Esenca fizike e gravitacionale elektromagnetike të fortë të dobët. Ndërveprimet themelore. Tendencat në ndërveprimet e bashkimit
Ndërveprimet e objekteve materiale dhe sistemeve të vëzhguara në natyrë janë shumë të ndryshme. Megjithatë, siç kanë treguar studimet fizike, të gjitha ndërveprimet mund t'i atribuohen katër lloje të ndërveprimeve themelore:
– gravitacionale;
– elektromagnetike;
- i fortë;
- i dobët.
Ndërveprimi gravitacional manifestohet në tërheqjen e ndërsjellë të çdo objekti material që ka masë. Ai transmetohet përmes fushës gravitacionale dhe përcaktohet nga një ligj themelor i natyrës - ligji i gravitetit universal, i formuluar nga I. Njutoni: midis dy pikave materiale me masë m1 dhe m2 të vendosura në distancë. r nga njëra-tjetra, vepron forca F, drejtpërdrejt proporcionale me produktin e masave të tyre dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre:
F = G? (m1m2)/r2. Ku G- konstante gravitacionale. Sipas teorisë kuantike G" fushat, bartës të bashkëveprimit gravitacional janë gravitonet - grimcat me masë zero, kuantet e fushës gravitacionale.
Ndërveprimi elektromagnetik shkaktohet nga ngarkesat elektrike dhe transmetohet përmes fushave elektrike dhe magnetike. Një fushë elektrike lind në prani të ngarkesave elektrike, dhe një fushë magnetike ndodh kur ato lëvizin. Një fushë magnetike në ndryshim gjeneron një fushë elektrike alternative, e cila nga ana tjetër është një burim i një fushe magnetike alternative.
Ndërveprimi elektromagnetik përshkruhet nga ligjet themelore të elektrostatikës dhe elektrodinamikës: ligji varëse, me ligj Amperi dhe të tjera - dhe në një formë të përgjithësuar - teoria elektromagnetike Maxwell, Lidhja e fushave elektrike dhe magnetike. Prodhimi, transformimi dhe aplikimi i fushave elektrike dhe magnetike shërbejnë si bazë për krijimin e një shumëllojshmërie mjetesh teknike moderne.
Sipas elektrodinamikës kuantike, bartës të bashkëveprimit elektromagnetik janë fotonet - kuantet e fushës elektromagnetike me masë zero.
Ndërveprimi i fortë siguron lidhjen e nukleoneve në bërthamë. Përcaktohet nga forcat bërthamore që kanë pavarësi të ngarkesës, veprim me rreze të shkurtër, ngopje dhe veti të tjera. Ndërveprimi i fortë është përgjegjës për qëndrueshmërinë e bërthamave atomike. Sa më i fortë të jetë ndërveprimi i nukleoneve në një bërthamë, aq më e qëndrueshme është bërthama. Ndërsa numri i nukleoneve në bërthamë dhe, rrjedhimisht, madhësia e bërthamës rritet, energjia specifike e lidhjes zvogëlohet dhe bërthama mund të kalbet.
Supozohet se ndërveprimi i fortë transmetohet nga gluonet - grimca që "ngjisin" kuarke që janë pjesë e protoneve, neutroneve dhe grimcave të tjera.
Të gjitha grimcat elementare përveç fotonit marrin pjesë në bashkëveprim të dobët. Ai përcakton shumicën e zbërthimit të grimcave elementare, ndërveprimin e neutrinos me materien dhe procese të tjera. Ndërveprimi i dobët manifestohet kryesisht në proceset e prishjes beta të bërthamave atomike. Bartësit e bashkëveprimit të dobët janë bozonet e ndërmjetme ose vektoriale - grimca me masë afërsisht 100 herë më të madhe se masa e protoneve dhe neutroneve.
Kapitulli III. Rezultatet kryesore teorike. 3.1. Teoria e unifikuar e fushës është teoria e vakumit fizik.
Metoda deduktive ndërtimi i teorive fizike i lejoi autorit që së pari të gjeometrizonte ekuacionet e elektrodinamikës (të zgjidhte programin minimal) dhe më pas të gjeometrizonte fushat e materies dhe kështu të plotësonte programin maksimal të Ajnshtajnit për të krijuar një teori të unifikuar të fushës. Megjithatë, rezultoi se përfundimi përfundimtar i programit të teorisë së unifikuar të fushës ishte ndërtimi i teorisë së vakumit fizik.
Gjëja e parë që duhet të kërkojmë nga një teori e unifikuar e fushës është:
a) një qasje gjeometrike ndaj problemit të kombinimit të ndërveprimeve gravitacionale, elektromagnetike, të forta dhe të dobëta bazuar në zgjidhjet e sakta të ekuacioneve (ekuacionet e vakumit);
b) parashikimi i llojeve të reja të ndërveprimeve;
c) unifikimi i teorisë së relativitetit dhe teorisë kuantike, d.m.th. ndërtimi i një teorie kuantike të përsosur (në përputhje me mendimin e Ajnshtajnit);
Le të tregojmë shkurtimisht se si teoria e vakumit fizik i plotëson këto kërkesa.
3.2. Unifikimi i ndërveprimeve elektro-gravitacionale.
Le të themi se duhet të krijojmë një teori fizike që përshkruan një grimcë të tillë elementare si një proton. Kjo grimcë ka masë, ngarkesë elektrike, ngarkesë bërthamore, spin dhe karakteristika të tjera fizike. Kjo do të thotë që protoni ka një mbindërveprim dhe kërkon mbiunifikim të ndërveprimeve për përshkrimin e tij teorik.
Me mbiunifikimin e ndërveprimeve, fizikanët kuptojnë bashkimin e ndërveprimeve gravitacionale, elektromagnetike, të forta dhe të dobëta. Aktualisht, kjo punë kryhet në bazë të një qasjeje induktive, kur teoria ndërtohet duke përshkruar numer i madh të dhëna eksperimentale. Pavarësisht shpenzimeve të konsiderueshme të burimeve materiale dhe mendore, zgjidhja e këtij problemi është larg të qenit e plotë. Nga këndvështrimi i A. Ajnshtajnit, qasja induktive ndaj ndërtimit të teorive komplekse fizike është e kotë, pasi teori të tilla rezultojnë të jenë "të pakuptimta", duke përshkruar një sasi të madhe të dhënash eksperimentale të ndryshme.
Për më tepër, teori të tilla si elektrodinamika e Maxwell-Dirac ose teoria e gravitetit të Ajnshtajnit i përkasin klasës së atyre themelore. Zgjidhja e ekuacioneve të fushës së këtyre teorive çon në një potencial themelor të formës Kulomb-Njutonian:
Në rajonin ku janë të vlefshme teoritë themelore të mësipërme, potencialet e Kulombit dhe të Njutonit përshkruajnë absolutisht me saktësi fenomenet elektromagnetike dhe gravitacionale. Ndryshe nga teoria e elektromagnetizmit dhe gravitetit, ndërveprimet e forta dhe të dobëta përshkruhen në bazë të teorive fenomenologjike. Në teori të tilla, potencialet e ndërveprimit nuk gjenden nga zgjidhjet e ekuacioneve, por futen nga krijuesit e tyre, siç thonë ata, "me dorë". Për shembull, për të përshkruar ndërveprimin bërthamor të protoneve ose neutroneve me bërthamat e elementeve të ndryshëm (hekuri, bakri, ari, etj.) në literaturën moderne shkencore ka rreth një duzinë potenciale bërthamore të shkruara me dorë.
Çdo studiues me sens të shëndoshë e kupton se kombinimi i një teorie themelore me atë fenomenologjike është si të kryqëzosh një lopë me një motoçikletë! Prandaj, para së gjithash, është e nevojshme të ndërtohet një teori themelore e ndërveprimeve të forta dhe të dobëta dhe vetëm pas kësaj bëhet e mundur unifikimi joformal i tyre.
Por edhe në rastin kur kemi dy teori themelore, siç është, për shembull, elektrodinamika klasike e Maxwell-Lorentz-it dhe teoria e gravitetit të Ajnshtajnit, unifikimi i tyre informal është i pamundur. Në të vërtetë, teoria Maxwell-Lorentz e konsideron fushën elektromagnetike në sfondin e hapësirës së sheshtë, ndërsa në teorinë e Ajnshtajnit fusha gravitacionale ka një natyrë gjeometrike dhe konsiderohet si një lakim i hapësirës. Për të kombinuar këto dy teori është e nevojshme: ose të konsiderohen të dyja fushat si të dhëna në sfondin e hapësirës së sheshtë (si fusha elektromagnetike në elektrodinamikën Maxwell-Lorentz), ose të reduktohen të dyja fushat në lakimin e hapësirës (si gravitacioni fushë në teorinë e gravitetit të Ajnshtajnit).
Nga ekuacionet e vakumit fizik vijojnë ekuacionet e Ajnshtajnit të gjeometrizuar plotësisht (B.1), të cilat nuk kombinojnë formalisht ndërveprimet gravitacionale dhe elektromagnetike, pasi në këto ekuacione si fusha gravitacionale ashtu edhe ato elektromagnetike rezultojnë të gjeometrizohen. Zgjidhja e saktë e këtyre ekuacioneve rezulton në një potencial të unifikuar elektro-gravitacional, i cili përshkruan ndërveprimet e unifikuara elektro-gravitacionale në një mënyrë joformale.
Një zgjidhje që përshkruan një ngacmim vakum të qëndrueshëm sferikisht simetrik me masë M dhe ngarkuar Ze(d.m.th. një grimcë me këto karakteristika) përmban dy konstante: rrezen e saj gravitacionale r g dhe rreze elektromagnetike r e. Këto rreze përcaktojnë rrotullimin e Ricci dhe lakimin e Riemann-it të krijuar nga masa dhe ngarkesa e grimcës. Nëse masa dhe ngarkesa bëhen zero (grimca shkon në vakum), atëherë të dyja rrezet zhduken. Në këtë rast, përdredhja dhe lakimi i hapësirës Weizenbeck gjithashtu zhduket, d.m.th. hapësira e ngjarjeve bëhet e sheshtë (vakum absolut).
Gravitacionale r g dhe elektromagnetike r e rrezet formojnë sfera tredimensionale nga të cilat fillojnë fushat gravitacionale dhe elektromagnetike të grimcave ( shih fig. 24). Për të gjitha grimcat elementare, rrezja elektromagnetike është shumë më e madhe se rrezja gravitacionale. Për shembull, për një elektron r g= 9,84xl0 -56, dhe r e= 5,6x10 -13 cm Edhe pse këto rreze kanë një vlerë të fundme, dendësia e lëndës gravitacionale dhe elektromagnetike të grimcës (kjo rrjedh nga zgjidhja e saktë e ekuacioneve të vakumit) është e përqendruar në një pikë. Prandaj, në shumicën e eksperimenteve, elektroni sillet si një grimcë pikë.
Oriz. 24. Një grimcë sferike simetrike me masë dhe ngarkesë të lindur nga një vakum përbëhet nga dy sfera me rreze r g dhe r e. letra G Dhe E tregojnë përkatësisht fusha statike gravitacionale dhe elektromagnetike.
3.3. Unifikimi i ndërveprimeve gravitacionale, elektromagnetike dhe të forta.
Një arritje e madhe e teorisë së vakumit fizik është një seri e tërë potencialesh të reja ndërveprimesh të marra nga zgjidhja e ekuacioneve të vakumit (A) dhe (B). Këto potenciale shfaqen si një plotësues i ndërveprimit Kulomb-Njutonian. Një nga këto potenciale zvogëlohet me distancë më të shpejtë se 1/r, d.m.th. forcat e krijuara prej tij veprojnë (si ato bërthamore) në distanca të shkurtra. Përveç kësaj, ky potencial është jo zero, edhe kur ngarkesa e grimcës është zero ( oriz. 25). Një pronë e ngjashme e pavarësisë së ngarkesës së forcave bërthamore u zbulua eksperimentalisht shumë kohë më parë.
Oriz. 25. Energjia e mundshme e ndërveprimit bërthamor e gjetur nga zgjidhja e ekuacioneve të vakumit. Lidhja midis rrezeve bërthamore dhe elektromagnetike r N = | r e|/2,8.
Oriz. 26. Llogaritjet teorike të marra nga zgjidhja e ekuacioneve të vakumit (kurba e ngurtë) vërtetohen mjaft mirë nga eksperimentet mbi bashkëveprimin elektrobërthamor të protoneve dhe bërthamave të bakrit.
Aktiv oriz. 25 paraqitet energjia potenciale e bashkëveprimit të një neutroni (ngarkesa neutron është zero) dhe një protoni me një bërthamë. Për krahasim, është dhënë energjia potenciale e Kulombit e zmbrapsjes midis protonit dhe bërthamës. Figura tregon se në distanca të vogla nga bërthama, zmbrapsja e Kulombit zëvendësohet nga tërheqja bërthamore, e cila përshkruhet nga një konstante e re. r N- rrezja bërthamore. Nga të dhënat eksperimentale u konstatua se vlera e kësaj konstante është rreth 10 -14 cm. Prandaj, forcat e krijuara nga konstanta e re dhe potenciali i ri fillojnë të veprojnë në distanca ( r Unë) nga qendra e bërthamës. Pikërisht në këto distanca fillojnë të veprojnë forcat bërthamore.
r Unë = (100 - 200)r N= 10 -12 cm.
Aktiv oriz. 25 rrezja bërthamore përcaktohet nga relacioni r N = |r e|/2.8 ku vlera e modulit të rrezes elektromagnetike e llogaritur për procesin e bashkëveprimit ndërmjet një protoni dhe një bërthame bakri është e barabartë me: | r e| = 8,9x10 -15 cm.
Në. oriz. 26Është paraqitur një kurbë eksperimentale që përshkruan shpërndarjen e protoneve me një energji prej 17 MeV në bërthamat e bakrit. Vija e fortë në të njëjtën figurë tregon lakoren teorike të përftuar në bazë të zgjidhjeve të ekuacioneve të vakumit. Marrëveshja e mirë midis kthesave sugjeron që potenciali i ndërveprimit me rreze të shkurtër me rrezen bërthamore të gjetur nga zgjidhja e ekuacioneve të vakumit r N= 10 -15 cm Këtu nuk u tha asgjë për ndërveprimet gravitacionale, pasi për grimcat elementare ato janë shumë më të dobëta se ato bërthamore dhe elektromagnetike.
Avantazhi i qasjes së vakumit në një përshkrim të unifikuar të ndërveprimeve gravitacionale, elektromagnetike dhe bërthamore ndaj atyre të pranuara aktualisht është se qasja jonë është themelore dhe nuk kërkon prezantimin e potencialeve bërthamore "me dorë".
3.4. Marrëdhënia midis ndërveprimeve të dobëta dhe rrotulluese.
Ndërveprimet e dobëta zakonisht nënkuptojnë procese që përfshijnë një nga grimcat elementare më misterioze - neutrinot. Neutrinot nuk kanë masë apo ngarkesë, por vetëm rrotullim - rrotullimin e tyre. Kjo grimcë nuk toleron asgjë tjetër përveç rrotullimit. Kështu, një neutrino është një nga varietetet e një fushe rrotullimi dinamike në formën e tij të pastër.
Më e thjeshta nga proceset në të cilat manifestohen ndërveprime të dobëta është prishja e një neutroni (neutroni është i paqëndrueshëm dhe ka një jetëgjatësi mesatare prej 12 minutash) sipas skemës:
n® p + + e - + v
Ku p+- proton, e-- elektron, v- antineutrino. Shkenca moderne beson se elektroni dhe protoni ndërveprojnë me njëri-tjetrin sipas ligjit të Kulombit si grimca me ngarkesa të kundërta. Ata nuk mund të formojnë një grimcë neutrale jetëgjatë - një neutron me përmasa të rendit prej 10 -13 cm, pasi elektroni, nën ndikimin e gravitetit, duhet menjëherë "të bjerë mbi proton". Për më tepër, edhe nëse do të ishte e mundur të supozohej se neutroni përbëhet nga grimca të ngarkuara në mënyrë të kundërt, atëherë gjatë prishjes së tij duhet të respektohet rrezatimi elektromagnetik, i cili do të çonte në një shkelje të ligjit të ruajtjes së rrotullimit. Fakti është se neutroni, protoni dhe elektroni kanë secili një spin prej +1/2 ose -1/2.
Le të supozojmë se rrotullimi fillestar i neutronit ishte -1/2. Atëherë spin-i total i elektronit, protonit dhe fotonit gjithashtu duhet të jetë i barabartë me -1/2. Por rrotullimi total i një elektroni dhe një protoni mund të ketë vlera -1, 0, +1, dhe një foton mund të ketë një rrotullim prej -1 ose +1. Rrjedhimisht, rrotullimi i sistemit elektron-proton-foton mund të marrë vlera 0, 1, 2, por jo -1/2.
Zgjidhjet e ekuacioneve të vakumit për grimcat me spin treguan se për to ekziston një konstante e re r s- rrezja e rrotullimit, e cila përshkruan fushën e rrotullimit të një grimce rrotulluese. Kjo fushë gjeneron ndërveprime rrotullimi në distanca të shkurtra dhe lejon një qasje të re ndaj problemit të formimit të një neutroni nga një proton, elektron dhe antineutrino.
Aktiv oriz. 27 Janë paraqitur grafikët cilësorë të energjisë potenciale të bashkëveprimit të një protoni me një spin me një elektron dhe një pozitron, të marra nga zgjidhja e ekuacioneve të vakumit. Grafiku tregon se në një distancë prej rreth
r s = |r e|/3 = 1,9x10 -13 cm.
Nga qendra e protonit ekziston një "pus rrotullues" në të cilin një elektron mund të qëndrojë për një kohë mjaft të gjatë kur ai, së bashku me një proton, formojnë një neutron. Një elektron nuk mund të bjerë mbi një proton rrotullues, pasi forca refuzuese rrotulluese në distanca të shkurtra tejkalon forcën e tërheqjes së Kulombit. Nga ana tjetër, shtimi i rrotullimit në energjinë potenciale të Kulombit ka simetri boshtore dhe varet shumë nga orientimi i rrotullimit të protonit. Ky orientim jepet nga këndi q ndërmjet drejtimit të rrotullimit të protonit dhe vektorit të rrezes të tërhequr në pikën e vëzhgimit,
Ha oriz. 27 orientimi i rrotullimit të protonit zgjidhet ashtu që këndi q e barabartë me zero. Në kënd q= 90° shtimi i rrotullimit bëhet zero dhe në një rrafsh pingul me drejtimin e rrotullimit të protonit, elektroni dhe protoni bashkëveprojnë sipas ligjit të Kulombit.
Ekzistenca e një fushe rrotullimi pranë një protoni rrotullues dhe një pusi rrotullues gjatë bashkëveprimit të një protoni dhe një elektroni sugjeron që kur një neutron "shpërthehet" në një proton dhe një elektron, emetohet një fushë rrotullimi, e cila nuk ka ngarkesë dhe masë dhe transferon vetëm rrotullim. Kjo është pikërisht vetia që kanë antineutrinot (ose neutrinot).
Nga analiza e energjisë potenciale të përshkruar në oriz. 27, rrjedh se kur nuk ka ndërveprim elektromagnetik në të ( r e= 0) dhe mbetet vetëm ndërveprimi i rrotullimit ( r s Nr. 0), atëherë energjia potenciale bëhet zero. Kjo do të thotë se rrezatimi me rrotullim të lirë, që mban vetëm rrotullim, nuk ndërvepron (ose bashkëvepron dobët) me lëndën e zakonshme. Kjo, me sa duket, shpjegon aftësinë e lartë depërtuese të vërejtur të rrezatimit rrotullues - neutrinos.
Oriz. 27. Energjia potenciale e bashkëveprimit të një protoni rrotullues, e përftuar nga zgjidhja e ekuacioneve të vakumit: a) - elektron me proton në | r e |/ r s, b) - e njëjta gjë me pozitronin.
Kur një elektron është në një "pus rrotullues" pranë një protoni, energjia e tij është negative. Që një neutron të kalbet në një proton dhe një elektron, është e nevojshme që neutroni të thithë energjinë pozitive të rrotullimit, d.m.th. neutrino sipas skemës:
v+n® p + + e -
Kjo skemë është plotësisht analoge me procesin e jonizimit të një atomi nën ndikimin e një të jashtme rrezatimi elektromagnetik g
g + a ® a + + e -
Ku a+- atomi i jonizuar dhe e-- elektron. Dallimi është se elektroni në atom është në një pus Kulomb, dhe elektroni në neutron mbahet nga potenciali i rrotullimit.
Kështu, në teorinë e vakumit ekziston një lidhje e thellë midis fushës së rrotullimit dhe ndërveprimeve të dobëta.
3.5. Kriza në fizikën spin dhe një rrugëdalje e mundshme prej saj.
Teori moderne grimcat elementare i përkasin klasës së grimcave induktive. Ai bazohet në të dhënat eksperimentale të marra duke përdorur përshpejtuesit. Teoritë induktive janë përshkruese në natyrë dhe duhet të rregullohen çdo herë kur të dhënat e reja bëhen të disponueshme.
Rreth 40 vjet më parë, në Universitetin e Rochester-it filluan eksperimentet mbi shpërndarjen e protoneve të polarizuara me spin në objektiva të polarizuara të përbërë nga protone. Më pas, u quajt i gjithë ky drejtim në teorinë e grimcave elementare spin fizika.
Oriz. 28. Të dhëna eksperimentale mbi ndërveprimin e rrotullimit të nukleoneve të polarizuar në varësi të orientimit të ndërsjellë të rrotullimeve të tyre. Shigjetat horizontale tregojnë drejtimin dhe madhësinë (trashësia e shigjetës) të ndërveprimit përdredhës. Shigjeta vertikale tregon drejtimin e momentit orbital të grimcave të shpërndara.
Rezultati kryesor i marrë nga fizika spin është se gjatë ndërveprimeve në distanca të vogla (rreth 10 -12 cm), rrotullimi i grimcave fillon të luajë një rol të rëndësishëm. U zbulua se ndërveprimet e rrotullimit (ose spin-spin) përcaktojnë madhësinë dhe natyrën e forcave që veprojnë midis grimcave të polarizuara (shih. oriz. 28).
Oriz. 29. Energjia superpotenciale e përftuar nga zgjidhja e ekuacioneve të vakumit. Varësia nga orientimi i rrotullimit të synuar tregohet: a) - bashkëveprimi i protoneve dhe një bërthame të polarizuar në r e/r N = -2, r N/r s= 1,5; b) - e njëjta gjë për neutronet në r e/r N = 0, r N/r s= 1.5. Këndi q matet nga rrotullimi i bërthamës në vektorin e rrezes të tërhequr në pikën e vëzhgimit.
Natyra e ndërveprimeve të rrotullimit të nukleoneve të zbuluara në eksperiment doli të ishte aq komplekse sa që ndryshimet e bëra në teori e bënë teorinë të pakuptimtë. Ka arritur në pikën ku teoricienëve u mungojnë idetë për të përshkruar të dhëna të reja eksperimentale. Kjo "krizë mendore" e teorisë rëndohet më tej nga fakti se kostoja e një eksperimenti në fizikën spin po rritet ndërsa bëhet më kompleks dhe tani i është afruar kostos së një përshpejtuesi, i cili ka çuar në një krizë materiale. Pasoja e kësaj gjendjeje ishte ngrirja e fondeve për ndërtimin e përshpejtuesve të rinj në disa vende.
Mund të ketë vetëm një rrugëdalje nga situata aktuale kritike - në ndërtimin e një teorie deduktive të grimcave elementare. Kjo është pikërisht mundësia që na ofron teoria e vakumit fizik. Zgjidhjet e ekuacioneve të tij çojnë në një potencial ndërveprimi - një superpotencial, i cili përfshin:
r g- rrezja gravitacionale,
r e- rrezja elektromagnetike,
r N- rrezja bërthamore dhe
r s- rrezja e rrotullimit,
përgjegjës për gravitacion ( r g), elektromagnetike ( r e), bërthamore ( r N) dhe rrotullim rrotullues ( r s) ndërveprimet.
Aktiv oriz. 29 janë paraqitur grafikët cilësorë të energjisë superpotenciale të përftuara nga zgjidhja e ekuacioneve të vakumit.
Grafiku tregon një varësi të fortë të bashkëveprimit të grimcave nga orientimi i rrotullimeve, gjë që vërehet në eksperimentet e fizikës spin. Natyrisht, përgjigja përfundimtare do të jepet kur të kryhet një hulumtim i plotë bazuar në zgjidhjet e ekuacioneve të vakumit.
3.6. Fusha elektromagnetike skalare dhe transmetimi i energjisë elektromagnetike mbi një tel të vetëm.
Ekuacionet e vakumit, siç u ka hije ekuacioneve të teorisë së fushës së unifikuar, shndërrohen në ekuacione fizike të njohura në raste të ndryshme të veçanta. Nëse kufizohemi në marrjen në konsideratë të fushave të dobëta elektromagnetike dhe lëvizjes së ngarkesave me shpejtësi jo shumë të larta, atëherë ekuacione të ngjashme me ekuacionet elektrodinamike të Maksuellit do të pasojnë nga ekuacioni i vakumit (B.1). Nën fusha të dobëta në në këtë rast kuptohen si fusha elektromagnetike, forca e të cilave plotëson pabarazinë E, H<< 10 -16 ед. СГСЕ. Такие слабые электромагнитные поля встречаются на расстояниях порядка r >> 10 -13 cm nga grimcat elementare, d.m.th. në distanca ku efekti i ndërveprimeve bërthamore dhe të dobëta bëhet i parëndësishëm. Mund të konsiderohet se në tonë Jeta e përditshme kemi të bëjmë gjithmonë me fusha të dobëta elektromagnetike. Nga ana tjetër, lëvizja e grimcave me shpejtësi jo shumë të larta do të thotë që energjitë e grimcave të ngarkuara nuk janë shumë të larta dhe, për shkak të mungesës së energjisë, ato nuk hyjnë, për shembull, në reaksionet bërthamore.
Nëse kufizohemi në rastin kur ngarkesat e grimcave janë konstante ( e = konst), atëherë fushat e dobëta elektromagnetike në teorinë e vakumit përshkruhen nga një potencial vektor (i njëjtë si në elektrodinamikën e Maxwell-it), përmes të cilit përcaktohen gjashtë përbërës të pavarur të fushës elektromagnetike: tre komponentë fushe elektrike E dhe tre komponentë të fushës magnetike H.
Në rastin e përgjithshëm, potenciali i fushës elektromagnetike në elektrodinamikën e vakumit rezulton të jetë një tensor simetrik i rangut të dytë, i cili krijon përbërës shtesë të fushës elektromagnetike. Zgjidhja e saktë e ekuacioneve të elektrodinamikës së vakumit për ngarkesat për të cilat e Nr konst, parashikon ekzistencën e një fushe të re elektromagnetike skalare të formës:
S = - de(t) / rc dt
Ku r- distanca nga ngarkesa në pikën e vëzhgimit, Me- shpejtësia e dritës, e(t)- tarifë e ndryshueshme.
Në elektrodinamikën e zakonshme, një fushë e tillë skalare mungon për faktin se potenciali në të është një vektor. Nëse një grimcë e ngarkuar e lëviz me shpejtësi V dhe bie në një fushë elektromagnetike skalare S, atëherë mbi të vepron një forcë F S:
F S = eSV = - e V
Meqenëse lëvizja e ngarkesave përfaqëson një rrymë elektrike, kjo do të thotë që fusha skalare dhe forca e krijuar nga kjo fushë duhet të zbulohen në eksperimentet me rrymat.
Formulat e mësipërme u morën me supozimin se ngarkesat e grimcave ndryshojnë me kalimin e kohës dhe, siç duket, nuk kanë asnjë lidhje me fenomenet reale, pasi ngarkesat e grimcave elementare janë konstante. Megjithatë, këto formula janë mjaft të zbatueshme për një sistem të përbërë nga një numër i madh ngarkesash konstante, kur numri i këtyre tarifave ndryshon me kalimin e kohës. Eksperimente të këtij lloji u kryen nga Nikola Tesla në fillim të shekullit të 20-të. Për të studiuar sistemet elektrodinamike me ngarkesë të ndryshueshme, Tesla përdori një sferë të ngarkuar (shih Fig. Fig. 29 a). Kur sfera u shkarkua në tokë, rreth sferës u ngrit një fushë skalare S. Përveç kësaj, një rrymë kaloi përmes një përcjellësi, i cili nuk iu bind ligjeve të Kirchhoff, pasi qarku doli të ishte i hapur. Në të njëjtën kohë, një forcë u aplikua në përcjellës F S, drejtuar përgjatë përcjellësit (në krahasim me forcat e zakonshme magnetike që veprojnë pingul me rrymën).
Ekzistenca e forcave që veprojnë në një përcjellës që mban rrymë dhe drejtohet përgjatë përcjellësit u zbulua nga A.M. Amperi. Më pas, forcat gjatësore u konfirmuan eksperimentalisht në eksperimentet e shumë studiuesve, përkatësisht në eksperimentet e R. Sigalov, G. Nikolaev dhe të tjerë. Përveç kësaj, në veprat e G. Nikolaev, lidhja midis fushës elektromagnetike skalare dhe veprimit. i forcave gjatësore u vendos fillimisht. Megjithatë, G. Nikolaev kurrë nuk e lidhi një fushë skalare me një ngarkesë të ndryshueshme.
Oriz. 29 a. Në elektrodinamikën me ngarkesë të ndryshueshme, rryma rrjedh nëpër një tel.
Transmetimi me një tela i energjisë elektrike ka marrë të tijën zhvillimin e mëtejshëm në veprat e S.V. Avramenko. Në vend të një sfere të ngarkuar, S.V. Avramenko propozoi përdorimin e një transformatori Tesla, në të cilin dredha-dredha dytësore në daljen e transformatorit ka vetëm një fund. Fundi i dytë është thjesht i izoluar dhe mbetet brenda transformatorit. Nëse një tension alternativ me një frekuencë prej disa qindra Hertz aplikohet në mbështjelljen parësore, atëherë në mbështjelljen dytësore shfaqet një ngarkesë alternative, e cila gjeneron një fushë skalare dhe forcë gjatësore. F S. S.V. Avramenko vendos një pajisje të veçantë në një tel që del nga transformatori - një prizë Avramenko, e cila bën dy nga një tel. Nëse tani lidhni një ngarkesë normale në formën e një llambë ose një motor elektrik me dy tela, llamba ndizet dhe motori fillon të rrotullohet për shkak të energjisë elektrike që transmetohet përmes një teli. Një instalim i ngjashëm, që transmeton 1 kW fuqi mbi një tel, u zhvillua dhe u patentua në Institutin Kërkimor Gjith-Rus të Elektrifikimit Bujqësia. Aty po punohet gjithashtu për të krijuar një linjë me një tela me një kapacitet 5 kW ose më shumë.
3.7. Rrezatimi i përdredhjes në elektrodinamikë.
Ne kemi vërejtur tashmë se një neutrino është një rrezatim rrotullimi, i cili, siç vijon nga zgjidhja e ekuacioneve të vakumit, shoqëron daljen e një elektroni nga një pus rrotullimi gjatë zbërthimit të një neutroni. Në këtë drejtim, lind menjëherë pyetja: a nuk ka rrezatim rrotullimi gjatë lëvizjes së përshpejtuar të një elektroni, të krijuar nga rrotullimi i tij?
Teoria e vakumit i përgjigjet kësaj pyetjeje pozitivisht. Fakti është se fusha e emetuar nga një elektron i përshpejtuar lidhet me derivatin e tretë të koordinatës në lidhje me kohën. Teoria e vakumit bën të mundur marrjen në konsideratë të rrotullimit të elektronit - rrotullimin e tij - në ekuacionet klasike të lëvizjes dhe të tregojë se fusha e rrezatimit përbëhet nga tre pjesë:
E rad = E e + T et + T t
Pjesa e parë e emetimit të elektroneve E e e krijuar nga ngarkesa e elektronit, d.m.th. ka një natyrë thjesht elektromagnetike. Kjo pjesë është studiuar mjaft mirë nga fizika moderne. Pjesa e dytë T et ka një natyrë të përzier elektro-përdredhëse, pasi gjenerohet si nga ngarkesa e elektronit ashtu edhe nga spin-i i tij. Më në fund, pjesa e tretë e rrezatimit T t krijuar vetëm nga spin-i i elektronit. Për këtë të fundit, mund të themi se një elektron lëshon neutrino gjatë lëvizjes së përshpejtuar, por me energji shumë të ulëta!
Disa vite më parë, në Rusi u krijuan dhe u patentuan pajisje që konfirmuan parashikimet teorike të teorisë së vakumit në lidhje me ekzistencën e rrezatimit të rrotullimit në elektrodinamikën e krijuar nga rrotullimi i elektronit. Këto pajisje u quajtën gjeneratorë të rrotullimit.
Oriz. tridhjetë. Diagrami skematik i gjeneratorit të rrotullimit të Akimov.
Aktiv oriz. tridhjetë tregon një diagram skematik të gjeneratorit të rrotullimit të patentuar të Akimov. Ai përbëhet nga një kondensator cilindrik 3, pllaka e brendshme e të cilit furnizohet me një tension negativ, dhe pllaka e jashtme furnizohet me një tension pozitiv nga një burim tensioni konstant 2. Një magnet vendoset brenda kondensatorit cilindrik, i cili është një burim jo vetëm të një fushe magnetike statike, por edhe të një fushe rrotullimi statike. Kjo fushë gjenerohet (si dhe ajo magnetike) nga spin-i total i elektroneve. Përveç kësaj, polarizimi i vakumit me spin të pastër (neutrino statike) ndodh midis pllakave të kondensatorit, i krijuar nga diferenca potenciale. Për të krijuar rrezatim rrotullimi të një frekuence të caktuar, një fushë elektromagnetike alternative (sinjal kontrolli) 1 do të aplikohet në pllakat e kondensatorit.
Oriz. 31. Gjenerator i rrotullimit Akimov.
Nën ndikimin e një fushe elektromagnetike alternative 1 të një frekuence të caktuar, ndryshon orientimi i rrotullimeve (me të njëjtën frekuencë) të elektroneve brenda magnetit dhe rrotullimeve të polarizuara midis pllakave të kondensatorit. Rezultati është rrezatim rrotullues dinamik me aftësi të lartë depërtuese.
Aktiv oriz. 31Është paraqitur struktura e brendshme e gjeneratorit Akimov. Nga pikëpamja e elektromagnetizmit, dizajni i një gjeneratori rrotullimi duket paradoksal, pasi baza e tij elementare është ndërtuar mbi parime krejtësisht të ndryshme. Për shembull, një sinjal rrotullimi mund të transmetohet përgjatë një teli të vetëm metalik.
Gjeneratorët e rrotullimit të tipit të paraqitur në oriz. 31 janë përdorur gjerësisht në Rusi në eksperimente të ndryshme dhe madje edhe teknologji, të cilat do të diskutohen më poshtë.
3.8. Është gjetur teoria kuantike për të cilën ëndërronte Ajnshtajni.
Teoria moderne kuantike e materies gjithashtu i përket klasës induktive. Sipas laureat i Nobelit, krijuesi i teorisë së kuarkeve M. Gell-Mann, teoria kuantike është një shkencë që ne dimë ta përdorim, por nuk e kuptojmë plotësisht. A. Ajnshtajni gjithashtu ndau një mendim të ngjashëm, duke besuar se ai ishte i paplotë. Sipas A. Ajnshtajnit, “teoria kuantike perfekte” do të gjendet në rrugën e përmirësimit. teori e përgjithshme relativiteti, d.m.th. në rrugën drejt ndërtimit të një teorie deduktive. Është pikërisht kjo teori kuantike që rrjedh nga ekuacionet e vakumit fizik.
Dallimet kryesore midis teorisë kuantike dhe teorisë klasike janë se:
a) teoria përmban një konstante të re h - konstanten e Planck;
b) ka gjendje stacionare dhe natyrën kuantike të lëvizjes së grimcave;
c) për të përshkruar dukuritë kuantike, përdoret një sasi fizike universale - një funksion valor kompleks që plotëson ekuacionin e Shrodingerit dhe ka një interpretim probabilistik;
d) ka dualizëm grimcë-valë dhe një analogji optiko-mekanike;
e) lidhja e pasigurisë së Heisenberg është e kënaqur;
f) lind një hapësirë e gjendjes së Hilbertit.
Të gjitha këto veti (me përjashtim të vlerës specifike të konstantës së Planck-ut) shfaqen në teorinë e vakumit fizik kur studiohet problemi i lëvizjes së materies në ekuacionet e Ajnshtajnit plotësisht të gjeometrizuara (B.1).
Zgjidhja e ekuacioneve (B.1), e cila përshkruan një grimcë masive të qëndrueshme sferike simetrike (të ngarkuar ose jo), të çon njëkohësisht në dy ide rreth densitetit të shpërndarjes së materies së saj:
a) si dendësia e lëndës së një grimce pika dhe
b) si një lëmsh fushe i formuar nga një fushë rrotullimi komplekse (fusha e inercisë).
Dualizmi fushë-grimcë, që lind në teorinë e vakumit, është plotësisht analoge me dualizmin e teorisë moderne kuantike. Sidoqoftë, ekziston një ndryshim në interpretimin fizik të funksionit të valës në teorinë e vakumit. Së pari, ai plotëson ekuacionin e Shrodingerit vetëm në një përafrim linear dhe me një konstante kuantike arbitrare (një analog i përgjithësuar i konstantës së Planck-ut). Së dyti, në teorinë e vakumit, funksioni i valës përcaktohet përmes një fushe fizike reale - fushës së inercisë, por, duke u normalizuar në unitet, merr një interpretim probabilistik të ngjashëm me funksionin valor të teorisë moderne kuantike.
Gjendjet stacionare grimcat në teorinë e vakumit janë pasojë e një interpretimi të zgjeruar të parimit të inercisë kur përdoren kornizat inerciale lokale të referencës. Siç u përmend më herët (shih oriz. 6), në elektrodinamikën e përgjithshme relativiste, një elektron në një atom mund të lëvizë me përshpejtim në fushën e Kulombit të bërthamës, por pa rrezatim, nëse korniza e referencës e lidhur me të është lokalisht inerciale.
Kuantizimi gjendjet e palëvizshme në teorinë e vakumit shpjegohet me faktin se në të grimca është një formacion thjesht fushë i shtrirë në hapësirë. Kur një fushë, objekt i shtrirë ndodhet në një hapësirë të kufizuar, karakteristikat e tij fizike, si energjia, momenti, etj., marrin vlera diskrete. Nëse grimca është e lirë, atëherë spektri i karakteristikave të saj fizike bëhet i vazhdueshëm.
Vështirësitë kryesore të teorisë moderne kuantike lindin nga një keqkuptim i natyrës fizike të funksionit të valës dhe një përpjekje për të përfaqësuar një objekt të zgjeruar si një pikë ose si një valë plani. Një pikë në teorinë klasike të fushës përshkruan një grimcë testuese që nuk ka fushën e saj. Prandaj, teoria kuantike, e cila rrjedh nga teoria e vakumit, duhet të konsiderohet si një mënyrë për të përshkruar lëvizjen e një grimce duke marrë parasysh fushën e saj. Kjo nuk mund të bëhej në teorinë e vjetër kuantike për arsyen e thjeshtë se dendësia e materies së një grimce dhe dendësia e fushës së krijuar prej saj janë të një natyre të ndryshme. Nuk kishte asnjë karakteristikë fizike universale për të përshkruar në mënyrë uniforme të dy densitet. Tani një karakteristikë e tillë fizike është shfaqur në formën e një fushe inercie - një fushë rrotullimi, e cila rezulton të jetë vërtet universale, pasi të gjitha llojet e materies i nënshtrohen fenomenit të inercisë.
Aktiv oriz. 32 tregohet se si fusha e inercisë përcakton densitetin e lëndës së një grimce duke marrë parasysh fushën e saj.
Oriz. 32. Vakum Mekanika kuantike braktis konceptin e një grimce provë dhe përshkruan grimcën duke marrë parasysh fushën e saj, duke përdorur fushën fizike universale - fushën e inercisë.
Sa i përket vlerës specifike të konstantës së Planck-ut, ajo me sa duket duhet të konsiderohet si një fakt empirik që karakterizon dimensionet gjeometrike të atomit të hidrogjenit.
Doli të ishte interesante që teoria kuantike e vakumit lejon gjithashtu një interpretim probabilist, duke përmbushur parimin e korrespondencës me teorinë e vjetër. Interpretimi probabilistik i lëvizjes së një objekti të zgjatur u shfaq për herë të parë në fizikë në mekanikën klasike të Liouville. Në këtë mekanikë, kur merret parasysh lëvizja e një pikë lëngu si një e tërë e vetme, identifikohet një pikë e veçantë e rënies - qendra e saj e masës. Me ndryshimin e formës së rënies, ndryshon edhe pozicioni i qendrës së masës brenda saj. Nëse dendësia e rënies është e ndryshueshme, atëherë qendra e masës ka shumë të ngjarë të jetë e vendosur në rajonin ku dendësia e rënies është maksimale. Prandaj, dendësia e substancës së një rënie rezulton të jetë proporcionale me densitetin e probabilitetit të gjetjes së qendrës së masës në një pikë të caktuar të hapësirës brenda pikës.
Në teorinë kuantike, në vend të një pike lëngu, kemi një mpiksje fushe të formuar nga fusha e inercisë së grimcës. Ashtu si një pikë, kjo mpiksje e fushës mund të ndryshojë formën, e cila, nga ana tjetër, çon në një ndryshim në pozicionin e qendrës së masës së mpiksjes brenda saj. Duke e përshkruar lëvizjen e një mpiksjeje fushore si një tërësi e vetme përmes qendrës së masës së saj, në mënyrë të pashmangshme arrijmë në një përshkrim probabilistik të lëvizjes.
Një rënie e zgjatur mund të konsiderohet si një grup grimcash pika, secila prej të cilave karakterizohet nga tre koordinata x, y, z dhe momenti me tre komponentë p x, p y, p z. Në mekanikën e Liouville, formohen koordinatat e pikave brenda një rënieje hapësira e konfigurimit(në përgjithësi, pafundësisht dimensionale). Nëse lidhim gjithashtu impulse me secilën pikë të hapësirës së konfigurimit të rënies, marrim hapësirë fazore. Në mekanikën e Liouville, është vërtetuar një teoremë mbi ruajtjen e vëllimit fazor, e cila çon në një lidhje pasigurie të formës:
D pDx = konst
Këtu Dx konsiderohet si një shpërndarje e koordinatave të pikave brenda rënies, dhe Dp si përhapja e impulseve të tyre përkatëse. Le të supozojmë se rënia merr formën e një vije (shtrihet në një vijë), atëherë vrulli i saj është i përcaktuar rreptësisht, pasi shpërndarja Dp= 0. Por çdo pikë e drejtëzës bëhet e barabartë, kështu që koordinata e rënies nuk përcaktohet për shkak të relacionit Dx = Ґ , që rrjedh nga teorema mbi ruajtjen e vëllimit fazor të një rënieje.
Në teorinë e fushës për një grup fushe të përbërë nga një grup valësh të rrafshët, teorema mbi ruajtjen e vëllimit fazor shkruhet si:
DpDx = p
Ku Dxështë shpërndarja e koordinatave të grupimeve të fushës, dhe Dp- shpërhapja e vektorëve valorë të valëve të rrafshët që formojnë një tufë fushore. Nëse i shumëzojmë të dyja anët e ekuacionit me h dhe shkruani përcaktimin р = hk, atëherë marrim lidhjen e njohur të pasigurisë së Heisenberg:
DpDx = p h
Kjo marrëdhënie është gjithashtu e vërtetë për një grup fushe të formuar nga një grup valësh plani të fushës inerciale në teorinë kuantike, që rrjedh nga teoria e vakumit fizik.
3.9. Kuantizimi në Sistemin Diellor.
Teoria e re kuantike na lejon të zgjerojmë të kuptuarit tonë për shtrirjen e fenomeneve kuantike. Aktualisht, besohet se teoria kuantike është e zbatueshme vetëm për përshkrimin e fenomeneve të mikrobotës. Për të përshkruar makrofenomene të tilla si lëvizja e planetëve rreth Diellit, ende përdoret ideja e një planeti si një grimcë provë që nuk ka fushën e vet. Sidoqoftë, një përshkrim më i saktë i lëvizjes së planetëve arrihet kur merret parasysh fusha e vetë planetit. Kjo është pikërisht mundësia që na ofron teoria e re kuantike, duke përdorur fushën e inercisë si funksion valor në ekuacionin e Schrödinger-it.
Tabela 3.
Shqyrtimi më i thjeshtë gjysmëklasik i problemit të lëvizjes së planetëve rreth Diellit, duke marrë parasysh fushën e tyre, çon në një formulë për kuantizimin e distancave mesatare nga Dielli në planet (dhe rripat e asteroidëve) sipas formulës:
r = r 0 (n + 1/2), ku n = 1, 2, 3 ...
Këtu r 0= 0,2851 a.u. = const - e re "konstante planetare". Kujtojmë se distanca nga Dielli në Tokë është 1 AU. = 150000000 km. NË tabela nr.3 jepet një krahasim i llogaritjeve teorike të marra duke përdorur formulën e mësipërme me rezultatet eksperimentale.
Siç mund të shihet nga tabela, substanca në sistem diellor formon një sistem nivelesh diskrete, të përshkruara mjaft mirë nga një formulë që rrjedh nga një ide e re e natyrës së funksionit valor të teorisë kuantike.
Intensiteti i çdo ndërveprimi zakonisht karakterizohet nga konstanta e ndërveprimit, e cila është një parametër pa dimension që përcakton probabilitetin e proceseve të shkaktuara nga ky lloj ndërveprimi.
Ndërveprimi gravitacional. Konstanta e këtij bashkëveprimi është e rendit të . Gama nuk është e kufizuar. Ndërveprimi gravitacional është universal; të gjitha grimcat, pa përjashtim, i nënshtrohen atij. Sidoqoftë, në proceset e mikrobotës ky ndërveprim nuk luan një rol të rëndësishëm. Ekziston një supozim se ky ndërveprim transmetohet nga gravitonet (kuantet e fushës gravitacionale). Megjithatë, deri më sot, asnjë fakt eksperimental nuk është zbuluar që do të konfirmonte ekzistencën e tyre.
Ndërveprimi elektromagnetik. Konstanta e ndërveprimit është afërsisht, diapazoni i veprimit nuk është i kufizuar.
Ndërveprim i fortë. Ky lloj ndërveprimi siguron lidhjen e nukleoneve në bërthamë. Konstanta e ndërveprimit ka një vlerë të rendit 10. Distanca më e madhe në të cilën shfaqet bashkëveprimi i fortë është një vlerë e rendit të m.
Ndërveprim i dobët. Ky ndërveprim është përgjegjës për të gjitha llojet e zbërthimit të bërthamave, duke përfshirë kapjen e elektroneve K, për proceset e zbërthimit të grimcave elementare dhe për proceset e bashkëveprimit të neutrinos me lëndën. Rendi i madhësisë së konstantës së këtij bashkëveprimi është . Ndërveprimi i dobët, si ai i fortë, është me rreze të shkurtër.
Le të kthehemi te grimca Yukawa. Sipas teorisë së tij, ekziston një grimcë që transmeton bashkëveprimin e fortë, ashtu si një foton është bartës i ndërveprimit elektromagnetik, ai u quajt meson (i ndërmjetëm). Kjo grimcë duhet të ketë një masë ndërmjetëse midis masave të elektronit dhe protonit dhe të jetë . Meqenëse fotonet jo vetëm që transmetojnë ndërveprim elektromagnetik, por ekzistojnë edhe në gjendje të lirë, prandaj duhet të ekzistojnë edhe mezonet e lira.
Në 1937, një meson (muon) u zbulua në rrezet kozmike, të cilat, megjithatë, nuk shfaqnin ndërveprim të fortë me materien. Grimca e dëshiruar u zbulua gjithashtu në rrezet kozmike 10 vjet më vonë nga Powell dhe Occhialini, dhe ata e quajtën atë meson (pion).
Ka mezone pozitive, negative dhe neutrale.
Ngarkesa e mezoneve është e barabartë me ngarkesën elementare. Masa e mezoneve të ngarkuar është e njëjtë dhe është e barabartë me 273, masa e mezonit elektrikisht neutral është pak më e vogël dhe është 264. Spin-i i të tre mezoneve është zero; Jetëgjatësia e mezonëve të ngarkuar është 2,6 s, dhe jeta e një mezoni është 0,8 s.
Të tre grimcat nuk janë të qëndrueshme.
Grimcat elementare zakonisht ndahen në katër klasa:
1. Fotonet(kuantet e fushës elektromagnetike). Ata marrin pjesë në bashkëveprim elektromagnetik, por nuk manifestohen në asnjë mënyrë në ndërveprime të forta ose të dobëta.
2. Leptonet. Këto përfshijnë grimcat që nuk kanë një ndërveprim të fortë: elektronet dhe pozitronet, muonet, si dhe të gjitha llojet e neutrinos. Të gjithë leptonët kanë spin të barabartë me ½. Të gjithë leptonët janë bartës të ndërveprimit të dobët. Leptonet e ngarkuar gjithashtu marrin pjesë në ndërveprimin elektromagnetik. Leptonet konsiderohen si grimca me të vërtetë elementare. Ata nuk shpërbëhen në pjesët e tyre përbërëse, nuk kanë strukturë të brendshme dhe nuk kanë kufi të sipërm të dallueshëm (m).
Dy klasat e fundit përbëjnë grimca komplekse që kanë një strukturë të brendshme: mezonet dhe barionet. Ata shpesh grupohen në një familje dhe thirren hadronet.
Kësaj familjeje i përkasin të tre mezonet, si dhe K-mezonet. Klasa e barioneve përfshin nukleone, të cilët janë bartës të ndërveprimit të fortë.
Siç u përmend tashmë, ekuacioni i Shrodingerit nuk i plotëson kërkesat e parimit të relativitetit - ai nuk është i pandryshueshëm në lidhje me transformimet e Lorencit.
Në vitin 1928, anglezi Dirac mori një ekuacion relativist kuantik mekanik për elektronin, nga i cili ndoqi natyrshëm ekzistenca e spinit dhe momenti magnetik i vetë elektronit. Ky ekuacion bëri të mundur parashikimin e ekzistencës së një antigrimce në lidhje me elektronin - pozitron.
Nga ekuacioni i Dirakut doli se energjia e një grimce të lirë mund të ketë vlera pozitive dhe negative.
Midis energjisë më të madhe negative dhe energjisë më pak pozitive ekziston një interval energjish që nuk mund të realizohen. Gjerësia e këtij intervali është . Rrjedhimisht, fitohen dy rajone të vlerave vetjake të energjisë: njëri fillon nga dhe shtrihet në +, tjetri fillon nga dhe shtrihet në . Sipas Dirac, një vakum është një hapësirë në të cilën të gjitha nivelet e lejuara me vlera negative të energjisë janë plotësisht të mbushura me elektrone (sipas parimit Pauli), dhe ato me ato pozitive janë të lira. Meqenëse të gjitha nivelet nën brezin e ndaluar, pa përjashtim, janë të zëna, elektronet e vendosura në këto nivele nuk manifestohen në asnjë mënyrë. Nëse njërit prej elektroneve në nivel negativ i jepet energji, atëherë ky elektron do të shkojë në një gjendje me energji pozitive, atëherë ai do të sillet atje si një grimcë e zakonshme me ngarkesë negative dhe masë pozitive. Një boshllëk (vrimë) e formuar në një kombinim të niveleve negative do të perceptohet si një grimcë me ngarkesë dhe masë pozitive. Kjo grimcë e parë e parashikuar teorikisht u quajt pozitron.
Lindja e një çifti elektron-pozitron ndodh kur -fotonet kalojnë nëpër materie. Ky është një nga proceset që çon në thithjen - rrezatimi nga materia. Energjia minimale kuantike e nevojshme për lindjen e një çifti elektron-pozitron është 1.02 MeV (që përkoi me llogaritjet e Dirakut) dhe ekuacioni për një reagim të tillë ka formën:
Ku X është bërthama në fushën e forcës së së cilës lind një çift elektron-pozitron; Është pikërisht kjo që merr impulsin e tepërt - kuantin.
Teoria e Dirakut iu duk shumë "e çmendur" për bashkëkohësit e tij dhe u njoh vetëm pasi Anderson zbuloi pozitronin në rrezatimin kozmik në vitin 1932. Kur një elektron takohet me një pozitron, ndodh asgjësimi, d.m.th. elektroni kthehet sërish në nivelin negativ.
Në një formë pak të modifikuar, ekuacioni Dirac është i zbatueshëm për grimcat e tjera me rrotullim gjysmë të plotë. Rrjedhimisht, për secilën grimcë të tillë ekziston antigrimca e saj.
Pothuajse të gjitha grimcat elementare, siç është përmendur tashmë, i përkasin njërës prej dy familjeve:
1. Leptone.
2. Hadronet.
Dallimi kryesor midis tyre është se hadronet marrin pjesë në ndërveprimet e forta dhe elektromagnetike, ndërsa leptonët jo.
Leptonet konsiderohen grimca vërtet elementare. Kishte vetëm katër prej tyre: elektron (), muon (), neutrino elektronike (), neutrino muon. Leptoni dhe neutrinoja e tij u zbuluan më vonë. Ato nuk zbërthehen në pjesët përbërëse të tyre; mos zbuloni ndonjë strukturë të brendshme; nuk kanë dimensione të përcaktuara.
Hadronet grimca më komplekse; ato kanë një strukturë të brendshme dhe marrin pjesë në ndërveprime të forta bërthamore. Kjo familje grimcash mund të ndahet në dy klasa:
mezonet dhe barionet(proton, neutron, -barione). Katër llojet e fundit të barioneve mund të kalbet përfundimisht në protone dhe neutrone.
Në vitin 1963, Gell-Mann dhe, në mënyrë të pavarur, Zweig shprehën idenë se të gjithë hadronet e njohur janë ndërtuar nga tre grimca vërtet elementare - kuarke, të cilat kanë një ngarkesë të pjesshme.
u-kuark q = + ; d – kuarku q = - ; s – kuark q = - .
Deri në vitin 1974, të gjithë hadronet e njohur mund të përfaqësoheshin si një kombinim i këtyre tre grimcave hipotetike, por mezoni i rëndë i zbuluar atë vit nuk përshtatej në skemën e tre kuarkut.
Bazuar në simetrinë e thellë të natyrës, disa fizikanë kanë hipotezuar ekzistencën e një kuarku të katërt, i cili quhet kuarku "charm"; ngarkesa e tij është e barabartë me q = +. Ky kuark ndryshon nga të tjerët në prani të një vetie ose numri kuantik C = +1 - i quajtur "charm" ose "charm".
Mesoni i sapo zbuluar doli të ishte një kombinim i një kuarku "charm" dhe antikuarkut të tij.
Zbulimet e mëtejshme të hadroneve të reja kërkonin futjen e kuarkut të pestë (c) dhe të gjashtë (t). Dallimi midis kuarkeve u quajt "ngjyrë" dhe "shije".
1. Ndërveprimet themelore fizike: gravitacionale, elektromagnetike, të forta dhe të dobëta; karakteristikat kryesore dhe kuptimi në natyrë. Roli i veçantë i ndërveprimeve elektromagnetike.
Ndërveprimet Themelore– lloje të ndryshme cilësore të bashkëveprimit ndërmjet grimcave elementare dhe trupave të përbëra prej tyre
Evolucioni i teorive të ndërveprimeve themelore:
Para shekullit të 19-të:
Gravitacionale (Galileo, Newton-1687);
Elektrike (Gilbert, Cavendish-1773 dhe Coulomb-1785);
Magnetike (Gilbert, Epinus-1759 dhe Coulomb-1789)
Kthimi i shekujve 19 dhe 20:
Elektromagnetike (teoria elektromagnetike e Maxwell-1863);
Gravitacionale (Teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit-1915)
Roli i ndërveprimeve gravitacionale në natyrë:
Ndërveprimet gravitacionale:
Ligji i gravitetit universal;
Forca e tërheqjes ndërmjet planetëve të sistemit diellor;
gravitetit
Roli i ndërveprimeve elektromagnetike në natyrë: Ndërveprimet elektromagnetike:
Ligji i Kulombit;
Ndërveprimet brenda dhe ndëratomike;
Forca e fërkimit, forca elastike,...;
Valët elektromagnetike (drita) Roli i ndërveprimeve të forta në natyrë: Ndërveprime të forta:
Distanca e shkurtër (~10 -13 m);
Rreth 1000 herë më të fortë se ato elektromagnetike;
Ato ulen afërsisht në mënyrë eksponenciale;
Janë të ngopura;
Përgjegjës për stabilitetin e bërthamës atomike
Roli i ndërveprimeve të dobëta në natyrë Ndërveprimet e dobëta:
Gama shumë e shkurtër (~10 -18 m);
Rreth 100 herë më të dobët se ato elektromagnetike;
Janë të ngopura;
Përgjegjës për transformimet reciproke të grimcave elementare
2. Ngarkesa elektrike dhe vetitë e saj themelore: bipolariteti, diskretiteti, pandryshueshmëria; bartës mikroskopikë të ngarkesave elektrike, koncepti i kuarkut; ligji i ruajtjes së ngarkesës elektrike; modelet fizike të trupave të ngarkuar.
Ngarkesa elektrike - kjo është një sasi fizike skalare që karakterizon vetinë e grimcave ose trupave për të hyrë në ndërveprime të forcës elektromagnetike;
*shënohet me q ose Q;
*matur në njësi SI në kulonë
Karakteristikat themelore të ngarkesës elektrike:
Bipolariteti:
ka ngarkesa elektrike të dy shenjave - pozitive (shkopi i qelqit) dhe negativ (shkopi i zezakut);
* si ngarkesat sprapsin, dhe ndryshe nga ngarkesat tërheqin Aditiviteti:
* ngarkesa elektrike e një trupi fizik është e barabartë me shumën algjebrike të ngarkesave elektrike të grimcave të ngarkuara të vendosura në të - bartës mikroskopikë të ngarkesës elektrike Diskretiteti:
Karakteristikat themelore të ngarkesës elektrike
Barazia e moduleve të ngarkesave elektrike elementare pozitive dhe negative:
moduli i ngarkesës së elektronit dhe protonit janë të barabartë me saktësi të lartë
Invarianca:
madhësia e ngarkesës elektrike nuk varet nga korniza e referencës në të cilën matet
kjo e dallon atë nga pesha trupore
Ligji i ruajtjes:
*shuma algjebrike e ngarkesave elektrike të trupave (pjesë trupore, grimca elementare) që përbëjnë një sistem të mbyllur mbetet e pandryshuar gjatë çdo ndërveprimesh ndërmjet tyre; duke përfshirë asgjësimin (zhdukjen) e materies
elektron - bartës i ngarkesës elektrike elementare negative (
proton - bartës i ngarkesës elektrike elementare pozitive ()
kuark- një grimcë hipotetike themelore në Modelin Standard që ka një ngarkesë elektrike që është shumëfish i e/3
3. Ligji i Kulombit: thelbi fizik dhe rëndësia në elektrodinamikë; forma vektoriale e shkrimit të ligjit dhe parimi i mbivendosjes së forcave elektrostatike; metodat e verifikimit eksperimental të ligjit dhe kufijtë e zbatueshmërisë së tij.
Ligji i Kulombit - Dy ngarkesa elektrike me pikë të palëvizshme të vendosura në vakum ndërveprojnë me njëra-tjetrën me forca proporcionale me madhësinë e këtyre ngarkesave dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës ndërmjet tyre.
Forma vektoriale e shkrimit të ligjit të Kulombit
Metodat për verifikimin eksperimental të ligjit të Kulombit
1. Metoda Cavendish (1773):
2. Metoda Rutherford:
Eksperimentet e Rutherfordit mbi shpërndarjen e grimcave alfa nga bërthamat e arit (1906)
eksperimente mbi shpërndarjen elastike të elektroneve me energji të rendit 10 +9 eV
GRAVITETI DHE ESENCA E TIJ FIZIKE
Gadzhiev S.Sh., Doktor i Shkencave Teknike, Prof.
Institucioni arsimor joqeveritar i arsimit të lartë profesional “Instituti Pedagogjik Social”, Derbent
Abstrakt: Artikulli shqyrton fenomenet e lëvizjes së forcave natyrore, dhe sipas këtyre forcave fenomene të tjera që na lejojnë të zbulojmë thelbin e njohjes së fenomeneve natyrore në përgjithësi, dhe, në veçanti, misteret e "gravitetit" dhe (ose) thelbi fizik i gravitetit. Ligji universal i ndërveprimit të forcave të sistemit dhe metoda universale e bazuar në të shërbejnë si çelësi për të kuptuar fenomenet dhe proceset natyrore. Nga analiza gjithëpërfshirëse e ndërveprimit të organeve të sistemit, rezulton se arsyeja e moszbulimit ent fizik Ligji i gravitetit universal doli të ishte mungesa në natyrë e tërheqjes gravitacionale të trupave ndaj njëri-tjetrit.
Fjalë kyçe: njohja e dukurive natyrore, ligji, metoda, bashkëveprimi i trupave.
Abstrakt: Ky artikull shqyrton fenomenin e lëvizjes së forcave të natyrës, dhe këto detyrojnë fenomene të tjera, duke lejuar të zbulohet thelbi i njohjes së fenomeneve natyrore në përgjithësi dhe, në veçanti, enigma e "gravitacionit" dhe (ose) e natyrës fizike. të gravitetit. Ligji universal i bashkëveprimit të forcave dhe sistemeve të bazuara në të është metoda kryesore universale e njohjes së fenomeneve dhe proceseve natyrore. Nga kryerja e një analize gjithëpërfshirëse të ndërveprimit të trupave fizikë, duket se arsyeja nuk është zgjidhur, thelbi i ligjit të gravitetit universal ishte në natyrën e mungesës së gravitetit si trupa të tillë me njëri-tjetrin.
Fjalë kyçe: njohuri për dukuritë natyrore, ligj, metodë, trupa ndërveprues.
Historia e origjinës së idesë së gravitetit universal
Akademiku S.I. Vavilov në librin e tij "Isaac Newton" citon historinë e njohur se zbulimi i gravitacionit universal nga Njutoni u nxit nga rënia e papritur e një molle nga një pemë në Woolsthorpe. Kjo histori është me sa duket e besueshme dhe nuk është një legjendë. Stekeley përcjell skenën e mëposhtme në lidhje me pleqërinë e Njutonit: “Moti ishte i nxehtë në Londër (në Njuton) pas darkës; shkuam në kopsht dhe pimë çaj nën hijen e disa pemëve të mollës; kishte vetëm
ne të dy. Meqë ra fjala, Ser Isaku më tha se ishte në një situatë të tillë kur i lindi për herë të parë ideja e gravitetit. Ajo u shkaktua nga rënia e një molle ndërsa ai ishte ulur thellë në mendime. Pse mollët bien vertikalisht, mendoi me vete, pse jo anash, por gjithmonë në qendër të Tokës. Duhet të ketë një forcë tërheqëse në materie të përqendruar në qendër të Tokës. Nëse materia e tërheq lëndën tjetër në këtë mënyrë, atëherë duhet të ketë një proporcion me sasinë e saj. Prandaj, molla e tërheq Tokën ashtu siç e tërheq Toka mollën. Prandaj, duhet të ekzistojë një forcë e ngjashme me atë që ne e quajmë gravitacion, që shtrihet në të gjithë universin.”
Për disa arsye, historia e Stekeleit mbeti pak e njohur, por një ritregim i ngjashëm i Volterit nga fjalët e mbesës së Njutonit u përhap në të gjithë botën. Më pëlqeu historia, ata filluan të tregojnë një mollë, e cila gjoja shërbeu si arsyeja e shfaqjes së "Parimeve", poetët dhe filozofët përdorën një metaforë mirënjohëse, duke krahasuar mollën e Njutonit me mollën që vrau Adamin, ose me mollën e Parisit. ; njerëzve larg shkencës u pëlqente mekanika e thjeshtë e shfaqjes së një ideje komplekse shkencore. Ka legjenda të tjera fiktive. Siç e shohim, këtu Njutoni dha supozimin e tij për fenomenin që ndodh pa zbuluar mekanizmin e tij fizik, dhe, natyrisht, kjo iu duk një supozim i vërtetë për thelbin e fenomenit natyror.
Megjithëse graviteti është më i dukshëm nga të katër forcat themelore të natyrës, i cili vepron mbi gjithçka dhe të gjithë ne, duke filluar që nga fëmijëria, kur mezi ngriheshim dhe binim, pa mundur të qëndronim në këmbë. Megjithatë, mbetet ende një mister i pazgjidhur i natyrës.
Kanë kaluar më shumë se treqind vjet që nga zbulimi i ligjit të gravitetit universal, të vendosur nga Njutoni në formë formula matematikore, dhe mekanizmi fizik i tërheqjes gravitacionale të trupave drejt njëri-tjetrit nuk është identifikuar ende.
Arsyeja për gjithçka është mungesa si e tillë e ligjit të gravitetit universal në përgjithësi, dhe për shkak të mungesës së gravitetit të ndonjë trupi ndaj njëri-tjetrit në natyrë. Të gjitha proceset që ndodhin dhe i atribuohen "gravitetit" kryhen nga fusha gravitacionale, dhe jo nga graviteti, që i atribuohet natyrës së forcave të fushës gravitacionale. Graviteti nuk është gravitacion. Asgjë nuk mund të krijojë tërheqjen e trupave drejt njëri-tjetrit, përfshirë gravitetin. Çdo fushë fizike bën punën e saj. A ia atribuojmë konceptin e "gravitetit" veprimit të një fushe magnetike të njohur? Nr. Sepse në të njëjtën kohë vërehet edhe zmbrapsja. E gjithë arsyeja qëndron në ndërveprimin, domethënë në drejtimin e lëvizjes së këtyre fushave magnetike (të konsideruara).
Besohet se sipas Ajnshtajnit, hapësira dhe koha janë forma e ekzistencës së materies. Në realitet, askush nuk mund të argumentojë ose të dyshojë se hapësira dhe koha përcaktojnë vendndodhjen dhe kohëzgjatjen e ekzistencës së materies, duke përfshirë të gjitha llojet e fushave fizike. Baza e të gjithë Universit është hapësira, ku ndodhin përbërësit materialë, si dhe të gjitha fushat fizike të njohura dhe të paidentifikuara ende, dhe
koha përcakton kohëzgjatjen e ekzistencës së trupave materialë dhe kohëzgjatjen e dukurive dhe proceseve natyrore.
Idetë që kanë lindur për lakimin e hapësirës dhe akoma më keq, kur besojnë se materia është një hapësirë e lakuar. Pastaj rezulton se materia mungon në natyrë, bëhet hapësirë, domethënë materia shndërrohet në hapësirë të lakuar. Nga kjo rezulton se hapësira ekziston në dy gjendje: e lakuar dhe e palakuar. Ata thjesht nuk mund të tregojnë vendndodhjen dhe transformimin ose kalimin e materies në hapësirën e lakuar. Shpërndarja (ose prania) e energjisë në hapësirë nuk mund të merret si lakim i vetë hapësirës. Deklarata se nuk është rrezja ajo që ndryshon drejtimin e saj kur kalon pranë Diellit, por hapësira e lakuar që e drejton atë në këtë mënyrë, duhet të konsiderohet e pabazuar. Për të ndryshuar drejtimin e lëvizjes, duhet të zbatohet një forcë e caktuar, e cila mund të japë një arsye për të justifikuar këtë apo atë fenomen. Me fjalë të tjera, deklarata të tilla të pabaza nuk shkaktojnë asgjë më shumë se ironi e një mendjeje të matur. Rezulton se nuk ka materie në natyrë, ka mbetur vetëm hapësira e lakuar dhe e palakuar.
Koha në mënyrë të panevojshme ishte "mbërthyer" në hapësirë dhe, "me urdhër të një pike", u quajt hapësirë katër-dimensionale. Si rezultat, nga tre komponentët themelorë të Universit, mbetet vetëm një hapësirë, së cilës i atribuohen shumë supozime hipotetike, të cilat tashmë kanë hyrë në jetën e përditshme të shkencëtarëve, pa pasur një ide të vërtetë fizike për një njësi të tillë shumëdimensionale. hapësirat. Megjithatë, shumëdimensionale të tilla të hapësirës janë vetëm ndërtime spekulative, jo të bazuara në praktikë, të cilat mashtrojnë shumë breza.
Në çdo rast, mbetet e qartë se natyra bazohet në tre komponentë themelorë: hapësira, koha, materia. Pa ekzistencën e tyre të pavarur, natyrshëm, shfaqja e ndonjë dukurie dhe procesi është e paimagjinueshme. Shembulli më i thjeshtë. Trupi është duke lëvizur. Kjo kërkon hapësirë, kohë dhe gjithashtu vetë trupin (materien). Cili prej tyre mund të përjashtohet nga ky fenomen? Sinkretizmin, domethënë unitetin, u siguroi vetë Natyra. Pse t'i bashkojmë ato në pjesë: hapësirë-kohë, hapësirë-trup (materie), apo bashkojmë kohën me materien? Ata janë të bashkuar pa ne dhe përgjithmonë. Kjo është "Trinia e Shenjtë", pa të cilën asgjë nuk mund të ekzistojë.
Nëse materia zhduket (largohet), atëherë koha dhe hapësira do të mbeten të paprekura. Nuk është e mundur të heqësh qafe hapësirën dhe kohën. Ato janë absolute, pra parime themelore të përjetshme dhe të pandryshueshme, si materia, për gjithçka që ekziston në univers. Natyrisht, për praninë (ekzistencën) e materies, hapësira është e nevojshme si enë dhe koha është e nevojshme për kohëzgjatjen e ekzistencës. Rrjedhimisht, të tre këta përbërës të vetë Universit hyjnë në funksionet e tyre, duke siguruar të gjitha fenomenet dhe proceset natyrore. Detyra e shkencës është të kuptojë mekanizmin fizik dhe
arsyeja e shfaqjes së dukurive dhe proceseve, pra, për të arritur në thelbin e këtyre modeleve të fenomeneve dhe për t'iu përgjigjur pyetjes: pse ndodh kështu dhe jo ndryshe?
Materia (masa) nuk mund të ndryshojë gjeometrinë e hapësirës. Ai përqendron vetëm rrjedhën e gravitoneve dhe fusha gravitacionale nuk i përket asnjë planeti apo trupash të tjerë kozmikë, ashtu si drita nuk i përket thjerrëzës së fokusimit. Është një çështje krejtësisht tjetër kur marrim parasysh fushën magnetike të krijuar nga vetë magneti. Me fjalë të tjera, një magnet lëshon fushën e tij në hapësirë, dhe drita dhe fusha gravitacionale në fenomenet në shqyrtim nuk i përkasin këtyre trupave. Ato vijnë nga jashtë nga emetues të tjerë. Për shembull. Drita mund të hyjë në lente nga çdo burim. Nuk po themi se thjerrëza përkul hapësirën, megjithëse ka një ngjashmëri reale në lakim, domethënë një ndryshim në drejtimin e rrjedhës së dritës. Një pamje e ngjashme vërehet me fushën gravitacionale kur kalon nëpër trupa masivë kozmikë.
Këtu gjejmë një analogji midis rrjedhës së dritës dhe fushës gravitacionale. Kur drejtimi i dritës përmes thjerrëzës është i përkulur, ne vëzhgojmë përthyerjen e dritës dhe nuk mund të pretendojmë në asnjë mënyrë se drita hyn në hapësirën e lakuar pranë thjerrëzës. Në të kundërt, fusha magnetike e krijuar nga vetë magneti i përket magnetit dhe fusha gravitacionale nuk i përket asnjë trupi me të cilin ata ndërveprojnë. Lentja përqendrohet vetëm ose mundet, në varësi të formës së thjerrëzës (xhami optik), të shpërndajë fluksin e dritës. E njëjta gjë mund të thuhet për përqendrimin e rrjedhës së fushës gravitacionale, të kryer nga një masë e madhe trupash sferikë në hapësirë.
Fusha gravitacionale nuk krijohet nga graviteti, por nga shtytja e trupave
Një analizë gjithëpërfshirëse e ndërveprimit të forcave të sistemit tregon se tërheqja është një fenomen i dukshëm, ashtu siç dukej më parë rrotullimi i Diellit, yjeve dhe planetëve rreth Tokës sonë.
Dihet se kërkimi i ligjeve themelore të natyrës mbetet një detyrë tjetër madhështore e shkencës. Natyra e forcave njihet nga dukuritë e lëvizjes, kur në kohë ndodh një ndryshim në sasinë e lëvizjes. Për të identifikuar natyrën e thelbit fizik të forcave gravitacionale, e cila përcakton peshën e një trupi, është e nevojshme të kërkohet shkaku i shfaqjes së një rëndese të tillë nga fenomenet e lëvizjes së trupave materialë ndërveprues të sistemit në shqyrtim.
Nuk ka dyshim se të gjitha përpjekjet për të kuptuar natyrën fizike të gravitetit
përfundoi pa ndryshim në dështim. Edhe G. Galileo për këtë çështje doli në përfundimin se nuk dimë asgjë përveç emrit, i cili për këtë rast të veçantë njihet si “graviteti”.
I. Njutoni, i përballur me problemin e shpjegimit të natyrës së gravitetit, u detyrua të pranonte se nuk mund ta nxirrte shkakun e gravitetit nga fenomenet.
M. Kline shkruan se Njutoni e shpjegoi suksesin e kufizuar të programit të tij si vijon: "Ajo graviteti duhet të jetë një atribut i brendshëm, i natyrshëm dhe thelbësor i materies, duke i mundësuar kështu çdo trupi të veprojë në një tjetër në distancë përmes një vakumi, pa asnjë ndërmjetës. me anë të së cilës dhe përmes së cilës veprimi dhe forca mund të transmetohen nga një trup në tjetrin, më duket një absurditet kaq i hapur saqë, në bindjen time të thellë, as edhe një person i vetëm që është fare me përvojë në çështjet filozofike dhe i pajisur me aftësinë për të mendoj se do të pajtohem me të "
Njutoni e kuptoi qartë se ligji i gravitetit universal që ai zbuloi ishte një përshkrim, jo një shpjegim. Prandaj, ai i shkroi Richard Bentley-t: “Ndonjëherë ju flisni për gravitetin si diçka thelbësore dhe të natyrshme në materie. Të lutem të mos ma atribuosh këtë koncept, sepse unë nuk pretendoj fare se i di shkaqet e gravitetit dhe për këtë arsye nuk do të humbas kohë duke i konsideruar ato.” Aty, më tej, M. Klein shkruan se H. Huygens u habit që Njutoni mori mundimin për të kryer shumë llogaritje të rënda, pa pasur as bazën më të vogël për këtë, përveç ligjit matematikor të gravitacionit universal. Huygens e konsideroi idenë e gravitetit absurde me arsyetimin se veprimi i tij, i transmetuar përmes hapësirës boshe, përjashtonte çdo mekanizëm. G. W. Leibniz kritikoi gjithashtu veprat e Njutonit mbi teorinë e gravitetit, duke besuar se formula e famshme për forcat gravitacionale nuk është gjë tjetër veçse një rregull llogaritës që nuk e meriton emrin e një ligji të natyrës. "Leibniz e krahasoi këtë ligj me shpjegimin animist të Aristotelit për rënien e një guri në tokë duke iu referuar "dëshirës" së gurit për t'u kthyer në vendin e tij natyror."
Vetë Njutoni nuk besonte se natyra e gravitetit nuk mund të zbulohej. Ai thjesht besonte se niveli i njohurive të kohës së tij ishte i pamjaftueshëm për të zgjidhur këtë problem dhe shpresonte se natyra e gravitetit do të studiohej nga të tjerët. Megjithatë, ndjekësit e tij e ngritën këtë refuzim të përkohshëm të Njutonit për të shpjeguar gravitetin në një parim të palëkundur të shkencës, i cili duhet të kufizohet vetëm në përshkrimin e fenomeneve, pa zbuluar thellë shkaqet e tyre, të cilat janë ende të paarritshme për të kuptuarit njerëzor.
Kjo qasje për zgjidhjen e problemeve është tipike për disa studiues kur është e vështirë të kuptohen dukuritë natyrore. Kjo metodë u përdor për të kufizuar zgjidhjen në problemin e shtratit të lëngshëm. Disa madje vendosën të pranojnë rrjedhshmërinë si një gjendje të re të materies dhe të braktisin kërkimin e mëtejshëm për thelbin fizik të këtij fenomeni. Interesi i veçantë i shkencëtarëve për këtë çështje "u zbeh" në të gjithë botën pasi zbuluam thelbin e vërtetë fizik të gjendjes së lëngshme johomogjene dhe publikuam rezultatet në një sërë vendesh jashtë vendit.
Një problem shekullor mbetet shpjegimi i rezultatit “negativ” të eksperimentit Michelson-Morley. Për shkak të mungesës, gjatë një periudhe të caktuar kohore, të një shpjegimi të vërtetë të qartë të rezultatit të këtij eksperimenti dhe
Për shkak të pafuqisë së tyre, studiuesit filluan të vënë në dyshim të gjithë themelin e mekanikës klasike, duke përfshirë ligjet e pandryshueshme të ruajtjes. Si rezultat, ata futën varësi që nuk ishin karakteristike për natyrën: masa, koha dhe hapësira nga shpejtësia e lëvizjes së trupave. Zgjidhja e këtij problemi dhe qasja reale që kemi gjetur mund të jetë përfundimtare. Le të shpresojmë që ata të na dëgjojnë, të kuptojnë, të na vlerësojnë objektivisht dhe të pranojnë vendimin tonë, i cili do të kthejë qëndrueshmërinë e themeleve të mekanikës klasike. Kjo temë duhet të diskutohet në detaje në punë të veçantë. Pavarësisht ligjit të përhapur të gravitetit universal, askush nuk ka qenë ende në gjendje të shpjegojë mekanizmin e tij fizik dhe natyra e veprimit të tij mbetet e pazbuluar.
Në fazën e tanishme të zhvillimit të shkencës, na duket se graviteti nuk lind për shkak të gravitetit, por si rezultat i shtytjes së shkaktuar nga rezistenca e ushtruar nga një trup kur një fushë gravitacionale kalon nëpër të.
Duke analizuar thelbin real të fenomeneve të vëzhguara, mund të arrijmë në përfundimin se "tërheqja" është një fenomen i dukshëm. Nuk janë trupat që tërhiqen, por ata shtyhen drejt njëri-tjetrit ose largohen nga njëri-tjetri.
Në natyrë, me sa duket, nuk ka asnjë mekanizëm fizik për "tërheqjen" e trupave, pasi tërheqja në një distancë pa veprim të jashtëm nuk vërehet. Ndërveprimi i trupave përcakton vetëm shtytjen dhe zmbrapsjen e tyre. Mekanizmi i "forcës tërheqëse" të vëzhguar (në realitet, në dukje) të dy trupave përfshin shtytjen për shkak të një ndryshimi në momentin (ose momentin) e trupit të tretë që ndërvepron me ta.
Ky trup i tretë, i cili përcakton tërheqjen tonë të dukshme ndaj Tokës, është fusha gravitacionale (d.m.th. gravitonët), e cila ushtron presion mbi gjithçka. trupat materiale, e cila në realitet krijon gravitetin, të cilin e ngatërrojmë me "gravitetin" ndaj Tokës.
Një pamje e ngjashme vërehet këtu, pasi në një kohë besohej se Toka është qendra e Universit, dhe gjithçka trupat qiellorë duke lëvizur rreth saj. Në fushën gravitacionale, "tërheqja" ndaj Tokës gjithashtu dukej e qartë, por në realitet, çdo grimcë e vetë planetit dhe atmosferës përreth përjeton presionin (forcën) e fushës gravitacionale të drejtuar pingul me sipërfaqen e Tokës. Rrjedhimisht, nuk është Toka ajo që tërhiqet drejt vetes, por ajo vetë përjeton forcën e presionit të gravitoneve, e cila u jep "gravitet" të gjithë elementëve përbërës materialë të sistemit të Tokës.
Ekziston një ndryshim domethënës në fenomenet e fushës gravitacionale dhe ndërveprimit elektromagnetik. Në fushat elektromagnetike ka tërheqje dhe zmbrapsje, por në një fushë gravitacionale lind vetëm graviteti. Me sa duket, në ngarkesat elektrike, disa trupa të ngarkuar lëshojnë një fushë elektrike, ndërsa të tjerët e marrin atë, si një magnet, nga vijnë gjithmonë linjat e forcës. Poli i Veriut dhe drejtohen drejt polit jugor, ku hyjnë. NË
Si rezultat, përbërësit e ngjashëm zmbrapsen, dhe përbërësit e kundërt të këtyre fushave i shtyjnë trupat drejt njëri-tjetrit.
Në të kundërt, fusha gravitacionale përshkon të gjithë trupat. Në këtë rast, rezistenca që ushtrojnë trupat material ndaj fushës gravitacionale shkakton presion, i cili shkakton rëndim. Kjo energji gravitacionale, e krijuar nga fusha gravitacionale në trupat masivë, shndërrohet në nxehtësi, falë së cilës lind temperatura përkatëse dhe ruhet në thellësi të planetëve dhe yjeve për një kohë të pacaktuar. Kjo rimbush nxehtësinë (energjinë) e humbur nga rrezatimi nga yjet, Dielli dhe planetët.
Forca e gravitetit e shkaktuar nga graviteti është një rezultat real i ndërveprimit, i shkaktuar nga një ndryshim në momentin e gravitoneve, dhe "graviteti" është një ide imagjinare, e dukshme e fenomeneve të trupave në rënie, të cilat ne i vëzhgojmë çdo ditë. jeta.
Fatkeqësisht, në fizikë konceptet e gravitetit, gravitacionit, tërheqjes dhe rëndesës janë të përziera. Trupat nuk priren të tërheqin njëri-tjetrin. Afrimi i trupave është një fenomen i detyruar, i shkaktuar nga një trup i tretë material ose fusha fizike: magnetike, elektrike, gravitacionale dhe forca të tjera të njohura dhe ende të panjohura.
Ne as nuk supozojmë mundësinë e fenomenit të trupave kozmikë që zmbrapsin njëri-tjetrin në distancë dhe nuk imagjinojmë asgjë për domosdoshmërinë e "ligjit të zmbrapsjes universale". Kjo është ndërkohë që një shpjegim fizik i thelbit dhe "ligji i njohur i gravitetit universal" nuk është gjetur ende. Përgjigja për thelbin fizik të fenomeneve të tërheqjes dhe gravitacionit nuk është gjetur për faktin se ato nuk ekzistojnë. Në natyrë vërehen vetëm shtytje dhe shtytje. Rrjedhimisht, graviteti nuk mund të krijojë as gravitacion, as tërheqje që mungon në natyrë.
Graviteti shkakton gravitetin dhe në këtë mënyrë kthen energjinë termike të shpërndarë në hapësirën e jashtme. Në thelb, energjia e fushës gravitacionale është e përqendruar në masë trupat kozmikë, ku kthehet në masë, dhe masa, nga ana tjetër, grumbullon energji gravitacionale. Është e qartë se ligji hyjnor i qarkullimit manifestohet edhe këtu. Ndërsa energjia grumbullohet në Diell dhe yje, rrezatimi rifillon, i cili përsëri çon në kthimin e energjisë në ciklin e përgjithshëm të fenomeneve natyrore.
Pra, mund të themi se problemi i "vdekjes nga nxehtësia" i Universit zhduket (zhduket). Frika imagjinare doli të ishte një shpikje e detyruar e studiuesve.
Të gjitha gjallesat në natyrë, hijeshitë e saj dhe harmonia e universit i detyrohen ligjeve hyjnore të qarkullimit dhe, në veçanti, përqendrimit dhe kthimit të energjisë në ciklin e energjisë, ku graviteti luan rolin më të rëndësishëm. Në mungesë të një fushe gravitacionale nuk do të kishte as jetë dhe as nxehtësi. Atëherë gjithçka mund të ngrijë. Dielli do të ftohej dhe të gjithë yjet dhe ndriçuesit e tjerë do të shuheshin. Megjithatë, ligjet hyjnore simpatike: qarkullimi, rikrijimi,
riprodhimi, rinovimi, ripërtëritja - dominojnë dhe ruajnë qëndrueshmërinë e natyrës së gjallë dhe të pajetë.
Është kureshtare që në dukje ligji i gravitetit universal dhe ligji i Kulombit për bashkëveprimin e ngarkesave elektrike janë identikë. Kjo veçori e jashtëzakonshme në ngjashmërinë e tyre na ndihmon të zbulojmë mekanizmin e gravitetit të krijuar nga fusha gravitacionale. Mbetet vetëm për të zbuluar pse tërheqja dhe zmbrapsja vërehen në ngarkesat elektrike, dhe në fushën gravitacionale ekziston vetëm një "tërheqje" që na duket.
Një pamje e ngjashme me tërheqjen gravitacionale vërehet kur fijet e hekurit (objektet) tërhiqen nga një magnet. Këtu ne gjithashtu vëzhgojmë vetëm tërheqjen dhe nuk vërejmë zmbrapsjen e natyrshme të poleve me të njëjtin emër.
Lind pyetja. Pse objektet prej hekuri tërhiqen si në veri ashtu edhe në polet e jugut magnet, dhe nuk ka zmbrapsje, si në një fushë gravitacionale? Si mund ta shpjegojmë mekanizmin e një rastësie të tillë?
Natyrisht, forca lind kur impulsi ndryshon, d.m.th. sasia e lëvizjes. Një ndryshim në këtë të fundit në një masë konstante mund të përcaktohet vetëm nga një ndryshim në shpejtësinë e trupit material. Me ndryshimin e shpejtësisë, gjendja energjetike e trupit ndryshon në përputhje me parimin e energjisë, i cili thotë: çdo ndryshim i shpejtësisë shkakton një rritje ose ulje të energjisë së trupit. Për rrjedhojë, arsyeja e një rastësie të tillë të forcat e "tërheqjes" në fenomene të tilla të ndryshme shpjegohen me një ndryshim në momentin (sasinë e lëvizjes) të fushave të rrjedhave magnetike dhe gravitacionale kur ndërveprojnë me trupat material përkatës. Duhet theksuar se në natyrë, si e tillë, ekzistenca e tërheqjes ndërmjet trupave nuk është e mundur. Prandaj, H. Huygens me të drejtë e konsideroi idenë e gravitetit absurde.
Në realitet, fusha gravitacionale përshkon trupat, duke i shtyrë në drejtimin e tyre të lëvizjes. Atëherë ajo që marrim nuk është ligji i gravitetit, por ligji i lëvizjes së trupave në një fushë gravitacionale nën ndikimin e energjisë së gravitoneve ngadalësuese të shkaktuar nga rezistenca e trupave materialë ndaj fushës gravitacionale.
Duke përmbledhur sa më sipër, rezulton se arsyeja e pamundësisë për të zbuluar thelbin fizik të ligjit të gravitetit universal doli të ishte mungesa e gravitetit të trupave si të tillë në natyrë.
Analiza tregon se në natyrën, kaq të njohur për ne për kaq shumë vite, "gravitacioni" i trupave drejt njëri-tjetrit mungon dhe konvergjenca e vëzhguar e trupave shkaktohet nga shtytja e tyre drejt njëri-tjetrit nga një trup i tretë. Fushat fizike mund të veprojnë gjithashtu si një trup i tretë, duke përfshirë fushën gravitacionale, e cila "shtyp" të gjithë trupat materialë në sipërfaqen e formacioneve masive kozmike - planetet dhe yjet.
Ligji universal i ndërveprimit midis fushave të forcave të një sistemi lehtëson ndjeshëm zgjidhjen e shumë problemeve, së bashku me shumë probleme të fenomeneve dhe proceseve të natyrës, përfshirë kozmologjinë.
Është kënaqësi që shprehja matematikore (përshkrimi) i ligjit të Njutonit të gravitetit universal e gjen justifikimin e saj të thellë shkencor në thelbin e identifikuar fizik.
Doli të ishte mjaft e përshtatshme për të kuptuar fenomenet natyrore kur del nga ligji universal i ndërveprimit midis fushave të forcave të sistemit, i cili shërben si një çelës universal për identifikimin e thelbit të fenomeneve dhe proceseve të vëzhguara në të gjithë universin.
Literatura:
1. Vavilov S.I. Isak Njuton. - M. - L.: Shtëpia Botuese e Akademisë së Shkencave të BRSS, 1945. -230 f.;
2. Klein M. Matematikë. Kërko për të vërtetën: Përkth. nga anglishtja/Ed. NË DHE. Arshinova, Yu.V. Sachkova. - M.: Mir, 1988. - 295 f.;
3. Gadzhiev S.Sh. Ndërveprimi i forcave të sistemit në proceset teknologjike (analizë, teori, praktikë). - Makhachkala: Shtëpia Botuese DSU, 1993. - 210 f.
Po ngarkohet...