Gravitatsion elektromagnitning jismoniy mohiyati kuchli zaif. Asosiy o'zaro ta'sirlar. O'zaro ta'sirlarni birlashtirish tendentsiyalari
Tabiatda kuzatiladigan moddiy ob'ektlar va tizimlarning o'zaro ta'siri juda xilma-xildir. Biroq, fizikaviy tadqiqotlar ko'rsatganidek, barcha o'zaro ta'sirlarni bog'lash mumkin Asosiy o'zaro ta'sirlarning to'rt turi:
- tortishish;
- elektromagnit;
- kuchli;
- kuchsiz.
Gravitatsion o'zaro ta'sir massaga ega bo'lgan har qanday moddiy jismlarning o'zaro tortishishida namoyon bo'ladi. U tortishish maydoni orqali uzatiladi va tabiatning asosiy qonuni - I. Nyuton tomonidan tuzilgan universal tortishish qonuni bilan belgilanadi: masofada joylashgan m1 va m2 massali ikkita moddiy nuqta o'rtasida. r bir-biridan kuch ta'sir qiladi F, ularning massalari mahsulotiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsional:
F = G? (m1m2)/r2. Qayerda G- tortishish doimiysi. Kvant nazariyasiga ko'ra G" maydonlar, tortishish o'zaro ta'sirining tashuvchilari gravitonlar - nol massali zarralar, tortishish maydonining kvantlari.
Elektromagnit o'zaro ta'sir elektr zaryadlari tufayli yuzaga keladi va elektr va magnit maydonlar orqali uzatiladi. Elektr zaryadlari ishtirokida elektr maydoni paydo bo'ladi va ular harakat qilganda magnit maydon paydo bo'ladi. O'zgaruvchan magnit maydon o'zgaruvchan elektr maydonini hosil qiladi, bu esa o'z navbatida o'zgaruvchan magnit maydonning manbai hisoblanadi.
Elektromagnit o'zaro ta'sir elektrostatika va elektrodinamikaning asosiy qonunlari bilan tavsiflanadi: qonun kulon, qonun bo'yicha Amper va boshqalar - va umumlashtirilgan shaklda - elektromagnit nazariya Maksvell, elektr va magnit maydonlarini bog'lash. Elektr va magnit maydonlarini ishlab chiqarish, o'zgartirish va qo'llash turli xil zamonaviy texnik vositalarni yaratish uchun asos bo'lib xizmat qiladi.
Kvant elektrodinamikasiga ko'ra, elektromagnit o'zaro ta'sirning tashuvchilari fotonlar - nol massali elektromagnit maydon kvantlari.
Kuchli o'zaro ta'sir yadrodagi nuklonlarning ulanishini ta'minlaydi. U zaryadning mustaqilligi, qisqa masofali ta'siri, to'yinganligi va boshqa xususiyatlarga ega bo'lgan yadro kuchlari bilan belgilanadi. Kuchli o'zaro ta'sir atom yadrolarining barqarorligi uchun javobgardir. Yadrodagi nuklonlarning o'zaro ta'siri qanchalik kuchli bo'lsa, yadro shunchalik barqaror bo'ladi. Yadrodagi nuklonlar soni va demak, yadro hajmi ortishi bilan solishtirma bog'lanish energiyasi kamayadi va yadro yemirilishi mumkin.
Kuchli o'zaro ta'sir glyuonlar - protonlar, neytronlar va boshqa zarrachalarning bir qismi bo'lgan kvarklarni "yopishtiruvchi" zarralar orqali uzatiladi deb taxmin qilinadi.
Fotondan tashqari barcha elementar zarralar zaif o'zaro ta'sirda ishtirok etadi. U elementar zarrachalarning ko'p parchalanishini, neytrinolarning materiya bilan o'zaro ta'sirini va boshqa jarayonlarni aniqlaydi. Zaif o'zaro ta'sir asosan atom yadrolarining beta-emirilish jarayonlarida namoyon bo'ladi. Zaif o'zaro ta'sirning tashuvchilari oraliq yoki vektor, bozonlar - massasi proton va neytronlarning massasidan taxminan 100 baravar katta bo'lgan zarralardir.
III bob. Asosiy nazariy natijalar. 3.1. Yagona maydon nazariyasi jismoniy vakuum nazariyasidir.
Deduktiv usul fizik nazariyalarni qurish muallifga dastlab elektrodinamika tenglamalarini geometriyalash (minimal dasturni yechish) va keyin materiya maydonlarini geometriklashtirish va shu tariqa Eynshteynning yagona maydon nazariyasini yaratish uchun maksimal dasturini yakunlash imkonini berdi. Biroq, yagona maydon nazariyasi dasturining yakuniy yakuni jismoniy vakuum nazariyasini qurish ekanligi ma'lum bo'ldi.
Yagona maydon nazariyasidan talab qilishimiz kerak bo'lgan birinchi narsa:
a) gravitatsion, elektromagnit, kuchli va kuchsiz o'zaro ta'sirlarni tenglamalarning (vakuum tenglamalari) aniq yechimlari asosida birlashtirish masalasiga geometrik yondashuv;
b) o'zaro ta'sirlarning yangi turlarini bashorat qilish;
v) nisbiylik nazariyasi va kvant nazariyasini birlashtirish, ya'ni. mukammal (Eynshteyn fikriga muvofiq) kvant nazariyasini qurish;
Keling, jismoniy vakuum nazariyasi ushbu talablarni qanday qondirishini qisqacha ko'rsatamiz.
3.2. Elektr-gravitatsion o'zaro ta'sirlarni birlashtirish.
Aytaylik, proton kabi elementar zarrachani tasvirlaydigan fizik nazariyani yaratishimiz kerak. Bu zarracha massa, elektr zaryad, yadro zaryadi, spin va boshqa jismoniy xususiyatlarga ega. Bu shuni anglatadiki, proton o'ta o'zaro ta'sirga ega va uning nazariy tavsifi uchun o'zaro ta'sirlarning superunifikatsiyasini talab qiladi.
O'zaro ta'sirlarni superunifikatsiya qilish orqali fiziklar tortishish, elektromagnit, kuchli va kuchsiz o'zaro ta'sirlarning birlashishini tushunadilar. Hozirgi vaqtda bu ish induktiv yondashuv asosida olib boriladi, bunda nazariya tavsiflash orqali qurilgan. katta raqam eksperimental ma'lumotlar. Moddiy va ma’naviy resurslarning sezilarli darajada sarflanishiga qaramay, bu muammoni hal etish hali to‘liq emas. A. Eynshteyn nuqtai nazaridan, murakkab fizik nazariyalarni qurishga induktiv yondashuv befoyda, chunki bunday nazariyalar juda ko'p turli xil eksperimental ma'lumotlarni tavsiflovchi "ma'nosiz" bo'lib chiqadi.
Bundan tashqari, Maksvell-Dirak elektrodinamika yoki Eynshteynning tortishish nazariyasi kabi nazariyalar fundamental nazariyalar sinfiga kiradi. Ushbu nazariyalarning maydon tenglamalarini yechish Kulon-Nyuton shaklining fundamental potentsialiga olib keladi:
Yuqoridagi fundamental nazariyalar o'rinli bo'lgan mintaqada Kulon va Nyuton potentsiallari elektromagnit va tortishish hodisalarini mutlaqo aniq tasvirlaydi. Elektromagnetizm va tortishish nazariyasidan farqli o'laroq, kuchli va kuchsiz o'zaro ta'sirlar fenomenologik nazariyalar asosida tasvirlangan. Bunday nazariyalarda o'zaro ta'sir potentsiallari tenglamalar yechimlaridan topilmaydi, balki ularni yaratuvchilar tomonidan, ular aytganidek, "qo'l bilan" kiritiladi. Masalan, proton yoki neytronlarning turli elementlar (temir, mis, oltin va boshqalar) yadrolari bilan yadroviy oʻzaro taʼsirini tasvirlash uchun hozirgi zamon ilmiy adabiyotlarida oʻnga yaqin qoʻlda yozilgan yadro potensiallari mavjud.
Sog'lom fikrga ega har qanday tadqiqotchi fundamental nazariyani fenomenologik nazariya bilan birlashtirish sigirni mototsikl bilan kesib o'tishga o'xshashligini tushunadi! Shuning uchun, birinchi navbatda, kuchli va zaif o'zaro ta'sirlarning fundamental nazariyasini qurish kerak va shundan keyingina ularni norasmiy ravishda birlashtirish mumkin bo'ladi.
Ammo bizda ikkita fundamental nazariya mavjud bo'lsa ham, masalan, Maksvell-Lorentsning klassik elektrodinamiği va Eynshteynning tortishish nazariyasi, ularni norasmiy birlashtirish mumkin emas. Darhaqiqat, Maksvell-Lorents nazariyasi elektromagnit maydonni tekis fazo fonida ko'rib chiqadi, Eynshteyn nazariyasida tortishish maydoni geometrik xususiyatga ega va fazoning egri chizig'i sifatida qaraladi. Ushbu ikkita nazariyani birlashtirish kerak: ikkala maydonni ham tekis fazo fonida berilgan deb hisoblash (Maksvell-Lorents elektrodinamikasida elektromagnit maydon kabi) yoki ikkala maydonni ham fazoning egriligiga kamaytirish (masalan, tortishish kuchi) Eynshteynning tortishish nazariyasidagi maydon).
Jismoniy vakuum tenglamalaridan gravitatsiyaviy va elektromagnit o'zaro ta'sirlarni rasmiy ravishda birlashtirmaydigan to'liq geometriklangan Eynshteyn tenglamalari (B.1) kelib chiqadi, chunki bu tenglamalarda ham tortishish, ham elektromagnit maydonlar geometriklangan bo'lib chiqadi. Ushbu tenglamalarning aniq yechimi birlashgan elektrogravitatsion potentsialga olib keladi, bu birlashgan elektrogravitatsion o'zaro ta'sirlarni norasmiy tarzda tavsiflaydi.
Massa bilan sferik simmetrik barqaror vakuum qo'zg'alishni tavsiflovchi eritma M va zaryadlash Ze(ya'ni, bu xususiyatlarga ega zarracha) ikkita doimiyni o'z ichiga oladi: uning tortishish radiusi r g va elektromagnit radius r e. Bu radiuslar zarrachaning massasi va zaryadidan hosil bo'lgan Ricci buralish va Rieman egriligini aniqlaydi. Agar massa va zaryad nolga aylansa (zarracha vakuumga kirsa), ikkala radius ham yo'qoladi. Bunday holda, Weizenbek bo'shlig'ining buralishi va egriligi ham yo'qoladi, ya'ni. hodisalar fazosi tekis bo'ladi (mutlaq vakuum).
Gravitatsion r g va elektromagnit r e radiuslar zarrachalarning tortishish va elektromagnit maydonlari boshlanadigan uch o'lchamli sferalarni hosil qiladi ( rasmga qarang. 24). Barcha elementar zarralar uchun elektromagnit radius tortishish radiusidan ancha katta. Masalan, elektron uchun r g= 9,84xl0 -56, va r e= 5,6x10 -13 sm.Bu radiuslar chekli qiymatga ega bo'lsa-da, zarrachaning tortishish va elektromagnit moddalarining zichligi (bu vakuum tenglamalarining aniq yechimidan kelib chiqadi) bir nuqtada to'plangan. Shuning uchun ko'pgina tajribalarda elektron o'zini nuqta zarrasi kabi tutadi.
Guruch. 24. Vakuumdan hosil bo'lgan massasi va zaryadiga ega sferik simmetrik zarracha radiusli ikkita shardan iborat. r g va r e. Xatlar G Va E mos ravishda statik tortishish va elektromagnit maydonlarni bildiradi.
3.3. Gravitatsion, elektromagnit va kuchli o'zaro ta'sirlarni birlashtirish.
Jismoniy vakuum nazariyasining katta yutug'i vakuum tenglamalarini (A) va (B) yechish natijasida olingan yangi o'zaro ta'sir potentsiallarining butun seriyasidir. Bu potentsiallar Kulon-Nyuton o'zaro ta'sirini to'ldiruvchi sifatida namoyon bo'ladi. Ushbu potentsiallardan biri 1/r dan tezroq masofa bilan kamayadi, ya'ni. u tomonidan hosil qilingan kuchlar (yadro kabi) qisqa masofalarda harakat qiladi. Bundan tashqari, zarrachaning zaryadi nolga teng bo'lsa ham, bu potentsial nolga teng emas ( guruch. 25). Yadro kuchlarining zaryaddan mustaqilligining shunga o'xshash xususiyati uzoq vaqt oldin eksperimental ravishda kashf etilgan.
Guruch. 25. Vakuum tenglamalarini yechish natijasida topilgan yadroviy o'zaro ta'sirning potentsial energiyasi. Yadro va elektromagnit radiuslar o'rtasidagi bog'liqlik r N = | r e|/2,8.
Guruch. 26. Vakuum tenglamalarini (qattiq egri chiziq) yechish natijasida olingan nazariy hisob-kitoblar protonlar va mis yadrolarining elektro-yadroviy o'zaro ta'siri bo'yicha tajribalar bilan yaxshi tasdiqlangan.
Yoniq guruch. 25 neytron (neytron zaryadi nolga teng) va yadro bilan protonning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi ko'rsatilgan. Taqqoslash uchun proton va yadro orasidagi itarilishning Kulon potentsial energiyasi berilgan. Rasmdan ko'rinib turibdiki, yadrodan kichik masofalarda Kulon itilishi yadroviy tortishish bilan almashtiriladi, bu yangi doimiy bilan tavsiflanadi. r N- yadro radiusi. Eksperimental ma'lumotlardan bu doimiyning qiymati taxminan 10 -14 sm ekanligini aniqlash mumkin edi. Shunga ko'ra, yangi doimiy va yangi potentsial tomonidan yaratilgan kuchlar masofalarda harakat qila boshlaydi ( r I) yadro markazidan. Aynan shu masofalarda yadro kuchlari harakat qila boshlaydi.
r I = (100 - 200)r N= 10 -12 sm.
Yoniq guruch. 25 yadro radiusi munosabat bilan aniqlanadi r N = |r e|/2.8 bunda proton va mis yadrosi o'rtasidagi o'zaro ta'sir jarayoni uchun hisoblangan elektromagnit radius modulining qiymati quyidagilarga teng: | r e| = 8,9x10 -15 sm.
Ustida. guruch. 26 Energiyasi 17 MeV bo'lgan protonlarning mis yadrolarida tarqalishini tavsiflovchi eksperimental egri chiziq ko'rsatilgan. Xuddi shu rasmdagi qattiq chiziq vakuum tenglamalari yechimlari asosida olingan nazariy egri chiziqni ko'rsatadi. Egri chiziqlar orasidagi yaxshi kelishuv shuni ko'rsatadiki, yadro radiusi bilan qisqa masofali o'zaro ta'sir potentsiali vakuum tenglamalari yechimidan topilgan. r N= 10 -15 sm.Bu erda tortishish o'zaro ta'siri haqida hech narsa aytilmagan, chunki elementar zarralar uchun ular yadro va elektromagnit zarralardan ancha zaifdir.
Gravitatsion, elektromagnit va yadroviy o'zaro ta'sirlarning yagona tavsifida vakuumli yondashuvning hozirgi qabul qilinganlardan ustunligi shundaki, bizning yondashuvimiz fundamentaldir va yadroviy potentsiallarni "qo'lda" kiritishni talab qilmaydi.
3.4. Zaif va buralish shovqinlari o'rtasidagi bog'liqlik.
Zaif o'zaro ta'sirlar odatda eng sirli elementar zarralardan biri - neytrinolar ishtirokidagi jarayonlarni anglatadi. Neytrinolarning massasi yoki zaryadi yo'q, faqat aylanish - o'z aylanishi. Bu zarracha aylanishdan boshqa hech narsaga toqat qilmaydi. Shunday qilib, neytrino sof shaklda dinamik burilish maydonining navlaridan biridir.
Zaif o'zaro ta'sirlar namoyon bo'ladigan jarayonlarning eng oddiyi bu sxema bo'yicha neytronning parchalanishi (neytron beqaror va o'rtacha umri 12 daqiqaga teng):
n® p + + e - + v
Qayerda p+- proton, e-- elektron, v- antineytrino. Zamonaviy ilm-fan elektron va proton bir-biriga qarama-qarshi zaryadli zarralar sifatida Kulon qonuniga ko'ra o'zaro ta'sir qiladi, deb hisoblaydi. Ular uzoq umr ko'radigan neytral zarrachani - o'lchamlari 10-13 sm gacha bo'lgan neytronni hosil qila olmaydi, chunki tortishish kuchi ta'sirida elektron bir zumda "protonga tushishi" kerak. Bundan tashqari, agar neytron qarama-qarshi zaryadlangan zarrachalardan iborat deb taxmin qilish mumkin bo'lsa ham, uning parchalanishi paytida elektromagnit nurlanish kuzatilishi kerak, bu spinning saqlanish qonunining buzilishiga olib keladi. Gap shundaki, neytron, proton va elektronning har biri +1/2 yoki -1/2 spinga ega.
Faraz qilaylik, neytronning dastlabki spini -1/2 edi. Keyin elektron, proton va fotonning umumiy spini ham -1/2 ga teng bo'lishi kerak. Ammo elektron va protonning umumiy spini -1, 0, +1 qiymatlarga ega bo'lishi mumkin, foton esa -1 yoki +1 spinga ega bo'lishi mumkin. Shunday qilib, elektron-proton-foton tizimining spini 0, 1, 2 qiymatlarini qabul qilishi mumkin, lekin -1/2 emas.
Spinli zarralar uchun vakuum tenglamalarining yechimlari ular uchun yangi konstanta mavjudligini ko'rsatdi r s- aylanuvchi zarrachaning burilish maydonini tavsiflovchi aylanish radiusi. Bu maydon qisqa masofalarda buralish shovqinlarini hosil qiladi va proton, elektron va antineytrinodan neytron hosil qilish muammosiga yangicha yondashish imkonini beradi.
Yoniq guruch. 27 vakuum tenglamalarini yechish natijasida olingan protonning elektron va pozitron bilan spin bilan o'zaro ta'sir qilish potentsial energiyasining sifatli grafiklari keltirilgan. Grafik shuni ko'rsatadiki, taxminan masofada
r s = |r e|/3 = 1,9x10 -13 sm.
Proton markazidan "burilish qudug'i" mavjud bo'lib, unda elektron proton bilan birgalikda neytron hosil qilganda ancha uzoq vaqt qolishi mumkin. Elektron aylanayotgan protonga tusha olmaydi, chunki qisqa masofalarda burilish itarish kuchi Kulon tortishish kuchidan oshib ketadi. Boshqa tomondan, Kulon potentsial energiyasiga burilish qo'shilishi eksenel simmetriyaga ega va juda kuchli proton spinining yo'nalishiga bog'liq. Bu orientatsiya burchak bilan beriladi q proton spinining yo'nalishi va kuzatish nuqtasiga chizilgan radius vektori o'rtasida,
Ha guruch. 27 proton spinining orientatsiyasi burchak bo'lishi uchun tanlanadi q nolga teng. Burchakda q= 90 ° burilish qo'shilishi nolga aylanadi va proton spinining yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan tekislikda elektron va proton Kulon qonuniga muvofiq o'zaro ta'sir qiladi.
Proton va elektronning o'zaro ta'sirida aylanayotgan proton va burilish qudug'i yaqinida burilish maydonining mavjudligi shuni ko'rsatadiki, neytron proton va elektronga "parchalanganda" zaryadsiz va burilish maydoni chiqariladi. massa va transferlar faqat spin. Antineytrinolar (yoki neytrinolar) aynan shu xususiyatga ega.
Tasvirlangan potentsial energiya tahlilidan guruch. 27, shundan kelib chiqadiki, agar unda elektromagnit o'zaro ta'sir bo'lmasa ( r e= 0) va faqat burilish shovqini qoladi ( r s No 0), keyin potentsial energiya nolga aylanadi. Bu shuni anglatadiki, faqat spinni olib yuruvchi erkin buralish nurlanishi oddiy materiya bilan o'zaro ta'sir qilmaydi (yoki zaif ta'sir qiladi). Bu, aftidan, burilish nurlanishining kuzatilgan yuqori penetratsion qobiliyatini tushuntiradi - neytrinolar.
Guruch. 27. Vakuum tenglamalari yechimidan olingan aylanayotgan protonning o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi: a) - elektronning proton bilan | r e |/ r s, b) - pozitron bilan bir xil.
Elektron proton yaqinidagi "burilish qudug'ida" bo'lsa, uning energiyasi manfiy bo'ladi. Neytronning proton va elektronga parchalanishi uchun neytron musbat burilish energiyasini o'zlashtirishi kerak, ya'ni. sxema bo'yicha neytrino:
v+n® p + + e -
Ushbu sxema tashqi ta'sir ostida atomning ionlanish jarayoniga to'liq o'xshaydi elektromagnit nurlanish g
g + a ® a + + e -
Qayerda a +- ionlashgan atom va e-- elektron. Farqi shundaki, atomdagi elektron Kulon qudug'ida, neytrondagi elektron esa buralish potentsiali tomonidan ushlab turiladi.
Shunday qilib, vakuum nazariyasida buralish maydoni va zaif o'zaro ta'sirlar o'rtasida chuqur bog'liqlik mavjud.
3.5. Spin fizikasidagi inqiroz va undan chiqishning mumkin bo'lgan yo'li.
Zamonaviy nazariya elementar zarralar induktiv zarralar sinfiga kiradi. U tezlatgichlar yordamida olingan eksperimental ma'lumotlarga asoslanadi. Induktiv nazariyalar tavsiflovchi xususiyatga ega va har safar yangi ma'lumotlar paydo bo'lishi bilan tuzatilishi kerak.
Taxminan 40 yil oldin, Rochester universitetida spin-polarizatsiyalangan protonlarni protonlardan tashkil topgan qutblangan nishonlarga sochish bo'yicha tajribalar boshlangan. Keyinchalik, elementar zarralar nazariyasidagi bu butun yo'nalish deb nomlandi spin fizikasi.
Guruch. 28. Spinlarining nisbiy yo'nalishiga qarab qutblangan nuklonlarning buralish o'zaro ta'siri bo'yicha eksperimental ma'lumotlar. Gorizontal o'qlar burilish shovqinining yo'nalishi va kattaligini (o'q qalinligi) ko'rsatadi. Vertikal strelka sochilgan zarrachaning orbital momentum yo'nalishini ko'rsatadi.
Spin fizikasi tomonidan olingan asosiy natija shundan iboratki, kichik masofalarda (taxminan 10 -12 sm) o'zaro ta'sirlar paytida zarrachalarning spini muhim rol o'ynay boshlaydi. Buralish (yoki spin-spin) o'zaro ta'sirlari qutblangan zarralar orasidagi ta'sir qiluvchi kuchlarning kattaligi va tabiatini aniqlashi aniqlandi (qarang. guruch. 28).
Guruch. 29. Vakuum tenglamalarini yechish natijasida olingan superpotentsial energiya. Maqsadli spinning yo'nalishiga bog'liqligi ko'rsatilgan: a) - protonlar va qutblangan yadrolarning o'zaro ta'siri r e/r N = -2, r N/r s= 1,5; b) - at neytronlari uchun ham xuddi shunday r e/r N = 0, r N/r s= 1,5. Burchak q yadro spinidan kuzatish nuqtasiga chizilgan radius vektorigacha o'lchanadi.
Tajribada ochilgan nuklonlarning buralish oʻzaro taʼsirining tabiati shu qadar murakkab boʻlib chiqdiki, nazariyaga kiritilgan tuzatishlar nazariyani maʼnosiz qildi. Bu nazariyotchilarning yangi eksperimental ma'lumotlarni tasvirlash uchun g'oyalari etishmaydigan darajaga yetdi. Nazariyaning bu “aqliy inqirozi” spin fizikasidagi eksperiment narxining oshib borishi, chunki u murakkablashib, hozirgi vaqtda tezlatkich narxiga yaqinlashib, moddiy inqirozga olib kelganligi bilan yanada og‘irlashadi. Ushbu holatning oqibati ba'zi mamlakatlarda yangi tezlatgichlarni qurish uchun mablag'larning muzlatilishi bo'ldi.
Hozirgi tanqidiy vaziyatdan chiqishning yagona yo'li bo'lishi mumkin - elementar zarralarning deduktiv nazariyasini qurishda. Bu jismoniy vakuum nazariyasi bizga beradigan imkoniyatdir. Uning tenglamalarining yechimlari o'zaro ta'sir potentsialiga - superpotentsialga olib keladi, unga quyidagilar kiradi:
r g- tortishish radiusi,
r e- elektromagnit radius,
r N- yadro radiusi va
r s- aylanish radiusi,
tortishish uchun javobgar ( r g), elektromagnit ( r e), yadro ( r N) va spin-burilish ( r s) o'zaro ta'sirlar.
Yoniq guruch. 29 vakuum tenglamalarini yechish natijasida olingan superpotensial energiyaning sifat grafiklari keltirilgan.
Grafik zarrachalarning o'zaro ta'sirining spinlar yo'nalishiga kuchli bog'liqligini ko'rsatadi, bu spin fizikasi tajribalarida kuzatiladi. Albatta, yakuniy javob vakuum tenglamalari yechimlari asosida chuqur izlanishlar olib borilganda beriladi.
3.6. Skalyar elektromagnit maydon va elektromagnit energiyaning bir sim orqali uzatilishi.
Yagona maydon nazariyasi tenglamalariga mos keladigan vakuum tenglamalari turli xil maxsus holatlarda ma'lum fizik tenglamalarga aylanadi. Agar biz kuchsiz elektromagnit maydonlarni va zaryadlarning unchalik katta bo'lmagan tezlikda harakatlanishini ko'rib chiqish bilan cheklansak, vakuum tenglamasidan (B.1) Maksvellning elektrodinamika tenglamalariga o'xshash tenglamalar kelib chiqadi. Zaif maydonlar ostida Ushbu holatda kuchi E, H tengsizligini qanoatlantiradigan elektromagnit maydonlar deb tushuniladi<< 10 -16 ед. СГСЕ. Такие слабые электромагнитные поля встречаются на расстояниях порядка r >> 10 -13 sm elementar zarrachalardan, ya'ni. yadroviy va zaif o'zaro ta'sirlarning ta'siri ahamiyatsiz bo'ladigan masofalarda. Bizda shunday deb hisoblash mumkin Kundalik hayot biz doimo zaif elektromagnit maydonlar bilan shug'ullanamiz. Boshqa tomondan, zarrachalarning unchalik katta bo'lmagan tezlikda harakatlanishi zaryadlangan zarrachalarning energiyalari unchalik yuqori emasligini va energiya etishmasligi tufayli ular, masalan, yadro reaktsiyalariga kirmasligini anglatadi.
Agar biz zarracha zaryadlari doimiy bo'lgan holat bilan cheklansak ( e = konst), keyin vakuum nazariyasidagi zaif elektromagnit maydonlar vektor potensiali bilan tavsiflanadi (Maksvell elektrodinamikasida bo'lgani kabi), ular orqali elektromagnit maydonning oltita mustaqil komponenti aniqlanadi: uchta komponent. elektr maydoni E va magnit maydonining uchta komponenti H.
Umumiy holda, vakuum elektrodinamikasida elektromagnit maydonning potentsiali ikkinchi darajali simmetrik tensor bo'lib chiqadi, bu esa elektromagnit maydonning qo'shimcha tarkibiy qismlarini keltirib chiqaradi. Zaryadlar uchun vakuum elektrodinamika tenglamalarining aniq yechimi e № const, shakldagi yangi skalyar elektromagnit maydon mavjudligini bashorat qiladi:
S = - de(t) / rc dt
Qayerda r- zaryaddan kuzatish nuqtasigacha bo'lgan masofa; Bilan- yorug'lik tezligi; e(t)- o'zgaruvchan to'lov.
Oddiy elektrodinamikada bunday skalyar maydon undagi potentsial vektor bo'lganligi sababli yo'q. Agar zaryadlangan zarracha e tezlikda harakat qiladi V va skalyar elektromagnit maydonga tushadi S, keyin unga kuch ta'sir qiladi F S:
F S = eSV = - e V
Zaryadlarning harakati elektr tokini ifodalaganligi sababli, bu skalyar maydon va bu maydon tomonidan yaratilgan kuch oqimlar bilan tajribalarda o'zini namoyon qilishi kerakligini anglatadi.
Yuqoridagi formulalar zarrachalarning zaryadlari vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadi va elementar zarrachalarning zaryadlari doimiy bo'lganligi sababli, haqiqiy hodisalarga hech qanday aloqasi yo'q degan faraz ostida olingan. Biroq, bu formulalar vaqt o'tishi bilan bu zaryadlar soni o'zgarganda, ko'p sonli doimiy zaryadlardan tashkil topgan tizimga juda mos keladi. Bunday tajribalar 20-asrning boshlarida Nikola Tesla tomonidan amalga oshirilgan. O'zgaruvchan zaryadli elektrodinamik tizimlarni o'rganish uchun Tesla zaryadlangan shardan foydalangan (2-rasmga qarang). 29-rasm a). Sfera yerga zaryadsizlanganda, sfera atrofida skalyar maydon S paydo bo'ldi.Bundan tashqari, I tok bitta o'tkazgich orqali o'tdi, u Kirxgof qonunlariga bo'ysunmadi, chunki zanjir ochiq bo'lib chiqdi. Shu bilan birga, o'tkazgichga kuch qo'llanildi F S, Supero'tkazuvchilar bo'ylab yo'naltirilgan (oqimga perpendikulyar ta'sir qiluvchi oddiy magnit kuchlardan farqli o'laroq).
Tok o'tkazuvchi o'tkazgichga ta'sir qiluvchi va o'tkazgich bo'ylab yo'naltirilgan kuchlar mavjudligini A.M. Amper. Keyinchalik bo'ylama kuchlar ko'plab tadqiqotchilarning tajribalarida, ya'ni R.Sigalov, G.Nikolaev va boshqalarning tajribalarida eksperimental tarzda tasdiqlangan.Bundan tashqari, G.Nikolayev ishlarida skaler elektromagnit maydon va harakat o'rtasidagi bog'liqlik aniqlangan. bo'ylama kuchlar birinchi marta o'rnatildi. Biroq, G. Nikolaev hech qachon skalyar maydonni o'zgaruvchan zaryad bilan bog'lamagan.
Guruch. 29 a. O'zgaruvchan zaryad elektrodinamikasida oqim bir sim orqali o'tadi.
Elektr energiyasini bir simli uzatish o'z oldi yanada rivojlantirish S.V asarlarida. Avramenko. Zaryadlangan shar o'rniga S.V. Avramenko Tesla transformatoridan foydalanishni taklif qildi, unda transformatorning chiqishidagi ikkilamchi o'rash faqat bitta uchiga ega. Ikkinchi uchi oddiygina izolyatsiya qilingan va transformator ichida qoladi. Agar birlamchi o'rashga bir necha yuz Gerts chastotali o'zgaruvchan kuchlanish qo'llanilsa, ikkinchi o'rashda o'zgaruvchan zaryad paydo bo'ladi, bu skaler maydon va uzunlamasına kuch hosil qiladi. F S. S.V. Avramenko transformatordan chiqadigan bitta simga maxsus moslama o'rnatadi - Avramenko vilkasi, u bitta simdan ikkita qiladi. Agar siz hozir lampochka yoki elektr motor shaklida oddiy yukni ikkita simga ulasangiz, lampochka yonadi va vosita bitta sim orqali uzatiladigan elektr energiyasi tufayli aylana boshlaydi. 1 kVt quvvatni bitta sim orqali uzatuvchi shunga o'xshash qurilma Butunrossiya elektrlashtirish ilmiy-tadqiqot institutida ishlab chiqilgan va patentlangan. Qishloq xo'jaligi. Shuningdek, u yerda quvvati 5 kVt va undan ortiq bo‘lgan bir simli liniya yaratish ishlari olib borilmoqda.
3.7. Elektrodinamikada buralish nurlanishi.
Yuqorida aytib o'tgan edikki, neytrino burilish nurlanishi bo'lib, u vakuum tenglamalarini echishdan kelib chiqqan holda, neytronning parchalanishi paytida elektronning buralish qudug'idan chiqishi bilan birga keladi. Shu munosabat bilan darhol savol tug'iladi: elektronning tezlashtirilgan harakati paytida o'z spini natijasida hosil bo'lgan burilish nurlanishi mavjud emasmi?
Vakuum nazariyasi bu savolga ijobiy javob beradi. Gap shundaki, tezlashtirilgan elektron chiqaradigan maydon koordinataning vaqtga nisbatan uchinchi hosilasi bilan bog'liq. Vakuum nazariyasi klassik harakat tenglamalarida elektronning o'z aylanishini - uning spinini hisobga olishga imkon beradi va nurlanish maydoni uch qismdan iboratligini ko'rsatadi:
E rad = E e + T et + T t
Elektron emissiyaning birinchi qismi E e elektronning zaryadi bilan hosil qilingan, ya'ni. sof elektromagnit xususiyatga ega. Bu qism zamonaviy fizika tomonidan juda yaxshi o'rganilgan. Ikkinchi qism T va boshqalar aralash elektro-burilish xususiyatiga ega, chunki u ham elektron zaryadi, ham uning spini tomonidan hosil bo'ladi. Nihoyat, radiatsiyaning uchinchi qismi T t faqat elektronning spini tomonidan yaratilgan. Ikkinchisiga kelsak, shuni aytishimiz mumkinki, elektron tezlashtirilgan harakat paytida neytrinolarni chiqaradi, lekin juda kam energiya bilan!
Bir necha yil oldin Rossiyada elektron spin natijasida hosil bo'lgan elektrodinamikada burilish nurlanishining mavjudligi haqidagi vakuum nazariyasining nazariy bashoratlarini tasdiqlovchi qurilmalar yaratildi va patentlandi. Ushbu qurilmalar chaqirildi burilish generatorlari.
Guruch. o'ttiz. Akimov torsion generatorining sxematik diagrammasi.
Yoniq guruch. o'ttiz Akimovning patentlangan torsion generatorining sxematik diagrammasi ko'rsatilgan. U silindrsimon kondansatör 3 dan iborat bo'lib, uning ichki plitasi manfiy kuchlanish bilan ta'minlanadi va tashqi plastinka doimiy kuchlanish manbasidan musbat kuchlanish bilan ta'minlanadi 2. Manba bo'lgan silindrsimon kondansatör ichiga magnit o'rnatilgan. nafaqat statik magnit maydon, balki statik burilish maydoni ham. Bu maydon (shuningdek, magnit maydon) elektronlarning umumiy aylanishi bilan hosil bo'ladi. Bundan tashqari, potentsial farq bilan yaratilgan kondansatör plitalari o'rtasida sof spin (statik neytrino) vakuumli polarizatsiya sodir bo'ladi. Berilgan chastotaning buralish nurlanishini yaratish uchun kondansatör plitalariga o'zgaruvchan elektromagnit maydon (boshqaruv signali) 1 qo'llaniladi.
Guruch. 31. Akimov burilish generatori.
Berilgan chastotadagi o'zgaruvchan elektromagnit maydon 1 ta'sirida magnit ichidagi elektronlarning spinlari (bir xil chastotali) va kondansatör plitalari orasidagi qutblangan spinlarning yo'nalishi o'zgaradi. Natijada yuqori penetratsion qobiliyatga ega bo'lgan dinamik burilish nurlanishi.
Yoniq guruch. 31 Akimov generatorining ichki tuzilishi keltirilgan. Elektromagnitizm nuqtai nazaridan, buralish generatorining dizayni paradoksal ko'rinadi, chunki uning elementar bazasi butunlay boshqa printsiplarga asoslangan. Masalan, bitta metall sim bo'ylab burilish signali uzatilishi mumkin.
Ko'rsatilgan turdagi burulma generatorlari guruch. 31 Rossiyada turli tajribalarda va hatto texnologiyalarda keng qo'llaniladi, ular quyida muhokama qilinadi.
3.8. Eynshteyn orzu qilgan kvant nazariyasi topildi.
Materiyaning zamonaviy kvant nazariyasi ham induktiv sinfga kiradi. Ga binoan Nobel mukofoti laureati, kvarklar nazariyasini yaratuvchisi M. Gell-Mann, kvant nazariyasi biz qanday foydalanishni biladigan, ammo to'liq tushunmaydigan fandir. A. Eynshteyn ham xuddi shunday fikrda bo'lib, uni to'liq emas deb hisoblagan. A. Eynshteynning fikricha, takomillashuv yo‘lida “mukammal kvant nazariyasi” topiladi. umumiy nazariya nisbiylik, ya'ni. deduktiv nazariyani qurish yo'lida. Aynan mana shu kvant nazariyasi fizik vakuum tenglamalaridan kelib chiqadi.
Kvant nazariyasi va klassik nazariya o'rtasidagi asosiy farqlar quyidagilardan iborat:
a) nazariya yangi h konstantasini o'z ichiga oladi - Plank doimiysi;
b) statsionar holatlar va zarralar harakatining kvant tabiati mavjud;
v) kvant hodisalarini tavsiflash uchun universal fizik miqdor - Shredinger tenglamasini qanoatlantiradigan va ehtimollik talqiniga ega bo'lgan murakkab to'lqin funksiyasi qo'llaniladi;
d) zarracha-to'lqinli dualizm va optik-mexanik analogiya mavjud;
e) Geyzenberg noaniqlik munosabati qanoatlansa;
f) Gilbert holati fazosi vujudga keladi.
Bu xususiyatlarning barchasi (Plank doimiysining o'ziga xos qiymatidan tashqari) fizik vakuum nazariyasida paydo bo'ladi to'liq geometrizlangan Eynshteyn tenglamalarida materiya harakati muammosini o'rganayotganda (B.1).
Barqaror sferik simmetrik massiv (zaryadlangan yoki bo'lmagan) zarrachani tavsiflovchi (B.1) tenglamalar yechimi bir vaqtning o'zida uning materiyasining tarqalish zichligi haqida ikkita fikrga olib keladi:
a) nuqta zarrachaning materiya zichligi sifatida va
b) murakkab buralish maydoni (inertsiya maydoni) tomonidan hosil qilingan maydon chigalligi sifatida.
Maydon-zarracha dualizmi, vakuum nazariyasida paydo bo'lgan, zamonaviy kvant nazariyasining dualizmiga mutlaqo o'xshashdir. Biroq, vakuum nazariyasida to'lqin funktsiyasini fizik talqin qilishda farq bor. Birinchidan, u Shredinger tenglamasini faqat chiziqli yaqinlashishda va ixtiyoriy kvant doimiysi (Plank doimiysining umumlashtirilgan analogi) bilan qanoatlantiradi. Ikkinchidan, vakuum nazariyasida to'lqin funktsiyasi haqiqiy jismoniy maydon - inertsiya maydoni orqali aniqlanadi, ammo birlikka normallashtirilib, zamonaviy kvant nazariyasining to'lqin funktsiyasiga o'xshash ehtimollik talqinini oladi.
Statsionar holatlar vakuum nazariyasidagi zarralar mahalliy inertial sanoq sistemalaridan foydalanganda inersiya tamoyilining kengaytirilgan talqini natijasidir. Yuqorida aytib o'tilganidek (qarang guruch. 6), umumiy relativistik elektrodinamikada atomdagi elektron yadroning Kulon maydonida tez harakat qilishi mumkin, lekin nurlanishsiz, agar u bilan bog'langan mos yozuvlar tizimi mahalliy inertial bo'lsa.
Kvantlash vakuum nazariyasidagi statsionar holatlar, unda zarracha fazoda cho'zilgan sof maydon shakllanishi ekanligi bilan izohlanadi. Maydon, kengaytirilgan ob'ekt cheklangan makonda joylashganda, uning jismoniy xususiyatlari, masalan, energiya, impuls va boshqalar diskret qiymatlarni oladi. Agar zarracha erkin bo'lsa, uning fizik xususiyatlarining spektri uzluksiz bo'ladi.
Zamonaviy kvant nazariyasining asosiy qiyinchiliklari to'lqin funktsiyasining fizik tabiatini noto'g'ri tushunish va kengaytirilgan ob'ektni nuqta yoki tekis to'lqin sifatida ko'rsatishga urinishdan kelib chiqadi. Klassik maydon nazariyasidagi nuqta o'z maydoniga ega bo'lmagan sinov zarrasini tasvirlaydi. Shuning uchun vakuum nazariyasidan kelib chiqadigan kvant nazariyasi zarracha harakatini o'z maydonini hisobga olgan holda tasvirlash usuli sifatida ko'rib chiqilishi kerak. Buni eski kvant nazariyasida oddiy sababga ko'ra amalga oshirish mumkin emas edi, chunki zarracha materiyaning zichligi va u tomonidan yaratilgan maydon zichligi boshqa tabiatga ega. Ikkala zichlikni bir xilda tavsiflash uchun universal jismoniy xususiyat yo'q edi. Endi bunday jismoniy xususiyat inertsiya maydoni - buralish maydoni shaklida paydo bo'ldi, u haqiqatan ham universal bo'lib chiqadi, chunki materiyaning barcha turlari inertsiya fenomeniga bo'ysunadi.
Yoniq guruch. 32 inertsiya maydoni zarrachaning materiya zichligini o'z maydonini hisobga olgan holda qanday aniqlashi ko'rsatilgan.
Guruch. 32. Vakuum kvant mexanikasi sinov zarrasi tushunchasidan voz kechadi va universal fizik maydon - inersiya maydonidan foydalangan holda zarrachani o'z maydonini hisobga olgan holda tasvirlaydi.
Plank doimiysining o'ziga xos qiymatiga kelsak, uni vodorod atomining geometrik o'lchamlarini tavsiflovchi empirik fakt sifatida ko'rib chiqish kerak.
Vakuum kvant nazariyasi eski nazariyaga muvofiqlik tamoyilini qondirib, ehtimollik talqiniga ham imkon berishi qiziq edi. Kengaytirilgan ob'ekt harakatining ehtimollik talqini birinchi marta fizikada klassik Liouvil mexanikasida paydo bo'lgan. Ushbu mexanikada suyuqlik tomchisining harakatini bir butun sifatida ko'rib chiqishda tomchining maxsus nuqtasi - uning massa markazi aniqlanadi. Tomchining shakli o'zgarishi bilan uning ichidagi massa markazining holati ham o'zgaradi. Agar tomchining zichligi o'zgaruvchan bo'lsa, u holda massa markazi, ehtimol, tomchi zichligi maksimal bo'lgan mintaqada joylashgan. Demak, tomchi moddaning zichligi tomchi ichidagi fazoning ma'lum bir nuqtasida massa markazini topish ehtimoli zichligiga proporsional bo'lib chiqadi.
Kvant nazariyasida suyuqlik tomchisi o'rniga bizda zarrachaning inertsiya maydonidan hosil bo'lgan maydon pıhtısı mavjud. Xuddi tomchi kabi, bu dala laxtasi shaklini o'zgartirishi mumkin, bu esa, o'z navbatida, uning ichidagi pıhtı massa markazining holatini o'zgartirishga olib keladi. Dala laxtasining harakatini uning massa markazi orqali bir butun sifatida tasvirlab, biz muqarrar ravishda harakatning ehtimollik tavsifiga kelamiz.
Kengaytirilgan tomchi nuqta zarrachalar to'plami sifatida qaralishi mumkin, ularning har biri uchta koordinata x, y, z va uchta komponentli p x, p y, p z impulslari bilan tavsiflanadi. Liouvil mexanikasida tomchi ichidagi nuqtalar koordinatalari shakllanadi konfiguratsiya maydoni(umuman aytganda, cheksiz o'lchovli). Agar biz impulslarni qo'shimcha ravishda tomchining konfiguratsiya maydonining har bir nuqtasi bilan bog'lasak, biz olamiz faza maydoni. Liuvil mexanikasida fazalar hajmining saqlanish teoremasi isbotlangan, bu shaklning noaniqlik munosabatiga olib keladi:
D pDx = const
Bu yerga Dx tomchi ichidagi nuqtalar koordinatalarining tarqalishi sifatida qaraladi va Dp ularning mos keladigan impulslarining tarqalishi sifatida. Faraz qilaylik, tomchi chiziq shaklini oladi (chiziqga cho'ziladi), keyin uning impulsi qat'iy belgilangan, chunki tarqalish Dp= 0. Lekin chiziqning har bir nuqtasi teng bo'ladi, shuning uchun tushish koordinatasi munosabat tufayli aniqlanmaydi. Dx = Ґ , bu tomchining faza hajmining saqlanishi haqidagi teoremadan kelib chiqadi.
Tekis to'lqinlar to'plamidan iborat bo'lgan maydonlar to'plami uchun maydon nazariyasida faza hajmining saqlanish teoremasi quyidagicha yoziladi:
DpDx = p
Qayerda Dx dala klasteri koordinatalarining tarqalishi va Dp- dala tudasini hosil qiluvchi tekislik to'lqinlarining to'lqin vektorlarining tarqalishi. Tenglikning ikkala tomonini ga ko'paytirsak h va belgini kiriting r = hk, keyin biz taniqli Geyzenberg noaniqlik munosabatini olamiz:
DpDx = p h
Bu munosabat fizik vakuum nazariyasidan kelib chiqadigan kvant nazariyasidagi inertial maydonning tekis to'lqinlar to'plamidan hosil bo'lgan maydon to'plami uchun ham amal qiladi.
3.9. Quyosh sistemasida kvantlash.
Yangi kvant nazariyasi kvant hodisalari doirasi haqidagi tushunchamizni kengaytirish imkonini beradi. Hozirgi vaqtda kvant nazariyasi faqat mikrodunyo hodisalarini tavsiflash uchun qo'llaniladi, deb ishoniladi. Quyosh atrofida sayyoralarning harakati kabi makro hodisalarni tasvirlash uchun sayyoraning o'z maydoniga ega bo'lmagan sinov zarrasi sifatidagi g'oyasi hali ham qo'llaniladi. Biroq, sayyoralar harakatining aniqroq tavsifiga sayyoraning o'z maydoni hisobga olinganda erishiladi. Aynan shu imkoniyat Shredinger tenglamasida to'lqin funksiyasi sifatida inertsiya maydonidan foydalanib, yangi kvant nazariyasi bizga taqdim etadi.
3-jadval.
Sayyoralarning Quyosh atrofidagi harakati muammosini o'z sohasini hisobga olgan holda eng oddiy yarim klassik ko'rib chiqish quyidagi formula bo'yicha Quyoshdan sayyoralar (va asteroid kamarlari)gacha bo'lgan o'rtacha masofalarni kvantlash formulasiga olib keladi:
r = r 0 (n + 1/2), bu erda n = 1, 2, 3 ...
Bu yerga r 0= 0,2851 a.u. = const - yangi "sayyora konstantasi". Eslatib o'tamiz, Quyoshdan Yergacha bo'lgan masofa 1 AU ni tashkil qiladi. = 150000000 km. IN jadval № 3 yuqoridagi formula yordamida olingan nazariy hisob-kitoblarni tajriba natijalari bilan taqqoslash berilgan.
Jadvaldan ko'rinib turibdiki, tarkibidagi modda quyosh sistemasi kvant nazariyasi to'lqin funksiyasining tabiati haqidagi yangi g'oyadan olingan formula bilan juda yaxshi tasvirlangan diskret darajalar tizimini tashkil qiladi.
Har bir o'zaro ta'sirning intensivligi odatda o'zaro ta'sir konstantasi bilan tavsiflanadi, bu o'lchovsiz parametr bo'lib, ushbu turdagi o'zaro ta'sir natijasida yuzaga keladigan jarayonlarning ehtimolini belgilaydi.
Gravitatsion o'zaro ta'sir. Ushbu o'zaro ta'sirning doimiysi . Assortiment cheklanmagan. Gravitatsion o'zaro ta'sir universaldir, barcha zarralar, istisnosiz, unga bo'ysunadi. Biroq, mikrodunyo jarayonlarida bu o'zaro ta'sir muhim rol o'ynamaydi. Bu o'zaro ta'sir gravitonlar (gravitatsiyaviy maydon kvantlari) orqali uzatiladi degan taxmin mavjud. Biroq, hozirgi kunga qadar ularning mavjudligini tasdiqlovchi eksperimental faktlar aniqlanmagan.
Elektromagnit o'zaro ta'sir. O'zaro ta'sir konstantasi taxminan , ta'sir doirasi cheklanmagan.
Kuchli shovqin. Ushbu turdagi o'zaro ta'sir yadrodagi nuklonlarning bog'lanishini ta'minlaydi. O'zaro ta'sir konstantasi 10 tartibli qiymatga ega. Kuchli o'zaro ta'sir o'zini namoyon qiladigan eng katta masofa m tartibli qiymatdir.
Zaif o'zaro ta'sir. Bu o'zaro ta'sir yadrolarning barcha turlari, shu jumladan elektronning K-tutilishi, elementar zarrachalarning parchalanish jarayonlari va neytrinolarning materiya bilan o'zaro ta'sir qilish jarayonlari uchun javobgardir. Ushbu o'zaro ta'sir doimiysining kattalik tartibi. Zaif o'zaro ta'sir, kuchli kabi, qisqa muddatli.
Yukava zarrasiga qaytaylik. Uning nazariyasiga ko'ra, kuchli o'zaro ta'sirni uzatuvchi zarracha mavjud, xuddi foton elektromagnit ta'sir tashuvchisi bo'lgani kabi, uni mezon (oraliq) deb atashgan. Bu zarracha elektron va proton massalari o'rtasida oraliq massaga ega bo'lishi va bo'lishi kerak. Fotonlar nafaqat elektromagnit o'zaro ta'sirni uzatadi, balki erkin holatda ham mavjud bo'lganligi sababli, erkin mezonlar ham mavjud bo'lishi kerak.
1937 yilda kosmik nurlarda mezon (muon) topildi, ammo u materiya bilan kuchli o'zaro ta'sir ko'rsatmadi. Kerakli zarrachani 10 yildan keyin Pauell va Okkialini ham kosmik nurlarda topdilar va ular uni mezon (pion) deb atadilar.
Ijobiy, salbiy va neytral mezonlar mavjud.
Mezonlarning zaryadi elementar zaryadga teng. Zaryadlangan mezonlarning massasi bir xil va 273 ga teng, elektr neytral mezonning massasi biroz kamroq va 264 ga teng. Barcha uch mezonning spini nolga teng; Zaryadlangan mezonlarning ishlash muddati 2,6 s, mezonniki esa 0,8 s.
Uchala zarracha ham barqaror emas.
Elementar zarralar odatda to'rt sinfga bo'linadi:
1. Fotonlar(elektromagnit maydon kvantlari). Ular elektromagnit o'zaro ta'sirda ishtirok etadilar, lekin kuchli yoki zaif o'zaro ta'sirlarda o'zlarini hech qanday tarzda namoyon qilmaydi.
2. Leptonlar. Bularga kuchli o'zaro ta'sirga ega bo'lmagan zarralar kiradi: elektronlar va pozitronlar, muonlar, shuningdek, barcha turdagi neytrinolar. Barcha leptonlar ½ ga teng spinga ega. Barcha leptonlar zaif o'zaro ta'sirning tashuvchisi hisoblanadi. Zaryadlangan leptonlar ham elektromagnit o'zaro ta'sirda ishtirok etadi. Leptonlar haqiqiy elementar zarralar hisoblanadi. Ular o'zlarining tarkibiy qismlariga parchalanmaydi, ichki tuzilishga ega emas va aniqlanadigan yuqori chegarasi (m) yo'q.
Oxirgi ikkita sinf ichki tuzilishga ega bo'lgan murakkab zarralarni tashkil qiladi: mezonlar va barionlar. Ular ko'pincha bir oilaga birlashtiriladi va chaqiriladi hadronlar.
Barcha uch mezon, shuningdek, K-mezonlar bu oilaga tegishli. Barionlar sinfiga kuchli o'zaro ta'sir tashuvchisi bo'lgan nuklonlar kiradi.
Yuqorida aytib o'tilganidek, Shredinger tenglamasi nisbiylik printsipi talablariga javob bermaydi - u Lorentz o'zgarishlariga nisbatan o'zgarmas emas.
1928 yilda ingliz Dirak elektron uchun relativistik kvant mexanik tenglamasini oldi, undan spinning mavjudligi va elektronning magnit momenti tabiiy ravishda yuzaga keldi. Bu tenglama elektronga - pozitronga nisbatan antizarra mavjudligini taxmin qilish imkonini berdi.
Dirak tenglamasidan ma'lum bo'ldiki, erkin zarrachaning energiyasi ham ijobiy, ham manfiy qiymatlarga ega bo'lishi mumkin.
Eng katta salbiy energiya va eng kichik ijobiy energiya o'rtasida amalga oshirib bo'lmaydigan energiya oralig'i mavjud. Ushbu intervalning kengligi . Natijada, energiyaning o'ziga xos qiymatlarining ikkita hududi olinadi: biri dan boshlanadi va + ga cho'ziladi, ikkinchisi dan boshlanadi va ga qadar cho'ziladi. Dirakning fikriga ko'ra, vakuum - bu salbiy energiya qiymatlari bo'lgan barcha ruxsat etilgan darajalar elektronlar bilan to'liq to'ldirilgan (Pauli printsipiga ko'ra) va ijobiy bo'lganlar bo'sh bo'lgan bo'shliqdir. Taqiqlangan banddan pastdagi barcha darajalar, istisnosiz, ishg'ol qilinganligi sababli, bu darajalarda joylashgan elektronlar hech qanday tarzda o'zini namoyon qilmaydi. Agar manfiy darajadagi elektronlardan biriga energiya berilsa, u holda bu elektron ijobiy energiyaga ega bo'lgan holatga o'tadi, keyin u erda manfiy zaryad va musbat massaga ega oddiy zarracha kabi harakat qiladi. Salbiy darajalar birikmasida hosil bo'lgan vakansiya (teshik) musbat zaryad va massaga ega bo'lgan zarracha sifatida qabul qilinadi. Bu nazariy jihatdan bashorat qilingan birinchi zarracha pozitron deb ataldi.
Elektron-pozitron juftligining tug'ilishi -fotonlar moddadan o'tganda sodir bo'ladi. Bu yutilishga olib keladigan jarayonlardan biri - moddaning nurlanishi. Elektron-pozitron juftligining tug'ilishi uchun zarur bo'lgan minimal kvant energiyasi 1,02 MeV (bu Dirakning hisob-kitoblariga to'g'ri keldi) va bunday reaktsiya tenglamasi quyidagi shaklga ega:
Bu erda X - elektron-pozitron juftligi tug'iladigan kuch maydonidagi yadro; Aynan shu narsa ortiqcha impuls - kvantni oladi.
Dirakning nazariyasi zamondoshlari uchun juda "aqldan ozgan" bo'lib tuyuldi va 1932 yilda Anderson kosmik nurlanishda pozitronni kashf etgandan keyingina tan olindi. Elektron pozitron bilan uchrashganda, annigilyatsiya sodir bo'ladi, ya'ni. elektron yana salbiy darajaga qaytadi.
Bir oz o'zgartirilgan shaklda Dirak tenglamasi yarim butun spinli boshqa zarralar uchun qo'llaniladi. Binobarin, har bir bunday zarraning o'ziga xos antizarrasi mavjud.
Deyarli barcha elementar zarralar, yuqorida aytib o'tilganidek, ikkita oiladan biriga tegishli:
1. Leptonlar.
2. Adronlar.
Ularning asosiy farqi shundaki, adronlar kuchli va elektromagnit o'zaro ta'sirlarda qatnashadi, leptonlar esa qatnashmaydi.
Leptonlar Haqiqiy elementar zarralar hisoblanadi. Ulardan faqat to'rttasi bor edi: elektron (), muon (), elektron neytrino (), muon neytrino. Keyinchalik lepton va uning neytrinosi topildi. Ular tarkibiy qismlarga bo'linmaydi; hech qanday ichki tuzilmani aniqlamang; aniqlangan o'lchamlarga ega emas.
Adronlar murakkabroq zarralar; ular ichki tuzilishga ega va kuchli yadroviy o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadilar. Ushbu zarralar oilasini ikki sinfga bo'lish mumkin:
mezonlar va barionlar(proton, neytron, -barionlar). Barionlarning oxirgi to'rt turi oxir-oqibat proton va neytronlarga parchalanishi mumkin.
1963 yilda Gell-Mann va mustaqil ravishda Tsvayg barcha ma'lum adronlar kasr zaryadiga ega bo'lgan uchta haqiqiy elementar zarralar - kvarklardan qurilgan degan fikrni bildirdilar.
u-kvark q = + ; d – kvark q = - ; s – kvark q = -.
1974 yilgacha ma'lum bo'lgan barcha adronlarni ushbu uchta faraziy zarrachalarning kombinatsiyasi sifatida ko'rsatish mumkin edi, ammo o'sha yili kashf etilgan og'ir mezon uch kvark sxemasiga to'g'ri kelmadi.
Tabiatning chuqur simmetriyasiga asoslanib, ba'zi fiziklar "jozibali" kvark deb ataladigan to'rtinchi kvark mavjudligini taxmin qilishdi, uning zaryadi q = + ga teng. Bu kvark boshqalardan xossa yoki kvant soni C = +1 mavjudligi bilan ajralib turadi - "jozibasi" yoki "jozibasi" deb ataladi.
Yangi kashf etilgan mezon "jozibali" kvark va uning antikvarki birikmasi bo'lib chiqdi.
Yangi adronlarning keyingi kashfiyoti beshinchi (c) va oltinchi (t) kvarklarning kiritilishini talab qildi. Kvarklar o'rtasidagi farq "rang" va "lazzat" deb nomlana boshladi.
1. Asosiy jismoniy o'zaro ta'sirlar: tortishish, elektromagnit, kuchli va kuchsiz; tabiatdagi asosiy xususiyatlar va ma'no. Elektromagnit o'zaro ta'sirlarning alohida roli.
Asosiy o'zaro ta'sirlar- elementar zarralar va ulardan tashkil topgan jismlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirning sifat jihatidan har xil turlari
Fundamental o'zaro ta'sirlar nazariyalarining evolyutsiyasi:
19-asrgacha:
Gravitatsion (Galiley, Nyuton-1687);
Elektr (Gilbert, Cavendish-1773 va Coulomb-1785);
Magnit (Gilbert, Epinus-1759 va Coulomb-1789)
19-20-asrlar oxiri:
Elektromagnit (Maksvell-1863 elektromagnit nazariyasi);
Gravitatsion (Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi - 1915)
Gravitatsion o'zaro ta'sirlarning tabiatdagi o'rni:
Gravitatsion o'zaro ta'sirlar:
Umumjahon tortishish qonuni;
Quyosh sistemasi sayyoralari orasidagi tortishish kuchi;
tortishish kuchi
Elektromagnit o'zaro ta'sirlarning tabiatdagi o'rni: Elektromagnit o'zaro ta'sirlar:
Kulon qonuni;
Atom ichidagi va atomlararo o'zaro ta'sirlar;
Ishqalanish kuchi, elastiklik kuchi,...;
Elektromagnit to'lqinlar (yorug'lik) Tabiatdagi kuchli o'zaro ta'sirlarning o'rni: Kuchli o'zaro ta'sirlar:
Qisqa masofa (~10 -13 m);
Elektromagnitlardan taxminan 1000 marta kuchli;
Ular taxminan eksponent ravishda kamayadi;
To'yingan;
Atom yadrosining barqarorligi uchun javobgardir
Tabiatdagi zaif o'zaro ta'sirlarning roli Zaif o'zaro ta'sirlar:
Juda qisqa masofa (~10 -18 m);
Elektromagnitlarga qaraganda taxminan 100 marta zaif;
To'yingan;
Elementar zarrachalarning o'zaro o'zgarishi uchun javobgardir
2. Elektr zaryadi va uning asosiy xossalari: bipolyarlik, diskretlik, o'zgarmaslik; elektr zaryadlarining mikroskopik tashuvchilari, kvarklar haqida tushuncha; elektr zaryadining saqlanish qonuni; zaryadlangan jismlarning fizik modellari.
Elektr zaryadi - bu zarralar yoki jismlarning elektromagnit kuchlarning o'zaro ta'siriga kirishi xususiyatini tavsiflovchi fizik skalyar miqdor;
*q yoki Q bilan belgilanadi;
*kulonlarda SI birliklarida o'lchanadi
Elektr zaryadining asosiy xususiyatlari:
Bipolyarlik:
ikki belgili elektr zaryadlari bor - musbat (shisha tayoq) va salbiy (qora tayoq);
* kabi zaryadlar qaytaradi va zaryadlardan farqli o'laroq tortadi Qo'shimchalar:
*jismoniy jismning elektr zaryadi unda joylashgan zaryadlangan zarrachalar - elektr zaryadining mikroskopik tashuvchilari elektr zaryadlarining algebraik yig'indisiga teng. Diskretlik:
Elektr zaryadining asosiy xossalari
Musbat va manfiy elementar elektr zaryadlari modullarining tengligi:
elektron va proton zaryad modullari yuqori aniqlikda tengdir
Invariant:
elektr zaryadining kattaligi u o'lchanadigan mos yozuvlar tizimiga bog'liq emas
bu uni tana vaznidan ajratib turadi
Tabiatni muhofaza qilish qonuni:
*yopiq tizimni tashkil etuvchi jismlar (tana qismlari, elementar zarralar) elektr zaryadlarining algebraik yig‘indisi ular orasidagi har qanday o‘zaro ta’sir davomida o‘zgarishsiz qoladi; shu jumladan materiyaning yo'q bo'lib ketishi (yo'qolishi).
elektron - manfiy elementar elektr zaryadining tashuvchisi (
proton - musbat elementar elektr zaryadining tashuvchisi ()
kvark- standart modeldagi gipotetik asosiy zarracha, elektr zaryadi e/3 ga karrali
3. Kulon qonuni: fizik mohiyati va elektrodinamikadagi ahamiyati; qonunni yozishning vektor shakli va elektrostatik kuchlarning superpozitsiyasi printsipi; qonunni eksperimental tekshirish usullari va uning amal qilish chegaralari.
Coulomb qonuni - Vakuumda joylashgan ikkita statsionar nuqta elektr zaryadlari bir-biri bilan bu zaryadlarning kattaligiga proportsional va ular orasidagi masofa kvadratiga teskari proportsional kuchlar bilan o'zaro ta'sir qiladi.
Kulon qonunini yozishning vektor shakli
Kulon qonunini eksperimental tekshirish usullari
1. Kavendish usuli (1773):
2. Ruterford usuli:
Rezerfordning alfa zarrachalarning oltin yadrolar tomonidan tarqalishi bo'yicha tajribalari (1906)
energetikasi 10+9 eV bo'lgan elektronlarning elastik sochilishi bo'yicha tajribalar
AGRAVIT VA UNING Jismoniy mohiyati
Gadjiev S.Sh., texnika fanlari doktori, prof.
“Ijtimoiy pedagogika instituti” oliy kasb-hunar ta’limi nodavlat ta’lim muassasasi, Derbent sh.
Xulosa: Maqolada tabiiy kuchlar harakati hodisalari va ushbu kuchlarga ko'ra, umuman tabiat hodisalari haqidagi bilimlarning mohiyatini, xususan, "tortishish" va (yoki) sirlarini ochishga imkon beradigan boshqa hodisalar ko'rib chiqiladi. tortishishning jismoniy mohiyati. Tizim kuchlarining o'zaro ta'sirining universal qonuni va unga asoslangan universal usul tabiat hodisalari va jarayonlarini tushunish uchun kalit bo'lib xizmat qiladi. Tizim organlarining o'zaro ta'sirini har tomonlama tahlil qilishdan ma'lum bo'lishicha, oshkor qilinmaslik sababi jismoniy shaxs Umumjahon tortishish qonuni tabiatda jismlarning bir-biriga tortishish kuchining yo'qligi bo'lib chiqdi.
Kalit so'zlar: tabiat hodisalari, qonuni, usuli, jismlarning o'zaro ta'sirini bilish.
Xulosa: Ushbu maqola tabiat kuchlarining harakat hodisasini va bu kuchlarni boshqa hodisalarni ko'rib chiqadi, bu umuman tabiat hodisalari va xususan, "tortishish" jumboq va (yoki) jismoniy tabiat haqidagi bilimlarning mohiyatini ochishga imkon beradi. tortishish kuchi. Unga asoslangan kuchlar va tizimlarning o'zaro ta'sirining universal qonuni tabiat hodisalari va jarayonlarini bilishning asosiy universal usuli hisoblanadi. Jismoniy jismlarning o'zaro ta'sirini har tomonlama tahlil qilish natijasida ko'rinib turibdiki, butun dunyo tortishish qonunining mohiyati bir-biriga tortishish kuchining yo'qligi tabiatida edi.
Kalit so'zlar: tabiat hodisalari, qonun, usul, o'zaro ta'sir qiluvchi jismlar haqidagi bilimlar.
Umumjahon tortishish g'oyasining kelib chiqish tarixi
Akademik S.I. Vavilov o'zining "Isaak Nyuton" kitobida Nyutonning universal tortishish kashfiyotiga Vulstorpdagi olmaning kutilmaganda daraxtdan tushishi sabab bo'lganligi haqidagi mashhur hikoyani keltiradi. Bu hikoya ishonchli va afsona emas. Stekeley Nyutonning keksaligi bilan bog'liq quyidagi manzarani keltiradi: “Londonda (Nyutonda) kechki ovqatdan keyin havo issiq edi; biz bog'ga kirib, bir nechta olma daraxtlari soyasida choy ichdik; faqat bor edi
ikkalamiz. Aytgancha, ser Isaak menga tortishish haqidagi fikr birinchi marta paydo bo'lganida shunday vaziyatda bo'lganini aytdi. Bunga chuqur o‘yga botib o‘tirganida olma tushib qolgani sabab bo‘lgan. Nega olmalar vertikal ravishda tushadi, - deb o'yladi u o'ziga, nega yon tomonga emas, doim Yerning markaziga. Yerning markazida to'plangan moddada jozibador kuch bo'lishi kerak. Agar materiya boshqa materiyani shu tarzda tortib olsa, u holda uning miqdoriga mutanosiblik bo'lishi kerak. Demak, Yer olmani o'ziga tortganidek, olma ham Yerni o'ziga tortadi. Shunday qilib, biz tortishish deb ataydigan kuchga o'xshash, butun koinot bo'ylab tarqaladigan kuch bo'lishi kerak."
Negadir Stekeleyning hikoyasi kam ma'lum bo'lib qoldi, ammo Nyutonning jiyanining so'zlaridan Volterning xuddi shunday takrorlanishi butun dunyoga tarqaldi. Menga hikoya yoqdi, ular olma ko'rsatishni boshladilar, bu go'yoki "Prinsiplar" ning paydo bo'lishiga sabab bo'lgan, shoirlar va faylasuflar Nyuton olmasini Odam Atoni o'ldirgan olma yoki Parij olmasi bilan taqqoslab, minnatdor metafora ishlatishgan. ; ilm-fandan uzoq odamlarga murakkab ilmiy g'oyaning paydo bo'lishining oddiy mexanikasi yoqdi. Boshqa uydirma afsonalar ham bor. Ko'rib turganimizdek, bu erda Nyuton sodir bo'layotgan hodisa haqida uning jismoniy mexanizmini oshkor qilmasdan o'z taxminini berdi va tabiiyki, bu unga tabiiy hodisaning mohiyatini haqiqiy taxmin bo'lib tuyuldi.
Garchi tortishish tabiatning barcha to'rtta asosiy kuchlari ichida eng aniq seziladi, u hamma narsaga va barchamizga ta'sir qiladi, bolalikdan boshlab, biz zo'rg'a o'rnimizdan turib, yiqilib, oyoqqa turolmaydi. Biroq, u haligacha tabiatning ochilmagan siridir.
shaklida Nyuton tomonidan o'rnatilgan universal tortishish qonuni kashf etilganidan beri uch yuz yildan ko'proq vaqt o'tdi. matematik formula, va jismlarning bir-biriga tortishish kuchining jismoniy mexanizmi hali aniqlanmagan.
Hamma narsaning sababi, umuman olganda, universal tortishish qonunining yo'qligi va tabiatda biron bir jismning bir-biriga tortishish kuchining yo'qligi. "Og'irlik" bilan sodir bo'ladigan va unga tegishli bo'lgan barcha jarayonlar tortishish kuchi bilan emas, balki tortishish maydoni tomonidan amalga oshiriladi, bu tortishish maydoni kuchlarining tabiatiga bog'liq. Gravitatsiya tortishish emas. Hech narsa jismlarning bir-biriga, shu jumladan tortishish kuchini jalb qila olmaydi. Har qanday jismoniy maydon o'z ishini qiladi. Biz "tortishish" tushunchasini ma'lum magnit maydonning ta'siriga bog'laymizmi? Yo'q. Chunki bir vaqtning o'zida itarish ham kuzatiladi. Barcha sabab o'zaro ta'sirda, ya'ni bu (ko'rib chiqilgan) magnit maydonlarning harakat yo'nalishida yotadi.
Eynshteynning fikricha, fazo va vaqt materiyaning mavjudligi shaklidir. Darhaqiqat, hech kim makon va vaqt materiyaning, shu jumladan barcha turdagi jismoniy maydonlarning joylashuvi va mavjudligini belgilaydi, deb bahslasha olmaydi yoki shubhalanmaydi. Butun koinotning asosini moddiy komponentlar, shuningdek, barcha ma'lum va hali aniqlanmagan jismoniy maydonlar joylashgan bo'shliq tashkil etadi.
vaqt moddiy jismlarning mavjudligi va tabiat hodisalari va jarayonlarining davomiyligini belgilaydi.
Kosmosning egriligi haqida paydo bo'lgan g'oyalar va undan ham yomoni, ular materiyaning egri bo'shliq ekanligiga ishonishadi. Shunda ma’lum bo‘ladiki, tabiatda materiya yo‘q, u fazoga aylanadi, ya’ni materiya egri bo‘shliqqa aylanadi. Bundan kelib chiqadiki, fazo ikki holatda mavjud: egri va egri bo'lmagan. Ular materiyaning joylashishini va o'zgarishini yoki egri kosmosga o'tishini ko'rsata olmaydi. Kosmosda energiya taqsimotini (yoki mavjudligini) kosmosning o'zi egriligi sifatida qabul qilib bo'lmaydi. Quyosh yonidan o‘tayotganda o‘z yo‘nalishini o‘zgartiruvchi nur emas, balki uni shu tarzda yo‘naltiruvchi egri bo‘shliq, degan gapni asossiz deb hisoblash kerak. Harakat yo'nalishini o'zgartirish uchun ma'lum bir kuch qo'llanilishi kerak, bu u yoki bu hodisani oqlash uchun sabab bo'lishi mumkin. Boshqacha qilib aytganda, bunday asossiz bayonotlar hushyor aqlning istehzosidan boshqa narsa keltirmaydi. Ma’lum bo‘lishicha, tabiatda materiya yo‘q, faqat egri va egri bo‘lmagan bo‘shliq qoladi.
Vaqt keraksiz ravishda kosmosga "yopishib qoldi" va "pakning buyrug'i bilan" uni to'rt o'lchovli makon deb atashgan. Natijada, koinotning uchta asosiy tarkibiy qismidan faqat bitta bo'shliq qoladi, unga ko'p gipotetik taxminlar kiradi, ular allaqachon olimlarning kundalik hayotiga kirgan, bunday ko'p o'lchovli narsalar haqida haqiqiy jismoniy tasavvurga ega bo'lmagan. bo'shliqlar. Biroq, fazoning bunday ko'p o'lchovliligi ko'plab avlodlarni chalg'itadigan amaliyotga asoslanmagan, shunchaki spekulyativ konstruktsiyalardir.
Har holda, tabiat uchta asosiy komponentga asoslanganligi aniq bo'lib qolmoqda: makon, vaqt, materiya. Ularning mustaqil mavjudligisiz, tabiiyki, har qanday hodisa va jarayonlarning yuzaga kelishini tasavvur qilib bo'lmaydi. Eng oddiy misol. Tana harakatlanmoqda. Buning uchun makon, vaqt, shuningdek, tananing o'zi (materiya) kerak. Ulardan qaysi birini bu hodisadan chiqarib tashlash mumkin? Sinkretizm, ya'ni birlikni ularga Tabiatning o'zi bergan. Nima uchun ularni qismlarga birlashtiradi: fazo-vaqt, fazo-tana (materiya) yoki vaqtni materiya bilan birlashtiradi? Ular bizsiz va abadiy birlashgan. Bu "Muqaddas Uch Birlik", ularsiz hech narsa mavjud bo'lmaydi.
Agar materiya yo'qolsa (olib tashlansa), u holda vaqt va makon da'vosiz qoladi. Makon va vaqtdan qutulish mumkin emas. Ular mutlaq, ya'ni koinotda mavjud bo'lgan barcha narsalar uchun materiya kabi abadiy va o'zgarmas asosiy tamoyillardir. Tabiiyki, materiyaning mavjudligi (mavjudligi) uchun makon idish sifatida zarur, vaqt esa mavjudlik davomiyligi uchun zarurdir. Binobarin, koinotning barcha bu uch komponenti o'z vazifalariga kirib, barcha tabiiy hodisalar va jarayonlarni ta'minlaydi. Fanning vazifasi jismoniy mexanizmni tushunish va
hodisa va jarayonlarning paydo bo'lish sababi, ya'ni hodisalarning ushbu qonuniyatlarining mohiyatiga etib borish va savolga javob berish: nega bu shunday sodir bo'ladi va boshqacha emas?
Materiya (massa) fazo geometriyasini o'zgartira olmaydi. U faqat gravitonlar oqimini jamlaydi va tortishish maydoni hech qanday sayyora yoki boshqa kosmik jismlarga tegishli emas, xuddi yorug'lik fokuslovchi linzaga tegishli emas. Magnitning o'zi tomonidan yaratilgan magnit maydonni ko'rib chiqsak, bu butunlay boshqacha masala. Boshqacha qilib aytganda, magnit o'z maydonini kosmosga chiqaradi va ko'rib chiqilayotgan hodisalardagi yorug'lik va tortishish maydoni bu jismlarga tegishli emas. Ular tashqaridan boshqa emitentlardan keladi. Masalan. Nur har qanday manbadan linzaga kirishi mumkin. Biz linzalarning bo'shliqni egishini aytmayapmiz, garchi egrilikda haqiqiy o'xshashlik, ya'ni yorug'lik oqimi yo'nalishining o'zgarishi mavjud. Massiv kosmik jismlardan o'tayotganda tortishish maydonida ham xuddi shunday rasm kuzatiladi.
Bu erda biz yorug'lik oqimi va tortishish maydoni o'rtasidagi o'xshashlikni topamiz. Ob'ektiv orqali yorug'lik yo'nalishi egilganida, biz yorug'likning sinishini kuzatamiz va hech qanday tarzda yorug'lik linza yaqinidagi egri bo'shliqqa kiradi, deb da'vo qila olmaymiz. Aksincha, magnitning o'zi tomonidan yaratilgan magnit maydon magnitga tegishli va tortishish maydoni ular o'zaro ta'sir qiladigan biron bir jismga tegishli emas. Ob'ektiv faqat linzaning shakliga (optik shisha) qarab, yorug'lik oqimini to'playdi yoki tarqatishi mumkin. Xuddi shu narsani kosmosda sferik jismlarning katta massasi tomonidan amalga oshiriladigan tortishish maydoni oqimining kontsentratsiyasi haqida ham aytish mumkin.
Gravitatsion maydon tortishish kuchi bilan emas, balki jismlarning itarilishi natijasida hosil bo'ladi
Tizim kuchlarining o'zaro ta'sirini har tomonlama tahlil qilish shuni ko'rsatadiki, tortishish xuddi ilgari Quyosh, yulduzlar va sayyoralarning Yerimiz atrofida aylanishi kabi ko'rinadigan hodisadir.
Ma'lumki, tabiatning asosiy qonunlarini izlash fanning yana bir ulug'vor vazifasi bo'lib qolmoqda. Kuchlarning tabiati vaqt o'tishi bilan harakat miqdorining o'zgarishi sodir bo'lganda, harakat hodisalari bilan tan olinadi. Jismning og'irligini belgilaydigan tortishish kuchlarining jismoniy mohiyatini aniqlash uchun bunday og'irlikning paydo bo'lish sababini ko'rib chiqilayotgan tizimning o'zaro ta'sir qiluvchi moddiy jismlarining harakatlanish hodisalaridan izlash kerak.
Hech shubha yo'qki, tortishishning jismoniy tabiatini tushunishga qaratilgan barcha urinishlar
har doim muvaffaqiyatsiz yakunlandi. Hatto G. Galiley ham bu masala bo'yicha xulosaga keldiki, biz ushbu maxsus holat uchun "tortishish" deb nomlanuvchi nomdan boshqa hech narsani bilmaymiz.
I. Nyuton tortishishning mohiyatini tushuntirish muammosiga duch kelib, hodisalardan tortishish sababini chiqara olmasligini tan olishga majbur bo'ldi.
M. Klayn yozadiki, Nyuton oʻz dasturining cheklangan muvaffaqiyatini quyidagicha izohlagan: “Bu tortishish materiyaning ichki, oʻziga xos va muhim atributi boʻlishi kerak, shu bilan har qanday jismga vakuum orqali, hech qanday vositachisiz, masofadan boshqasiga taʼsir qilish imkonini beradi. Harakat va kuchning bir jismdan ikkinchisiga qanday va qanday orqali o'tishi menga shunchalik ochiq-oydin bema'nilikdek tuyuladiki, mening chuqur ishonchimga ko'ra, falsafiy masalalarda umuman tajribaga ega bo'lmagan va qobiliyatga ega bo'lgan bironta ham odam yo'q. O'ylaymanki, bunga rozi bo'ladi "
Nyuton o'zi kashf etgan butun dunyo tortishish qonuni tushuntirish emas, balki tavsif ekanligini aniq tushundi. Shuning uchun u Richard Bentliga shunday deb yozgan edi: "Ba'zan siz tortishish haqida materiyaga muhim va xos narsa sifatida gapirasiz. Sizdan so'rayman, bu kontseptsiyani menga bog'lamang, chunki men tortishishning sabablarini bilgandek da'vo qilmayman va shuning uchun ularni ko'rib chiqishga vaqt sarflamayman." U yerda, keyinroq M. Kleyn yozadiki, X. Gyuygens Nyutonning butun olam tortishishning matematik qonunidan boshqa zarracha asosga ega bo‘lmasdan, ko‘p mashaqqatli hisob-kitoblarni bajarish uchun mashaqqatga duchor bo‘lganidan hayratda qolgan. Gyuygens tortishish g'oyasini absurd deb hisobladi, chunki uning bo'sh kosmos orqali uzatiladigan ta'siri har qanday mexanizmni istisno qiladi. G. V. Leybnits Nyutonning tortishish nazariyasiga oid asarlarini ham tanqid qilib, tortishish kuchlarining mashhur formulasi tabiat qonuni nomiga loyiq bo'lmagan hisoblash qoidasidan boshqa narsa emas, deb hisobladi. "Leybnits bu qonunni Aristotelning toshning erga tushishi haqidagi animistik tushuntirishi bilan toshning o'z tabiiy joyiga qaytish "istaklari" bilan taqqosladi."
Nyutonning o'zi tortishish tabiatini kashf qilish mumkin emasligiga ishonmagan. U shunchaki o‘z davrining bilim darajasi bu muammoni hal qilish uchun yetarli emasligiga ishongan va tortishish tabiatini boshqalar ham o‘rganishiga umid qilgan. Biroq, uning izdoshlari Nyutonning tortishish kuchini tushuntirishdan vaqtinchalik rad etishini ilm-fanning buzilmas printsipiga ko'tardilar, u faqat hodisalarni tasvirlash bilan cheklanishi kerak, ularning sabablarini chuqur ochib bermasdan, insoniyat tushunishi mumkin emas.
Muammolarni hal qilishda bunday yondashuv tabiat hodisalarini tushunish qiyin bo'lgan hollarda ba'zi tadqiqotchilarga xosdir. Bu usul suyuq qatlam muammosini hal qilishni cheklash uchun ishlatilgan. Ba'zilar hatto suyuqlikni materiyaning yangi holati sifatida qabul qilishga va ushbu hodisaning jismoniy mohiyatini izlashdan voz kechishga qaror qilishdi. Biz bir hil bo'lmagan suyuqlik holatining haqiqiy jismoniy mohiyatini aniqlaganimiz va natijalarini chet elda bir qator mamlakatlarda nashr etganimizdan so'ng, butun dunyoda olimlarning ushbu masalaga alohida qiziqishi "so'ndi".
Mishelson-Morli tajribasining "salbiy" natijasini tushuntirish ko'p asrlik muammo bo'lib qolmoqda. Muayyan vaqt davomida ushbu bitta eksperiment natijasining haqiqiy bir ma'noli tushuntirishi yo'qligi sababli va
O'zlarining kuchsizligi tufayli tadqiqotchilar klassik mexanikaning barcha asoslarini, shu jumladan saqlanishning o'zgarmas qonunlarini shubha ostiga qo'yishdi. Natijada ular tabiatga xos bo'lmagan bog'liqliklarni kiritdilar: massa, vaqt va makon jismlarning harakat tezligiga. Ushbu muammoning yechimi va biz topgan haqiqiy yondashuv yakuniy bo'lishi mumkin. Umid qilamizki, ular bizni eshitishadi, tushunishadi, xolisona baho berishadi va klassik mexanika asoslarining mustahkamligini qaytaradigan qarorimizni qabul qilishadi. Ushbu mavzuni batafsil muhokama qilish kerak alohida ish. Umumjahon tortishish qonunining keng tarqalganligiga qaramasdan, uning jismoniy mexanizmini hali hech kim tushuntira olmadi va uning ta'sir qilish tabiati noma'lumligicha qolmoqda.
Ilm-fan taraqqiyotining hozirgi bosqichida, bizga shunday tuyuladiki, tortishish tortishish kuchi tufayli emas, balki jismdan tortishish maydoni o'tganda ko'rsatadigan qarshilik tufayli yuzaga keladigan itarilish natijasida paydo bo'ladi.
Kuzatilgan hodisalarning asl mohiyatini tahlil qilib, “jalb qilish” zohiriy hodisa degan xulosaga kelish mumkin. Bu jismlarni o'ziga tortmaydi, lekin ular bir-biriga qarab suriladi yoki bir-biridan uzoqlashadi.
Tabiatda, ko'rinishidan, jismlarni "jalb qilish" uchun jismoniy mexanizm yo'q, chunki tashqi ta'sirsiz masofada tortishish kuzatilmaydi. Jismlarning o'zaro ta'siri faqat ularning itarilishi va qaytarilishini belgilaydi. Ikki jismning kuzatilgan (aslida ko'rinadigan) "jozibali kuch" mexanizmi ular bilan o'zaro ta'sir qiluvchi uchinchi jismning impuls (yoki impuls) o'zgarishi tufayli tebranishni o'z ichiga oladi.
Bizning Yerga zohiriy jalb qilishimizni belgilaydigan bu uchinchi jism hamma narsaga bosim o'tkazadigan tortishish maydonidir (ya'ni gravitonlar). moddiy jismlar, bu aslida tortishish kuchini yaratadi, biz Yerga "tortishish" deb xato qilamiz.
Xuddi shunday rasm bu erda ham kuzatilgan, chunki bir vaqtlar Yer koinotning markazi va hamma narsaga ishonishgan. samoviy jismlar uning atrofida harakat. Gravitatsion maydonda Yerga "jalb qilish" ham aniq ko'rinardi, lekin aslida sayyoraning har bir zarrasi va uning atrofidagi atmosfera Yer yuzasiga perpendikulyar yo'naltirilgan tortishish maydonining bosimini (kuchini) boshdan kechiradi. Binobarin, Yer o'zini o'ziga tortmaydi, balki uning o'zi gravitonlar bosim kuchini boshdan kechiradi, bu esa Yer tizimining barcha moddiy tarkibiy elementlariga "tortishish" kuchini beradi.
Gravitatsion maydon va elektromagnit o'zaro ta'sir hodisalarida sezilarli farq mavjud. Elektromagnit maydonlarda tortishish va itarish bor, lekin tortishish maydonida faqat tortishish paydo bo'ladi. Ko'rinib turibdiki, elektr zaryadlarida ba'zi zaryadlangan jismlar elektr maydonini chiqaradi, boshqalari esa uni magnit kabi qabul qiladi, bu erda kuch chiziqlari doimo kelib chiqadi. Shimoliy qutb va ular kiradigan janubiy qutb tomon yo'naltiriladi. IN
Natijada, xuddi komponentlar itaradi va bu maydonlarning qarama-qarshi komponentlari jismlarni bir-biriga itaradi.
Bundan farqli o'laroq, tortishish maydoni barcha jismlarga kiradi. Bunday holda, moddiy jismlarning tortishish maydoniga ko'rsatadigan qarshiligi bosimni keltirib chiqaradi, bu esa og'irlikni keltirib chiqaradi. Massiv jismlardagi tortishish maydoni tomonidan yaratilgan bu tortishish energiyasi issiqlikka aylanadi, buning natijasida tegishli harorat paydo bo'ladi va sayyoralar va yulduzlarning chuqurligida abadiy saqlanadi. Bu yulduzlar, Quyosh va sayyoralardan nurlanish natijasida yo'qolgan issiqlikni (energiyani) to'ldiradi.
Gravitatsiyadan kelib chiqadigan tortishish kuchi tortishish momentining o'zgarishi natijasida yuzaga keladigan o'zaro ta'sirning haqiqiy natijasidir va "tortishish" - biz har kuni kuzatadigan jismlarning tushishi hodisalari haqidagi xayoliy, zohiriy g'oya. hayot.
Afsuski, fizikada tortishish, tortishish, tortishish va og'irlik tushunchalari aralashib ketgan. Tanalar bir-birini o'ziga tortmaydi. Jismlarning yaqinlashishi - bu uchinchi moddiy jism yoki fizik maydonlar: magnit, elektr, tortishish va boshqa ma'lum va hali noma'lum kuchlar tomonidan yuzaga keladigan majburiy hodisa.
Biz hatto kosmik jismlarning bir-birini uzoqdan qaytarishi mumkinligini taxmin qilmaymiz va "umumiy itarish qonuni" zarurligi haqida hech narsa tasavvur qilmaymiz. Bu mohiyatning jismoniy tushuntirishi va mashhur "umumjahon tortishish qonuni" hali topilmagan. Jozibadorlik va tortishish hodisalari mavjud emasligi sababli ularning jismoniy mohiyatiga javob topilmadi. Tabiatda faqat surish va surish kuzatiladi. Binobarin, tortishish tabiatda mavjud bo'lmagan tortishish yoki tortishishni yarata olmaydi.
Gravitatsiya tortishish kuchini keltirib chiqaradi va shu bilan kosmosda tarqalgan issiqlik energiyasini qaytaradi. Asosan, tortishish maydonining energiyasi massivda to'plangan kosmik jismlar, bu erda u massaga aylanadi va massa, o'z navbatida, tortishish energiyasini to'playdi. Ko‘rinib turibdiki, ilohiy muomala qonuni bu yerda ham namoyon bo‘ladi. Quyosh va yulduzlarda energiya to'planishi bilan radiatsiya qayta boshlanadi, bu yana energiyaning tabiiy hodisalarning umumiy aylanishiga qaytishiga olib keladi.
Shunday qilib, aytishimiz mumkinki, koinotning "issiqlik o'limi" muammosi yo'qoladi (yo'qoladi). Xayoliy qo'rquv tadqiqotchilarning majburiy ixtirosi bo'lib chiqdi.
Tabiatdagi barcha tirik mavjudotlar, uning jozibasi va koinotning uyg'unligi ilohiy aylanish qonunlariga, xususan, tortishish kuchi eng muhim rol o'ynaydigan energiya aylanishiga energiyaning konsentratsiyasi va qaytishiga bog'liq. Gravitatsion maydon bo'lmaganda hayot ham, issiqlik ham bo'lmaydi. Keyin hamma narsa muzlashi mumkin. Quyosh sovib, barcha yulduzlar va boshqa yoritgichlar o'chib ketardi. Biroq, ilohiy maftunkor qonunlar: aylanish, qayta yaratish,
ko'payish, yangilanish, yangilanish - jonli va jonsiz tabiatning hukmronligi va barqarorligini saqlash.
Qizig'i shundaki, tashqi ko'rinishida universal tortishish qonuni va Kulonning elektr zaryadlarining o'zaro ta'siri qonuni bir xil. Ularning o'xshashligidagi bu ajoyib xususiyat tortishish maydoni tomonidan yaratilgan tortishish mexanizmini ochishga yordam beradi. Elektr zaryadlarida nima uchun tortishish va itarish kuzatiladi va tortishish maydonida bizga faqat "tortishish" borligini aniqlash uchun qoladi.
Gravitatsion tortishish bilan o'xshash rasm temir parchalari (ob'ektlar) magnitga tortilganda kuzatiladi. Bu erda biz faqat jozibadorlikni kuzatamiz va xuddi shu nomdagi qutblarning o'ziga xos itarishini kuzatmaymiz.
degan savol tug'iladi. Nima uchun temir buyumlar shimolga ham, janubga ham tortiladi janubiy qutblar magnit va tortishish maydonidagi kabi hech qanday itarish yo'qmi? Bunday tasodifning mexanizmini qanday izohlash mumkin?
Albatta, impuls o'zgarganda kuch paydo bo'ladi, ya'ni. harakat miqdori. Ikkinchisining doimiy massadagi o'zgarishi faqat moddiy tananing tezligining o'zgarishi bilan aniqlanishi mumkin. Tezlikning o'zgarishi bilan tananing energiya holati energiya printsipiga muvofiq o'zgaradi, unda aytilishicha: tezlikning har qanday o'zgarishi tana energiyasining ko'payishi yoki kamayishiga olib keladi.Demak, bunday tasodifning sababi. Bunday turli hodisalardagi "tortishish" kuchlari mos keladigan moddiy jismlar bilan o'zaro ta'sirlashganda magnit va tortishish oqimlari maydonlarining impuls (harakat miqdori) o'zgarishi bilan izohlanadi. Shuni ta'kidlash kerakki, tabiatda jismlar o'rtasida tortishishning mavjudligi mumkin emas. Shuning uchun X.Gyuygens tortishish g'oyasini juda to'g'ri absurd deb hisobladi.
Haqiqatda, tortishish maydoni jismlarga o'tib, ularni harakat yo'nalishi bo'yicha itarib yuboradi. U holda biz tortishish qonuni emas, balki moddiy jismlarning tortishish maydoniga qarshiligidan kelib chiqadigan sekinlashtiruvchi gravitonlar energiyasi ta'siri ostida jismlarning tortishish maydonidagi harakati qonunidir.
Yuqorida aytilganlarni umumlashtirgan holda, umumjahon tortishish qonunining fizik mohiyatini ochib bera olmaslik sababi tabiatda jismlarning tortishish kuchining yo'qligi bo'lib chiqdi.
Tahlil shuni ko'rsatadiki, bizga ko'p yillar davomida tanish bo'lgan tabiatda jismlarning bir-biriga "tortishishi" yo'q va jismlarning kuzatilgan yaqinlashuvi ularni uchinchi jism tomonidan bir-biriga surish natijasida yuzaga keladi. Jismoniy maydonlar uchinchi jism, shu jumladan barcha moddiy jismlarni massiv kosmik tuzilmalar - sayyoralar va yulduzlar yuzasiga "bosadigan" tortishish maydoni sifatida ham harakat qilishi mumkin.
Tizim kuchlari sohalari o'rtasidagi o'zaro ta'sirning universal qonuni tabiat hodisalari va jarayonlarining, shu jumladan kosmologiyaning ko'plab muammolari bilan bir qatorda ko'plab muammolarni hal qilishni sezilarli darajada osonlashtiradi.
Nyutonning umumjahon tortishish qonunining matematik ifodasi (tavsifi) ham aniqlangan jismoniy mohiyatda o‘zining chuqur ilmiy asosini topayotgani quvonarlidir.
Butun olamdagi kuzatilayotgan hodisalar va jarayonlarning mohiyatini aniqlash uchun universal kalit bo'lib xizmat qiladigan tizim kuchlari sohalari o'rtasidagi o'zaro ta'sirning universal qonunidan kelib chiqqan holda, tabiat hodisalarini tushunish uchun juda mos bo'ldi.
Adabiyot:
1. Vavilov S.I. Isaak Nyuton. - M. - L.: SSSR Fanlar akademiyasining nashriyoti, 1945. -230 b.;
2. Klein M. Matematika. Haqiqatni qidirish: Tarjima. Ingliz tilidan/Ed. IN VA. Arshinova, Yu.V.Sachkova. - M.: Mir, 1988. - 295 b.;
3. Gadjiev S.Sh. Texnologik jarayonlarda tizim kuchlarining o'zaro ta'siri (tahlil, nazariya, amaliyot). - Maxachqal'a: DSU nashriyoti, 1993. - 210 p.
Yuklanmoqda...