Становление идей современного естествознания



Pdf просмотр
страница29/39
Дата28.01.2019
Размер5.05 Kb.
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   39
В 1979 г. три физика-теоретика – Вайнберг, Глэшоу и Салам создали теорию, которая позволяет рассчитать процессы слабого взаимодействия (распады, рассеяния, аннигиляции, основываясь на идее промежуточных бозонов,
– частиц-переносчиков слабого взаимодействия. Исходя из опытов по рассеянию нейтрино, они смогли теоретически предсказать массу трех промежуточных бозонов. В 1983 г. на ускорителе, находящемся в Женеве, все три частицы были открыты, причем их массы совпали с предсказанными.
Сильные (ядерные) взаимодействия являются самыми мощными из известных современной физике. Именно сильные взаимодействия удерживают вместе протоны и нейтроны в составе атомного ядра, а порождаемые ими процессы протекают сочень большой интенсивностью, те. сильно. На расстоянии порядка 10
-13
см ядерные силы действуют как силы притяжения, преодолевающие кулоновские силы отталкивания, возникающие между одноимённо заряженными протонами. Однако на меньших расстояниях порядка 10
-14
см ядерные силы превращаются в силы отталкивания. Тем самым обеспечивается определённая жёсткость атомного ядра.
Сильные взаимодействия определяют ход ядерных реакций, в частности, реакции ядерного синтеза. Тем самым, энергия Солнца и звезд высвобождается благодаря реакциям, вызываемым сильными взаимодействиями (а также при существенном участии слабых взаимодействий).
Сильное и слабое взаимодействия являются короткодействующими (их действия проявляются только в пределах атомного ядра, в то время как гравитационное и электромагнитное являются дальнодействующими, так как они распространяются на всю Вселенную. Все физические процессы протекают в границах этих двух крайностей и подтверждают единство микро-, макро- и ме- гамира.
Существуют ли другие типы фундаментальных взаимодействий в природе Это науке неизвестно. Во всяком случае, за последние триста лет их число постепенно возрастало в XVII веке было открыто гравитационное взаимодействие, в XIX веке – электромагнитное, в середине XX века – слабое и сильное.
6.4. Объединение фундаментальных взаимодействий
Следует отметить, что для большинства объектов Вселенной проявляются все типы фундаментальных взаимодействий. Например, звезда представляет собой огромное количество частиц, удерживаемых силами гравитации между этими частицами действуют также силы притяжения и отталкивания частицы, составляющие ядра атомов (нуклоны) связаны сильным взаимодействием, а термоядерные реакции, протекающие в недрах звезды, происходят при участии слабого взаимодействия. И всё же для структуры каждого типа существует определяющее взаимодействие, которое обеспечивает устойчивость данной структуры для объектов мегамира – это гравитационное взаи-
89

модействие; для объектов макромира – электромагнитное для частиц, входящих в состав атомных ядер, – это сильное и электрослабое (именно эти типы взаимодействий указаны в табл.1).
Фундаментальные взаимодействия, рассматривавшиеся вначале как несвязанные друг с другом, имеют тенденцию к объединению. Эта тенденция проявилась ещё в середине XIX века, когда Максвелл объединил электричество и магнетизм водно электромагнитное взаимодействие.
Представление о различной природе четырёх фундаментальных взаимодействий сложилось потому, что обычно мы имеем дело с миром относительно низких энергий с увеличением энергии взаимодействия имеют тенденцию к объединению. Прежде всего, объединяются электромагнитное и слабое взаимодействие, образуя так называемое электрослабое взаимодействие (авторы теории электрослабого взаимодействия – Стивен Вайнберг и Абдус Салам, Нобелевская премия 1979 г. Суть этой теории состоит в описании слабого взаимодействия на языке так называемого калибровочного поля. Объединение слабого и электромагнитного взаимодействия в рамках теории калибровочных полей подсказало возможность дальнейшего объединения. В частности, предпринимаются шаги к объединению электрослабого и сильного взаимодействий (теория великого объединения – ТВО).
В последние годы в физике разрабатывается идея, согласно которой в основе всех известных типов физических взаимодействий лежит одно универсальное взаимодействие (суперсила), а электромагнитное, слабое, сильное игра- витационное взаимодействия являются различными проявлениями этого единого взаимодействия, расщепляющегося по мере понижения уровня энергии соответствующих физических процессов. Возможность объединения взаимодействий разных видов связана с температурой вещества, которая определяется энергией взаимодействующих частиц. Чем выше эта энергия, тем больше степень объединения разных видов взаимодействий, которые в обычных условиях воспринимаются как различные. Например, согласно современным данным, великое объединение наступает при температуре 10 28
K
, а температура, при которой происходит объединение всех взаимодействий водно, оценивается в
10 32
K
.
Тема 7: Квантовая механика – аппарат исследования микро-
мира
7.1. Квантовая гипотеза Планка. Постулаты Бора.
90


7.2. Корпускулярно-волновой дуализм. Уравнение Шредингера.
Принцип запрета Паули. Соотношение неопределенностей
Гейзенберга. Принцип дополнительности Бора.
7.3.Квантовая механика и неклассическое естествознание.
7.1. Квантовая гипотеза Планка. Постулаты Бора
Создание квантовой теории явилось революционным событием в физике
XX века, перевернувшим сложившиеся к тому времени представления о веществе и энергии. Основатель этой теории – выдающийся немецкий физик Макс Планк (Планк был уже зрелым учёным, когда его привлекла проблема излучения электромагнитных волн нагретыми телами. Работы Планка по теории излучения появились в 1900 г. и были вызваны тем, что в теории электромагнетизма наблюдались некоторые несоответствия с опытными данными. В частности, согласно существующим тогда представлениям, нагретое тело должно излучать в равной мере электромагнитные волны всех частот. Отсюда следует явно абсурдный вывод, что любой источник электромагнитного излучения, например, человеческое тело, должен ярко светиться в темноте. Планк заметил, что эти трудности исчезают, если предположить, что атомы испускают электромагнитную энергию не непрерывно, а отдельными порциями, которые впоследствии были названы квантами. Это предположение находилось в противоречии с одним из основных принципов классической физики, согласно которому все физические величины должны изменяться непрерывным образом. Все физики верили в справедливость этого принципа, восходящего к тезису Аристотеля Природа не делает скачков. Догадка Планка вначале была лишь гипотезой (в правильность которой не мог полностью поверить даже ее автор. Нов г. на основе этой гипотезы Эйнштейну удалось объяснить явление фотоэффекта (взаимодействие света и атомов, образующих поверхность металла. Эйнштейн предположил, что свет не только излучается, но и поглощается квантами (квант электромагнитного поля впоследствии получил название фотон). В результате этих идей физики пришли к новому пониманию природы света он стал трактоваться как поток фотонов – отдельных порций световой энергии. Из квантовых представлений о свете следует наличие у фотона не только фиксированной энергии, но и импульса, а, значит, способности оказывать давление. Экспериментально этот факт был доказан в опытах русского физика П.Н.
Лебедева. С развитием представлений о фотонах в физике утвердилась идеи дискретности взаимодействий в микромире и квантования физических характеристик микрообъектов.
91



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   39


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

    Главная страница