Становление идей современного естествознания



Pdf просмотр
страница27/39
Дата28.01.2019
Размер5.05 Kb.
1   ...   23   24   25   26   27   28   29   30   ...   39

Пояснения
1. Впервой колонке таблицы указан тип структуры, во второй – тип фундаментального взаимодействия, обеспечивающего целостность соответствующей структуры, в третьей – тип эволюции структуры, в четвертой – десятичный логарифм типичного размера структуры (в см. Структуры представлены в порядке уменьшения их масштаба отношение размеров самого большого известного науке объекта – Вселенной (Метагалактики) к самому маленькому (кварки, лептоны) равно 10 28
: 10
-14
и составляет величину порядка 10 42 3. В последние годы в физике рассматривается особая структура материального мира – физический вакуум. Это не пустота, а особая среда, в которой непрерывно рождаются и исчезают частицы, вакуум как бы кипит. Концепция физического вакуума является важной концепцией современного естествознания.
В заключение темы отметим, что микро- и мега-масштабы не имеют абсолютного характера они определяются уровнем развития науки, соответствуя наименьшему и наибольшему масштабам, доступным изучению в данный период. Другими словами, каждая конкретная научная эпоха имеет своими- крои мега-миры. Со времен Ньютона диапазон экспериментально изучаемых явлений по пространственным масштабам возрос в обе стороны приблизительно на 10 порядков (те. в десять миллиардов раз).
Тема 6: Элементарные частицы и фундаментальные взаи-
модействия
6.1. Эволюция концепции атомизма.
6.2. Основные составляющие материи.
6.3.Фундаментальные взаимодействия в природе.
6.4. Объединение фундаментальных взаимодействий.
6.1. Эволюция концепции атомизма
Соврем н Демокрита основополагающая идея атомизма заключается в признании того, что есть предел делимости вещества: в достаточно малых масштабах должны быть неделимые единицы материи, из соединения которых и состоят все существующие в мире тела. Поскольку имеется методологический принцип, сводящий свойства сложной системы к свойствам её составных частей (принцип редукционизма), тем самым свойства «элементар-
83

ных составляющих материи должны объяснять также многие свойства всех материальных тел.
Представления о существовании мельчайших частиц вещества являются важнейшими в современной физике. Американский физик-теоретик Р. Фейнман) говорит поэтому поводу следующее. Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего числа слов, принесло бы наибольшую информацию Я считаю, что это атомная гипотеза все тела состоят из атомов, маленьких частиц, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому».
Вплоть до конца XIX в. мельчайшей неделимой частицей материи считался
атом. Однако ряд открытий конца XIX – начала XX века разрушил эти представления. В 1896 г. Беккерель открыл явление радиоактивности. Было обнаружено, что ядра некоторых тяжелых атомов обладают способностью испускать частицы (ионизированные атомы гелия, частицы электроны, а также излучение (высокочастотное электромагнитное излучение. В 1897 г. Дж. Томсон экспериментально установил, что атом делим, и измерил электрический заряди массу мельчайших отрицательно заряженных частиц, названных впоследствии электронами. В 1911 г. Резерфорд построил планетарную модель атома в центре атома располагается ядро, вокруг которого по различным орбитам вращаются электроны. Однако планетарная модель Резерфорда вступает в противоречие с электродинамикой Максвелла вращающийся вокруг ядра электрон должен излучать электромагнитные волны и, следовательно, терять энергию. Из-за потери энергии радиус его орбиты будет непрерывно уменьшаться и за время порядка 10
-8 секунды электрон должен упасть на ядро. Но этого не происходит атомы существуют, ипритом, необыкновенно устойчивы. Объяснение этого парадокса дал датский физик Нильс Бор – оно кроется в квантовой природе атомов. Поиск первых элементарных составляющих материи привёл к открытию электрона (1897), протона (1919), фотона (1900), нейтрона (1932). Вначале х годов XX века физики считали, что основные составляющие материи найдены – ими служат указанные 4 типа элементарных частиц (частицы считаются элементарными, если у них не обнаружена внутренняя структура. Однако открытие новых элементарных частиц разрушило эти надежды В 1932 г. в составе космических лучей был открыт позитрон, имеющий такую же массу, как электрон и противоположное значение электрического заряда (античастица электрона. Сначала х годов XX века главным инструментом исследования элементарных частиц стали ускорители. Сих помощью была открыта античастица протона – антипротон (1955), античастица
84

нейтрона – антинейтрон (1956). (Интересно отметить, что существование античастиц было предсказано теорией Дирака в 1928 г. Впоследствии античастицы были обнаружены для всех элементарных частиц) В х годах на ускорителях было получено большое количество крайне неустойчивых частиц, названных резонансами; время их жизни порядка 10
-22
– 10
-24 с. В настоящее время число открытых элементарных частиц и античастиц приближается к четыремстам. Все эти элементарные частицы называются субатомны-
ми. Однако термин элементарный носит условный характер, так как некоторые из этих частиц обладают структурой, те. могут быть представлены в виде ещё более мелких единиц.
Из всех элементарных частиц стабильными являются фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются. Однако нельзя считать, что нестабильные элементарные частицы состоят из стабильных, – хотя бы потому, что одна и та же частица может распадаться на различные элементарные частицы несколькими способами. Это обстоятельство не позволяет
рассматривать элементарные частицы как простейшие, неизменные «кирпи-
чики мироздания, подобные атомам Демокрита.

6. 2. Основные составляющие материи
Один из способов классификации элементарных частиц – по их участию в
фундаментальных взаимодействиях. Все частицы, обладающие сильным взаимодействием, называются адроны (сильные. Кроме того, адроны (их существуют сотни типов) участвуют также в слабом и гравитационном взаимодействиях. Адроны бывают двух разновидностей – электрически заряженные и нейтральные. Наиболее известными адронами являются протоны и нейтроны, составляющие ядра атомов (их общее название – нуклоны). Остальные адроны – короткоживущие, распадаются либо менее чем за одну миллионную долю секунды за счёт слабого взаимодействия, либо за время порядка 10
-23
с – за счёт сильного.
Частицы, участвующие в слабом взаимодействии и не участвующие в сильном, называются лептонами («лёгкие»). Наиболее известный из лептонов – электрон, по-видимому, не имеет внутренней структуры и поэтому может быть отнесён к истинно элементарным частицам. Другой хорошо известный лептон, не имеющий заряда – нейтрино, частица, имеющая исключительно высокую проникающую способность. Несмотря на неосязаемость, нейтрино занимает особое положение среди других элементарных частиц, так как является наиболее распространённой частицей Вселенной.
85



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   23   24   25   26   27   28   29   30   ...   39


База данных защищена авторским правом ©genderis.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница