جوهر فیزیکی گرانشی الکترومغناطیسی قوی ضعیف است. تعاملات اساسی روندهای ادغام تعاملات

فعل و انفعالات اشیاء مادی و سیستم های مشاهده شده در طبیعت بسیار متنوع است. با این حال، همانطور که مطالعات فیزیکی نشان داده است، همه فعل و انفعالات را می توان به آن نسبت داد چهار نوع تعامل اساسی:

- گرانشی؛

- الکترومغناطیسی؛

- قوی؛

- ضعیف.

فعل و انفعالات گرانشی خود را در جاذبه متقابل هر جسم مادی که جرم دارند نشان می دهد. از طریق میدان گرانشی منتقل می شود و توسط یک قانون اساسی طبیعت تعیین می شود - قانون گرانش جهانی که توسط I. Newton فرموله شده است: بین دو نقطه مادی با جرم m1 و m2 واقع در فاصله. rاز یکدیگر، نیرو عمل می کند اف،نسبت مستقیم با حاصلضرب جرم آنها و نسبت معکوس با مجذور فاصله بین آنها:

F = G؟ (m1m2)/r2. جایی که G-ثابت گرانشی طبق نظریه کوانتومی جی"میدان ها، حامل های تعامل گرانشی گراویتون ها هستند - ذرات با جرم صفر، کوانتوم های میدان گرانشی.

فعل و انفعالات الکترومغناطیسی توسط بارهای الکتریکی ایجاد می شود و از طریق میدان های الکتریکی و مغناطیسی منتقل می شود. یک میدان الکتریکی در حضور بارهای الکتریکی به وجود می آید و یک میدان مغناطیسی در هنگام حرکت آنها رخ می دهد. یک میدان مغناطیسی در حال تغییر یک میدان الکتریکی متناوب ایجاد می کند که به نوبه خود منبع یک میدان مغناطیسی متناوب است.

برهمکنش الکترومغناطیسی توسط قوانین اساسی الکترواستاتیک و الکترودینامیک توصیف می شود: قانون آویز،طبق قانون آمپرو دیگران - و به شکل تعمیم یافته - نظریه الکترومغناطیسی ماکسول،اتصال میدان های الکتریکی و مغناطیسی تولید، تبدیل و کاربرد میدان های الکتریکی و مغناطیسی به عنوان پایه ای برای ایجاد انواع وسایل فنی مدرن عمل می کند.

طبق الکترودینامیک کوانتومی، حامل های برهمکنش الکترومغناطیسی فوتون ها هستند - کوانتوم های میدان الکترومغناطیسی با جرم صفر.

برهمکنش قوی اتصال نوکلئون ها را در هسته تضمین می کند. توسط نیروهای هسته ای که دارای استقلال بار، عملکرد کوتاه برد، اشباع و سایر ویژگی ها هستند تعیین می شود. برهمکنش قوی مسئول پایداری هسته های اتمی است. هر چه برهمکنش نوکلئون ها در یک هسته قوی تر باشد، هسته پایدارتر است. با افزایش تعداد نوکلئون ها در هسته و در نتیجه، اندازه هسته، انرژی اتصال ویژه کاهش می یابد و هسته می تواند تجزیه شود.

فرض بر این است که برهمکنش قوی توسط گلوئون ها منتقل می شود - ذراتی که کوارک هایی را که بخشی از پروتون ها، نوترون ها و ذرات دیگر هستند "چسب" می کنند.

همه ذرات بنیادی به جز فوتون در برهمکنش ضعیف شرکت می کنند. بیشتر فروپاشی ذرات بنیادی، برهمکنش نوترینوها با ماده و سایر فرآیندها را تعیین می کند. برهمکنش ضعیف عمدتاً در فرآیندهای فروپاشی بتا هسته های اتمی ظاهر می شود. حامل های برهمکنش ضعیف، بوزون های میانی یا برداری هستند - ذراتی با جرم تقریباً 100 برابر بیشتر از جرم پروتون ها و نوترون ها.

فصل سوم. نتایج نظری اصلی

3.1. نظریه میدان یکپارچه، نظریه خلاء فیزیکی است.

روش قیاسیساخت نظریه های فیزیکی به نویسنده اجازه می دهد که ابتدا معادلات الکترودینامیک را هندسه کند (حل برنامه حداقل) و سپس زمینه های ماده را هندسه کند و بنابراین برنامه حداکثری انیشتین را برای ایجاد یک نظریه میدان یکپارچه تکمیل کند. با این حال، مشخص شد که تکمیل نهایی برنامه تئوری میدان یکپارچه، ساخت نظریه خلاء فیزیکی بود.

اولین چیزی که باید از یک نظریه میدان یکپارچه بخواهیم این است:

الف) یک رویکرد هندسی به مسئله ترکیب برهمکنش های گرانشی، الکترومغناطیسی، قوی و ضعیف بر اساس راه حل های دقیق معادلات (معادلات خلاء).

ب) پیش بینی انواع جدیدی از تعاملات.

ج) یکسان سازی نظریه نسبیت و نظریه کوانتومی، یعنی. ساخت یک نظریه کوانتومی کامل (مطابق با نظر انیشتین)؛

اجازه دهید به طور خلاصه نشان دهیم که چگونه تئوری خلاء فیزیکی این الزامات را برآورده می کند.

3.2. یکسان سازی برهمکنش های الکترو گرانشی.

بیایید بگوییم که ما نیاز به ایجاد یک نظریه فیزیکی داریم که چنین ذره بنیادی را به عنوان یک پروتون توصیف کند. این ذره دارای جرم، بار الکتریکی، بار هسته ای، اسپین و سایر مشخصات فیزیکی است. این بدان معنی است که پروتون دارای یک برهم کنش است و برای توصیف نظری خود نیاز به برهم کنش ها دارد.

فیزیکدانان با برهم‌آمیزی برهم‌کنش‌ها، اتحاد برهم‌کنش‌های گرانشی، الکترومغناطیسی، قوی و ضعیف را درک می‌کنند. در حال حاضر، این کار بر اساس یک رویکرد استقرایی انجام می شود، زمانی که نظریه با توصیف ساخته می شود تعداد زیادیداده های تجربی با وجود هزینه های قابل توجه منابع مادی و ذهنی، راه حل این مشکل هنوز کامل نشده است. از دیدگاه A. Einstein، رویکرد استقرایی برای ساخت نظریه‌های پیچیده فیزیکی بیهوده است، زیرا چنین نظریه‌هایی «بی‌معنا» هستند و حجم عظیمی از داده‌های تجربی متفاوت را توصیف می‌کنند.

علاوه بر این، نظریه هایی مانند الکترودینامیک ماکسول-دیراک یا نظریه گرانش انیشتین به کلاس نظریه های بنیادی تعلق دارند. حل معادلات میدان این نظریه ها منجر به پتانسیل اساسی شکل کولن-نیوتنی می شود:

در منطقه‌ای که نظریه‌های بنیادی فوق معتبر هستند، پتانسیل‌های کولن و نیوتن کاملاً دقیق پدیده‌های الکترومغناطیسی و گرانشی را توصیف می‌کنند. بر خلاف نظریه الکترومغناطیس و گرانش، برهمکنش های قوی و ضعیف بر اساس نظریه های پدیدارشناسی توصیف می شوند. در چنین نظریه‌هایی، پتانسیل‌های تعامل از راه‌حل‌های معادلات یافت نمی‌شوند، بلکه توسط پدیدآورندگان آن‌ها، به قول خودشان، «با دست» معرفی می‌شوند. به عنوان مثال، برای توصیف برهمکنش هسته‌ای پروتون‌ها یا نوترون‌ها با هسته‌های عناصر مختلف (آهن، مس، طلا و غیره) در ادبیات علمی مدرن حدود ده‌ها پتانسیل هسته‌ای دست‌نوشته وجود دارد.

هر محقق با عقل سلیم می فهمد که ترکیب یک نظریه بنیادی با یک نظریه پدیدارشناسانه مانند عبور از گاو با موتور سیکلت است! بنابراین، قبل از هر چیز، لازم است یک نظریه بنیادی از تعاملات قوی و ضعیف ساخته شود و تنها پس از آن است که می توان به طور غیر رسمی آنها را متحد کرد.

اما حتی در موردی که ما دو نظریه اساسی داریم، مثلاً الکترودینامیک کلاسیک ماکسول-لورنتس و نظریه گرانش اینشتین، یکسان سازی غیررسمی آنها غیرممکن است. در واقع، نظریه ماکسول-لورنتز میدان الکترومغناطیسی را در پس زمینه فضای مسطح در نظر می گیرد، در حالی که در نظریه انیشتین، میدان گرانشی ماهیتی هندسی دارد و به عنوان انحنای فضا در نظر گرفته می شود. برای ترکیب این دو نظریه لازم است: یا هر دو میدان را در پس زمینه فضای مسطح در نظر بگیریم (مانند میدان الکترومغناطیسی در الکترودینامیک ماکسول-لورنتس)، یا هر دو میدان را به انحنای فضا تقلیل دهیم (مانند گرانشی). میدان در نظریه گرانش اینشتین).

از معادلات خلاء فیزیکی، معادلات کاملاً هندسی انیشتین (B.1) را دنبال می‌کنند، که به طور رسمی فعل و انفعالات گرانشی و الکترومغناطیسی را ترکیب نمی‌کنند، زیرا در این معادلات هر دو میدان گرانشی و الکترومغناطیسی هندسی شده‌اند. حل دقیق این معادلات منجر به یک پتانسیل الکترو گرانشی یکپارچه می شود که برهمکنش های الکترو گرانشی یکپارچه را به روشی غیر رسمی توصیف می کند.

راه حلی که یک تحریک خلاء متقارن کروی با جرم را توصیف می کند مو شارژ کنید Ze(یعنی ذره ای با این ویژگی ها) دارای دو ثابت است: شعاع گرانشی آن r gو شعاع الکترومغناطیسی r e. این شعاع ها پیچش ریچی و انحنای ریمان ایجاد شده توسط جرم و بار ذره را تعیین می کنند. اگر جرم و بار صفر شوند (ذره به خلاء می رود)، هر دو شعاع ناپدید می شوند. در این حالت، پیچش و انحنای فضای وایزنبک نیز از بین می‌رود، یعنی. فضای رویدادها مسطح می شود (خلاء مطلق).

گرانشی r gو الکترومغناطیسی r eشعاع ها کره های سه بعدی را تشکیل می دهند که میدان های گرانشی و الکترومغناطیسی ذرات از آنها شروع می شود. شکل را ببینید 24). برای همه ذرات بنیادی، شعاع الکترومغناطیسی بسیار بیشتر از شعاع گرانشی است. مثلاً برای یک الکترون r g= 9.84xl0 -56 و r e= 5.6x10 -13 سانتی متر. اگرچه این شعاع ها دارای مقدار محدودی هستند، چگالی ماده گرانشی و الکترومغناطیسی ذره (این از حل دقیق معادلات خلاء به دست می آید) در یک نقطه متمرکز است. بنابراین، در بیشتر آزمایشات، الکترون مانند یک ذره نقطه ای رفتار می کند.

برنج. 24.یک ذره کروی متقارن با جرم و بار ناشی از خلاء از دو کره با شعاع تشکیل شده است. r g و r e. نامه ها جیو Eبه ترتیب میدان های گرانشی ساکن و الکترومغناطیسی را نشان می دهند.

3.3. یکسان سازی برهمکنش های گرانشی، الکترومغناطیسی و قوی.

دستاورد بزرگ تئوری خلاء فیزیکی مجموعه کاملی از پتانسیل‌های برهمکنش جدید است که از حل معادلات خلاء (A) و (B) به دست می‌آید. این پتانسیل ها به عنوان مکمل برهمکنش کولن-نیوتنی ظاهر می شوند. یکی از این پتانسیل ها با فاصله بیشتر از 1/r کاهش می یابد، یعنی. نیروهای تولید شده توسط آن (مانند نیروهای هسته ای) در فواصل کوتاه عمل می کنند. علاوه بر این، این پتانسیل غیر صفر است، حتی زمانی که بار ذره صفر باشد ( برنج. 25). ویژگی مشابه استقلال بار نیروهای هسته ای به صورت تجربی مدت ها پیش کشف شد.

برنج. 25. انرژی بالقوه برهمکنش هسته ای از حل معادلات خلاء پیدا شده است. رابطه بین شعاع هسته ای و الکترومغناطیسی r N = | r e|/2,8.

برنج. 26. محاسبات نظری به دست آمده از حل معادلات خلاء (منحنی جامد) با آزمایشات بر روی برهمکنش الکتروهسته ای پروتون ها و هسته های مس کاملاً تأیید شده است.

بر برنج. 25انرژی پتانسیل برهمکنش یک نوترون (بار نوترون صفر است) و یک پروتون با یک هسته ارائه شده است. برای مقایسه، انرژی پتانسیل کولن دافعه بین پروتون و هسته داده شده است. شکل نشان می دهد که در فواصل کوچک از هسته، دافعه کولن با جاذبه هسته ای جایگزین می شود که با یک ثابت جدید توصیف می شود. r N- شعاع هسته ای از داده های تجربی می توان مشخص کرد که مقدار این ثابت حدود 10-14 سانتی متر است. بر این اساس، نیروهای ایجاد شده توسط ثابت جدید و پتانسیل جدید در فواصل شروع به عمل می کنند. r من) از مرکز هسته. در این فواصل است که نیروهای هسته ای شروع به عمل می کنند.

r من = (100 - 200)r N= 10-12 سانتی متر.

بر برنج. 25شعاع هسته ای توسط رابطه تعیین می شود r N = |r e|/2.8 که در آن مقدار ماژول شعاع الکترومغناطیسی محاسبه شده برای فرآیند برهمکنش بین یک پروتون و یک هسته مس برابر است با: | r e| = 8.9x10 -15 سانتی متر.

در برنج. 26یک منحنی تجربی که پراکندگی پروتون‌ها با انرژی 17 مگا الکترون ولت را بر روی هسته‌های مس توصیف می‌کند، ارائه شده است. خط ثابت در همین شکل نشان دهنده منحنی نظری به دست آمده بر اساس حل معادلات خلاء است. توافق خوب بین منحنی ها نشان می دهد که پتانسیل اندرکنش کوتاه برد با شعاع هسته ای که از حل معادلات خلاء پیدا شده است. r N= 10-15 سانتی متر. در اینجا چیزی در مورد فعل و انفعالات گرانشی گفته نشد، زیرا برای ذرات بنیادی آنها بسیار ضعیف تر از ذرات هسته ای و الکترومغناطیسی هستند.

مزیت رویکرد خلاء در توصیف یکپارچه برهمکنش‌های گرانشی، الکترومغناطیسی و هسته‌ای نسبت به مواردی که در حال حاضر پذیرفته شده‌اند این است که رویکرد ما اساسی است و نیازی به معرفی پتانسیل‌های هسته‌ای «به‌صورت دستی» ندارد.

3.4. رابطه بین اندرکنش های ضعیف و پیچشی.

فعل و انفعالات ضعیف معمولاً به معنای فرآیندهایی است که یکی از مرموزترین ذرات بنیادی - نوترینوها را شامل می شود. نوترینوها جرم یا بار ندارند، بلکه فقط چرخش دارند - چرخش خودشان. این ذره غیر از چرخش چیزی را تحمل نمی کند. بنابراین، یک نوترینو یکی از انواع میدان پیچشی پویا در شکل خالص آن است.

ساده‌ترین فرآیندهایی که در آن برهمکنش‌های ضعیف آشکار می‌شوند، فروپاشی یک نوترون است (نوترون ناپایدار است و میانگین عمر آن 12 دقیقه است) طبق این طرح:

n® p + + e - + v

جایی که p+- پروتون، الکترونیکی- الکترون، v- ضد نوترینو علم مدرنبر این باور است که الکترون و پروتون طبق قانون کولن به صورت ذرات با بارهای مخالف با یکدیگر برهم کنش می کنند. آنها نمی توانند یک ذره خنثی با عمر طولانی تشکیل دهند - یک نوترون با ابعاد 10-13 سانتی متر، زیرا الکترون، تحت تأثیر گرانش، باید فوراً "روی پروتون" بیفتد. علاوه بر این، حتی اگر بتوان فرض کرد که نوترون از ذرات باردار مخالف تشکیل شده است، در طی فروپاشی آن، تابش الکترومغناطیسی باید مشاهده شود، که منجر به نقض قانون بقای چرخش می شود. واقعیت این است که نوترون، پروتون و الکترون هر کدام دارای اسپین 1/2 + یا 1/2- هستند.

فرض کنید که اسپین اولیه نوترون 1/2- باشد. سپس اسپین کل الکترون، پروتون و فوتون نیز باید برابر 1/2- باشد. اما اسپین کل یک الکترون و یک پروتون می تواند مقادیر -1، 0، +1 و یک فوتون می تواند دارای اسپین 1- یا +1 باشد. در نتیجه، اسپین سیستم الکترون-پروتون-فوتون می تواند مقادیر 0، 1، 2 را بگیرد، اما نه -1/2.

حل معادلات خلاء برای ذرات دارای اسپین نشان داد که برای آنها یک ثابت جدید وجود دارد. r s- شعاع اسپین، که میدان پیچشی یک ذره در حال چرخش را توصیف می کند. این میدان برهمکنش‌های پیچشی را در فواصل کوتاه ایجاد می‌کند و امکان رویکرد جدیدی را به مسئله تشکیل نوترون از پروتون، الکترون و پادنوترینو می‌دهد.

بر برنج. 27نمودارهای کیفی انرژی پتانسیل برهمکنش یک پروتون با یک اسپین با یک الکترون و یک پوزیترون، به دست آمده از حل معادلات خلاء، ارائه شده است. نمودار نشان می دهد که در فاصله حدود

r s = |r e|/3 = 1.9x10 -13 سانتی متر.

از مرکز پروتون یک "چاه پیچشی" وجود دارد که یک الکترون زمانی که همراه با یک پروتون، یک نوترون را تشکیل می دهد می تواند برای مدت طولانی در آن باقی بماند. یک الکترون نمی تواند روی پروتون در حال چرخش بیفتد، زیرا نیروی دافعه پیچشی در فواصل کوتاه از نیروی جاذبه کولن بیشتر است. از سوی دیگر، افزودن پیچش به انرژی پتانسیل کولن دارای تقارن محوری است و به شدت به جهت اسپین پروتون بستگی دارد. این جهت توسط زاویه داده می شود qبین جهت اسپین پروتون و بردار شعاع کشیده شده به نقطه مشاهده،

ها برنج. 27جهت اسپین پروتون طوری انتخاب می شود که زاویه qبرابر با صفر در زاویه q= 90 درجه جمع پیچش صفر می شود و در صفحه ای عمود بر جهت اسپین پروتون، الکترون و پروتون بر اساس قانون کولن برهم کنش می کنند.

وجود یک میدان پیچشی در نزدیکی یک پروتون در حال چرخش و یک چاه پیچشی در طی برهمکنش پروتون و یک الکترون نشان می‌دهد که وقتی یک نوترون به یک پروتون و یک الکترون "تجزیه" می‌شود، یک میدان پیچشی ساطع می‌شود که بار ندارد و جرم و انتقال فقط چرخش. این دقیقاً خاصیتی است که پادنوترینوها (یا نوترینوها) دارند.

از تجزیه و تحلیل انرژی پتانسیل نشان داده شده در برنج. 27، نتیجه می شود که وقتی هیچ برهمکنش الکترومغناطیسی در آن وجود ندارد ( r e= 0) و فقط اندرکنش پیچشی باقی می ماند ( r sشماره 0)، سپس انرژی پتانسیل صفر می شود. این بدان معناست که تشعشعات پیچشی آزاد، که فقط اسپین را حمل می کنند، با ماده معمولی برهمکنش ندارند (یا برهمکنش ضعیفی دارند). این، ظاهراً، توانایی نفوذ بالای مشاهده شده تشعشعات پیچشی - نوترینوها را توضیح می دهد.

برنج. 27. انرژی پتانسیل برهمکنش یک پروتون در حال چرخش، به دست آمده از حل معادلات خلاء: الف) - الکترون با پروتون در | r e |/ r s، ب) - با پوزیترون یکسان است.

هنگامی که یک الکترون در یک "چاه پیچشی" نزدیک یک پروتون قرار دارد، انرژی آن منفی است. برای اینکه یک نوترون به یک پروتون و یک الکترون تجزیه شود، لازم است که نوترون انرژی پیچشی مثبت را جذب کند، یعنی. نوترینو طبق این طرح:

v+n® p + + e -

این طرح کاملاً مشابه فرآیند یونیزاسیون یک اتم تحت تأثیر یک خارجی است تابش الکترومغناطیسی g

g + a ® a + + e -

جایی که a+- اتم یونیزه و الکترونیکی- الکترون تفاوت این است که الکترون موجود در اتم در چاه کولن است و الکترون موجود در نوترون توسط پتانسیل پیچشی نگه داشته می شود.

بنابراین، در تئوری خلاء ارتباط عمیقی بین میدان پیچشی و اندرکنش های ضعیف وجود دارد.

3.5. بحران در فیزیک اسپین و راه ممکن برای خروج از آن.

نظریه مدرنذرات بنیادی متعلق به کلاس ذرات القایی هستند. این بر اساس داده های تجربی به دست آمده با استفاده از شتاب دهنده ها است. نظریه های استقرایی ماهیت توصیفی دارند و باید هر بار که داده های جدید در دسترس قرار می گیرند، تنظیم شوند.

حدود 40 سال پیش، آزمایش‌هایی در دانشگاه روچستر در مورد پراکندگی پروتون‌های قطبی شده اسپین روی اهداف قطبی شده متشکل از پروتون آغاز شد. پس از آن، کل این جهت در نظریه ذرات بنیادی نامیده شد فیزیک چرخشی

برنج. 28. داده های تجربی در مورد برهم کنش پیچشی نوکلئون های قطبی شده بسته به جهت گیری متقابل اسپین های آنها. فلش های افقی جهت و بزرگی (ضخامت پیکان) اندرکنش پیچشی را نشان می دهد. فلش عمودی جهت حرکت مداری ذره پراکنده را نشان می دهد.

نتیجه اصلی به‌دست‌آمده توسط فیزیک اسپین این است که در طول فعل و انفعالات در فواصل کوچک (حدود 10-12 سانتی‌متر)، اسپین ذرات شروع به ایفای نقش مهمی می‌کند. مشخص شد که فعل و انفعالات پیچشی (یا اسپین-اسپین) میزان و ماهیت نیروهایی را که بین ذرات قطبی شده اعمال می‌کنند، تعیین می‌کند. برنج. 28).

برنج. 29. انرژی فوق پتانسیل حاصل از حل معادلات خلاء. وابستگی به جهت اسپین هدف نشان داده شده است: الف) - برهمکنش پروتون ها و یک هسته قطبی شده در r e/r N = -2، r N/r s= 1.5; ب) - همینطور برای نوترون ها در r e/r N = 0, r N/r s= 1.5. گوشه qاز اسپین هسته تا بردار شعاع کشیده شده به نقطه مشاهده اندازه گیری می شود.

ماهیت برهمکنش‌های پیچشی نوکلئون‌های کشف‌شده در این آزمایش به قدری پیچیده بود که اصلاحات انجام شده در نظریه، این نظریه را بی‌معنا کرد. این به جایی رسیده است که نظریه پردازان ایده ای برای توصیف داده های تجربی جدید ندارند. این «بحران ذهنی» این نظریه با این واقعیت تشدید می‌شود که هزینه آزمایش در فیزیک اسپین با پیچیده‌تر شدن آن در حال افزایش است و اکنون به هزینه یک شتاب‌دهنده نزدیک شده است، که منجر به بحران مادی شده است. پیامد این وضعیت، مسدود شدن بودجه ساخت شتاب دهنده های جدید در برخی کشورها بود.

تنها یک راه می تواند از وضعیت بحرانی فعلی وجود داشته باشد - در ساخت یک نظریه قیاسی ذرات بنیادی. این دقیقاً فرصتی است که نظریه خلاء فیزیکی در اختیار ما قرار می دهد. حل معادلات آن منجر به یک پتانسیل تعامل - یک ابر پتانسیل، که شامل:

r g- شعاع گرانشی،

r e- شعاع الکترومغناطیسی

r N- شعاع هسته ای و

r s- شعاع چرخش،

مسئول گرانش ( r g، الکترومغناطیسی ( r e)، اتمی ( r N) و پیچش اسپین ( r s) فعل و انفعالات.

بر برنج. 29نمودارهای کیفی انرژی ابرپتانسیل به دست آمده از حل معادلات خلاء ارائه شده است.

نمودار وابستگی شدید برهمکنش ذرات به جهت اسپین ها را نشان می دهد که در آزمایش های فیزیک اسپین مشاهده می شود. البته پاسخ نهایی زمانی داده خواهد شد که تحقیقات کامل بر اساس حل معادلات خلاء انجام شود.

3.6. میدان الکترومغناطیسی اسکالر و انتقال انرژی الکترومغناطیسی روی یک سیم واحد.

معادلات خلاء، همانطور که مناسب معادلات نظریه میدان یکپارچه است، در موارد خاص مختلف به معادلات فیزیکی شناخته شده تبدیل می شوند. اگر خودمان را به در نظر گرفتن میدان های الکترومغناطیسی ضعیف و حرکت بارها با سرعت های نه چندان زیاد محدود کنیم، آنگاه معادلات مشابه معادلات الکترودینامیک ماکسول از معادله خلاء (B.1) به دست می آید. زیر زمینه های ضعیف در در این موردبه عنوان میدان های الکترومغناطیسی درک می شوند که قدرت آنها نابرابری E, H را برآورده می کند<< 10 -16 ед. СГСЕ. Такие слабые электромагнитные поля встречаются на расстояниях порядка r >10-13 سانتی متر از ذرات بنیادی، یعنی. در فواصل که اثر فعل و انفعالات هسته ای و ضعیف ناچیز می شود. می توان در نظر گرفت که در ما زندگی روزمرهما همیشه با میدان های الکترومغناطیسی ضعیف سر و کار داریم. از طرفی حرکت ذرات با سرعت نه چندان زیاد به این معنی است که انرژی ذرات باردار زیاد نیست و به دلیل کمبود انرژی، مثلاً وارد واکنش های هسته ای نمی شوند.

اگر خودمان را محدود به زمانی کنیم که بارهای ذرات ثابت باشند ( e = constسپس میدان های الکترومغناطیسی ضعیف در تئوری خلاء با یک پتانسیل برداری (همانطور که در الکترودینامیک ماکسول) توصیف می شود، از طریق آن شش جزء مستقل از میدان الکترومغناطیسی تعیین می شود: سه جزء. میدان الکتریکی E و سه جزء میدان مغناطیسی H.

در حالت کلی، پتانسیل میدان الکترومغناطیسی در الکترودینامیک خلاء یک تانسور متقارن رتبه دوم است که باعث ایجاد اجزای اضافی از میدان الکترومغناطیسی می شود. حل دقیق معادلات الکترودینامیک خلاء برای بارهایی که برای آنها e No، وجود یک میدان الکترومغناطیسی اسکالر جدید به شکل زیر را پیش بینی می کند:

S = - de(t) / rc dt

جایی که r- فاصله از شارژ تا نقطه مشاهده، با- سرعت نور، e(t)- شارژ متغیر

در الکترودینامیک معمولی، به دلیل اینکه پتانسیل موجود در آن یک برداری است، چنین میدان اسکالر وجود ندارد. اگر یک ذره باردار هبا سرعت حرکت می کند Vو در یک میدان الکترومغناطیسی اسکالر می افتد اس، سپس نیرویی بر آن وارد می شود اف اس:

F S = eSV = - e V

از آنجایی که حرکت بارها نشان دهنده یک جریان الکتریکی است، این بدان معنی است که میدان اسکالر و نیروی تولید شده توسط این میدان باید خود را در آزمایشات با جریان نشان دهد.

فرمول های فوق با این فرض به دست آمدند که بارهای ذرات با زمان تغییر می کنند و به نظر می رسد هیچ ارتباطی با پدیده های واقعی ندارند، زیرا بارهای ذرات بنیادی ثابت هستند. با این حال، این فرمول ها برای سیستمی که از تعداد زیادی بار ثابت تشکیل شده است، زمانی که تعداد این شارژها در طول زمان تغییر می کند، کاملاً قابل اجرا هستند. آزمایش هایی از این دست توسط نیکولا تسلا در آغاز قرن بیستم انجام شد. برای مطالعه سیستم های الکترودینامیکی با بار متغیر، تسلا از یک کره باردار استفاده کرد (شکل 2 را ببینید). شکل 29 الف). هنگامی که کره به زمین تخلیه شد، یک میدان اسکالر S در اطراف کره به وجود آمد. علاوه بر این، جریانی از طریق یک هادی عبور کرد که از قوانین کیرشهوف تبعیت نکرد، زیرا مدار باز بود. در همان زمان نیرویی به هادی وارد شد اف اس، در امتداد هادی هدایت می شود (بر خلاف نیروهای مغناطیسی معمولی که عمود بر جریان عمل می کنند).

وجود نیروهای وارد بر هادی حامل جریان و هدایت شده در امتداد هادی توسط A.M. آمپر متعاقباً، نیروهای طولی به طور تجربی در آزمایش‌های بسیاری از محققین، یعنی در آزمایش‌های R. Sigalov، G. Nikolaev و دیگران تأیید شد، علاوه بر این، در آثار G. Nikolaev، ارتباط بین میدان الکترومغناطیسی اسکالر و عمل وجود دارد. نیروهای طولی برای اولین بار ایجاد شد. با این حال، G. Nikolaev هرگز یک میدان اسکالر را با یک بار متغیر مرتبط نکرد.

برنج. 29 a. در الکترودینامیک بار متغیر، جریان از یک سیم عبور می کند.

انتقال تک سیم انرژی الکتریکی خود را دریافت کرده است پیشرفتهای بعدیدر آثار S.V. آورامنکو. به جای یک کره باردار، S.V. Avramenko استفاده از ترانسفورماتور تسلا را پیشنهاد کرد که در آن سیم پیچ ثانویه در خروجی ترانسفورماتور تنها یک سر دارد. انتهای دوم به سادگی عایق شده و در داخل ترانسفورماتور باقی می ماند. اگر یک ولتاژ متناوب با فرکانس چند صد هرتز به سیم پیچ اولیه اعمال شود، یک بار متناوب روی سیم پیچ ثانویه ظاهر می شود که یک میدان اسکالر و نیروی طولی ایجاد می کند. اف اس. S.V. Avramenko یک دستگاه خاص را روی یک سیم که از ترانسفورماتور خارج می شود قرار می دهد - یک دوشاخه Avramenko که از یک سیم دو می سازد. اگر اکنون یک بار معمولی به شکل یک لامپ یا یک موتور الکتریکی را به دو سیم وصل کنید، لامپ روشن می شود و موتور به دلیل برقی که از طریق یک سیم منتقل می شود شروع به چرخش می کند. یک نصب مشابه، انتقال 1 کیلووات برق از طریق یک سیم، توسعه یافته و در موسسه تحقیقات الکتریسیته تمام روسیه به ثبت رسیده است. کشاورزی. همچنین در آنجا کار برای ایجاد یک خط تک سیم با ظرفیت 5 کیلو وات یا بیشتر در حال انجام است.

3.7. تابش پیچشی در الکترودینامیک

قبلاً متذکر شدیم که نوترینو یک تشعشع پیچشی است که همانطور که از حل معادلات خلاء به دست می آید، خروج الکترون از چاه پیچشی را در حین واپاشی یک نوترون همراهی می کند. در این رابطه، بلافاصله این سؤال مطرح می شود: آیا تابش پیچشی در طول حرکت شتابان یک الکترون که توسط اسپین خود ایجاد می شود وجود ندارد؟

نظریه خلاء به این سوال پاسخ مثبت می دهد. واقعیت این است که میدان ساطع شده توسط یک الکترون شتابدار با توجه به زمان به مشتق سوم مختصات مربوط می شود. تئوری خلاء این امکان را فراهم می کند که چرخش خود الکترون - اسپین آن - را در معادلات حرکت کلاسیک در نظر بگیریم و نشان دهیم که میدان تابشی از سه بخش تشکیل شده است:

E rad = E e + T et + T t

بخش اول انتشار الکترون E eتولید شده توسط بار الکترون، به عنوان مثال. ماهیت کاملاً الکترومغناطیسی دارد. این بخش توسط فیزیک مدرن به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است. بخش دوم T etدارای طبیعت الکتروپیچشی مخلوط است، زیرا هم توسط بار الکترون و هم توسط اسپین آن ایجاد می شود. در نهایت قسمت سوم تابش تی تیفقط توسط اسپین الکترون ایجاد می شود. در مورد دومی، می توان گفت که یک الکترون در حین حرکت شتاب دار، اما با انرژی بسیار کم، نوترینو از خود ساطع می کند!

چندین سال پیش، دستگاه‌هایی در روسیه ساخته و ثبت شد که پیش‌بینی‌های نظری نظریه خلاء را در مورد وجود تشعشعات پیچشی در الکترودینامیک تولید شده توسط اسپین الکترون تأیید می‌کرد. این دستگاه ها نامیده شدند ژنراتورهای پیچشی.

برنج. سینمودار شماتیک ژنراتور پیچشی آکیموف.

بر برنج. سییک نمودار شماتیک از ژنراتور پیچشی ثبت شده آکیموف را نشان می دهد. از یک خازن استوانه ای 3 تشکیل شده است که صفحه داخلی آن با ولتاژ منفی تغذیه می شود و صفحه بیرونی با ولتاژ مثبت از منبع ولتاژ ثابت 2 تغذیه می شود. داخل خازن استوانه ای یک آهنربا قرار می گیرد که یک منبع است. نه تنها یک میدان مغناطیسی ساکن، بلکه یک میدان پیچشی ساکن. این میدان (و همچنین میدان مغناطیسی) توسط اسپین کل الکترون ها ایجاد می شود. علاوه بر این، قطبش خلاء اسپین خالص (نوترینوی استاتیک) بین صفحات خازن که توسط اختلاف پتانسیل ایجاد می شود، رخ می دهد. برای ایجاد تابش پیچشی با فرکانس معین، یک میدان الکترومغناطیسی متناوب (سیگنال کنترل) 1 روی صفحات خازن اعمال می شود.

برنج. 31. ژنراتور پیچشی آکیموف.

تحت تأثیر یک میدان الکترومغناطیسی متناوب 1 با فرکانس معین، جهت اسپین ها (با همان فرکانس) الکترون های داخل آهنربا و اسپین های قطبی شده بین صفحات خازن تغییر می کند. نتیجه تابش پیچشی پویا با قابلیت نفوذ بالا است.

بر برنج. 31ساختار داخلی ژنراتور Akimov ارائه شده است. از نقطه نظر الکترومغناطیس، طراحی یک ژنراتور پیچشی متناقض به نظر می رسد، زیرا پایه عنصری آن بر اساس اصول کاملا متفاوت ساخته شده است. به عنوان مثال، یک سیگنال پیچشی می تواند در امتداد یک سیم فلزی منفرد منتقل شود.

ژنراتورهای پیچشی از نوع نشان داده شده در برنج. 31به طور گسترده در روسیه در آزمایش ها و حتی فناوری های مختلف استفاده می شود که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت.

3.8. نظریه کوانتومی که اینشتین رویای آن را در سر می پروراند پیدا شد.

نظریه کوانتومی مدرن ماده نیز به کلاس استقرایی تعلق دارد. مطابق با برنده جایزه نوبل، خالق نظریه کوارک ها M.Gell-Mann، نظریه کوانتومی علمی است که ما می دانیم چگونه از آن استفاده کنیم، اما به طور کامل آن را درک نمی کنیم. A. Einstein نیز نظر مشابهی داشت و معتقد بود که ناقص است. به گفته A. Einstein، "نظریه کوانتومی کامل" در مسیر بهبود یافت می شود. نظریه عمومینسبیت، یعنی در راه ساختن نظریه قیاسی دقیقاً این نظریه کوانتومی است که از معادلات خلاء فیزیکی ناشی می شود.

تفاوت های اصلی بین نظریه کوانتومی و نظریه کلاسیک این است که:

الف) این نظریه حاوی یک ثابت جدید h - ثابت پلانک است.

ب) حالات ساکن و ماهیت کوانتومی حرکت ذرات وجود دارد.

ج) برای توصیف پدیده های کوانتومی، از یک کمیت فیزیکی جهانی استفاده می شود - یک تابع موج پیچیده که معادله شرودینگر را برآورده می کند و یک تفسیر احتمالی دارد.

د) دوگانگی موج-ذره و قیاس نوری-مکانیکی وجود دارد.

ه) رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ برآورده شده است.

و) فضای حالت هیلبرت بوجود می آید.

همه این ویژگی ها (به جز مقدار خاص ثابت پلانک) در نظریه خلاء فیزیکی ظاهر می شودهنگام مطالعه مسئله حرکت ماده در معادلات کاملاً هندسی اینشتین (B.1).

حل معادلات (B.1)، که یک ذره جرمی متقارن کروی پایدار (باردار یا بدون بار) را توصیف می کند، به طور همزمان به دو ایده در مورد چگالی توزیع ماده آن منجر می شود:

الف) به عنوان چگالی ماده یک ذره نقطه ای و

ب) به عنوان یک درهم تنیده میدانی که توسط یک میدان پیچشی پیچیده (میدان اینرسی) تشکیل شده است.

دوگانه انگاری میدان-ذره، که در نظریه خلاء به وجود می آید، کاملاً مشابه دوآلیسم نظریه کوانتومی مدرن است. با این حال، در تفسیر فیزیکی تابع موج در تئوری خلاء تفاوت وجود دارد. اولاً، معادله شرودینگر را فقط در یک تقریب خطی و با یک ثابت کوانتومی دلخواه (آنالوگ تعمیم یافته ثابت پلانک) برآورده می کند. ثانیاً، در نظریه خلاء، تابع موج از طریق یک میدان فیزیکی واقعی - میدان اینرسی تعیین می شود، اما، با نرمال شدن به وحدت، تفسیر احتمالی مشابه تابع موج نظریه کوانتومی مدرن دریافت می کند.

حالت های ساکنذرات در تئوری خلاء نتیجه یک تفسیر گسترده از اصل اینرسی هنگام استفاده از چارچوب های مرجع اینرسی محلی هستند. همانطور که قبلا ذکر شد (نگاه کنید به برنج. 6در الکترودینامیک نسبیتی کلی، یک الکترون در یک اتم می تواند با شتاب در میدان کولن هسته حرکت کند، اما بدون تابش، اگر چارچوب مرجع مرتبط با آن به صورت محلی اینرسی باشد.

کوانتیزاسیونحالات ساکن در تئوری خلاء با این واقعیت توضیح داده می شود که در آن ذره یک سازند میدانی صرف است که در فضا گسترش یافته است. هنگامی که یک میدان، جسم گسترش یافته در یک فضای محدود قرار می گیرد، ویژگی های فیزیکی آن مانند انرژی، تکانه و غیره مقادیر گسسته ای به خود می گیرد. اگر ذره آزاد باشد، طیف خصوصیات فیزیکی آن پیوسته می شود.

مشکلات اصلی نظریه کوانتومی مدرن ناشی از درک نادرست از ماهیت فیزیکی تابع موج و تلاش برای نشان دادن یک جسم گسترده به عنوان یک نقطه یا به عنوان یک موج صفحه است. یک نقطه در تئوری میدان کلاسیک، یک ذره آزمایشی را توصیف می کند که میدان خاص خود را ندارد. بنابراین، نظریه کوانتومی که از نظریه خلاء ناشی می شود، باید به عنوان راهی برای توصیف حرکت یک ذره با در نظر گرفتن میدان خودش در نظر گرفته شود. در نظریه کوانتومی قدیمی نمی‌توان این کار را انجام داد، به این دلیل ساده که چگالی ماده یک ذره و چگالی میدان ایجاد شده توسط آن ماهیت متفاوتی دارند. هیچ مشخصه فیزیکی جهانی برای توصیف یکنواخت هر دو چگالی وجود نداشت. اکنون چنین ویژگی فیزیکی به شکل میدان اینرسی - میدان پیچشی ظاهر شده است که به نظر می رسد واقعاً جهانی است ، زیرا همه انواع ماده در معرض پدیده اینرسی هستند.

بر برنج. 32نشان داده شده است که چگونه میدان اینرسی چگالی ماده یک ذره را با در نظر گرفتن میدان خودش تعیین می کند.

برنج. 32. وکیوم مکانیک کوانتومیمفهوم ذره آزمایشی را رها می کند و ذره را با در نظر گرفتن میدان خودش و با استفاده از میدان فیزیکی جهانی - میدان اینرسی توصیف می کند.

در مورد مقدار خاص ثابت پلانک، ظاهراً باید آن را به عنوان یک واقعیت تجربی مشخص کننده ابعاد هندسی اتم هیدروژن در نظر گرفت.

جالب بود که نظریه کوانتومی خلاء همچنین امکان تفسیر احتمالی را فراهم می کند و اصل مطابقت با نظریه قدیمی را برآورده می کند. تفسیر احتمالی حرکت یک جسم گسترده اولین بار در فیزیک در مکانیک کلاسیک لیوویل ظاهر شد. در این مکانیک، هنگام در نظر گرفتن حرکت یک قطره مایع به عنوان یک کل واحد، نقطه خاصی از قطره مشخص می شود - مرکز جرم آن. با تغییر شکل قطره، موقعیت مرکز جرم داخل آن نیز تغییر می کند. اگر چگالی قطره متغیر باشد، به احتمال زیاد مرکز جرم در ناحیه ای قرار دارد که چگالی قطره حداکثر است. بنابراین، چگالی ماده یک قطره متناسب با چگالی احتمال یافتن مرکز جرم در یک نقطه خاص از فضای داخل قطره است.

در تئوری کوانتومی، به جای یک قطره مایع، لخته میدانی داریم که از میدان اینرسی ذره تشکیل شده است. درست مانند یک قطره، این لخته میدانی می تواند تغییر شکل دهد، که به نوبه خود منجر به تغییر موقعیت مرکز جرم لخته در داخل آن می شود. با توصیف حرکت یک لخته میدان به عنوان یک کل واحد در مرکز جرم آن، ناگزیر به یک توصیف احتمالی از حرکت می‌رسیم.

قطره گسترده را می توان مجموعه ای از ذرات نقطه ای در نظر گرفت که هر کدام با سه مختصات x، y، z و تکانه با سه جزء px، py، p z مشخص می شوند. در مکانیک لیوویل، مختصات نقاط داخل یک قطره شکل می گیرد فضای پیکربندی(به طور کلی، بی نهایت ابعاد). اگر علاوه بر این، ایمپالس ها را با هر نقطه از فضای پیکربندی drop مرتبط کنیم، دریافت می کنیم فضای فاز. در مکانیک لیوویل، قضیه ای در مورد بقای حجم فاز ثابت شده است که منجر به یک رابطه عدم قطعیت شکل می شود:

D pDx = ثابت

اینجا Dxبه عنوان پراکندگی مختصات نقاط داخل قطره در نظر گرفته می شود و Dpبه عنوان گسترش تکانه های متناظر آنها. فرض کنید که قطره شکل یک خط به خود می گیرد (به یک خط کشیده می شود)، سپس تکانه آن کاملاً مشخص است، زیرا پراکندگی Dp= 0. اما هر نقطه از خط مساوی می شود، بنابراین مختصات افت به دلیل رابطه تعیین نمی شود. Dx = Ґ ، که از قضیه بقای حجم فاز یک قطره به دست می آید.

در نظریه میدان برای دسته میدانی که از مجموعه ای از امواج صفحه تشکیل شده است، قضیه پایستگی حجم فاز به صورت زیر نوشته می شود:

DpDx = p

جایی که Dxپراکندگی مختصات خوشه میدان است و Dp- پراکندگی بردارهای موج امواج صفحه که یک دسته میدانی را تشکیل می دهند. اگر دو طرف معادله را در ضرب کنیم ساعتو نام را وارد کنید р = hk، سپس رابطه عدم قطعیت معروف هایزنبرگ را بدست می آوریم:

DpDx = p h

این رابطه همچنین برای یک دسته میدانی که توسط مجموعه ای از امواج صفحه میدان اینرسی در نظریه کوانتومی تشکیل شده است، که از نظریه خلاء فیزیکی ناشی می شود، صادق است.

3.9. کوانتیزاسیون در منظومه شمسی

نظریه کوانتومی جدید به ما اجازه می دهد تا درک خود را از دامنه پدیده های کوانتومی گسترش دهیم. در حال حاضر، اعتقاد بر این است که نظریه کوانتومی فقط برای توصیف پدیده های جهان خرد قابل استفاده است. برای توصیف پدیده های کلان مانند حرکت سیارات به دور خورشید، هنوز از ایده سیاره به عنوان ذره آزمایشی استفاده می شود که میدان خاص خود را ندارد. با این حال، توصیف دقیق تری از حرکت سیارات با در نظر گرفتن میدان خود سیاره به دست می آید. این دقیقاً فرصتی است که نظریه کوانتومی جدید با استفاده از میدان اینرسی به عنوان تابع موج در معادله شرودینگر در اختیار ما قرار می دهد.

جدول 3.

ساده‌ترین بررسی نیمه‌کلاسیک مسئله حرکت سیارات به دور خورشید، با در نظر گرفتن میدان خودشان، به فرمولی برای کمی کردن فاصله‌های متوسط خورشید تا سیارات (و کمربند سیارک‌ها) طبق فرمول منجر می‌شود:

r = r 0 (n + 1/2)، که در آن n = 1، 2، 3 ...

اینجا r 0= 0.2851 a.u. = const - "ثابت سیاره ای" جدید. به یاد بیاورید که فاصله خورشید تا زمین 1 واحد نجومی است. = 150000000 کیلومتر. که در جدول شماره 3مقایسه ای از محاسبات نظری به دست آمده با استفاده از فرمول فوق با نتایج تجربی داده شده است.

همانطور که از جدول مشخص است، ماده در منظومه شمسیسیستمی از سطوح گسسته را تشکیل می دهد که با فرمولی که از ایده جدیدی از ماهیت تابع موج نظریه کوانتومی به دست آمده است، به خوبی توصیف می شود.

شدت هر برهمکنش معمولاً با ثابت برهمکنش مشخص می شود که یک پارامتر بدون بعد است که احتمال فرآیندهای ناشی از این نوع تعامل را تعیین می کند.

برهم کنش گرانشیثابت این اندرکنش از مرتبه . محدوده محدود نیست. فعل و انفعال گرانشی جهانی است، همه ذرات، بدون استثنا، تابع آن هستند. با این حال، در فرآیندهای دنیای خرد این تعامل نقش مهمی ایفا نمی کند. این فرض وجود دارد که این برهمکنش توسط گراویتون ها (کوانتوم های میدان گرانشی) منتقل می شود. با این حال، تا به امروز، هیچ واقعیت تجربی که وجود آنها را تایید کند، کشف نشده است.

برهمکنش الکترومغناطیسیثابت برهمکنش تقریباً است، دامنه عمل محدود نیست.

تعامل قوی. این نوع تعامل، اتصال نوکلئون ها را در هسته تضمین می کند. ثابت اندرکنش دارای مقدار مرتبه 10 است. بیشترین فاصله ای که در آن اندرکنش قوی خود را نشان می دهد مقدار مرتبه m است.

تعامل ضعیفاین برهمکنش مسئول همه انواع فروپاشی هسته ها، از جمله جذب الکترون K، فرآیندهای فروپاشی ذرات بنیادی و فرآیندهای برهمکنش نوترینوها با ماده است. ترتیب بزرگی ثابت این اندرکنش برابر است با . تعامل ضعیف، مانند تعامل قوی، کوتاه برد است.

بیایید به ذره یوکاوا برگردیم. بر اساس نظریه او، ذره ای وجود دارد که برهمکنش قوی را منتقل می کند، همانطور که فوتون حامل برهمکنش الکترومغناطیسی است، آن را مزون (واسطه) می نامیدند. این ذره باید یک جرم حد واسط بین جرم الکترون و پروتون داشته باشد و باشد. از آنجایی که فوتون ها نه تنها برهمکنش الکترومغناطیسی را منتقل می کنند، بلکه در حالت آزاد نیز وجود دارند، بنابراین مزون های آزاد نیز باید وجود داشته باشند.

در سال 1937، یک مزون (میون) در پرتوهای کیهانی کشف شد که با این حال، برهمکنش قوی با ماده نشان نداد. ذره مورد نظر نیز 10 سال بعد توسط پاول و اوکیالینی در پرتوهای کیهانی کشف شد و آنها آن را مزون (پیون) نامیدند.

مزون های مثبت، منفی و خنثی وجود دارد.

بار مزون ها برابر با بار اولیه است. جرم مزون های باردار یکسان و برابر با 273 است، جرم مزون خنثی الکتریکی کمی کمتر و 264 است. اسپین هر سه مزون صفر است. طول عمر مزون های باردار 2.6 ثانیه و طول عمر مزون ها 0.8 ثانیه است.

هر سه ذره پایدار نیستند.

ذرات اولیه معمولاً به چهار دسته تقسیم می شوند:

1. فوتون ها(کوانتوم میدان الکترومغناطیسی). آنها در برهمکنش الکترومغناطیسی شرکت می کنند، اما به هیچ وجه خود را در برهمکنش های قوی یا ضعیف نشان نمی دهند.

2. لپتون ها. اینها شامل ذراتی است که برهمکنش قوی ندارند: الکترون ها و پوزیترون ها، میون ها و همچنین انواع نوترینوها. اسپین همه لپتون ها برابر با ½ است. همه لپتون ها حامل برهمکنش ضعیف هستند. لپتون های باردار نیز در برهمکنش الکترومغناطیسی شرکت می کنند. لپتون ها ذرات واقعاً بنیادی در نظر گرفته می شوند. آنها به اجزای تشکیل دهنده خود تجزیه نمی شوند، ساختار داخلی ندارند و حد بالایی قابل تشخیص (m) ندارند.

دو کلاس آخر ذرات پیچیده ای را تشکیل می دهند که ساختار داخلی دارند: مزون ها و باریون ها. آنها اغلب در یک خانواده گروه بندی شده و نامیده می شوند هادرون ها.

هر سه مزون و همچنین مزون K از این خانواده هستند. کلاس باریون ها شامل نوکلئون ها است که حامل برهم کنش قوی هستند.

همانطور که قبلاً ذکر شد، معادله شرودینگر الزامات اصل نسبیت را برآورده نمی کند - با توجه به تبدیل های لورنتس ثابت نیست.

در سال 1928، دیراک انگلیسی معادله مکانیکی کوانتومی نسبیتی برای الکترون به دست آورد، که طبیعتاً وجود اسپین و گشتاور مغناطیسی خود الکترون را دنبال می‌کند. این معادله امکان پیش بینی وجود یک پادذره در رابطه با الکترون - پوزیترون را فراهم کرد.

از معادله دیراک مشخص شد که انرژی یک ذره آزاد می تواند هم ارزش مثبت و هم منفی داشته باشد.

بین بیشترین انرژی منفی و کمترین انرژی مثبت فاصله ای از انرژی ها وجود دارد که قابل درک نیست. عرض این فاصله است. در نتیجه، دو ناحیه از مقادیر ویژه انرژی به دست می‌آیند: یکی از شروع می‌شود و به + ادامه می‌یابد، دیگری از شروع می‌شود و تا امتداد می‌یابد. از نظر دیراک، خلاء فضایی است که در آن تمام سطوح مجاز با مقادیر انرژی منفی به طور کامل با الکترون پر شده است (طبق اصل پائولی) و سطوح دارای سطوح مثبت آزاد هستند. از آنجایی که تمام سطوح زیر نوار ممنوعه، بدون استثنا، اشغال شده اند، الکترون های واقع در این سطوح به هیچ وجه خود را نشان نمی دهند. اگر به یکی از الکترون ها در سطح منفی انرژی داده شود، آنگاه این الکترون به حالتی با انرژی مثبت می رود، سپس مانند یک ذره معمولی با بار منفی و جرم مثبت رفتار می کند. یک جای خالی (حفره) که در ترکیبی از سطوح منفی تشکیل شده است به عنوان یک ذره با بار و جرم مثبت درک می شود. این اولین ذره ای که به لحاظ نظری پیش بینی شده بود، پوزیترون نام داشت.

تولد یک جفت الکترون-پوزیترون زمانی اتفاق می‌افتد که فوتون‌ها از ماده عبور کنند. این یکی از فرآیندهایی است که منجر به جذب - تابش توسط ماده می شود. حداقل انرژی کوانتومی مورد نیاز برای تولد یک جفت الکترون-پوزیترون 1.02 مگا ولت است (که با محاسبات دیراک مصادف شده است) و معادله چنین واکنشی به شکل زیر است:

جایی که X هسته ای در میدان نیرویی است که یک جفت الکترون-پوزیترون از آن متولد می شود. دقیقاً این است که تکانه اضافی را دریافت می کند - کوانتوم.

نظریه دیراک برای معاصرانش بسیار "دیوانه" به نظر می رسید و تنها پس از کشف پوزیترون در تشعشعات کیهانی اندرسون در سال 1932 شناخته شد. هنگامی که یک الکترون با پوزیترون ملاقات می کند، نابودی رخ می دهد، به عنوان مثال. الکترون دوباره به سطح منفی برمی گردد.

در شکل کمی تغییر یافته، معادله دیراک برای ذرات دیگر با اسپین نیم صحیح قابل اعمال است. در نتیجه، برای هر یک از این ذرات، پادذره مخصوص به خود وجود دارد.

تقریباً تمام ذرات بنیادی، همانطور که قبلاً ذکر شد، متعلق به یکی از دو خانواده هستند:

1. لپتون ها.

2. هادرون ها.

تفاوت اصلی بین آنها این است که هادرون ها در برهمکنش های قوی و الکترومغناطیسی شرکت می کنند، در حالی که لپتون ها این کار را نمی کنند.

لپتون هاذرات واقعاً بنیادی در نظر گرفته می شوند. فقط چهار مورد از آنها وجود داشت: الکترون ()، میون ()، نوترینو الکترونی ()، نوترینو میون. لپتون و نوترینوی آن بعدها کشف شد. آنها به اجزای سازنده خود تجزیه نمی شوند. هیچ ساختار داخلی را آشکار نکنید. هیچ ابعاد قابل تعریفی ندارند

هادرون هاذرات پیچیده تر؛ آنها ساختار داخلی دارند و در فعل و انفعالات هسته ای قوی شرکت می کنند. این خانواده از ذرات را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

مزون ها و باریون ها(پروتون، نوترون، باریون). چهار نوع آخر باریون ها در نهایت می توانند به پروتون و نوترون تجزیه شوند.

در سال 1963، ژل مان و به طور مستقل، زوایگ این ایده را بیان کردند که همه هادرون های شناخته شده از سه ذره واقعاً بنیادی ساخته شده اند - کوارک ها که بار کسری دارند.

u-کوارک q = + ; d – کوارک q = - ; s – کوارک q = - .

تا سال 1974، همه هادرون های شناخته شده را می توان به عنوان ترکیبی از این سه ذره فرضی نشان داد، اما مزون سنگین کشف شده در آن سال در طرح سه کوارک نمی گنجد.

بر اساس تقارن عمیق طبیعت، برخی از فیزیکدانان وجود کوارک چهارم را فرض کرده اند که به آن کوارک "جذابیت" می گویند؛ بار آن برابر q = + است. این کوارک در حضور یک ویژگی یا عدد کوانتومی C = +1 - به نام "افسون" یا "جذاب" با سایر کوارک ها متفاوت است.

معلوم شد مزون تازه کشف شده ترکیبی از کوارک "جاذبه" و آنتی کوارک آن است.

اکتشافات بیشتر هادرون های جدید مستلزم معرفی کوارک های پنجم (c) و ششم (t) بود. تفاوت بین کوارک ها "رنگ" و "طعم" نامیده شد.

6. جریان و واگرایی یک میدان برداری. قضیه الکترواستاتیک گاوس برای خلاء: اشکال انتگرال و دیفرانسیل قضیه. محتوای فیزیکی و معنای آن.

15. چگالی انرژی میدان الکتریکی حجمی. نیروهای مکانیکی در میدان الکترواستاتیک: روش جابجایی مجازی. فشار نیروهای الکترواستاتیک

16 میدان الکتریکی در رابط دی الکتریک: شرایط مرزی برای بردارهای قدرت میدان الکتریکی و جابجایی الکتریکی. شکست خطوط میدان الکتریکی

17 مکانیسم ها و مدل های پلاریزاسیون دی الکتریک ها: گازهای نادر و متراکم غیر قطبی و قطبی. فروالکتریک، پیزوالکتریک و پیروالکتریک. کاربرد دی الکتریک در تکنولوژی

20. نیروی محرکه الکتریکی. بخش ناهمگن مدار DC خطی: قانون اهم تعمیم یافته، قانون علامت، تعادل توان.

21. مدار DC خطی کامل: مکانیزم جریان جریان، قانون اهم، تعادل توان، حالت های عملیاتی اولیه یک مدار کامل.

22. قواعد کیرشهوف: توجیه فیزیکی، صورت بندی، قواعد نشانه ها. برنامه برای محاسبه مدارهای الکتریکی خطی، تعادل قدرت.

23. نظریه کلاسیک رسانایی: ماهیت حامل های جریان در فلزات. فرضیه های نظریه، شکل دیفرانسیل قوانین اهم و ژول-لنز.

25. پدیده های الکتریکی در تماس اجسام جامد با همان نوع رسانایی: اختلاف پتانسیل تماس. اثرات پلتیر و سیبک، کاربرد آنها در فناوری.

26. انتقال الکترون-حفره و خواص اساسی آن: مشخصات جریان-ولتاژ انتقال. دستگاه های نیمه هادی دوقطبی

27. انتشار الکترون ها از سطح اجسام رسانا: ترمیونیک، فوتوالکترونیک، الکترونیک ثانویه، الکترونیک میدان. ماهیت فیزیکی و ویژگی های اصلی.

28. جریان الکتریکی در خلاء: معادله بوگوسلاوسکی-لانگمویر، فرمول ریچاردسون. مشخصه جریان-ولتاژ یک دیود ایده آل دستگاه های وکیوم الکترونیکی.

29. تخلیه گازهای غیر خود نگهدار: یونیزر خارجی. نوترکیبی توده ای و کاتدی؛ ویژگی های ولت آمپر

31. جریان الکتریکی در الکترولیت ها: تفکیک و نوترکیب مولکول های محلول، درجه تفکیک، معادله استوالد. هدایت ویژه الکترولیت ها

32. الکترولیز: جوهر فیزیکی پدیده، قوانین فارادی برای الکترولیز، ثابت فارادی. کاربرد در تکنولوژی: آبکاری و تمیز کردن ریز فلزات.

14. انرژی بالقوه برهمکنش بارهای الکتریکی: سیستم بارهای نقطه ای. سیستم هادی های باردار؛ انرژی یک خازن باردار

46. القای متقابل: جوهر فیزیکی پدیده. القای متقابل دو مدار رسانا، نیروی الکتروموتور القایی متقابل؛ محاسبه متقابل

49 چگالی انرژی میدان مغناطیسی حجمی. نیروهای مکانیکی در یک میدان مغناطیسی ثابت: روش جابجایی مجازی. فشار نیروهای مغناطیسی

56. روش دامنه های پیچیده. مدار خطی RLC موازی جریان متناوب سینوسی: امپدانس، اختلاف فاز، پدیده رزونانس.

58. فرضیه ماکسول در مورد جریان های جابجایی: توجیه فیزیکی، قضیه در مورد گردش قدرت میدان مغناطیسی با توجه به ماکسول.

59. سیستم معادلات ماکسول: اشکال انتگرال و دیفرانسیل معادلات میدان، معادلات مواد. معنای فیزیکی معادلات، اهمیت آنها در الکترودینامیک.

60. قانون بقای انرژی میدان الکترومغناطیسی: معادله پیوستگی میدان الکترومغناطیسی، بردار Umov-Poynting. حرکت انرژی میدان الکترومغناطیسی در فضا

61. حرکت موج: جوهر فیزیکی و معادله موج; تجزیه و تحلیل معادلات ماکسول برای مطابقت با معادله موج.

43. پدیده های مغناطیسی مکانیکی: نسبت ژیرو مغناطیسی، مگنتون بور، رگبار لارمور. تجربه استرن و گرلاخ

44. مکانیسم ها و مدل های مغناطیسی مواد مغناطیسی: مواد دیامغناطیس، مواد پارامغناطیس، مواد فرومغناطیسی. کاربرد آهنربا در تکنولوژی

1. فعل و انفعالات فیزیکی اساسی: گرانشی، الکترومغناطیسی، قوی و ضعیف. ویژگی ها و معنای اصلی در طبیعت نقش ویژه برهمکنش های الکترومغناطیسی.

تعاملات اساسی- انواع مختلف برهمکنش کیفی بین ذرات بنیادی و اجسام متشکل از آنها

تکامل نظریه های تعاملات بنیادی:

قبل از قرن 19:

گرانشی (گالیله، نیوتن-1687)؛

الکتریکال (گیلبرت، کاوندیش-1773 و کولمب-1785)؛

مغناطیسی (گیلبرت، اپینوس-1759 و کولن-1789)

آغاز قرن 19 و 20:

الکترومغناطیسی (نظریه الکترومغناطیسی Maxwell-1863)؛

گرانش (نظریه نسبیت عام اینشتین-1915)

نقش فعل و انفعالات گرانشی در طبیعت:

فعل و انفعالات گرانشی:

قانون گرانش جهانی؛

نیروی جاذبه بین سیارات منظومه شمسی؛

جاذبه زمین

نقش برهمکنش های الکترومغناطیسی در طبیعت: برهمکنش های الکترومغناطیسی:

قانون کولمب؛

تعاملات درون و بین اتمی؛

نیروی اصطکاک، نیروی الاستیک،...;

امواج الکترومغناطیسی (نور) نقش تعاملات قوی در طبیعت: تعاملات قوی:

برد کوتاه (~10 -13 متر)؛

حدود 1000 برابر قوی تر از الکترومغناطیسی؛

آنها تقریباً به صورت تصاعدی کاهش می یابند.

اشباع شده اند؛

مسئول پایداری هسته اتم است

نقش تعاملات ضعیف در طبیعت تعاملات ضعیف:

برد بسیار کوتاه (~10 -18 متر)؛

حدود 100 برابر ضعیف تر از الکترومغناطیسی؛

اشباع شده اند؛

مسئول تبدیل متقابل ذرات بنیادی است

2. بار الکتریکی و خواص اساسی آن: دوقطبی، گسستگی، تغییر ناپذیری. حامل های میکروسکوپی بارهای الکتریکی، مفهوم کوارک ها. قانون پایستگی بار الکتریکی؛ مدل های فیزیکی اجسام باردار

شارژ الکتریکی - این یک کمیت اسکالر فیزیکی است که ویژگی ذرات یا اجسام را برای وارد شدن به فعل و انفعالات نیروی الکترومغناطیسی مشخص می کند.

*با q یا Q مشخص می شود.

*بر حسب واحد SI در کولن اندازه گیری می شود

خواص اصلی بار الکتریکی:

دوقطبی:

بارهای الکتریکی از دو علامت وجود دارد - مثبت (میله شیشه ای) و منفی (میله آبنوس).

* مانند بارها دفع می کنند و بر خلاف بارها جذب می شوند قابلیت افزایشی:

بار الکتریکی یک جسم فیزیکی برابر است با مجموع جبری بارهای الکتریکی ذرات باردار واقع در آن - حامل های میکروسکوپی بار الکتریکی گسستگی:

ویژگی های اصلی بار الکتریکی

برابری ماژول های بارهای الکتریکی اولیه مثبت و منفی:

مدول های بار الکترون و پروتون با دقت بالایی برابر هستند

عدم تغییر:

مقدار بار الکتریکی به چارچوب مرجعی که در آن اندازه گیری می شود بستگی ندارد

این آن را از وزن بدن متمایز می کند

قانون حفاظت:

*مجموع جبری بارهای الکتریکی اجسام (قطعات بدن، ذرات بنیادی) که یک سیستم بسته را تشکیل می دهند در طول هر گونه فعل و انفعالات بین آنها بدون تغییر باقی می ماند. از جمله نابودی (ناپدید شدن) ماده

الکترون - حامل بار الکتریکی اولیه منفی (

پروتون - حامل بار الکتریکی اولیه مثبت ()

کوارک- یک ذره بنیادی فرضی در مدل استاندارد که دارای بار الکتریکی مضربی از e/3 است

3. قانون کولن: ماهیت فیزیکی و اهمیت در الکترودینامیک. شکل برداری از نوشتن قانون و اصل برهم نهی نیروهای الکترواستاتیک. روشهای تأیید آزمایشی قانون و حدود کاربرد آن.

قانون کولمب - دو بار الکتریکی نقطه ای ساکن که در خلاء قرار دارند با نیروهایی متناسب با بزرگی این بارها و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس برهم کنش دارند.

فرم برداری از نوشتن قانون کولن

روش‌های تأیید تجربی قانون کولمب

1. روش کاوندیش (1773):

2. روش رادرفورد:

آزمایش های رادرفورد در مورد پراکندگی ذرات آلفا توسط هسته های طلا (1906)

آزمایش‌هایی بر روی پراکندگی الاستیک الکترون‌ها با انرژی در حد 10+9 eV

گرانش و ماهیت فیزیکی آن

Gadzhiev S.Sh.، دکترای علوم فنی، پروفسور.

موسسه آموزشی غیردولتی آموزش عالی حرفه ای "موسسه آموزشی اجتماعی"، دربنت

چکیده: این مقاله به بررسی پدیده‌های حرکت نیروهای طبیعی می‌پردازد و با توجه به این نیروها، پدیده‌های دیگری را مورد بررسی قرار می‌دهد که به ما امکان می‌دهد جوهر دانش پدیده‌های طبیعی را به طور کلی، و به طور خاص، اسرار "گرانش" و (یا) آشکار کنیم. جوهر فیزیکی گرانش قانون جهانی تعامل نیروهای سیستم و روش جهانی مبتنی بر آن به عنوان کلید درک پدیده ها و فرآیندهای طبیعی عمل می کند. از تجزیه و تحلیل جامع تعامل بدنه های سیستم، مشخص می شود که دلیل عدم افشای موجودیت فیزیکیمعلوم شد که قانون گرانش جهانی عدم وجود کشش گرانشی اجسام به سمت یکدیگر در طبیعت است.

کلید واژه ها: شناخت پدیده های طبیعی، قانون، روش، تعامل اجسام.

چکیده: این مقاله به بررسی پدیده حرکت نیروهای طبیعت می پردازد و این پدیده ها را وادار به سایر پدیده ها می کند و امکان کشف جوهره شناخت پدیده های طبیعی به طور کلی و به طور خاص پازل "گرانش" و (یا) طبیعت فیزیکی را فراهم می کند. از جاذبه قانون جهانی تعامل نیروها و سیستم های مبتنی بر آن روش جهانی کلیدی برای شناخت پدیده ها و فرآیندهای طبیعی است. از انجام یک تجزیه و تحلیل جامع از تعامل اجسام فیزیکی به نظر می رسد که دلیل حل نشده است.

کلیدواژه ها: شناخت پدیده های طبیعی، قانون، روش، اجسام متقابل.

تاریخچه پیدایش ایده گرانش جهانی

آکادمیسین S.I. واویلف در کتاب خود "ایزاک نیوتن" به این داستان معروف اشاره می کند که کشف جاذبه جهانی توسط نیوتن توسط سقوط غیرمنتظره یک سیب از درختی در وولستورپ انجام شد. این داستان ظاهرا قابل اعتماد است و افسانه نیست. استکلی صحنه زیر را در مورد پیری نیوتن نقل می کند: «در لندن (در خانه نیوتن) بعد از شام هوا گرم بود. ما به باغ رفتیم و در سایه چندین درخت سیب چای نوشیدیم. فقط وجود داشت

هر دوی ما. به هر حال، سر آیزاک به من گفت که او در چنین موقعیتی قرار داشت که برای اولین بار ایده گرانش به ذهنش خطور کرد. علت آن افتادن یک سیب در حالی بود که او عمیقاً در فکر نشسته بود. با خودش فکر کرد چرا سیب ها به صورت عمودی می افتند، چرا نه به سمت، بلکه همیشه به سمت مرکز زمین. باید یک نیروی جاذبه در ماده متمرکز در مرکز زمین وجود داشته باشد. اگر ماده به این ترتیب ماده دیگری را می کشد، باید نسبتی با کمیت آن وجود داشته باشد. بنابراین، سیب زمین را جذب می کند همانطور که زمین سیب را جذب می کند. بنابراین، باید نیرویی مشابه نیرویی که ما آن را گرانش می نامیم وجود داشته باشد و در سراسر جهان گسترش یابد.»

به دلایلی، داستان Stekelei کم شناخته شد، اما بازگویی مشابهی از ولتر از سخنان خواهرزاده نیوتن در سراسر جهان گسترش یافت. من داستان را دوست داشتم، آنها شروع به نشان دادن یک سیب کردند، که ظاهراً دلیل پیدایش "اصول" بود، شاعران و فیلسوفان از استعاره ای سپاسگزار استفاده کردند و سیب نیوتن را با سیبی که آدم را کشت، یا با سیب پاریس مقایسه کردند. ; مردم دور از علم مکانیک ساده پیدایش یک ایده علمی پیچیده را دوست داشتند. افسانه های ساختگی دیگری نیز وجود دارد. همانطور که می بینیم، در اینجا نیوتن فرض خود را در مورد پدیده رخ می دهد بدون اینکه مکانیسم فیزیکی آن را آشکار کند، و، طبیعتا، این به نظر او یک حدس واقعی در ماهیت پدیده طبیعی بود.

اگرچه گرانش به وضوح قابل توجه‌ترین نیروی اساسی در بین هر چهار نیروی بنیادی طبیعت است که بر همه چیز و همه ما تأثیر می‌گذارد، از دوران کودکی شروع می‌شود، زمانی که ما به سختی ایستادیم و سقوط کردیم و نتوانستیم روی پای خود بمانیم. با این حال، هنوز یک راز حل نشده طبیعت باقی مانده است.

بیش از سیصد سال از کشف قانون گرانش جهانی که توسط نیوتن به شکلی تعیین شد می گذرد فرمول ریاضیو مکانیسم فیزیکی جذب گرانشی اجسام به سمت یکدیگر هنوز شناسایی نشده است.

دلیل همه چیز فقدان قانون گرانش جهانی به طور کلی و به دلیل عدم گرانش هر جسمی نسبت به یکدیگر در طبیعت است. تمام فرآیندهایی که رخ می دهند و به "گرانش" نسبت داده می شوند توسط میدان گرانشی انجام می شوند و نه توسط گرانش که به ماهیت نیروهای میدان گرانشی نسبت داده می شود. گرانش جاذبه نیست. هیچ چیز نمی تواند جاذبه اجسام را به سمت یکدیگر ایجاد کند، از جمله جاذبه. هر زمینه فیزیکی کار خود را انجام می دهد. آیا مفهوم "گرانش" را به عمل میدان مغناطیسی شناخته شده نسبت می دهیم؟ خیر زیرا دافعه نیز در همان زمان مشاهده می شود. تمام دلیل در تعامل، یعنی در جهت حرکت این میدان های مغناطیسی (در نظر گرفته شده) نهفته است.

اعتقاد بر این است که از نظر انیشتین مکان و زمان شکل وجود ماده هستند. در حقیقت، هیچ کس نمی تواند استدلال کند یا شک کند که مکان و زمان تعیین کننده مکان و مدت زمان وجود ماده، از جمله انواع میدان های فیزیکی است. اساس کل کیهان فضا است، جایی که اجزای مادی و همچنین تمام میدان های فیزیکی شناخته شده و هنوز شناسایی نشده است، و

زمان تعیین کننده مدت زمان وجود اجسام مادی و مدت زمان پدیده ها و فرآیندهای طبیعی است.

ایده هایی که در مورد انحنای فضا و حتی بدتر از آن، زمانی که معتقدند ماده یک فضای منحنی است، به وجود آمده است. بعد معلوم می شود که ماده در طبیعت غایب است، تبدیل به فضا می شود، یعنی ماده به فضای منحنی تبدیل می شود. از این نتیجه می شود که فضا در دو حالت وجود دارد: منحنی و غیر منحنی. آنها فقط نمی توانند مکان و تبدیل یا انتقال ماده به فضای منحنی را نشان دهند. توزیع (یا حضور) انرژی در فضا را نمی توان به عنوان انحنای خود فضا در نظر گرفت. این جمله که این پرتو نیست که هنگام عبور از خورشید جهت خود را تغییر می دهد، بلکه فضای منحنی است که آن را به این طریق هدایت می کند، باید بی اساس تلقی شود. برای تغییر جهت حرکت باید نیروی خاصی اعمال شود که می تواند دلیلی برای توجیه این یا آن پدیده باشد. به عبارت دیگر، چنین اظهارات بی اساس چیزی جز طعنه یک ذهن هوشیار نیست. معلوم می شود که در طبیعت ماده ای وجود ندارد، فقط فضای منحنی و بدون منحنی باقی می ماند.

زمان بی جهت به فضا «چسبیده» بود و «به دستور یک پیک» به آن فضای چهار بعدی می گفتند. در نتیجه از سه جزء بنیادی کیهان، تنها یک فضا باقی می‌ماند که مفروضات فرضی زیادی به آن نسبت داده می‌شود که قبلاً وارد زندگی روزمره دانشمندان شده‌اند، بدون اینکه تصور فیزیکی واقعی از چنین فضای چند بعدی داشته باشند. فضاها با این حال، چنین چند بعدی بودن فضا صرفاً ساخت و سازهای گمانه‌زنی است، نه مبتنی بر عمل، که بسیاری از نسل‌ها را گمراه می‌کند.

در هر صورت، بدیهی است که طبیعت بر سه جزء اساسی استوار است: مکان، زمان، ماده. بدون وجود مستقل آنها، طبیعتاً وقوع هر پدیده و فرآیندی غیر قابل تصور است. ساده ترین مثال. بدن در حال حرکت است. این به فضا، زمان و همچنین خود بدن (ماده) نیاز دارد. کدام یک از آنها را می توان از این پدیده حذف کرد؟ سنکرتیسم، یعنی وحدت، توسط خود طبیعت برای آنها فراهم شد. چرا آنها را در بخش‌هایی با هم متحد می‌کنیم: فضا-زمان، فضا-جسم (ماده)، یا زمان با ماده؟ آنها بدون ما و برای همیشه متحد هستند. این "تثلیث مقدس" است که بدون آن هیچ چیز نمی تواند وجود داشته باشد.

اگر ماده ناپدید شود (حذف شود)، زمان و مکان بی ادعا می مانند. رهایی از فضا و زمان ممکن نیست. آنها مطلق هستند، یعنی اصول اساسی ابدی و تغییر ناپذیر، مانند ماده، برای هر چیزی که در جهان وجود دارد. طبیعتاً برای حضور (وجود) ماده، فضا به عنوان ظرف و زمان برای مدت وجود لازم است. در نتیجه، هر سه جزء خود کیهان وارد کارکردهای خود می شوند و همه پدیده ها و فرآیندهای طبیعی را فراهم می کنند. وظیفه علم درک مکانیسم فیزیکی و

دلیل وقوع پدیده ها و فرآیندها، یعنی رسیدن به اصل این الگوهای پدیده ها و پاسخ به این سؤال که چرا این گونه اتفاق می افتد و غیر از این نیست؟

ماده (جرم) نمی تواند هندسه فضا را تغییر دهد. فقط جریان گراویتون ها را متمرکز می کند، و میدان گرانشی به هیچ سیاره یا دیگر اجرام کیهانی تعلق ندارد، همانطور که نور به عدسی متمرکز کننده تعلق ندارد. وقتی میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط خود آهنربا را در نظر بگیریم، موضوع کاملاً متفاوت است. به عبارت دیگر، آهنربا میدان خود را به فضا گسیل می کند و نور و میدان گرانشی در پدیده های مورد بررسی متعلق به این اجسام نیست. آنها از خارج از ساطع کننده های دیگر می آیند. مثلا. نور می تواند از هر منبعی وارد لنز شود. ما نمی گوییم که لنز فضا را خم می کند، اگرچه یک شباهت واقعی در انحنا وجود دارد، یعنی تغییر جهت جریان نور. تصویر مشابهی با میدان گرانشی هنگام عبور از اجسام عظیم کیهانی مشاهده می شود.

در اینجا ما یک قیاس بین جریان نور و میدان گرانشی پیدا می کنیم. هنگامی که جهت نور از طریق عدسی خم می شود، انکسار نور را مشاهده می کنیم و به هیچ وجه نمی توانیم ادعا کنیم که نور وارد فضای منحنی نزدیک عدسی می شود. در مقابل، میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط خود آهنربا متعلق به آهنربا است و میدان گرانشی متعلق به هیچ جسمی نیست که آنها با آن تعامل داشته باشند. عدسی فقط متمرکز می شود یا می تواند بسته به شکل لنز (شیشه نوری)، شار نور را پخش کند. همین را می توان در مورد غلظت جریان میدان گرانشی که توسط توده بزرگی از اجسام کروی در فضا انجام می شود، گفت.

میدان گرانشی نه با گرانش، بلکه در اثر هل دادن اجسام ایجاد می شود

تجزیه و تحلیل جامع از تعامل نیروهای سیستم نشان می دهد که جاذبه یک پدیده ظاهری است، درست همانطور که قبلاً به نظر می رسید چرخش خورشید، ستارگان و سیارات به دور زمین ما بوده است.

مشخص است که جستجوی قوانین اساسی طبیعت یکی دیگر از وظایف بزرگ علم است. ماهیت نیروها توسط پدیده های حرکت شناسایی می شود، زمانی که تغییر در مقدار حرکت در زمان رخ می دهد. برای شناسایی ماهیت ماهیت فیزیکی نیروهای گرانشی، که تعیین کننده سنگینی یک جسم است، باید علت وقوع چنین سنگینی را توسط پدیده های حرکت اجسام مادی متقابل سیستم مورد بررسی جستجو کرد.

شکی نیست که تمام تلاش ها برای درک ماهیت فیزیکی گرانش است

همیشه با شکست به پایان رسید. حتی G. Galileo در این مورد به این نتیجه رسید که ما چیزی جز نامی نمی دانیم که برای این مورد خاص به "گرانش" معروف است.

آی. نیوتن که با مشکل تبیین ماهیت گرانش مواجه شد، مجبور شد اعتراف کند که نمی تواند علت گرانش را از پدیده ها استخراج کند.

M. Kline می نویسد که نیوتن موفقیت محدود برنامه خود را اینگونه توضیح می دهد: "این گرانش باید یک ویژگی درونی، ذاتی و اساسی ماده باشد، بنابراین هر جسمی را قادر می سازد تا در فاصله ای دور و بدون هیچ واسطه ای، روی دیگری از طریق خلاء عمل کند. که با آن و از طریق آن عمل و نیرو می تواند از جسمی به بدن دیگر منتقل شود، به نظر من چنان پوچ آشکاری به نظر می رسد که به اعتقاد عمیق من، حتی یک نفر که اصلاً در مسائل فلسفی مجرب باشد و توانایی آن را داشته باشد، وجود ندارد. فکر کن با آن موافق خواهم بود"

نیوتن به وضوح دریافت که قانون گرانش جهانی که او کشف کرد، یک توصیف است، نه یک توضیح. بنابراین، او به ریچارد بنتلی نوشت: «گاهی اوقات شما در مورد گرانش به عنوان چیزی ضروری و ذاتی در ماده صحبت می کنید. از شما خواهش می‌کنم که این مفهوم را به من نسبت ندهید، زیرا من اصلاً تظاهر نمی‌کنم که علل گرانش را می‌دانم، و بنابراین وقت خود را با بررسی آنها تلف نمی‌کنم.» در آنجا، M. Klein می نویسد که H. Huygens از اینکه نیوتن زحمت انجام بسیاری از محاسبات دست و پا گیر را متعجب کرد، بدون اینکه کوچکترین مبنایی برای این کار داشته باشد، غیر از قانون ریاضی گرانش جهانی. هویگنس ایده گرانش را بیهوده می دانست، زیرا عمل آن، که از فضای خالی منتقل می شود، هر مکانیسمی را حذف می کند. G. W. Leibniz همچنین از آثار نیوتن در مورد نظریه گرانش انتقاد کرد و معتقد بود که فرمول معروف نیروهای گرانشی چیزی نیست جز یک قانون محاسباتی که شایسته نام قانون طبیعت نیست. لایب نیتس این قانون را با توضیح ارسطو در مورد سقوط یک سنگ به زمین با اشاره به "میل" سنگ برای بازگشت به مکان طبیعی خود مقایسه کرد.

خود نیوتن باور نداشت که ماهیت گرانش را نمی توان کشف کرد. او به سادگی معتقد بود که سطح دانش زمان خود برای حل این مشکل ناکافی است و امیدوار بود که ماهیت گرانش توسط دیگران مورد مطالعه قرار گیرد. با این حال، پیروان او این امتناع موقت نیوتن از توضیح گرانش را به یک اصل تزلزل ناپذیر علم ارتقا دادند، که باید خود را فقط به توصیف پدیده ها محدود کند، بدون اینکه عمیقاً علل آنها را آشکار کند، که هنوز برای درک بشر غیرقابل دسترس است.

این رویکرد برای حل مسائل برای برخی از محققان زمانی که درک پدیده های طبیعی دشوار است، معمول است. این روش برای محدود کردن راه حل به مشکل بستر سیال استفاده شد. برخی حتی تصمیم گرفتند سیال شدن را به عنوان حالت جدیدی از ماده بپذیرند و جستجوی بیشتر برای جوهر فیزیکی این پدیده را کنار بگذارند. علاقه ویژه دانشمندان به این موضوع در سراسر جهان پس از کشف ماهیت فیزیکی واقعی حالت سیال ناهمگن و انتشار نتایج در تعدادی از کشورها در خارج از کشور، "محو" شد.

توضیح نتیجه «منفی» آزمایش مایکلسون-مورلی، یک مشکل قدیمی است. به دلیل عدم وجود توضیح واقعی بدون ابهام در یک دوره زمانی معین از نتیجه این آزمایش و

به دلیل ناتوانی خود، محققان شروع به زیر سوال بردن کل پایه مکانیک کلاسیک، از جمله قوانین تغییرناپذیر بقا کردند. در نتیجه، آنها وابستگی هایی را معرفی کردند که مشخصه طبیعت نبود: جرم، زمان و مکان به سرعت حرکت اجسام. راه حل این مشکل و رویکرد واقعی ما ممکن است نهایی باشد. امیدواریم صدای ما را بشنوند، درک کنند، ما را ارزیابی عینی کنند و تصمیم ما را بپذیرند که استواری پایه های مکانیک کلاسیک را برمی گرداند. این موضوع باید به طور مفصل در مورد بحث قرار گیرد کار جداگانه. علیرغم قانون گسترده گرانش جهانی، هیچ کس هنوز نتوانسته مکانیسم فیزیکی آن را توضیح دهد و ماهیت عمل آن فاش نشده باقی مانده است.

در مرحله کنونی توسعه علم، به نظر ما این است که گرانش نه به دلیل گرانش، بلکه در نتیجه فشار ناشی از مقاومتی که یک جسم در هنگام عبور میدان گرانشی از آن اعمال می کند، به وجود می آید.

با تجزیه و تحلیل ماهیت واقعی پدیده های مشاهده شده، می توان به این نتیجه رسید که "جاذبه" یک پدیده ظاهری است. این اجسام نیستند که جذب می شوند، بلکه آنها به سمت یکدیگر رانده می شوند یا از یکدیگر دور می شوند.

ظاهراً در طبیعت مکانیسم فیزیکی برای "جذب" اجسام وجود ندارد ، زیرا جاذبه در فاصله بدون عمل خارجی مشاهده نمی شود. برهم کنش اجسام فقط هل دادن و دفع آنها را تعیین می کند. مکانیسم "نیروی جذاب" مشاهده شده (در واقعیت، ظاهری) دو جسم شامل تکان دادن به دلیل تغییر در تکانه (یا تکانه) جسم سوم در تعامل با آنها است.

این جسم سوم، که جاذبه ظاهری ما را به زمین تعیین می کند، میدان گرانشی (یعنی گراویتون ها) است که بر همه چیز فشار وارد می کند. بدن های مادی، که در واقع گرانش را ایجاد می کند که ما آن را با "گرانش" به زمین اشتباه می کنیم.

تصویر مشابهی در اینجا مشاهده می شود ، زیرا زمانی اعتقاد بر این بود که زمین مرکز جهان است و همه چیز اجرام آسمانیدر اطراف او حرکت می کند در میدان گرانشی، "جاذبه" به زمین نیز بدیهی به نظر می رسید، اما در واقعیت، هر ذره از خود سیاره و جو اطراف آن فشار (نیروی) میدان گرانشی عمود بر سطح زمین را تجربه می کند. در نتیجه، این زمین نیست که به سمت خود جذب می‌شود، بلکه خود نیروی فشار گراویتون‌ها را تجربه می‌کند که «گرانش» را به تمام عناصر تشکیل‌دهنده مادی سیستم زمین منتقل می‌کند.

در پدیده های میدان گرانشی و برهمکنش الکترومغناطیسی تفاوت معنی داری وجود دارد. در میدان های الکترومغناطیسی جاذبه و دافعه وجود دارد، اما در میدان گرانشی فقط گرانش پدید می آید. ظاهراً در بارهای الکتریکی، برخی از اجسام باردار میدان الکتریکی از خود ساطع می کنند، در حالی که برخی دیگر آن را دریافت می کنند، مانند آهنربا، جایی که خطوط نیرو همیشه از آنجا می آیند. قطب شمالو به سمت قطب جنوب می روند که وارد آن می شوند. که در

در نتیجه اجزای مشابه دفع می شوند و اجزای متضاد این میدان ها اجسام را به سمت یکدیگر می راند.

در مقابل، میدان گرانشی در تمام اجسام نفوذ می کند. در این حالت مقاومت اجسام مادی در برابر میدان گرانشی باعث ایجاد فشار می شود که باعث سنگینی می شود. این انرژی گرانشی که توسط میدان گرانشی در اجسام عظیم ایجاد می شود، به گرما تبدیل می شود که به لطف آن دمای مربوطه بوجود می آید و به طور نامحدود در اعماق سیارات و ستارگان حفظ می شود. این گرما (انرژی) از دست رفته توسط تابش ستارگان، خورشید و سیارات را دوباره پر می کند.

نیروی گرانش ناشی از گرانش نتیجه واقعی برهمکنش است که در اثر تغییر تکانه گراویتون ها ایجاد می شود و "گرانش" ایده ای خیالی و ظاهری از پدیده های سقوط اجسام است که ما در هر روز مشاهده می کنیم. زندگی

متأسفانه در فیزیک مفاهیم گرانش، جاذبه، جاذبه و سنگینی با هم مخلوط شده اند. بدن ها تمایلی به جذب یکدیگر ندارند. نزدیک شدن اجسام یک پدیده اجباری است که توسط جسم مادی سوم یا میدان های فیزیکی ایجاد می شود: مغناطیسی، الکتریکی، گرانشی و سایر نیروهای شناخته شده و هنوز ناشناخته.

ما حتی احتمال دفع اجسام کیهانی یکدیگر را از راه دور هم نمی‌دانیم و در مورد لزوم «قانون دافعه جهانی» چیزی تصور نمی‌کنیم. این در حالی است که توضیح فیزیکی از ماهیت و "قانون گرانش جهانی" شناخته شده هنوز پیدا نشده است. پاسخ به ماهیت فیزیکی پدیده های جاذبه و جاذبه به دلیل عدم وجود آنها پیدا نشده است. در طبیعت فقط هل دادن و هل دادن مشاهده می شود. در نتیجه، گرانش نمی تواند جاذبه یا جاذبه ای را ایجاد کند که در طبیعت وجود ندارد.

گرانش باعث گرانش می شود و در نتیجه انرژی حرارتی پراکنده شده در فضای بیرونی را باز می گرداند. اساساً انرژی میدان گرانشی در انبوهی متمرکز است اجرام کیهانی، جایی که به جرم تبدیل می شود و جرم نیز به نوبه خود انرژی گرانشی را جمع می کند. بدیهی است که قانون الهی گردش در اینجا نیز متجلی است. با انباشته شدن انرژی در خورشید و ستارگان، تابش از سر گرفته می شود که دوباره منجر به بازگشت انرژی به چرخه کلی پدیده های طبیعی می شود.

بنابراین، می توان گفت که مشکل "مرگ گرمایی" جهان ناپدید می شود (ناپدید می شود). ترس خیالی اختراع اجباری محققان بود.

همه موجودات زنده در طبیعت، جذابیت های آن و هماهنگی جهان مرهون قوانین الهی گردش خون و به ویژه تمرکز و بازگشت انرژی به چرخه انرژی است، جایی که گرانش مهمترین نقش را ایفا می کند. در غیاب میدان گرانشی نه حیات وجود خواهد داشت و نه گرما. سپس همه چیز می تواند یخ بزند. خورشید سرد می شد و تمام ستارگان و سایر نورها خاموش می شدند. با این حال، قوانین جذاب الهی: گردش، بازآفرینی،

تولید مثل، تجدید، تجدید - تسلط و حفظ ثبات طبیعت زنده و بی جان.

جالب است که در ظاهر قانون گرانش جهانی و قانون کولن در مورد برهمکنش بارهای الکتریکی یکسان هستند. این ویژگی قابل توجه در شباهت آنها به ما کمک می کند تا مکانیسم گرانش ایجاد شده توسط میدان گرانشی را کشف کنیم. فقط باید دریابیم که چرا جاذبه و دافعه در بارهای الکتریکی مشاهده می شود و در میدان گرانشی فقط یک "جاذبه" وجود دارد که به نظر ما می رسد.

تصویری مشابه با جاذبه گرانشی زمانی مشاهده می شود که براده های آهن (اشیاء) به یک آهنربا جذب می شوند. در اینجا نیز فقط جاذبه را مشاهده می کنیم و دافعه ذاتی قطب های همنام را مشاهده نمی کنیم.

این سوال پیش می آید. چرا اجسام آهنی هم به سمت شمال و هم به سمت شمال جذب می شوند؟ قطب های جنوبآهنربا، و هیچ دافعه ای وجود ندارد، مانند یک میدان گرانشی؟ چگونه می توانیم مکانیسم چنین تصادفی را توضیح دهیم؟

البته نیرو زمانی ایجاد می شود که تکانه تغییر کند، یعنی. مقدار حرکت تغییر در جرم ثابت تنها با تغییر در سرعت جسم مادی قابل تعیین است. با تغییر سرعت، وضعیت انرژی بدن مطابق با اصل انرژی تغییر می‌کند که می‌گوید: هر تغییر سرعت باعث افزایش یا کاهش انرژی بدن می‌شود، در نتیجه دلیل چنین تصادفی نیروهای "جاذب" در چنین پدیده های مختلف با تغییر در تکانه (میزان حرکت) میدان های مغناطیسی و جریان های گرانشی در هنگام تعامل با اجسام مادی مربوطه توضیح داده می شود. باید تاکید کرد که در طبیعت، وجود جاذبه بین اجسام ممکن نیست. بنابراین، H. Huygens کاملاً به درستی ایده گرانش را پوچ می دانست.

در واقع، میدان گرانشی در اجسام نفوذ می کند و آنها را در جهت حرکت خود سوق می دهد. سپس آنچه به دست می آوریم قانون گرانش نیست، بلکه قانون حرکت اجسام در یک میدان گرانشی تحت تأثیر انرژی گرانتون های کاهنده ناشی از مقاومت اجسام مادی در برابر میدان گرانشی است.

با جمع بندی مطالب فوق ، نتیجه می شود که دلیل عدم توانایی در آشکار کردن ماهیت فیزیکی قانون گرانش جهانی عدم وجود گرانش اجسام در طبیعت است.

تجزیه و تحلیل نشان می دهد که در طبیعت، که سال ها برای ما آشنا بود، "گرانش" اجسام به سمت یکدیگر وجود ندارد و همگرایی مشاهده شده اجسام با هل دادن آنها به سمت یکدیگر توسط جسم سوم ایجاد می شود. میدان های فیزیکی همچنین می توانند به عنوان جسم سوم عمل کنند، از جمله میدان گرانشی، که تمام اجسام مادی را به سطح تشکیلات عظیم کیهانی - سیارات و ستارگان - "فشار" می کند.

قانون جهانی برهمکنش بین میدان های نیروهای یک سیستم به طور قابل توجهی حل بسیاری از مسائل را به همراه بسیاری از مسائل پدیده ها و فرآیندهای طبیعت از جمله کیهان شناسی تسهیل می کند.

خوشحال کننده است که بیان ریاضی (توضیح) قانون گرانش جهانی نیوتن نیز توجیه علمی عمیق خود را در جوهر فیزیکی شناسایی شده می یابد.

زمانی که از قانون جهانی برهمکنش بین میدان های نیروهای سیستم که به عنوان یک کلید جهانی برای شناسایی ماهیت پدیده ها و فرآیندهای مشاهده شده در کل جهان عمل می کند، برای درک پدیده های طبیعی کاملاً مناسب است.

ادبیات:

1. Vavilov S.I. اسحاق نیوتن. - M. - L.: انتشارات آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، 1945. -230 ص.

2. کلاین ام. ریاضیات. جستجو برای حقیقت: ترجمه. از انگلیسی/Ed. در و. آرشینووا، یو.و. ساچکووا. - م.: میر، 1367. - 295 ص.

3. Gadzhiev S.Sh. تعامل نیروهای سیستم در فرآیندهای تکنولوژیکی (تحلیل، نظریه، عمل). - ماخاچکالا: DSU Publishing House, 1993. - 210 p.