Становление идей современного естествознания



Pdf просмотр
страница28/39
Дата28.01.2019
Размер5.05 Kb.
1   ...   24   25   26   27   28   29   30   31   ...   39
Решающий шаг в раскрытии строения адронов был сделан в 1963 г, когда
Гелл-Манн и Цвейг предложили теорию кварков. Основная идея этой теории заключается в том, что адроны состоят из так называемых кварков, которые могут соединяться между собой одним из двух возможных способов либо тройками, либо парами кварк – антикварк». Из трёх кварков состоят барионы («тяжёлые частицы, например, протоны и нейтроны. Более лёгкие адроны, состоящие из пар кварк – антикварк», называются мезоны (промежуточные частицы. Наука о взаимодействии кварков называется квантовой хромодинами-
кой. Она описывает взаимодействия кварков посредством обмена глюонами – квантами поля ядерных сил. Согласно современным представлениям, кварки не могут существовать в свободном виде. Дело в том, что для обычных частиц взаимодействие между ними при увеличении расстояния ослабевает, а для кварков оно растет. Наглядно кварки можно представить как точечные объекты, соединенные струной. При приложении достаточного количества энергии струну можно разорвать, но при этом вместе разрыва возникает пара «кварк-анти- кварк. Ситуация здесь напоминает распиливание магнита также невозможно отделить кварки друг от друга, как невозможно отделить в магните северный и южный полюсы. Изначально кварки рассматривались как гипотетические частицы, однако фундаментальные эксперименты конца XX в. дают основание считать кварки реальностью. Большинство физиков относит кварки к подлинно элементарными частицами, те. считает их неделимыми и не имеющими внутренней структуры (хотя уже имеются гипотезы о существовании субкварков). Итак, к собственно элементарным частицам можно отнести кварки, леп-
тоны, а также частицы-переносчики взаимодействий фотоны – кванты электромагнитного поля, гравитоны – кванты гравитационного поля, глюо-
ны – кванты полей сильного взаимодействия, мезоны – кванты полей слабого взаимодействия. Если кварки и лептоны представляют собой основные составляющие материи, то частицы-переносчики обеспечивают взаимодействия между ними. Так, глюоны (от англ. glue – клей) склеивают кварки в атомные ядра. Фотоны переносят тепло и свет. Гравитоны (гипотетические частицы, осуществляющие гравитационное взаимодействие между любыми предметами) удерживают космические тела на их орбитах. Таким образом, все элементарные частицы играют свою, причём фундаментальную роль в процессах, происходящих во Вселенной.

При обычном подходе к построению модели мира предполагается, что всё вещество состоит из частица поля, реализующие силы природы, интерпретируются с помощью частиц-переносчиков взаимодействий. Нов последние десятилетия XX в. для этого фундаментального тезиса появилась альтернатива возможно, мир со-
86

стоит не из частица из гипотетических объектовструн. Струны, в отличие от частиц, имеют протяженность (хотя и чрезвычайно малую, порядка 10
-33
см, те. враз меньше радиуса протона. В струнах возбуждаются колебания – аналогично колебаниям гитарной струны, – в силу чего они испускают в пространство волны из некоторого спектра частот, и этим волнам соответствуют определенные частицы. В результате струна порождает первичные частицы, из которых образуются более сложные частицы, в том числе кварки, адроны и др.
6.3. Фундаментальные взаимодействия в природе
Перейдём теперь от элементарных частиц к их взаимодействиям, те. от вещества к полю. Несмотря на разнообразие сил в природе, существует всего четыре основных взаимодействия, которыми обусловлены все происходящие в природе явления. Эти взаимодействия называются фундаментальными. К ним относят гравитационные взаимодействия;
o электромагнитные взаимодействия
o слабые взаимодействия;
o сильные взаимодействия.
Общим для всех взаимодействий является то, что они осуществляются не мгновенно, ас некоторой конечной скоростью, не превышающей скорости света в вакууме. Кроме того, взаимодействие любого вида имеет своего физического агента, те. частицу-переносчика этого взаимодействия.
Гравитационные взаимодействия существуют между всеми телами. В макроскопическом мире гравитационные взаимодействия огромного количества частиц, составляющих массу тела, складываются и порождают макроскопическую силу гравитации, которая проявляется как основная сила во Вселенной. Благодаря гравитационным взаимодействиям происходит образование космических систем. Гравитационные силы способствуют процессу концентрации рассеянной во Вселенной материи и включению её в новые этапы эволю- ции.
В микромире гравитационные взаимодействия настолько слабы, что до сих пор их не удалось экспериментально обнаружить. Природа гравитации до настоящего времени полностью неясна. Квантовая теория гравитации объясняет действие тяготения как результат обмена между телами мельчайшими частицами, не обладающими массой – гравитонами (экспериментально они не обнаружены. Общая теория относительности трактует гравитацию как искривление пространства-времени.
Электромагнитные взаимодействия имеют место между любыми электрически заряженными частицами. Атомы, молекулы и макроскопические
87

тела обладают устойчивостью благодаря электромагнитным силам. Все химические реакции осуществляются за счет электромагнитных взаимодействий, приводящих к перераспределению атомов в молекулах и связей между ними, а также к перестройке электронных оболочек атомов. Протекая в больших масштабах, химические реакции – от простого горения и до сложнейших превращений в живых организмах – вызывают грандиозные изменения окружающего мира, преобразующие его облик.
Электромагнитные силы весьма многообразны. Это – силы упругости, позволяющие твердым телам сохранять свою форму силы, препятствующие разрыву жидкостей и сжатию газов силы трения, тормозящие движение твердых тел, жидкостей и газов упругая сила пара в паровом котле сила мышц человека и животных. Форма тел макромира также определяется электромагнитными взаимодействиями. Стремление к минимуму потенциальной энергии электромагнитного взаимодействия направляет ход многих процессов, как в неживой, таки в живой природе. Например, смачивание и поверхностное натяжение воды (необходимое для ее движения по сосудам растений, объясняются стремлением к минимуму потенциальной энергии электромагнитного взаимодействия молекул воды и молекул стенок сосудов. Электромагнитные взаимодействия совершаются через обмен фотонами, атак как фотоны не имеют массы, то дальность таких взаимодействий ничем не ограничена. Так, магнитное поле Земли простирается далеко за её пределы в космическое пространство. Солнце порождает магнитное поле, которое заполняет всю Солнечную систему. Галактики также имеют галактические магнитные поля.
Слабые взаимодействия существуют только в микромире и проявляются лишь при крайне малых расстояниях между частицами (не более 10
-16
см) – этим они отличаются от гравитации и электромагнетизма, действующих на больших расстояниях. Поэтому слабые взаимодействия не могут влиять на макроскопические тела (устойчивость последних обеспечивают электромагнитные взаимодействия).
Слабые взаимодействия вызывают превращения одних частиц в другие, часто приводя продукты реакции в движение с высокими скоростями. Слабые взаимодействия наблюдаются при некоторых видах столкновений частиц и их распаде. Так, входящие в состав атома протоны и электроны представляют собой стабильные частицы они существуют до тех пор, пока не столкнутся с другими частицами, в результате чего произойдет аннигиляция. В противоположность этому, распад нейтронов может произойти самопроизвольно в любой момент (этот процесс, носящий название
β
- распад, является одной из форм радиоактивности. Зримое проявление слабого взаимодействия – так называемый взрыв сверхновой, который получается в недрах старой звезды в результате коллапса её ядра. При этом испускается огромное количество нейтрино, которые обладают только слабым взаимодействием и имеют исключительно высокую проникающую способность.
88



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   24   25   26   27   28   29   30   31   ...   39


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

    Главная страница