruus ja vuorovaikutus sulautuvat erottamattomaksi harmoniseksi kokonaisuudeksi luoden universumin sellaisen yhtenäisyyden, jota kukaan ei ollut aiemmin kuvitellut. Tieteen tarkoitus on pohjimmiltaan etsiä tällaista yhtenäisyyttä. [Ovchinnikov N. F. Rakenne ja symmetria // System Research, M., 1969, s. 137.]

Tämän perusteella vallitsee tietty luottamus kaikkien elollisten ja elottomien luonteen ilmiöiden yhdistämiseen yhden kuvauksen puitteissa. Tähän mennessä luonnossa tunnetaan neljä perusvuorovaikutusta tai neljä voimaa, jotka ovat vastuussa kaikista tunnetuista alkuainehiukkasten vuorovaikutuksista - vahvoista, heikoista, sähkömagneettisista ja gravitaatiovuorovaikutuksista. Vahvat vuorovaikutukset sitovat kvarkeja yhteen. Heikko vuorovaikutus on vastuussa tietyntyyppisistä ydinten hajoamisista. Sähkömagneettiset voimat vaikuttavat sähkövarausten välillä ja gravitaatiovoimat massojen välillä. Näiden vuorovaikutusten läsnäolo on riittävä ja välttämätön edellytys ympäröivän maailman rakentamiselle. Esimerkiksi ilman painovoimaa ei vain olisi galakseja, tähtiä ja planeettoja, eikä maailmankaikkeus olisi voinut syntyä - loppujen lopuksi ne käsitteet laajenevasta maailmankaikkeudesta ja alkuräjähdystä, joista aika-avaruus saa alkunsa, perustuvat painovoimalla. Ilman sähkömagneettista vuorovaikutusta ei olisi atomeja, ei kemiaa tai biologiaa eikä auringon lämpöä ja valoa. Ilman vahvoja ydinvuorovaikutuksia ydintä ei olisi olemassa, ja näin ollen atomit ja molekyylit, kemia ja biologia sekä tähdet ja aurinko eivät voisi tuottaa lämpöä ja valoa ydinenergian vuoksi.

Jopa heikoilla ydinvoimilla on osansa maailmankaikkeuden muodostumisessa. Ilman niitä ydinreaktiot Auringossa ja tähdissä olisivat mahdottomia, supernovaräjähdyksiä ei ilmeisesti tapahtuisi, eivätkä elämän välttämättömät raskaat alkuaineet leviäisi universumissa. Elämää voi yhtä hyvin olla olemassa. Jos olemme samaa mieltä siitä näkemyksestä, että kaikki nämä neljä täysin erilaista vuorovaikutusta, joista jokainen on omalla tavallaan välttämätön monimutkaisten rakenteiden syntymiselle ja koko maailmankaikkeuden kehityksen määrittämiselle, syntyy yhdestä yksinkertaisesta supervoimasta, yksi ainoa peruslaki, joka toimii sekä elävässä että elottomassa luonnossa, on kiistaton. Nykyaikainen tutkimus osoittaa, että kerralla nämä neljä voimaa olisi voitu yhdistää yhdeksi.

Tämä oli mahdollista varhaisen universumin aikakaudelle tyypillisillä valtavilla energioilla pian alkuräjähdyksen jälkeen. Itse asiassa teoria sähkömagneettisten ja heikkojen vuorovaikutusten yhdistämisestä on jo vahvistettu kokeellisesti. "Suuren yhdistymisen" teorioiden tulisi yhdistää nämä vuorovaikutukset vahvoihin, ja "Kaikki, mikä on" teorioiden tulisi kuvata kaikki neljä perusvuorovaikutusta yhtenäisellä tavalla yhden vuorovaikutuksen ilmenemismuotoina. Universumin lämpöhistoria alkaen 10–43 sekuntia. Alkuräjähdyksen jälkeen nykypäivään, osoittaa, että suurin osa helium-4:stä, helium-3:sta, deuteroneista (deuteriumin ytimistä - vedyn raskas isotooppi) ja litium-7:stä muodostui maailmankaikkeudessa noin 1 minuutti Big Bangin jälkeen. Pamaus.

Raskaampia alkuaineita ilmestyi tähtien sisälle kymmeniä miljoonia tai miljardeja vuosia myöhemmin, ja elämän synty vastaa kehittyvän maailmankaikkeuden viimeistä vaihetta. Tehdyn teoreettisen analyysin ja kaukana tasapainosta toimivien dissipatiivisten järjestelmien tietokonesimuloinnin tulosten perusteella kooditaajuisen matalaenergiavirran toiminnan olosuhteissa päätimme, että universumissa on kaksi rinnakkaista prosessia - entropia ja tiedot. Lisäksi entropiaprosessi, jossa aine muuttuu säteilyksi, ei ole hallitseva. [Soldatov VK Teoria "suuresta yhdistymisestä". - M., jälkikirjoitus, 2000, s. 38.]

Näissä olosuhteissa syntyy uudenlainen evolutionaarinen aineen itseorganisaatio, joka yhdistää järjestelmän koherentin aika-avaruuskäyttäytymisen dynaamisiin prosesseihin itse järjestelmän sisällä. Sitten maailmankaikkeuden mittakaavassa tämä laki muotoillaan seuraavasti: "Jos alkuräjähdys johti 4 perustavanlaatuisen vuorovaikutuksen muodostumiseen, niin universumin tila-aika-organisaation jatkokehitys liittyy niiden yhdistämiseen. " Näin ollen mielestämme entropian kasvulakia ei tule soveltaa universumin yksittäisiin osiin, vaan koko sen kehitysprosessiin. Muodostumishetkellä universumi osoittautui kvantisoiduksi hierarkian aika-avaruustasojen mukaan, joista jokainen vastaa yhtä perusvuorovaikutusta. Tuloksena oleva heilahtelu, joka nähdään laajenevana kuvana universumista, etenee tietyllä hetkellä palauttaakseen sen tasapainon. Jatkokehitysprosessi tapahtuu peilikuvassa.

Toisin sanoen havaittavassa maailmankaikkeudessa tapahtuu samanaikaisesti kaksi prosessia. Yksi prosessi - antientropia - liittyy häiriintyneen tasapainon palautumiseen aineen ja säteilyn itseorganisoitumisella makrokvanttitiloihin (fysikaalisena esimerkkinä voidaan mainita tunnetut aineen tilat kuten superfluiditeetti, suprajohtavuus ja kvantti Hall-ilmiö). Tämä prosessi ilmeisesti määrittää tähtien lämpöydinfuusioprosessien johdonmukaisen kehityksen, planeettajärjestelmien, mineraalien, kasviston, yksi- ja monisoluisten organismien muodostumisen. Tämä seuraa automaattisesti elävien organismien progressiivisen evoluution kolmannen periaatteen itseorganisoituvaa suuntausta.

Toinen prosessi on luonteeltaan puhtaasti entrooppinen ja kuvaa itseorganisoituvan aineen syklisen evolutionaarisen siirtymän prosesseja (hajoaminen - itseorganisaatio). On mahdollista, että nämä periaatteet voivat toimia perustana luoda matemaattinen laite, jonka avulla voit yhdistää kaikki neljä vuorovaikutusta yhdeksi supervoimaksi. Kuten jo todettiin, suurin osa teoreettisista fyysikoista on tällä hetkellä huolissaan juuri tästä ongelmasta. Tämän periaatteen lisäargumentit ylittävät paljon tämän artikkelin soveltamisalan ja liittyvät maailmankaikkeuden evoluution itseorganisaation teorian rakentamiseen. Tehkäämme siksi tärkein johtopäätös ja katsokaamme, kuinka se soveltuu biologisiin järjestelmiin, niiden hallinnan periaatteisiin ja mikä tärkeintä, uusiin tekniikoihin kehon patologisten tilojen hoitoon ja ehkäisyyn. Ensinnäkin olemme kiinnostuneita elävien organismien itseorganisaation ja evoluution ylläpitämisen periaatteista ja mekanismeista sekä niiden rikkomusten syistä, jotka ilmenevät erilaisten patologioiden muodossa.

Ensimmäinen niistä on kooditaajuusohjauksen periaate, jonka päätarkoituksena on ylläpitää, synkronoida ja ohjata energiavirtoja missä tahansa avoimessa itseorganisoituvassa dissipatiivisessa järjestelmässä. Tämän periaatteen toteuttaminen eläville organismeille edellyttää, että jokaisella rakenteellisen hierarkian tasolla on biologinen esine (molekyyli, subsellulaarinen, solu, kudos, organoidi, organismi, populaatio, biokenoottinen, bioottinen, maisema, biosfäärinen, kosminen) biorytmologisen objektin läsnäolo. muunnettavissa olevan energian kulutukseen ja kulutukseen liittyvä prosessi, joka määrittää järjestelmän prosessien toiminnan ja järjestyksen. Tällä mekanismilla on keskeinen paikka elämän syntymisen varhaisissa vaiheissa DNA-rakenteen muodostumisessa ja perinnöllisen tiedon diskreettien koodien replikaatioperiaatteessa sekä sellaisissa prosesseissa kuin solujen jakautuminen ja sitä seuraava erilaistuminen. Kuten tiedätte, solujen jakautumisprosessi tapahtuu aina tiukassa järjestyksessä: profaasi, metafaasi, telofaasi ja sitten anafaasi. Voit rikkoa jakautumisen ehtoja, estää sen, jopa poistaa ytimen, mutta sekvenssi säilyy aina. Epäilemättä kehomme on varustettu täydellisimmillä synkronoijilla: hermosto, joka on herkkä pienimmillekin muutoksille ulkoisessa ja sisäisessä ympäristössä, hitaampi humoraalinen järjestelmä. Samaan aikaan infusoriakenkä hermoston ja humoraalisen järjestelmän täydellisessä poissa elää, ruokkii, erittyy, lisääntyy, eivätkä kaikki nämä monimutkaiset prosessit etene satunnaisesti, vaan tiukassa järjestyksessä: mikä tahansa reaktio määrää seuraavan, ja se puolestaan ​​allokoi tuotteet, joita tarvitaan seuraavan reaktion käynnistämiseen. [Soldatov VK Teoria "suuresta yhdistymisestä". - M., jälkikirjoitus, 2000, s. 59.]

On huomattava, että jopa Einsteinin teoria merkitsi niin merkittävää edistystä luonnon ymmärtämisessä, että pian myös muita luonnonvoimia koskevien näkemysten tarkistaminen tuli väistämättömäksi. Tällä hetkellä ainoa "toinen" voima, jonka olemassaolo oli lujasti vakiintunut, oli sähkömagneettinen voima. Ulkoisesti se ei kuitenkaan näyttänyt painovoimalta ollenkaan. Lisäksi muutama vuosikymmen ennen Einsteinin painovoimateorian luomista Maxwellin teoria kuvasi onnistuneesti sähkömagnetismin, eikä ollut syytä epäillä tämän teorian pätevyyttä.

Einstein haaveili koko elämänsä yhtenäisen kenttäteorian luomisesta, jossa kaikki luonnonvoimat sulautuisivat yhteen puhtaan geometrian pohjalta. Einstein omisti suurimman osan elämästään tällaisen järjestelmän etsimiselle yleisen suhteellisuusteorian luomisen jälkeen. Ironista kyllä, lähimpänä Einsteinin unelman toteutumista oli kuitenkin vähän tunnettu puolalainen fyysikko Theodor Kaluza, joka jo vuonna 1921 loi perustan uudelle ja odottamattomalle lähestymistavalle yhdistävään fysiikkaan, joka vieläkin räjäyttää mielikuvituksen rohkeudellaan. .

Kun heikko ja vahva vuorovaikutus löydettiin 1930-luvulla, ajatukset painovoiman ja sähkömagnetismin yhdistämisestä menettivät suurelta osin vetovoimansa. Johdonmukaisen yhtenäisen kentän teorian ei pitänyt sisältää kahta, vaan neljää voimaa. On selvää, että tätä ei voitaisi tehdä ilman syvällistä ymmärrystä heikkoista ja vahvoista vuorovaikutuksista. 1970-luvun lopulla GUT:n (Grand Unified Theories) ja supergravitaation tuoman tuoreen tuulen ansiosta vanha Kaluza-Kleinin teoria muistettiin. Hänet "pölytettiin pois, pukeutui muotiin" ja sisällytettiin siihen kaikki nykyään tunnetut vuorovaikutukset.

GUT:ssa teoreetikot onnistuivat keräämään yhden käsitteen puitteissa kolme hyvin erilaista vuorovaikutusta; tämä johtuu siitä, että kaikki kolme vuorovaikutusta voidaan kuvata mittarikentillä. Mittarikenttien pääominaisuus on abstraktien symmetrioiden olemassaolo, minkä ansiosta tämä lähestymistapa saa eleganssia ja avaa laajoja mahdollisuuksia. Voimakenttäsymmetrioiden olemassaolo osoittaa varsin selvästi jonkin piilogeometrian ilmentymistä. Eloon palautetussa Kaluza-Kleinin teoriassa mittarikenttien symmetriat saavat konkreettisuutta - nämä ovat geometrisia symmetrioita, jotka liittyvät tilan lisämittoihin.

Kuten alkuperäisessä versiossa, vuorovaikutuksia tuodaan teoriaan lisäämällä tila-aikaan lisää tilaulottuvuuksia. Koska meidän on nyt kuitenkin otettava huomioon kolmen tyyppinen vuorovaikutus, meidän on otettava käyttöön muutama lisäulottuvuus. Yksinkertainen GUT:n sisältämien symmetriaoperaatioiden lukumäärän laskeminen johtaa teoriaan, jossa on seitsemän ylimääräistä tilaulottuvuutta (niin, että niiden kokonaismäärä on kymmenen); jos aika otetaan huomioon, niin koko aika-avaruudella on yksitoista ulottuvuutta. [Soldatov VK Teoria "suuresta yhdistymisestä". - M., jälkikirjoitus, 2000, s. 69.]

"Suuren yhdistämisen" teorian pääsäännökset kvanttifysiikan näkökulmasta

Kvanttifysiikassa jokainen pituusasteikko liittyy energia- (tai vastaava massa-) asteikkoon. Mitä pienempi on tutkittava pituusasteikko, sitä suurempi on tähän tarvittava energia. Protonin kvarkkirakenteen tutkiminen vaatii energiaa, joka vastaa vähintään kymmenen kertaa protonin massaa. Paljon korkeampi energia-asteikolla on Suurta yhdistymistä vastaava massa. Jos koskaan onnistumme saavuttamaan niin valtavan massan (energian), josta olemme hyvin kaukana tänään, niin on mahdollista tutkia X-hiukkasten maailmaa, jossa kvarkkien ja leptonien erot poistetaan.

Millaista energiaa tarvitaan tunkeutumaan 7-pallon "sisään" ja tutkimaan avaruuden lisäulottuvuuksia? Kaluza-Kleinin teorian mukaan sen on ylitettävä Suuren yhdistymisen mittakaava ja saavutettava 10 19 protonimassaa vastaavat energiat. Vain sellaisilla käsittämättömän suurilla energioilla olisi mahdollista tarkkailla suoraan avaruuden lisäulottuvuuksien ilmenemismuotoja.

Tätä valtavaa arvoa - 10 19 protonin massaa - kutsutaan Planckin massaksi, koska sen esitteli ensimmäisenä kvanttiteorian luoja Max Planck. Planckin massaa vastaavalla energialla kaikki neljä vuorovaikutusta luonnossa sulautuisivat yhdeksi supervoimaksi ja kymmenen avaruudellista ulottuvuutta olisivat täysin yhtä suuret. Jos olisi mahdollista keskittää riittävä määrä energiaa "varmistaen Planckin massan saavuttamisen, silloin avaruuden koko ulottuvuus ilmenisi kaikessa loistossaan. [Yakushev A. S. Modernin luonnontieteen peruskäsitteet. - M., Fakta -M, 2001, s. 122.]

Antamalla mielikuvitukselle vapaat kädet voidaan kuvitella, että jonain päivänä ihmiskunta hallitsee supervoiman. Jos näin tapahtuisi, saisimme valtaa luonnon yli, koska supervoima synnyttää lopulta kaiken vuorovaikutuksen ja kaikki fyysiset esineet; tässä mielessä se on kaiken perusperiaate. Supervoiman hallittua voisimme muuttaa tilan ja ajan rakennetta, taivuttaa tyhjyyttä omalla tavallamme ja laittaa aineen järjestykseen. Hallitsemalla supervoimaa voisimme luoda tai muuttaa hiukkasia halutessasi, jolloin syntyy uusia eksoottisia aineen muotoja. Voisimme jopa manipuloida itse avaruuden ulottuvuuksia ja luoda outoja keinotekoisia maailmoja, joilla on käsittämättömiä ominaisuuksia. Olisimme todella maailmankaikkeuden mestareita!

Mutta miten tämä voidaan saavuttaa? Ensinnäkin sinun on saatava tarpeeksi energiaa. Saadaksesi käsityksen siitä, mistä puhumme, muista, että Stanfordin 3 km pitkä lineaarinen kiihdytin kiihdyttää elektroneja energioihin, jotka vastaavat 20 protonin massaa. Planck-energian saavuttamiseksi kiihdytintä olisi pidennettävä kertoimella 1018, jolloin se olisi Linnunradan kokoinen (noin satatuhatta valovuotta). Tällainen hanke ei ole yksi niistä, jotka voidaan toteuttaa lähitulevaisuudessa. [Wheeler J.A. Quantum and Universe // Astrofysiikka, kvantti ja suhteellisuusteoria, M., 1982, s. 276.]

Suuressa yhtenäisteoriassa on kolme erillistä energiakynnystä tai -asteikkoa. Ensinnäkin tämä on Weinberg-Salam-kynnys, joka vastaa lähes 90 protonin massaa, jonka yläpuolella sähkömagneettinen ja heikko vuorovaikutus sulautuvat yhdeksi sähköheikolle. Toinen asteikko, joka vastaa 10 14 protonin massaa, on ominaista Suurelle yhdistymiselle ja siihen perustuvalle uudelle fysiikalle. Lopuksi lopullinen asteikko, Planckin massa, joka vastaa 10 19 protonin massaa, vastaa kaikkien vuorovaikutusten täydellistä yhdistämistä, jonka seurauksena maailma yksinkertaistuu hämmästyttävästi. Yksi suurimmista ratkaisemattomista ongelmista on selittää näiden kolmen asteikon olemassaolo sekä syyt niin suureen eroon ensimmäisen ja toisen välillä. [Soldatov VK Teoria "suuresta yhdistymisestä". - M., jälkikirjoitus, 2000, s. 76.]

Nykyaikainen tekniikka pystyy saavuttamaan vain ensimmäisen mittakaavan. Protonin hajoaminen voisi antaa meille epäsuoran keinon tutkia fyysistä maailmaa Suuren yhdistymisen mittakaavassa, vaikka tällä hetkellä ei näytä olevan toivoa päästä suoraan tähän rajaan, puhumattakaan Planckin massan mittakaavasta.

Tarkoittaako tämä sitä, että emme koskaan pysty tarkkailemaan alkuperäisen supervoiman ja avaruuden näkymättömien seitsemän ulottuvuuden ilmenemismuotoja. Käyttämällä sellaisia ​​teknisiä keinoja kuin suprajohtava supercollider, siirrymme nopeasti ylöspäin maanpäällisissä olosuhteissa saavutettavissa olevien energioiden asteikolla. Ihmisten luoma tekniikka ei kuitenkaan suinkaan käytä kaikkia mahdollisuuksia loppuun - siellä on luonto itse. Universumi on jättimäinen luonnonlaboratorio, jossa alkeishiukkasfysiikan suurin kokeilu "suoritettiin" 18 miljardia vuotta sitten. Kutsumme tätä kokeilua alkuräjähdykseksi. Kuten myöhemmin keskustellaan, tämä ensimmäinen tapahtuma riitti vapauttamaan - vaikkakin hyvin lyhyeksi hetkeksi - supervoiman. Tämä kuitenkin ilmeisesti riitti, jotta supervallan aavemainen olemassaolo jätti ikuisesti jälkensä. [Yakushev A. S. Modernin luonnontieteen peruskäsitteet. - M., Fact-M, 2001, s. 165.]

Heikko voima tai heikko ydinvoima on yksi luonnon neljästä perusvoimasta. Se on vastuussa erityisesti ytimen beetahajoamisesta. Tätä vuorovaikutusta kutsutaan heikoksi, koska kahdelle muulle ydinfysiikan kannalta merkittävälle vuorovaikutukselle (voimakkaalle ja sähkömagneettiselle) on ominaista paljon suurempi intensiteetti. Se on kuitenkin paljon vahvempi kuin neljäs perusvuorovaikutus, gravitaatio. Tämä vuorovaikutus on heikoin perusvuorovaikutuksista, joita on kokeellisesti havaittu alkuainehiukkasten hajoamisissa, joissa kvanttivaikutukset ovat perustavanlaatuisesti merkittäviä. Gravitaatiovuorovaikutuksen kvanttimuotoisia ilmentymiä ei ole koskaan havaittu. Heikko vuorovaikutus erotetaan seuraavalla säännöllä: jos vuorovaikutusprosessiin osallistuu alkeishiukkanen nimeltä neutrino (tai antineutrino), tämä vuorovaikutus on heikko.

Tyypillinen esimerkki heikosta vuorovaikutuksesta on neutronin beeta-hajoaminen

missä n on neutroni, p on protoni, e- on elektroni, e on elektronin antineutrino.

On kuitenkin pidettävä mielessä, että yllä oleva sääntö ei tarkoita ollenkaan sitä, että mihin tahansa heikon vuorovaikutuksen tekoon tulisi liittää neutrino tai antineutrino. Tiedetään, että tapahtuu suuri määrä neutrinoimattomia hajoamisia. Esimerkkinä voidaan mainita lambda-hyperonin hajoaminen protoniksi p ja negatiivisesti varautuneeksi pioniksi. Nykyaikaisten käsitteiden mukaan neutroni ja protoni eivät ole todellisia alkuainehiukkasia, vaan ne koostuvat kvarkeiksi kutsutuista alkuainehiukkasista.

Heikon vuorovaikutuksen intensiteettiä kuvaa Fermin kytkentävakio GF. Vakio GF on ulottuvuus. Dimensittömän suuren muodostamiseksi on käytettävä jotain standardimassaa, esimerkiksi protonimassaa mp. Silloin dimensioton kytkentävakio on

Voidaan nähdä, että heikko vuorovaikutus on paljon voimakkaampi kuin gravitaatio.

Heikko vuorovaikutus, toisin kuin gravitaatio, on lyhyen kantaman. Tämä tarkoittaa, että hiukkasten välinen heikko vuorovaikutus tulee voimaan vain, jos hiukkaset ovat riittävän lähellä toisiaan. Jos hiukkasten välinen etäisyys ylittää tietyn arvon, jota kutsutaan vuorovaikutussäteeksi, heikko vuorovaikutus ei ilmene. Kokeellisesti on todettu, että luokkaa 10-15 cm olevan heikon vuorovaikutuksen ominaissäde eli heikko vuorovaikutus keskittyy atomiytimen kokoa pienemmille etäisyyksille. Vaikka heikko vuorovaikutus on olennaisesti keskittynyt ytimen sisään, sillä on tiettyjä makroskooppisia ilmenemismuotoja. Lisäksi heikolla vuorovaikutuksella on tärkeä rooli niin sanotuissa lämpöydinreaktioissa, jotka vastaavat tähtien energian vapautumismekanismista. Heikon vuorovaikutuksen hämmästyttävin ominaisuus on prosessien olemassaolo, joissa peilin epäsymmetria ilmenee. Ensi silmäyksellä näyttää ilmeiseltä, että ero vasemmiston ja oikeiston käsitteiden välillä on mielivaltainen. Itse asiassa painovoiman, sähkömagneettisen ja voimakkaan vuorovaikutuksen prosessit ovat muuttumattomia spatiaalisen inversion suhteen, joka toteuttaa peiliheijastuksen. Tällaisissa prosesseissa sanotaan, että tilapariteetti P säilyy, mutta kokeellisesti on todettu, että heikot prosessit voivat edetä tilapariteetin säilymättä jättämisessä ja siksi näyttävät tuntevan eron vasemman ja oikean välillä. Tällä hetkellä on olemassa vankkaa kokeellista näyttöä siitä, että pariteetin säilymättömyys heikoissa vuorovaikutuksissa on luonteeltaan yleismaailmallista; se ei ilmene vain alkuainehiukkasten hajoamisissa, vaan myös ydin- ja jopa atomiilmiöissä. On tunnustettava, että peilien epäsymmetria on luonnon ominaisuus kaikkein perustavanlaatuisimmalla tasolla.

Muut artikkelit:

valtioita
Vuonna 1932 ehdotettiin Ivanenko-Heisenbergin protoni-neutronimallia. Ymiä, joilla on sama varaus ja eri massat, kutsutaan isotoopeiksi. 75% 25% luonnollista klooria. Ytimet, joilla on samat massaluvut, mutta eri varaukset...

DNA:n kemiallinen koostumus ja fysikaalis-kemialliset ominaisuudet
DNA on moniemäksinen vahva happo, jonka emäksiset suolat muodostavat erittäin viskooseja läpinäkyviä kolloidisia liuoksia veteen, kiinteytyen pitoisuudessa yli 0,25 %. DNA-liuoksille on ominaista epänormaali (rakenteellinen) viskositeetti...

Kaksivaiheinen syvä puolivirtausprosessi
Bakteerit kasvavat ensimmäisessä fermentorissa. Osa ensimmäisen fermentorin sisällöstä pumpataan toiseen, jossa käyminen on valmis. Tuore vierre lisätään ensimmäiseen fermentoriin ja toisen sisältö kaadetaan kokonaan pois. Runoilija...

Heikko vuorovaikutus

Vahva vuorovaikutus

Vahva vuorovaikutus on lyhyen kantaman. Sen toimintasäde on noin 10-13 cm.

Vahvaan vuorovaikutukseen osallistuvia hiukkasia kutsutaan hadroneiksi. Tavallisessa stabiilissa aineessa ei liian korkeassa lämpötilassa voimakas vuorovaikutus ei aiheuta prosesseja. Sen tehtävänä on luoda vahva sidos ytimien nukleonien (protonien ja neutronien) välille. Sitoutumisenergia on keskimäärin noin 8 MeV nukleonia kohti. Tässä tapauksessa ytimien tai nukleonien törmäyksissä, joilla on riittävän korkea energia (suuruusluokkaa satoja MeV), voimakas vuorovaikutus johtaa lukuisiin ydinreaktioihin: ytimien fissio, joidenkin ytimien muuttuminen toisiksi jne.

Alkaen usean sadan MeV:n luokkaa olevien nukleonien törmäysenergioista, voimakas vuorovaikutus johtaa P-mesonien tuotantoon. Vielä korkeammilla energioilla syntyy K-mesoneja ja hyperoneja sekä monia mesoni- ja baryoniresonansseja (resonanssit ovat hadronien lyhytaikaisia ​​virittyneitä tiloja).

Samalla kävi ilmi, että kaikki hiukkaset eivät koe vahvaa vuorovaikutusta. Joten protonit ja neutronit kokevat sen, mutta elektronit, neutriinot ja fotonit eivät ole sen alaisia. Yleensä vain raskaat hiukkaset osallistuvat vahvaan vuorovaikutukseen.

Teoreettista selitystä vahvan vuorovaikutuksen luonteesta on ollut vaikea kehittää. Läpimurto hahmotettiin vasta 1960-luvun alussa, kun kvarkkimallia ehdotettiin. Tässä teoriassa neutroneja ja protoneja ei pidetä alkuainehiukkasina, vaan kvarkeista rakennettuina komposiittisysteemeinä.

Vahvat vuorovaikutuskvantit ovat kahdeksan gluonia. Gluonit ovat saaneet nimensä englanninkielisestä sanasta glue (glue), koska ne ovat vastuussa kvarkkien sulkemisesta. Gluonien loput massat ovat nolla. Samaan aikaan gluoneilla on värivaraus, jonka ansiosta ne pystyvät olemaan vuorovaikutuksessa keskenään, kuten sanotaan, itsetoimintaan, mikä johtaa vaikeuksiin kuvata vahvaa vuorovaikutusta matemaattisesti sen epälineaarisuuden vuoksi.

Sen toimintasäde on alle 10-15 cm Heikko vuorovaikutus on useita suuruusluokkia heikompi kuin ei vain vahva, vaan myös sähkömagneettinen. Samalla se on paljon vahvempi kuin mikrokosmoksen gravitaatio.

Ensimmäinen löydetty ja yleisin heikon vuorovaikutuksen aiheuttama prosessi on ytimien radioaktiivinen b-hajoaminen.
Isännöi osoitteessa ref.rf
Tämäntyyppisen radioaktiivisuuden löysi vuonna 1896 A.A. Becquerel.em. Radioaktiivisen elektronisen / b - - / hajoamisprosessissa yksi neutroneista / n/atomiydin muuttuu protoniksi / R/ elektroniemissiolla / e-/ ja elektroninen antineutrino //:

n® p + e-+

Positroni /b + -/ -hajoamisprosessissa tapahtuu siirtymä:

p® n + e++

Ensimmäisessä b-hajoamisen teoriassa, jonka E. Fermi loi vuonna 1934 tämän ilmiön selittämiseksi, oli tarpeen esittää hypoteesi tietyntyyppisten lyhyen kantaman voimien olemassaolosta, jotka aiheuttavat siirtymän.

n® p + e-+

Jatkotutkimukset osoittivat, että Fermin esittelemällä vuorovaikutuksella on universaali luonne.
Isännöi osoitteessa ref.rf
Se aiheuttaa kaikkien epävakaiden hiukkasten hajoamisen, joiden massat ja kvanttilukujen valintasäännöt eivät salli niiden hajota voimakkaan tai sähkömagneettisen vuorovaikutuksen vuoksi. Heikko vuorovaikutus on luontaista kaikille hiukkasille, paitsi fotoneille. Heikkojen vuorovaikutusprosessien ominaisaika 100 MeV:n energioilla on 13-14 suuruusluokkaa pidempi kuin vahvan vuorovaikutuksen ominaisaika.

Heikot vuorovaikutuskvantit ovat kolme bosonia - W + , W - , Z°- bosonit. Yläindeksit osoittavat näiden kvanttien sähkövarauksen merkin. Heikon vuorovaikutuksen kvanteilla on merkittävä massa, mikä johtaa siihen, että heikko vuorovaikutus ilmenee hyvin lyhyillä etäisyyksillä.

On otettava huomioon, että nykyään heikko ja sähkömagneettinen vuorovaikutus on jo yhdistetty yhdeksi teoriaksi. On olemassa useita teoreettisia kaavioita, joissa yritetään luoda yhtenäinen teoria kaikentyyppisistä vuorovaikutuksista. Näitä järjestelmiä ei kuitenkaan ole vielä kehitetty tarpeeksi kokeellisesti testattavaksi.

26. Rakennefysiikka. Korpuskulaarinen lähestymistapa luonnon kuvaukseen ja selittämiseen. Redukcionismi

Rakennefysiikan esineet ovat aineen rakenteen elementtejä (esim. molekyylejä, atomeja, alkuainehiukkasia) ja niiden monimutkaisempi muodostuminen. Tämä on:

1) plasma - se on kaasu, jossa merkittävä osa molekyyleistä tai atomeista on ionisoitunut;

2) kiteitä- nämä ovat kiinteitä aineita, joissa atomit tai molekyylit ovat järjestäytyneet järjestykseen ja muodostavat ajoittain toistuvan sisäisen rakenteen;

3) nesteitä- tämä on aineen aggregaattitila, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ yhdistää kiinteän olomuodon (tilavuuden säilyminen, tietty vetolujuus) ja kaasumaisen (muodon vaihtelu) piirteet.

Nesteille on ominaista:

a) lyhyen kantaman järjestys hiukkasten (molekyylien, atomien) järjestelyssä;

b) pieni ero lämpöliikkeen kineettisessä energiassa ja niiden potentiaalisessa vuorovaikutusenergiassa.

4) tähdet,ᴛ.ᴇ. hehkuva kaasu (plasma) pallot.

Aineen rakenneyhtälöitä korostettaessa käytetään seuraavia kriteerejä:

Spatiaaliset mitat: saman tason hiukkasten avaruudelliset mitat ovat samaa luokkaa (esimerkiksi kaikkien atomien mitat ovat luokkaa 10-8 cm);

Prosessien aika: yhdellä tasolla se on suunnilleen samassa järjestyksessä;

Saman tason esineet koostuvat samoista alkuaineista (esimerkiksi kaikki ytimet koostuvat protoneista ja neutroneista);

Lait, jotka selittävät prosesseja yhdellä tasolla, ovat laadullisesti erilaisia ​​kuin lait, jotka selittävät prosesseja toisella tasolla;

Eritasoiset esineet eroavat perusominaisuuksiltaan (esimerkiksi kaikki atomit ovat sähköisesti neutraaleja ja kaikki ytimet ovat sähköisesti positiivisesti varautuneita).

Kun uusia rakenteen ja aineen tilojen tasoja löydetään, rakennefysiikan kohdealue laajenee.

On syytä muistaa, että tiettyjä fyysisiä ongelmia ratkaistaessa rakenteen, vuorovaikutuksen ja liikkeen selvittämiseen liittyvät asiat kietoutuvat tiiviisti toisiinsa.

Rakennefysiikan ytimessä on korpuskulaarinen lähestymistapa luonnon kuvaukseen ja selittämiseen.

Ensimmäistä kertaa atomin käsite kehon viimeisenä ja jakamattomana hiukkasena syntyi antiikin Kreikassa Leucippus-Demokritoksen koulukunnan luonnonfilosofisten opetusten puitteissa. Tämän näkemyksen mukaan maailmassa on vain atomeja, jotka liikkuvat tyhjiössä. Muinaiset atomistit pitivät aineen jatkuvuutta ilmeisenä. Erilaiset atomien yhdistelmät muodostavat erilaisia ​​näkyviä kappaleita. Tämä hypoteesi ei perustunut kokeellisiin tietoihin. Hän oli vain loistava arvaus. Mutta se määräsi koko luonnontieteen jatkokehityksen vuosisatojen ajan.

Hypoteesi atomeista jakamattomina aineen hiukkasina heräsi uudelleen henkiin luonnontieteissä, erityisesti fysiikassa ja kemiassa selittämään joitain empiirisesti vahvistettuja malleja (esimerkiksi Boyle-Mariotte- ja Gay-Lussac-lait ihanteellisille kaasuille, lämpölaajeneminen ruumiista jne.). d.). Todellakin, Boyle-Mariotten laki sanoo, että kaasun tilavuus on kääntäen verrannollinen sen paineeseen, mutta se ei selitä miksi näin on. Vastaavasti, kun kehoa kuumennetaan, sen mitat kasvavat. Mutta mikä on tämän laajentumisen syy? Aineen kineettisessä teoriassa näitä ja muita kokemuksen perusteella todettuja säännönmukaisuuksia selitetään atomien ja molekyylien avulla.

Todellakin, suoraan havaittu ja mitattu kaasunpaineen lasku sen tilavuuden kasvaessa aineen kineettisessä teoriassa selitetään sen muodostavien atomien ja molekyylien vapaan reitin lisääntymisenä. Tämän seurauksena kaasun käyttämä tilavuus kasvaa. Vastaavasti kappaleiden laajeneminen kuumennettaessa aineen kineettisessä teoriassa selittyy liikkuvien molekyylien keskinopeuden kasvulla.

Selityksiä, joissa monimutkaisten aineiden tai kappaleiden ominaisuuksia yritetään pelkistää niiden yksinkertaisempien alkuaineiden tai komponenttien ominaisuuksiin, kutsutaan ns. redukcionismi. Tämä analyysimenetelmä mahdollisti suuren luokan luonnontieteen ongelmia.

XIX vuosisadan loppuun asti. Uskottiin, että atomi on aineen pienin, jakamaton, rakenteeton hiukkanen. Samaan aikaan elektronin, radioaktiivisuuden löydöt ovat osoittaneet, että näin ei ole. Rutherfordin planeettamalli atomista syntyy. Sitten se korvataan mallilla N. Bora. Mutta kuten ennenkin, fyysikkojen ajatus pyrkii pelkistämään kappaleiden ja luonnonilmiöiden monimutkaisten ominaisuuksien koko kirjon pienten primäärihiukkasten yksinkertaisiin ominaisuuksiin. Myöhemmin nämä hiukkaset nimettiin perus. Nyt niiden kokonaismäärä ylittää 350. Tästä syystä on epätodennäköistä, että kaikkia tällaisia ​​hiukkasia voidaan kutsua todella alkeisaineiksi, jotka eivät sisällä muita alkuaineita. Tämä usko vahvistuu kvarkkien olemassaolon hypoteesin yhteydessä. Sen mukaan tunnetut alkuainehiukkaset koostuvat hiukkasista, joilla on murto-osaisia ​​sähkövarauksia. Niitä kutsutaan kvarkit.

Alkuainehiukkasten vuorovaikutuksen tyypin mukaan ne kaikki, paitsi fotoni, luokitellaan kahteen ryhmään:

1) hadronit. On syytä sanoa, että niille on ominaista vahva vuorovaikutus. Samalla ne voivat myös osallistua heikkoon ja sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen;

2) leptonit. Οʜᴎ osallistuvat vain sähkömagneettisiin ja heikkoihin vuorovaikutuksiin;

Elinajan mukaan erotetaan:

a) stabiilit alkuainehiukkaset. Nämä ovat elektroni, fotoni, protoni ja neutrino;

b) lähes vakaa. Nämä ovat hiukkasia, jotka hajoavat sähkömagneettisen ja heikon vuorovaikutuksen vuoksi. Esimerkiksi + ® m + +;

c) epävakaa. Οʜᴎ hajoaminen vahvan vuorovaikutuksen takia, esim. neutroni.

Alkuainehiukkasten sähkövaraukset ovat elektronin pienimmän varauksen kerrannaisia. Samanaikaisesti alkuainehiukkaset jaetaan hiukkaspareihin - antihiukkasiin, esimerkiksi e - - e + (niillä kaikilla on samat ominaisuudet ja sähkövarauksen merkit ovat päinvastaisia). Sähköisesti neutraaleissa hiukkasissa on myös antihiukkasia, esim. P -,- .

Joten atomistinen käsite perustuu ajatukseen aineen diskreetistä rakenteesta. Atomistinen lähestymistapa selittää fyysisen kohteen ominaisuuksia sen pienimpien hiukkasten ominaisuuksien perusteella, joita pidetään tietyssä kognition vaiheessa jakamattomina. Historiallisesti tällaiset hiukkaset tunnistettiin ensin atomeiksi, sitten alkuainehiukkasiksi ja nyt kvarkeiksi. Tämän lähestymistavan vaikeus on kompleksin täydellinen pelkistäminen yksinkertaiseksi, mikä ei ota huomioon niiden välisiä laadullisia eroja.

1900-luvun ensimmäisen neljänneksen loppuun asti ajatus makro- ja mikrokosmoksen rakenteen yhtenäisyydestä ymmärrettiin mekaanisesti, lakien täydellisenä identiteetinä ja molempien rakenteen täydellisenä samankaltaisuutena.

Mikrohiukkaset tulkittiin makrokappaleiden pienoiskopioiksi, ᴛ.ᴇ. äärimmäisen pieninä palloina (korpuskkeleina), jotka liikkuvat tarkkoja kiertoradoja pitkin, jotka ovat täysin analogisia planeetan kiertoradan kanssa, sillä ainoalla erolla, että taivaankappaleita yhdistävät gravitaatiovuorovaikutusvoimat ja mikrohiukkasia sähköiset vuorovaikutusvoimat.

Elektronin löytämisen (Thomson, 1897 ᴦ.), kvanttiteorian luomisen (Planck, 1900 ᴦ.), fotonin käsitteen käyttöönoton (Einstein, 1905 ᴦ.) jälkeen atomioppi sai uuden luonteen. .
Isännöi osoitteessa ref.rf
Diskreettisyyden ajatus laajennettiin sähkö- ja valoilmiöiden alalle, energian käsitteeseen (1800-luvulla energiaoppi toimi jatkuvien määrien ja tilafunktioiden esitysalueena). Nykyaikaisen atomiopin tärkein piirre on toiminnan atomismi. Se liittyy siihen, että eri mikroobjektien liike, ominaisuudet ja tilat voidaan kvantisoida, ᴛ.ᴇ. ilmaistaan ​​diskreettien suureiden ja suhteiden muodossa. Uusi atomistiikka tunnistaa jokaisen erillisen aineen suhteellisen stabiiliuden, sen laadullisen varmuuden, sen suhteellisen jakamattomuuden ja peruuttamattomuuden tietyissä luonnonilmiöiden rajoissa. Esimerkiksi, koska atomi on jaollinen joillakin fysikaalisilla tavoilla, se on kemiallisesti jakamaton, ᴛ.ᴇ. kemiallisissa prosesseissa se käyttäytyy kokonaisena, jakamattomana. Kemiallisesti atomeihin jakautuva molekyyli käyttäytyy lämpöliikkeessä (tiettyihin rajoihin asti) kokonaisuutena, jakamattomana jne.

Erityisen tärkeää uuden atomistiikan käsitteessä on minkä tahansa erillisen aineen keskinäisen muuntuvuuden tunnistaminen.

Fyysisen todellisuuden rakenteellisen organisaation eri tasoilla (kvarkeilla, mikrohiukkasilla, ytimillä, atomeilla, molekyyleillä, makroeliöillä, megasysteemillä) on omat erityiset fysikaaliset lakinsa. Mutta vaikka tutkitut ilmiöt eroavatkin klassisen fysiikan tutkimista ilmiöistä, kaikki kokeelliset tiedot on kuvattava klassisilla käsitteillä. Tutkittavan mikroobjektin käyttäytymisen kuvauksen ja mittauslaitteiden toiminnan kuvauksen välillä on perustavanlaatuinen ero. Tämä johtuu siitä, että mittauslaitteiden toiminta tulisi periaatteessa kuvata klassisen fysiikan kielellä, kun taas tutkittavaa kohdetta ei välttämättä kuvailla tällä kielellä.

Korpuskulaarinen lähestymistapa fysikaalisten ilmiöiden ja prosessien selittämisessä on aina yhdistetty kontinuumilähestymistapaan vuorovaikutusfysiikan syntyä lähtien. Se ilmeni kentän käsitteenä ja sen roolin paljastamisessa fyysisessä vuorovaikutuksessa. Kentän esittäminen tietyntyyppisten hiukkasten virtauksena (kvanttikenttäteoria) ja aaltoominaisuuksien antaminen mille tahansa fyysiselle esineelle (Louis de Broglien hypoteesi) yhdisti nämä kaksi lähestymistapaa fysikaalisten ilmiöiden analysointiin.

Heikko vuorovaikutus - käsite ja tyypit. Luokan "Heikko vuorovaikutus" luokitus ja ominaisuudet 2017, 2018.

Heikko vuorovaikutus.K Fysiikka eteni hitaasti paljastaakseen heikon vuorovaikutuksen olemassaolon. Heikko voima on vastuussa hiukkasten hajoamisesta; ja siksi sen ilmentymä kohtasi radioaktiivisuuden löytämisen ja beetahajoamisen tutkimuksen.
Beta-hajoamisessa oli erittäin outo ominaisuus. Tutkimukset johtivat siihen johtopäätökseen, että tämä hajoaminen näyttää rikkovan yhtä fysiikan peruslakia - energian säilymisen lakia. Näytti siltä, ​​että osa energiasta katosi jonnekin. V. Pauli ehdotti energian säilymislain "pelastamiseksi", että beeta-hajoamisen aikana elektronin mukana lentää toinen hiukkanen ja vie mukanaan puuttuvan energian. Se on neutraali ja sillä on epätavallisen korkea tunkeutumiskyky, minkä vuoksi sitä ei voitu havaita. E. Fermi kutsui näkymätöntä hiukkasta "neutriinoksi".
Mutta neutrinon ennuste on vasta ongelman alku, sen muotoilu. Oli tarpeen selittää neutrinon luonne, mutta siinä jäi paljon mysteeriä. Tosiasia on, että epävakaat ytimet lähettivät elektroneja ja neutriinoja. Mutta on kiistattomasti todistettu, että ytimien sisällä ei ole sellaisia ​​hiukkasia. On esitetty, että elektroneja ja neutriinoja ei ole ytimessä "valmiissa muodossa", vaan ne muodostuvat jollain tavalla radioaktiivisen ytimen energiasta. Lisätutkimukset osoittivat, että itselleen jääneet ytimen muodostavat neutronit hajoavat muutaman minuutin kuluttua protoniksi, elektroniksi ja neutriinoksi, ts. yhden hiukkasen sijaan ilmaantuu kolme uutta. Analyysi johti siihen johtopäätökseen, että tunnetut voimat eivät voi aiheuttaa tällaista hajoamista. Hänet ilmeisesti synnytti jokin muu, tuntematon voima. Tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä voima vastaa jotain heikkoa vuorovaikutusta.
Heikko vuorovaikutus on paljon pienempi kuin kaikki

muut vuorovaikutukset kuin gravitaatio, ja järjestelmissä, joissa sitä esiintyy, sen vaikutukset jäävät sähkömagneettisten ja voimakkaiden vuorovaikutusten varjoon. Lisäksi heikko voima etenee hyvin pienillä etäisyyksillä. Heikon vuorovaikutuksen säde on hyvin pieni. Heikko vuorovaikutus pysähtyy yli 10-16 cm:n etäisyydelle lähteestä, joten se ei voi vaikuttaa makroskooppisiin esineisiin, vaan rajoittuu mikrokosmukseen, subatomisiin hiukkasiin. Kun monien epävakaiden subydinhiukkasten lumivyörymäinen löytö alkoi, havaittiin, että useimmat niistä osallistuvat heikkoon vuorovaikutukseen.

Vahva vuorovaikutus. Viimeinen perustavanlaatuisten vuorovaikutusten joukossa on vahva vuorovaikutus, joka on valtavan energian lähde. Tyypillisin esimerkki voimakkaan voiman vapauttamasta energiasta on aurinko. Auringon ja tähtien syvyyksissä tapahtuu jatkuvasti lämpöydinreaktioita, jotka johtuvat voimakkaista vuorovaikutuksista. Mutta myös ihminen on oppinut vapauttamaan vahvan vuorovaikutuksen: vetypommi on luotu, hallitun lämpöydinreaktion tekniikoita on suunniteltu ja niitä parannetaan.
Fysiikka tuli ajatukseen vahvan vuorovaikutuksen olemassaolosta atomiytimen rakennetta tutkiessaan. Jonkin voiman täytyy pitää positiivisesti varautuneet protonit ytimessä, estäen niitä lentämästä erilleen sähköstaattisen hylkimisen vaikutuksesta. Painovoima on liian heikko tarjoamaan tätä; Ilmeisesti tarvitaan jonkinlaista vuorovaikutusta, lisäksi sähkömagneettista voimakkaampaa. Se löydettiin myöhemmin. Kävi ilmi, että vaikka voimakas vuorovaikutus ylittää merkittävästi kaikki muut perustavanlaatuiset vuorovaikutukset laajuudeltaan, sitä ei tunneta ytimen ulkopuolella. Kuten heikon vuorovaikutuksen tapauksessa, uuden voiman vaikutussäde osoittautui hyvin pieneksi: vahva vuorovaikutus ilmenee ytimen koon määräämällä etäisyydellä, ts. noin 10-13 cm Lisäksi kävi ilmi, että kaikki hiukkaset eivät koe voimakasta vuorovaikutusta. Joten protonit ja neutronit kokevat sen, mutta elektronit, neutriinot ja fotonit eivät ole sen alaisia. Yleensä vain raskaat hiukkaset osallistuvat vahvaan vuorovaikutukseen. Se on vastuussa ytimien muodostumisesta ja monista alkuainehiukkasten vuorovaikutuksista.
Teoreettista selitystä vahvan vuorovaikutuksen luonteesta on ollut vaikea kehittää. Läpimurto hahmotettiin vasta 1960-luvun alussa, kun kvarkkimallia ehdotettiin. Tässä teoriassa neutroneja ja protoneja ei pidetä alkuainehiukkasina, vaan kvarkeista rakennettuina komposiittisysteemeinä.

Gravitaatiovuorovaikutus on olemassa kaikkien alkuainehiukkasten välillä ja määrittää kaikkien kappaleiden vetovoiman toisiinsa millä tahansa etäisyydellä (katso universaalin gravitaatiolaki); se on mitättömän pieni mikrokosmoksen fysikaalisissa prosesseissa, mutta sillä on suuri rooli esimerkiksi kosmogoniassa. Heikko vuorovaikutus ilmenee vain noin 10-18 metrin etäisyyksillä ja aiheuttaa hajoamisprosesseja (esim. joidenkin alkuainehiukkasten beetahajoamista ja

ytimet). Sähkömagneettista vuorovaikutusta esiintyy millä tahansa etäisyydellä alkuainehiukkasten välillä, joilla on sähkövaraus tai magneettinen momentti; erityisesti se määrittää elektronien ja ytimien yhteyden atomeissa ja on myös vastuussa kaikenlaisesta sähkömagneettisesta säteilystä. Vahva vuorovaikutus ilmenee noin 10-15 metrin etäisyyksillä ja määrää atomiytimien olemassaolon.

Heikko vuorovaikutus

Tämä vuorovaikutus on heikoin perusvuorovaikutuksista, joita on kokeellisesti havaittu alkuainehiukkasten hajoamisissa, joissa kvanttivaikutukset ovat perustavanlaatuisesti merkittäviä. Muista, että gravitaatiovuorovaikutuksen kvanttimuotoja ei ole koskaan havaittu. Heikko vuorovaikutus erotetaan seuraavalla säännöllä: jos vuorovaikutusprosessiin osallistuu alkeishiukkanen nimeltä neutrino (tai antineutrino), tämä vuorovaikutus on heikko.

Heikko vuorovaikutus on paljon voimakkaampi kuin gravitaatio.

Heikko vuorovaikutus, toisin kuin gravitaatio, on lyhyen kantaman. Tämä tarkoittaa, että hiukkasten välinen heikko vuorovaikutus tulee voimaan vain, jos hiukkaset ovat riittävän lähellä toisiaan. Jos hiukkasten välinen etäisyys ylittää tietyn arvon, jota kutsutaan vuorovaikutussäteeksi, heikko vuorovaikutus ei ilmene. Kokeellisesti on todettu, että luokkaa 10-15 cm olevan heikon vuorovaikutuksen ominaissäde eli heikko vuorovaikutus keskittyy atomiytimen kokoa pienemmille etäisyyksille.

Miksi heikosta vuorovaikutuksesta voidaan puhua itsenäisenä perustavanlaatuisen vuorovaikutuksen muotona? Vastaus on yksinkertainen. On osoitettu, että on olemassa alkuainehiukkasten muunnosprosesseja, joita ei voida pelkistää gravitaatioon, sähkömagneettiseen ja voimakkaaseen vuorovaikutukseen. Hyvä esimerkki siitä, että ydinilmiöissä on kolme laadullisesti erilaista vuorovaikutusta, liittyy radioaktiivisuuteen. Kokeet osoittavat kolmen erityyppisen radioaktiivisuuden olemassaolon: a-, b- ja g-radioaktiiviset hajoamiset. Tässä tapauksessa a-hajoaminen johtuu voimakkaasta vuorovaikutuksesta, g-hajoaminen - sähkömagneettisesta. Jäljelle jäävää b-hajoamista ei voida selittää sähkömagneettisella ja vahvalla vuorovaikutuksella, ja meidän on pakko hyväksyä, että on olemassa toinen perustavanlaatuinen vuorovaikutus, jota kutsutaan heikoksi. Yleisesti ottaen heikon vuorovaikutuksen käyttöönoton tarve johtuu siitä, että luonnossa tapahtuu prosesseja, joissa sähkömagneettinen ja voimakas hajoaminen on säilymislakien kiellettyä.

Vaikka heikko vuorovaikutus on olennaisesti keskittynyt ytimen sisään, sillä on tiettyjä makroskooppisia ilmenemismuotoja. Kuten olemme jo todenneet, se liittyy b-radioaktiivisuusprosessiin. Lisäksi heikolla vuorovaikutuksella on tärkeä rooli niin sanotuissa lämpöydinreaktioissa, jotka vastaavat tähtien energian vapautumismekanismista.

Heikon vuorovaikutuksen hämmästyttävin ominaisuus on prosessien olemassaolo, joissa peilin epäsymmetria ilmenee. Ensi silmäyksellä näyttää ilmeiseltä, että ero vasemmiston ja oikeiston käsitteiden välillä on mielivaltainen. Itse asiassa painovoiman, sähkömagneettisen ja voimakkaan vuorovaikutuksen prosessit ovat muuttumattomia spatiaalisen inversion suhteen, joka toteuttaa peiliheijastuksen. Tällaisissa prosesseissa sanotaan, että tilapariteetti P säilyy, mutta kokeellisesti on todettu, että heikot prosessit voivat edetä tilapariteetin säilymättä jättämisessä ja siksi näyttävät tuntevan eron vasemman ja oikean välillä. Tällä hetkellä on olemassa vankkaa kokeellista näyttöä siitä, että pariteetin säilymättömyys heikoissa vuorovaikutuksissa on luonteeltaan yleismaailmallista; se ei ilmene vain alkuainehiukkasten hajoamisissa, vaan myös ydin- ja jopa atomiilmiöissä. On tunnustettava, että peilien epäsymmetria on luonnon ominaisuus kaikkein perustavanlaatuisimmalla tasolla.

Kaikki varautuneet kappaleet, kaikki varautuneet alkuainehiukkaset osallistuvat sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen. Tässä mielessä se on varsin universaali. Klassinen sähkömagneettisen vuorovaikutuksen teoria on Maxwellin sähködynamiikka. Elektronin varaus e otetaan kytkentävakioksi.

Jos tarkastellaan kahta lepopistevarausta q1 ja q2, niin niiden sähkömagneettinen vuorovaikutus pienenee tunnetuksi sähköstaattiseksi voimaksi. Tämä tarkoittaa, että vuorovaikutus on pitkän kantaman ja vähenee hitaasti latausten välisen etäisyyden kasvaessa. Varautunut hiukkanen lähettää fotonin, jolloin sen liiketila muuttuu. Toinen hiukkanen absorboi tämän fotonin ja muuttaa myös sen liikkeen tilaa. Tämän seurauksena hiukkaset näyttävät tuntevan toistensa läsnäolon. On hyvin tunnettua, että sähkövaraus on mittasuure. On kätevää ottaa käyttöön sähkömagneettisen vuorovaikutuksen dimensioton kytkentävakio. Tätä varten meidän on käytettävä perusvakioita ja c. Tuloksena saamme seuraavaan dimensioimattomaan kytkentävakioon, jota kutsutaan atomifysiikassa hienorakennevakioksi

On helppo nähdä, että tämä vakio ylittää merkittävästi painovoiman ja heikon vuorovaikutuksen vakiot.

Nykyajan näkökulmasta sähkömagneettinen ja heikko vuorovaikutus ovat yksittäisen sähköheikon vuorovaikutuksen eri puolia. Sähköheikosta vuorovaikutuksesta on luotu yhtenäinen teoria - Weinberg-Salam-Glashow teoria, joka selittää yhtenäisestä asemasta kaikki sähkömagneettisen ja heikon vuorovaikutuksen aspektit. Onko mahdollista ymmärtää laadullisella tasolla, kuinka yhtenäinen vuorovaikutus jakautuu erillisiksi, ikään kuin itsenäisiksi vuorovaikutuksiksi?

Niin kauan kuin ominaisenergiat ovat riittävän pieniä, sähkömagneettinen ja heikko vuorovaikutus ovat erillään eivätkä vaikuta toisiinsa. Energian kasvaessa niiden keskinäinen vaikutus alkaa, ja riittävän suurilla energioilla nämä vuorovaikutukset sulautuvat yhdeksi sähköheikoksi vuorovaikutukseksi. Tunnusomaisen yhdistämisenergian suuruusluokkaa on arvioitu olevan 102 GeV (GeV on lyhenne sanoista gigaelektronivoltti, 1 GeV = 109 eV, 1 eV = 1,6 10-12 erg = 1,6 1019 J). Vertailun vuoksi todetaan, että vetyatomin perustilassa olevan elektronin ominaisenergia on noin 10-8 GeV, atomin ytimen tunnusomainen sitoutumisenergia on noin 10-2 GeV, kiinteän aineen tunnusomainen sitoutumisenergia on noin 10-10 GeV. Siten sähkömagneettisten ja heikkojen vuorovaikutusten yhdistämisen ominaisenergia on valtava verrattuna atomi- ja ydinfysiikan ominaisenergioihin. Tästä syystä sähkömagneettiset ja heikot vuorovaikutukset eivät ilmennä yhteistä olemustaan ​​tavallisissa fysikaalisissa ilmiöissä.

Vahva vuorovaikutus

Vahva vuorovaikutus on vastuussa atomiytimien stabiilisuudesta. Koska useimpien kemiallisten alkuaineiden atomiytimet ovat stabiileja, on selvää, että vuorovaikutuksen, joka estää niitä hajoamasta, on oltava riittävän vahva. On hyvin tunnettua, että ytimet koostuvat protoneista ja neutroneista. Jotta positiivisesti varautuneet protonit eivät hajoaisi eri suuntiin, niiden välillä on oltava houkuttelevia voimia, jotka ylittävät sähköstaattisen hylkimisen voimat. Vahva vuorovaikutus on vastuussa näistä houkuttelevista voimista.

Vahvan vuorovaikutuksen ominaispiirre on sen varausriippumattomuus. Ydinvoimat protonien, neutronien ja protonin ja neutronin välillä ovat olennaisesti samat. Tästä seuraa, että voimakkaan vuorovaikutuksen näkökulmasta protoni ja neutroni ovat erottamattomia ja niille käytetään yhtä termiä nukleoni eli ytimen hiukkanen.

Olemme siis tehneet katsauksen luonnon neljää perusvuorovaikutusta koskeviin perustietoihin. Näiden vuorovaikutusten mikroskooppiset ja makroskooppiset ilmenemismuodot sekä kuva fysikaalisista ilmiöistä, joissa niillä on tärkeä rooli, kuvataan lyhyesti.