Νόμοι και ορισμοί στη φυσική. Ποιοι είναι οι βασικοί νόμοι της φυσικής; Βασικοί τύποι μοριακής φυσικής και θερμοδυναμικής

1.1. Σχόλιο.Οι νόμοι της σχετικότητας και κβαντική μηχανική, σύμφωνα με το οποίο συμβαίνει η κίνηση και η αλληλεπίδραση των στοιχειωδών σωματιδίων της ύλης, προκαθορίζουν τον σχηματισμό και την εμφάνιση μοτίβων του ευρύτερου φάσματος φαινομένων που μελετήθηκαν από διάφορες φυσικές επιστήμες. Αυτοί οι νόμοι αποτελούν τη βάση των σύγχρονων υψηλών τεχνολογιών και καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την κατάσταση και την ανάπτυξη του πολιτισμού μας. Ως εκ τούτου, η εξοικείωση με τα βασικά της θεμελιώδης φυσικής είναι απαραίτητη όχι μόνο για τους μαθητές, αλλά και για τους μαθητές. Η ενεργή κατοχή βασικών γνώσεων σχετικά με τη δομή του κόσμου είναι απαραίτητη για ένα άτομο που εισέρχεται στη ζωή προκειμένου να βρει τη θέση του σε αυτόν τον κόσμο και να συνεχίσει με επιτυχία την εκπαίδευσή του.

1.2. Ποια είναι η κύρια δυσκολία αυτής της έκθεσης.Απευθύνεται τόσο σε ειδικούς στον τομέα της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων όσο και σε ένα πολύ ευρύτερο κοινό: φυσικούς που δεν ασχολούνται με στοιχειώδη σωματίδια, μαθηματικούς, χημικούς, βιολόγους, επιστήμονες ενέργειας, οικονομολόγους, φιλοσόφους, γλωσσολόγους, ... ακριβής, πρέπει να χρησιμοποιήσω τους όρους και τους τύπους της θεμελιώδης φυσικής. Για να γίνω κατανοητός, πρέπει συνεχώς να εξηγώ αυτούς τους όρους και τύπους. Εάν η φυσική στοιχειωδών σωματιδίων δεν είναι η ειδικότητά σας, διαβάστε πρώτα μόνο εκείνες τις ενότητες των οποίων οι τίτλοι δεν σημειώνονται με αστερίσκους. Στη συνέχεια, προσπαθήστε να διαβάσετε ενότητες με έναν αστερίσκο *, δύο ** και τέλος τρία ***. Κατάφερα να μιλήσω για τις περισσότερες ενότητες χωρίς αστερίσκους κατά τη διάρκεια της αναφοράς, αλλά δεν υπήρχε χρόνος για τις υπόλοιπες.

1.3. Φυσική στοιχειωδών σωματιδίων.Η σωματιδιακή φυσική είναι το θεμέλιο όλων των φυσικών επιστημών. Μελετά τα μικρότερα σωματίδια της ύλης και τα βασικά σχήματα των κινήσεων και των αλληλεπιδράσεών τους. Τελικά, αυτές οι κανονικότητες είναι που καθορίζουν τη συμπεριφορά όλων των αντικειμένων στη Γη και στον ουρανό. Η σωματιδιακή φυσική ασχολείται με θεμελιώδεις έννοιες όπως ο χώρος και ο χρόνος. ύλη; ενέργεια, ορμή και μάζα. γνέθω. (Οι περισσότεροι αναγνώστες έχουν μια ιδέα για το χώρο και τον χρόνο, μπορεί να έχουν ακούσει για τη σύνδεση μεταξύ μάζας και ενέργειας και δεν έχουν ιδέα τι σχέση έχει η ορμή και δύσκολα μαντεύουν για τον πιο σημαντικό ρόλο του σπιν στη φυσική. Μπορούν «Συμφωνούν ακόμη και μεταξύ τους για το πώς να αποκαλούν ύλη, αλλά ειδικοί.) Η σωματιδιακή φυσική δημιουργήθηκε τον 20ο αιώνα. Η δημιουργία του είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με τη δημιουργία δύο από τις μεγαλύτερες θεωρίες στην ιστορία της ανθρωπότητας: της θεωρίας της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής. Οι βασικές σταθερές αυτών των θεωριών είναι η ταχύτητα του φωτός ντοκαι η σταθερά του Planck η.

1.4. Θεωρία της σχετικότητας.Η ειδική θεωρία της σχετικότητας, που προέκυψε στις αρχές του 20ου αιώνα, ολοκλήρωσε τη σύνθεση μιας σειράς επιστημών που μελέτησαν κλασικά φαινόμενα όπως ο ηλεκτρισμός, ο μαγνητισμός και η οπτική, δημιουργώντας μηχανική σε ταχύτητες σωμάτων συγκρίσιμες με την ταχύτητα του φωτός. (Η κλασική μη σχετικιστική Νευτώνεια μηχανική ασχολήθηκε με τις ταχύτητες v<<ντο.) Στη συνέχεια, το 1915, δημιουργήθηκε η γενική θεωρία της σχετικότητας, η οποία κλήθηκε να περιγράψει τις βαρυτικές αλληλεπιδράσεις, λαμβάνοντας υπόψη το πεπερασμένο της ταχύτητας του φωτός ντο.

1.5. Κβαντική μηχανική.Η κβαντομηχανική, που δημιουργήθηκε τη δεκαετία του 1920, εξήγησε τη δομή και τις ιδιότητες των ατόμων με βάση τις ιδιότητες διπλού κυματοσωματιδίου των ηλεκτρονίων. Εξήγησε ένα τεράστιο φάσμα χημικών φαινομένων που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση ατόμων και μορίων. Και επιτρέπεται να περιγράψει τις διαδικασίες εκπομπής και απορρόφησης φωτός από αυτούς. Κατανοήστε τις πληροφορίες που μας φέρνει το φως του Ήλιου και των άστρων.

1.6. Κβαντική θεωρία πεδίου.Η ενοποίηση της θεωρίας της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής οδήγησε στη δημιουργία της κβαντικής θεωρίας πεδίου, η οποία καθιστά δυνατή την περιγραφή των πιο σημαντικών ιδιοτήτων της ύλης με υψηλό βαθμό ακρίβειας. Η κβαντική θεωρία πεδίου είναι, φυσικά, πολύ περίπλοκη για να εξηγηθεί στους μαθητές. Αλλά στα μέσα του 20ου αιώνα, εμφανίστηκε μια οπτική γλώσσα των διαγραμμάτων Feynman, η οποία απλοποιεί ριζικά την κατανόηση πολλών πτυχών της κβαντικής θεωρίας πεδίου. Ένας από τους κύριους στόχους αυτής της ομιλίας είναι να δείξει πώς τα διαγράμματα Feynman μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εύκολη κατανόηση του ευρύτερου φάσματος φαινομένων. Ταυτόχρονα, θα σταθώ λεπτομερέστερα σε ζητήματα που δεν είναι γνωστά σε όλους τους ειδικούς της κβαντικής θεωρίας πεδίου (για παράδειγμα, στη σχέση μεταξύ κλασικής και κβαντικής βαρύτητας) και θα περιγράψω μόνο με φειδώ θέματα που συζητούνται ευρέως σε δημοφιλή επιστημονική βιβλιογραφία.

1.7. Ταυτότητα στοιχειωδών σωματιδίων.Τα στοιχειώδη σωματίδια είναι τα μικρότερα αδιαίρετα σωματίδια ύλης από τα οποία είναι φτιαγμένος ολόκληρος ο κόσμος. Η πιο εκπληκτική ιδιότητα που διακρίνει αυτά τα σωματίδια από τα συνηθισμένα μη στοιχειώδη σωματίδια, για παράδειγμα, κόκκους άμμου ή σφαιριδίων, είναι ότι όλα τα στοιχειώδη σωματίδια του ίδιου είδους, για παράδειγμα, όλα τα ηλεκτρόνια στο Σύμπαν είναι απολύτως (!) τα ίδια - πανομοιότυπο. Και ως συνέπεια, οι απλούστερες δεσμευμένες καταστάσεις τους είναι πανομοιότυπες μεταξύ τους - τα άτομα και τα απλούστερα μόρια.

1.8. Έξι στοιχειώδη σωματίδια.Για να κατανοήσουμε τις κύριες διεργασίες που συμβαίνουν στη Γη και στον Ήλιο, αρκεί να κατανοήσουμε, ως πρώτη προσέγγιση, τις διαδικασίες στις οποίες συμμετέχουν έξι σωματίδια: το ηλεκτρόνιο μι, πρωτόνιο Π, νετρόνιο nκαι νετρίνο ηλεκτρονίων ν e , καθώς και φωτόνιο γ και βαριτόνιο g̃. Τα πρώτα τέσσερα σωματίδια έχουν σπιν 1/2, το φωτόνιο έχει σπιν 1 και το γκραβιτόνιο έχει 2. (Τα σωματίδια με σπιν ακέραιου αριθμού ονομάζονται μποζόνια, τα σωματίδια με σπιν μισού ακέραιου ονομάζονται φερμιόνια. Το σπιν θα συζητηθεί με περισσότερες λεπτομέρειες παρακάτω. ) Τα πρωτόνια και τα νετρόνια ονομάζονται συνήθως νουκλεόνια επειδή οι ατομικοί πυρήνες χτίζονται από αυτά, και ο πυρήνας στα αγγλικά είναι ο πυρήνας. Το ηλεκτρόνιο και το νετρίνο ονομάζονται λεπτόνια. Δεν έχουν ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις.

Λόγω της πολύ αδύναμης αλληλεπίδρασης των γραβιτονίων, είναι αδύνατο να παρατηρηθούν μεμονωμένα γκραβιτόνια, αλλά μέσω αυτών των σωματιδίων διεξάγεται η βαρύτητα στη φύση. Όπως οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις πραγματοποιούνται μέσω φωτονίων.

1.9. Αντισωματίδια.Το ηλεκτρόνιο, το πρωτόνιο και το νετρόνιο έχουν τα λεγόμενα αντισωματίδια: ποζιτρόνιο, αντιπρωτόνιο και αντινετρόνιο. Δεν περιλαμβάνονται στη σύνθεση της συνηθισμένης ύλης, αφού όταν συναντώνται με τα αντίστοιχα σωματίδια, μπαίνουν σε αντιδράσεις αμοιβαίας εκμηδένισης μαζί τους – εκμηδένισης. Έτσι, ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο εκμηδενίζονται σε δύο ή τρία φωτόνια. Το φωτόνιο και το βαρυτόνιο είναι πραγματικά ουδέτερα σωματίδια: συμπίπτουν με τα αντισωματίδια τους. Το αν το νετρίνο είναι ένα πραγματικά ουδέτερο σωματίδιο είναι ακόμα άγνωστο.

1.10. Νουκλεόνια και κουάρκ.Στα μέσα του 20ου αιώνα, έγινε σαφές ότι τα ίδια τα νουκλεόνια αποτελούνται από περισσότερα στοιχειώδη σωματίδια - κουάρκ δύο τύπων, τα οποία δηλώνουν uκαι ρε: Π = uud, n = ddu. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των κουάρκ πραγματοποιείται από γκλουόνια. Τα αντινουκλεόνια αποτελούνται από αντικουάρκ.

1.11. Τρεις γενιές φερμιονίων.Μαζί με u, ρε, μι, v eΑνακαλύφθηκαν και μελετήθηκαν δύο άλλες ομάδες (ή, όπως λένε, γενιές) κουάρκ και λεπτονίων: ντο, μικρό, μ, ν μ και t, σι, τ , ν τ . Αυτά τα σωματίδια δεν περιλαμβάνονται στη σύνθεση της συνηθισμένης ύλης, καθώς είναι ασταθή και γρήγορα διασπώνται σε ελαφρύτερα σωματίδια πρώτης γενιάς. Έπαιξαν όμως σημαντικό ρόλο στις πρώτες στιγμές της ύπαρξης του σύμπαντος.

Για μια ακόμη πιο ολοκληρωμένη και βαθιά κατανόηση της φύσης, χρειάζονται ακόμη περισσότερα σωματίδια με ακόμα πιο ασυνήθιστες ιδιότητες. Αλλά, ίσως, στο μέλλον, όλη αυτή η διαφορετικότητα θα περιοριστεί σε μερικές απλές και όμορφες οντότητες.

1.12. Αδρόνια.Μια μεγάλη οικογένεια σωματιδίων που αποτελείται από κουάρκ ή/και αντικουάρκ και γκλουόνια ονομάζονται αδρόνια. Όλα τα αδρόνια, με εξαίρεση τα νουκλεόνια, είναι ασταθή και επομένως δεν εισέρχονται στη σύνθεση της συνηθισμένης ύλης.

Συχνά, τα αδρόνια αναφέρονται επίσης ως στοιχειώδη σωματίδια, καθώς δεν μπορούν να χωριστούν σε ελεύθερα κουάρκ και γκλουόνια. (Το ίδιο έκανα και εγώ, αναφέροντας το πρωτόνιο και το νετρόνιο στα πρώτα έξι στοιχειώδη σωματίδια.) Εάν όλα τα αδρόνια θεωρούνται στοιχειώδη, τότε ο αριθμός των στοιχειωδών σωματιδίων θα μετρηθεί σε εκατοντάδες.

1.13. Τυπικό μοντέλο και τέσσερις τύποι αλληλεπιδράσεων.Όπως θα εξηγηθεί παρακάτω, τα στοιχειώδη σωματίδια που αναφέρονται παραπάνω καθιστούν δυνατή, στο πλαίσιο του λεγόμενου «Τυποποιημένου μοντέλου στοιχειωδών σωματιδίων», να περιγραφούν όλες οι μέχρι τώρα γνωστές διεργασίες που συμβαίνουν στη φύση ως αποτέλεσμα βαρυτικής, ηλεκτρομαγνητικής , αδύναμες και ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Αλλά για να καταλάβουμε πώς λειτουργούν τα δύο πρώτα από αυτά, αρκούν τέσσερα σωματίδια: ένα φωτόνιο, ένα βαριτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα πρωτόνιο. Επιπλέον, το γεγονός ότι το πρωτόνιο αποτελείται από u- και ρε-κουάρκ και γκλουόνια, αποδεικνύεται ασήμαντο. Φυσικά, χωρίς αδύναμες και ισχυρές αλληλεπιδράσεις, είναι αδύνατο να κατανοήσουμε ούτε πώς είναι διατεταγμένοι οι ατομικοί πυρήνες, ούτε πώς λειτουργεί ο Ήλιος μας. Αλλά πώς είναι διατεταγμένα τα ατομικά κελύφη, τα οποία καθορίζουν όλες τις χημικές ιδιότητες των στοιχείων, πώς λειτουργεί ο ηλεκτρισμός και πώς είναι διατεταγμένοι οι γαλαξίες, μπορεί κανείς να καταλάβει.

1.14. Πέρα από τα γνωστά.Γνωρίζουμε ήδη σήμερα ότι τα σωματίδια και οι αλληλεπιδράσεις του Καθιερωμένου Μοντέλου δεν εξαντλούν τους θησαυρούς της φύσης.

Έχει διαπιστωθεί ότι τα συνηθισμένα άτομα και τα ιόντα αποτελούν μόνο λιγότερο από το 20% όλης της ύλης στο Σύμπαν και περισσότερο από το 80% είναι η λεγόμενη σκοτεινή ύλη, η φύση της οποίας είναι ακόμα άγνωστη. Η πιο κοινή άποψη είναι ότι η σκοτεινή ύλη αποτελείται από υπερσωματίδια. Είναι πιθανό να αποτελείται από σωματίδια καθρέφτη.

Ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι το γεγονός ότι όλη η ύλη, τόσο ορατή (φως) όσο και σκοτεινή, φέρει μόνο το ένα τέταρτο της συνολικής ενέργειας του σύμπαντος. Τα τρία τέταρτα ανήκουν στη λεγόμενη σκοτεινή ενέργεια.

1.15. Στοιχειώδη σωματίδια"μι σε ένα βαθμό» είναι θεμελιώδεις.Όταν ο δάσκαλός μου Isaak Yakovlevich Pomeranchuk ήθελε να τονίσει τη σημασία μιας ερώτησης, είπε ότι η ερώτηση e είναι σημαντική σε βαθμό. Φυσικά, οι περισσότερες από τις φυσικές επιστήμες, και όχι μόνο η φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων, είναι θεμελιώδεις. Η φυσική της συμπυκνωμένης ύλης, για παράδειγμα, υπόκειται σε θεμελιώδεις νόμους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς να χρειάζεται να καταλάβουμε πώς απορρέουν από τους νόμους της σωματιδιακής φυσικής. Αλλά οι νόμοι της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής " μισε έναν βαθμό θεμελιώδη» με την έννοια ότι κανένας από τους λιγότερο γενικούς νόμους δεν μπορεί να τους αντικρούσει.

1.16. Βασικοί νόμοι.Όλες οι διεργασίες στη φύση συμβαίνουν ως αποτέλεσμα τοπικών αλληλεπιδράσεων και κινήσεων (κατανομών) στοιχειωδών σωματιδίων. Οι βασικοί νόμοι που διέπουν αυτές τις κινήσεις και αλληλεπιδράσεις είναι πολύ ασυνήθιστοι και πολύ απλοί. Βασίζονται στην έννοια της συμμετρίας και στην αρχή ότι ό,τι δεν έρχεται σε αντίθεση με τη συμμετρία μπορεί και πρέπει να συμβεί. Παρακάτω, χρησιμοποιώντας τη γλώσσα των διαγραμμάτων Feynman, θα εντοπίσουμε πώς αυτό πραγματοποιείται στις βαρυτικές, ηλεκτρομαγνητικές, ασθενείς και ισχυρές αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων.

2. Σωματίδια και ζωή

2.1. Περί πολιτισμού και πολιτισμού.Το ξένο μέλος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών Valentin Telegdi (1922–2006) εξήγησε: «Αν το WC (ντουλάπα νερού) είναι πολιτισμός, τότε η ικανότητα χρήσης του είναι πολιτισμός».

Ο ερευνητής ITEP A. A. Abrikosov Jr. μου έγραψε πρόσφατα: «Ένας από τους στόχους της έκθεσής σας είναι να πείσει ένα υψηλό κοινό για την ανάγκη να διδάσκεται ευρύτερα η σύγχρονη φυσική. Αν ναι, τότε ίσως θα άξιζε τον κόπο να δώσουμε μερικά καθημερινά παραδείγματα. Εννοώ το εξής:

Ζούμε σε έναν κόσμο που είναι αδιανόητος ακόμη και σε καθημερινό επίπεδο χωρίς την κβαντική μηχανική (QM) και τη θεωρία της σχετικότητας (RT). Τα κινητά τηλέφωνα, οι υπολογιστές, όλα τα σύγχρονα ηλεκτρονικά είδη, για να μην αναφέρουμε τα φώτα LED, τα λέιζερ ημιαγωγών (συμπεριλαμβανομένων των δεικτών), οι οθόνες LCD είναι ουσιαστικά κβαντικές συσκευές. Είναι αδύνατο να εξηγηθεί πώς λειτουργούν χωρίς τις βασικές έννοιες του QM. Και πώς τα εξηγείς χωρίς να αναφέρεις τη σήραγγα;

Το δεύτερο παράδειγμα, ίσως το ξέρω από εσάς. Δορυφορικοί πλοηγοί εγκαθίστανται σε κάθε 10ο αυτοκίνητο. Η ακρίβεια του συγχρονισμού του ρολογιού στο δορυφορικό δίκτυο δεν είναι μικρότερη από 10 −8 (αυτό αντιστοιχεί σε σφάλμα της τάξης ενός μετρητή στον εντοπισμό ενός αντικειμένου στην επιφάνεια της Γης). Αυτή η ακρίβεια απαιτεί να λαμβάνονται υπόψη οι διορθώσεις TO στο ρολόι σε έναν κινούμενο δορυφόρο. Λένε ότι οι μηχανικοί δεν μπορούσαν να το πιστέψουν, οπότε οι πρώτες συσκευές είχαν διπλό πρόγραμμα: με και χωρίς διορθώσεις. Όπως αποδείχθηκε, το πρώτο πρόγραμμα λειτουργεί καλύτερα. Ακολουθεί μια δοκιμή της θεωρίας της σχετικότητας σε επίπεδο νοικοκυριού.

Φυσικά, η ομιλία στο τηλέφωνο, η οδήγηση αυτοκινήτου και η πληκτρολόγηση κλειδιών υπολογιστή είναι δυνατή χωρίς υψηλή επιστήμη. Αλλά είναι απίθανο οι ακαδημαϊκοί να προτρέπουν να μην σπουδάσουν γεωγραφία, γιατί «υπάρχουν ταξί».

Και μετά σε μαθητές, και μετά σε φοιτητές για πέντε χρόνια μιλάνε υλικά σημείακαι της Γαλιλαίας σχετικότητας, και ξαφνικά, χωρίς προφανή λόγο, δηλώνουν ότι αυτό «δεν είναι απολύτως αλήθεια».

Είναι δύσκολο να αλλάξεις από τον οπτικό νευτώνειο κόσμο στον κβαντικό, ακόμη και στο Φυσικοτεχνικό Ινστιτούτο. Δικό σου, ΑΑΑ».

2.2. Σχετικά με τη θεμελιώδη φυσική και εκπαίδευση.Δυστυχώς, το σύγχρονο εκπαιδευτικό σύστημα έχει μείνει πίσω από τη σύγχρονη θεμελιώδη φυσική κατά έναν ολόκληρο αιώνα. Και οι περισσότεροι άνθρωποι (συμπεριλαμβανομένης της πλειοψηφίας των επιστημόνων) δεν έχουν ιδέα για αυτήν την εκπληκτικά σαφή και απλή εικόνα (χάρτη) του κόσμου που έχει δημιουργήσει η φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων. Αυτός ο χάρτης καθιστά πολύ πιο εύκολη την πλοήγηση σε όλες τις φυσικές επιστήμες. Σκοπός της έκθεσής μου είναι να σας πείσω ότι ορισμένα στοιχεία (έννοιες) της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων, η θεωρία της σχετικότητας και η κβαντική θεωρία μπορούν και πρέπει να αποτελέσουν τη βάση για τη διδασκαλία όλων των μαθημάτων των φυσικών επιστημών, όχι μόνο σε ανώτερες, αλλά και δευτεροβάθμιες ακόμα και το δημοτικό. Εξάλλου, οι θεμελιωδώς νέες έννοιες κατακτώνται πιο εύκολα ακριβώς στην παιδική ηλικία. Το παιδί κατακτά εύκολα τη γλώσσα, μαθαίνει με ένα κινητό τηλέφωνο. Πολλά παιδιά επιστρέφουν τον κύβο του Ρούμπικ στην αρχική του κατάσταση μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα και ούτε μια μέρα δεν μου αρκεί.

Προκειμένου να αποφευχθούν δυσάρεστες εκπλήξεις στο μέλλον, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια επαρκής κοσμοθεωρία στο νηπιαγωγείο. Σταθερές ντοκαι ηπρέπει να γίνουν εργαλεία γνώσης για τα παιδιά.

2.3. Σχετικά με τα μαθηματικά.Τα μαθηματικά - η βασίλισσα και υπηρέτης όλων των επιστημών - πρέπει οπωσδήποτε να λειτουργήσουν ως το κύριο εργαλείο της γνώσης. Δίνει τέτοιες βασικές έννοιες όπως αλήθεια, ομορφιά, συμμετρία, τάξη. έννοιες του μηδενός και του άπειρου. Τα μαθηματικά σε διδάσκουν να σκέφτεσαι και να μετράς. Η θεμελιώδης φυσική είναι αδιανόητη χωρίς μαθηματικά. Η εκπαίδευση είναι αδιανόητη χωρίς μαθηματικά. Φυσικά, μπορεί να είναι πολύ νωρίς για να μελετήσετε τη θεωρία της ομάδας στο σχολείο, αλλά είναι απαραίτητο να σας μάθουμε να εκτιμάτε την αλήθεια, την ομορφιά, τη συμμετρία και την τάξη (και κάποια διαταραχή ταυτόχρονα).

Είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε τη μετάβαση από πραγματικούς (πραγματικούς) αριθμούς (απλούς, ορθολογικούς, παράλογους) στους φανταστικούς και σύνθετους. Πιθανώς, μόνο όσοι μαθητές θέλουν να εργαστούν στον τομέα των μαθηματικών και της θεωρητικής φυσικής θα πρέπει να μελετούν υπερμιγαδικούς αριθμούς (τεταρτοταγή και οκτόνια). Στη δουλειά μου, για παράδειγμα, δεν έχω χρησιμοποιήσει ποτέ οκτόνια. Ξέρω όμως ότι διευκολύνουν την κατανόηση της πιο πολλά υποσχόμενης, σύμφωνα με πολλούς θεωρητικούς φυσικούς, εξαιρετικής ομάδας συμμετρίας Ε 8 .

2.4. Περί κοσμοθεωρίας και φυσικών επιστημών.Η ιδέα των βασικών νόμων που διέπουν τον κόσμο είναι απαραίτητη σε όλες τις φυσικές επιστήμες. Φυσικά, η φυσική στερεάς κατάστασης, η χημεία, η βιολογία, οι επιστήμες της γης και η αστρονομία έχουν τις δικές τους συγκεκριμένες έννοιες, μεθόδους και προβλήματα. Αλλά είναι πολύ σημαντικό να έχουμε έναν γενικό χάρτη του κόσμου και να κατανοήσουμε ότι υπάρχουν πολλά κενά σημεία του άγνωστου σε αυτόν τον χάρτη. Είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε ότι η επιστήμη δεν είναι ένα αποστεωμένο δόγμα, αλλά μια ζωντανή διαδικασία προσέγγισης της αλήθειας σε πολλά σημεία του παγκόσμιου χάρτη. Η προσέγγιση στην αλήθεια είναι μια ασυμπτωτική διαδικασία.

2.5. Για τον αληθινό και χυδαίο αναγωγισμό.Η ιδέα ότι οι πιο πολύπλοκες δομές στη φύση αποτελούνται από λιγότερο πολύπλοκες δομές και, τελικά, από τα πιο απλά στοιχεία, ονομάζεται συνήθως αναγωγισμός. Υπό αυτή την έννοια, αυτό για το οποίο προσπαθώ να σας πείσω είναι ο αναγωγισμός. Αλλά ο χυδαίος αναγωγισμός, που ισχυρίζεται ότι όλες οι επιστήμες μπορούν να αναχθούν σε στοιχειώδη σωματιδιακή φυσική, είναι απολύτως απαράδεκτος. Σε κάθε υψηλότερο και υψηλότερο επίπεδο πολυπλοκότητας, διαμορφώνονται και αναδύονται τα δικά του μοτίβα. Δεν χρειάζεται να ξέρεις σωματιδιακή φυσική για να είσαι καλός βιολόγος. Αλλά για να κατανοήσουμε τη θέση και το ρόλο του στο σύστημα των επιστημών, να κατανοήσουμε τον βασικό ρόλο των σταθερών ντοκαι ηαπαραίτητη. Άλλωστε, η επιστήμη στο σύνολό της είναι ένας ενιαίος οργανισμός.

2.6. Σχετικά με τις ανθρωπιστικές και κοινωνικές επιστήμες.Μια γενική ιδέα της δομής του κόσμου είναι πολύ σημαντική για τα οικονομικά, και για την ιστορία, και για τις γνωστικές επιστήμες, όπως οι επιστήμες της γλώσσας και για τη φιλοσοφία. Και το αντίστροφο - αυτές οι επιστήμες είναι εξαιρετικά σημαντικές για την πιο θεμελιώδη φυσική, η οποία βελτιώνει συνεχώς τις θεμελιώδεις έννοιές της. Αυτό θα φανεί από την εξέταση της θεωρίας της σχετικότητας, στην οποία στρέφομαι τώρα. Θα αναφέρω ιδιαίτερα τις νομικές επιστήμες, οι οποίες είναι εξαιρετικά σημαντικές για την ευημερία (για να μην πω την επιβίωση) των φυσικών επιστημών. Είμαι πεπεισμένος ότι οι κοινωνικοί νόμοι δεν πρέπει να έρχονται σε αντίθεση με τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης. Οι ανθρώπινοι νόμοι δεν πρέπει να έρχονται σε αντίθεση με τους Θείους Νόμους της Φύσης.

2.7. Micro-, Macro-, Cosmo-.Ο συνηθισμένος μας κόσμος των μεγάλων, αλλά όχι γιγάντων, πραγμάτων συνήθως ονομάζεται μακρόκοσμος. Ο κόσμος των ουράνιων αντικειμένων μπορεί να ονομαστεί κοσμικός κόσμος και ο κόσμος των ατομικών και υποατομικών σωματιδίων ονομάζεται μικρόκοσμος. (Δεδομένου ότι τα μεγέθη των ατόμων είναι της τάξης των 10 −10 m, τότε ο μικρόκοσμος σημαίνει αντικείμενα τουλάχιστον 4 ή και 10 τάξεων μεγέθους μικρότερα από ένα μικρόμετρο και 1-7 τάξεις μεγέθους μικρότερο από ένα νανόμετρο. Η μόδα του νανο Η περιοχή βρίσκεται κατά μήκος του δρόμου από το μικρο σε μακρο.) Τον 20ο αιώνα, κατασκευάστηκε το λεγόμενο Καθιερωμένο Μοντέλο στοιχειωδών σωματιδίων, το οποίο σας επιτρέπει να κατανοήσετε απλά και ξεκάθαρα πολλούς από τους μακρο και κοσμικούς νόμους με βάση τους μικροοργανισμούς. του νόμου.

2.8. Τα μοντέλα μας.Τα μοντέλα στη θεωρητική φυσική χτίζονται με την απόρριψη μη ουσιωδών περιστάσεων. Για παράδειγμα, στην ατομική και την πυρηνική φυσική, οι βαρυτικές αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων είναι αμελητέες και μπορούν να αγνοηθούν. Ένα τέτοιο μοντέλο του κόσμου ταιριάζει στην ειδική θεωρία της σχετικότητας. Αυτό το μοντέλο έχει άτομα, μόρια, συμπυκνωμένα σώματα,... επιταχυντές και επιταχυντές, αλλά όχι Ήλιο και αστέρια.

Ένα τέτοιο μοντέλο θα ήταν σίγουρα λάθος σε πολύ μεγάλες κλίμακες όπου η βαρύτητα είναι απαραίτητη.

Φυσικά, για την ύπαρξη του CERN, η ύπαρξη της Γης (και, κατά συνέπεια, της βαρύτητας) είναι απαραίτητη, αλλά για την κατανόηση της συντριπτικής πλειονότητας των πειραμάτων που έγιναν στο CERN (εκτός από τις έρευνες στον επιταχυντή για μικροσκοπικές «μαύρες τρύπες») , η βαρύτητα δεν είναι απαραίτητη.

2.9. Τάξεις μεγέθους.Μία από τις δυσκολίες στην κατανόηση των ιδιοτήτων των στοιχειωδών σωματιδίων οφείλεται στο γεγονός ότι είναι πολύ μικρά και υπάρχουν πολλά από αυτά. Υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός ατόμων σε μια κουταλιά νερό (περίπου 10 23). Ο αριθμός των αστεριών στο ορατό μέρος του Σύμπαντος δεν είναι πολύ μικρότερος. Τα μεγάλα νούμερα δεν πρέπει να φοβούνται. Εξάλλου, δεν είναι δύσκολο να τα αντιμετωπίσουμε, καθώς ο πολλαπλασιασμός των αριθμών καταλήγει κυρίως στην προσθήκη των παραγγελιών τους: 1 \u003d 10 0, 10 \u003d 10 1, 100 \u003d 10 2. Πολλαπλασιάζουμε το 10 με το 100, παίρνουμε 10 1+2 = 10 3 = 1000.

2.10. Μια σταγόνα λάδι.Εάν μια σταγόνα λαδιού με όγκο 1 χιλιοστόλιτρο πέσει στην επιφάνεια του νερού, τότε θα εξαπλωθεί σε ένα σημείο ουράνιου τόξου με έκταση περίπου αρκετών τετραγωνικών μέτρων και πάχος περίπου εκατό νανόμετρα. Αυτό είναι μόνο τρεις τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από το μέγεθος ενός ατόμου. Και το πάχος της μεμβράνης της σαπουνόφουσκας στα πιο λεπτά σημεία είναι της τάξης του μεγέθους των μορίων.

2.11. Joules.Μια τυπική μπαταρία ΑΑ έχει τάση 1,5 βολτ (V) και περιέχει 10 4 τζάουλ (J) ηλεκτρικής ενέργειας. Επιτρέψτε μου να σας υπενθυμίσω ότι 1 J \u003d 1 μενταγιόν × 1 V, και επίσης ότι 1 J \u003d kg m 2 / s 2 και ότι η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι περίπου 10 m / s 2. Έτσι, 1 joule σας επιτρέπει να σηκώσετε 1 κιλό σε ύψος 10 cm και 10 4 J θα σηκώσετε 100 kg έως 10 μέτρα. Αυτή είναι η ποσότητα ενέργειας που καταναλώνει ένα ασανσέρ για να μεταφέρει έναν μαθητή στον δέκατο όροφο. Τόση ενέργεια έχει η μπαταρία.

2.12. Ηλεκτρονβολτ.Η μονάδα ενέργειας στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων είναι το ηλεκτρονιοβολτ (eV): η ενέργεια του 1 eV αποκτάται από 1 ηλεκτρόνιο που έχει περάσει από διαφορά δυναμικού 1 βολτ. Εφόσον υπάρχουν 6,24 × 10 18 ηλεκτρόνια σε ένα μενταγιόν, τότε 1 J = 6,24 × 10 18 eV.

1 keV = 10 3 eV, 1 MeV = 10 6 eV, 1 GeV = 10 9 eV, 1 TeV = 10 12 eV.

Να σας υπενθυμίσω ότι η ενέργεια ενός πρωτονίου στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN θα πρέπει να είναι ίση με 7 TeV.

3. Σχετικά με τη θεωρία της σχετικότητας

3.1. Συστήματα αναφοράς.Περιγράφουμε όλα τα πειράματά μας σε ένα ή άλλο σύστημα αναφοράς. Το σύστημα αναφοράς μπορεί να είναι ένα εργαστήριο, ένα τρένο, ένας δορυφόρος της Γης, το κέντρο ενός γαλαξία... . Κάθε σωματίδιο που πετά, για παράδειγμα, σε έναν επιταχυντή σωματιδίων, μπορεί επίσης να είναι ένα σύστημα αναφοράς. Δεδομένου ότι όλα αυτά τα συστήματα κινούνται μεταξύ τους, δεν θα φαίνονται όλα τα πειράματα ίδια σε αυτά. Επιπλέον, η βαρυτική επίδραση των πλησιέστερων μαζικών σωμάτων είναι επίσης διαφορετική σε αυτά. Είναι η θεώρηση αυτών των διαφορών που αποτελεί το κύριο περιεχόμενο της θεωρίας της σχετικότητας.

3.2. Πλοίο του Γαλιλαίου.Ο Γαλιλαίος διατύπωσε την αρχή της σχετικότητας, περιγράφοντας πολύχρωμα κάθε είδους πειράματα στην καμπίνα ενός ομαλά ιστιοπλοϊκού πλοίου. Εάν τα παράθυρα έχουν κουρτίνα, είναι αδύνατο να ανακαλύψουμε με τη βοήθεια αυτών των πειραμάτων πόσο γρήγορα κινείται το πλοίο και αν στέκεται ακίνητο. Ο Αϊνστάιν πρόσθεσε πειράματα με την πεπερασμένη ταχύτητα του φωτός σε αυτήν την καμπίνα. Εάν δεν κοιτάξετε έξω από το παράθυρο, δεν μπορείτε να γνωρίζετε την ταχύτητα του πλοίου. Αλλά αν κοιτάξεις την ακτή, μπορείς.

3.3. Μακρινά αστέρια*.Είναι λογικό να ξεχωρίσουμε ένα τέτοιο πλαίσιο αναφοράς, σε σχέση με το οποίο οι άνθρωποι θα μπορούσαν να διατυπώσουν τα αποτελέσματα των πειραμάτων τους, ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται. Ένα τέτοιο καθολικό σύστημα αναφοράς έχει ληφθεί από καιρό ως σύστημα στο οποίο το μακρινά αστέρια. Και σχετικά πρόσφατα (πριν από μισό αιώνα) ανακαλύφθηκαν ακόμη πιο μακρινά κβάζαρ και αποδείχθηκε ότι το υπόβαθρο μικροκυμάτων θα έπρεπε να είναι ισότροπο σε αυτό το σύστημα.

3.4. Αναζητώντας ένα παγκόσμιο πλαίσιο αναφοράς*.Στην ουσία, ολόκληρη η ιστορία της αστρονομίας είναι μια πρόοδος προς ένα όλο και πιο παγκόσμιο πλαίσιο αναφοράς. Από το ανθρωποκεντρικό, όπου ο άνθρωπος βρίσκεται στο κέντρο, στο γεωκεντρικό, όπου η Γη βρίσκεται σε ηρεμία στο κέντρο (Πτολεμαίος, 87-165), στο ηλιοκεντρικό, όπου ο Ήλιος βρίσκεται σε ηρεμία στο κέντρο (Κοπέρνικος, 1473-1543), στο χαλοκεντρικό, όπου βρίσκεται το κέντρο του Γαλαξία μας, στο νεφελώδες, όπου στηρίζεται το σύστημα των νεφελωμάτων - σμήνη γαλαξιών, στο βάθος, όπου το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων είναι ισότροπο. Είναι σημαντικό, ωστόσο, οι ταχύτητες αυτών των πλαισίων αναφοράς να είναι μικρές σε σύγκριση με την ταχύτητα του φωτός.

3.5. Κοπέρνικος, Κέπλερ, Γαλιλαίος, Νεύτων*.Στο βιβλίο του Νικολάου Κοπέρνικου «Σχετικά με τις περιστροφές των ουράνιων σφαιρών», που δημοσιεύτηκε το 1543, λέει: «Όλες οι κινήσεις που παρατηρεί ο Ήλιος δεν είναι χαρακτηριστικές του, αλλά ανήκουν στη Γη και τη σφαίρα μας, μαζί με τις οποίες περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο, όπως κάθε άλλος πλανήτης. έτσι η γη έχει πολλές κινήσεις. Οι φαινομενικές κινήσεις των πλανητών προς τα εμπρός και προς τα πίσω δεν ανήκουν σε αυτούς, αλλά στη Γη. Έτσι, αυτή η κίνηση από μόνη της είναι αρκετή για να εξηγήσει τον μεγάλο αριθμό ανωμαλιών που είναι ορατές στον ουρανό.

Ο Κοπέρνικος και ο Κέπλερ (1571-1630) έδωσαν μια απλή φαινομενολογική περιγραφή της κινηματικής αυτών των κινήσεων. Ο Γαλιλαίος (1564–1642) και ο Νεύτων (1643–1727) εξήγησαν τη δυναμική τους.

3.6. Συμπαντικός χώρος και χρόνος*.Οι χωρικές συντεταγμένες και ο χρόνος που σχετίζονται με το παγκόσμιο σύστημα αναφοράς μπορούν να ονομαστούν καθολικές ή απόλυτες σε πλήρη αρμονία με τη θεωρία της σχετικότητας. Είναι σημαντικό μόνο να τονιστεί ότι η επιλογή αυτού του συστήματος γίνεται και συμφωνείται από τοπικούς παρατηρητές. Κάθε πλαίσιο αναφοράς που κινείται προοδευτικά σε σχέση με το καθολικό πλαίσιο είναι αδρανειακό: η ελεύθερη κίνηση σε αυτό είναι ομοιόμορφη και ευθύγραμμη.

3.7. "Θεωρία αναλλοίωτων"*. Σημειώστε ότι τόσο ο Άλμπερτ Αϊνστάιν (1879-1955) όσο και ο Μαξ Πλανκ (1858-1947) (ο οποίος επινόησε τον όρο «θεωρία της σχετικότητας» το 1907, αποκαλώντας τον ως τη θεωρία που διατύπωσε ο Αϊνστάιν το 1905) πίστευαν ότι ο όρος «θεωρία αναλλοίωτη». θα μπορούσε να αντικατοπτρίζει με μεγαλύτερη ακρίβεια την ουσία του. Όμως, προφανώς, στις αρχές του 20ου αιώνα ήταν πιο σημαντικό να τονιστεί η σχετικότητα τέτοιων εννοιών όπως ο χρόνος και ο ταυτόχρονος σε ίσα αδρανειακά πλαίσια αναφοράς παρά να ξεχωρίσουμε ένα από αυτά τα πλαίσια. Ήταν πιο σημαντικό ότι με τα παράθυρα με κουρτίνα της καμπίνας του Galileo ήταν αδύνατο να προσδιοριστεί η ταχύτητα του πλοίου. Τώρα όμως ήρθε η ώρα να χωρίσουμε τις κουρτίνες και να κοιτάξουμε την ακτή. Ταυτόχρονα, φυσικά, όλα τα μοτίβα που καθιερώθηκαν με τις κουρτίνες κλειστές θα παραμείνουν ακλόνητα.

3.8. Επιστολή στον Chimmer*. Το 1921, ο Αϊνστάιν, σε επιστολή του προς τον E. Chimmer, συγγραφέα του βιβλίου «Φιλοσοφικά Γράμματα», έγραψε: «Όσον αφορά τον όρο «θεωρία της σχετικότητας», παραδέχομαι ότι είναι ανεπιτυχής και οδηγεί σε φιλοσοφικές παρεξηγήσεις». Αλλά για να το αλλάξει, σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, είναι ήδη πολύ αργά, ιδίως επειδή είναι ευρέως διαδεδομένο. Αυτή η επιστολή δημοσιεύτηκε στον 12ο τόμο των 25 τόμων Συλλογικών Έργων του Αϊνστάιν που δημοσιεύτηκε στο Πρίνστον, που δημοσιεύτηκε το φθινόπωρο του 2009.

3.9. Μέγιστη ταχύτητα στη φύση.Η βασική σταθερά της θεωρίας της σχετικότητας είναι η ταχύτητα του φωτός ντο\u003d 300.000 km / s \u003d 3 × 10 8 m / s. (Πιο συγκεκριμένα, ντο= 299 792 458 m/s. Και αυτός ο αριθμός αποτελεί πλέον τη βάση του ορισμού του μετρητή.) Αυτή η ταχύτητα είναι η μέγιστη ταχύτητα διάδοσης οποιωνδήποτε σημάτων στη φύση. Είναι πολλές τάξεις μεγέθους υψηλότερη από την ταχύτητα των ογκωδών αντικειμένων που αντιμετωπίζουμε καθημερινά. Είναι η ασυνήθιστα μεγάλη του αξία που εμποδίζει την κατανόηση του κύριου περιεχομένου της θεωρίας της σχετικότητας. Τα σωματίδια που κινούνται με ταχύτητες της τάξης της ταχύτητας του φωτός ονομάζονται σχετικιστικά.

3.10. Ενέργεια, ορμή και ταχύτητα.Η ελεύθερη κίνηση ενός σωματιδίου χαρακτηρίζεται από την ενέργεια του σωματιδίου μικαι η ορμή της Π. Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, η ταχύτητα ενός σωματιδίου vκαθορίζεται από τον τύπο

Ένας από τους κύριους λόγους για την ορολογική σύγχυση που συζητείται στο Sect. 3.14 έγκειται στο γεγονός ότι κατά τη δημιουργία της θεωρίας της σχετικότητας, προσπάθησαν να διατηρήσουν τη νευτώνεια σχέση μεταξύ ορμής και ταχύτητας Π = Μv, που έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία της σχετικότητας.

3.11. Βάρος.Μάζα σωματιδίων Μκαθορίζεται από τον τύπο

Ενώ η ενέργεια και η ορμή ενός σωματιδίου εξαρτώνται από το πλαίσιο αναφοράς, το μέγεθος της μάζας του Μδεν εξαρτάται από το σύστημα αναφοράς. Είναι αμετάβλητη. Οι τύποι (1) και (2) είναι θεμελιώδεις στη θεωρία της σχετικότητας.

Παραδόξως, η πρώτη μονογραφία για τη θεωρία της σχετικότητας, στην οποία εμφανίστηκε ο τύπος (2), δημοσιεύτηκε μόλις το 1941. Ήταν οι «Θεωρίες πεδίου» των L. Landau (1908–1968) και E. Lifshitz (1915–1985) . Δεν το βρήκα σε κανένα έργο του Αϊνστάιν. Δεν υπάρχει στο αξιοσημείωτο βιβλίο "The Theory of Relativity" του W. Pauli (1900–1958), που δημοσιεύτηκε το 1921. Αλλά η εξίσωση σχετικιστικών κυμάτων που περιέχει αυτόν τον τύπο ήταν στο βιβλίο "Principles of Quantum Mechanics" του P. Dirac, δημοσιεύθηκε το 1930 (1902–1984), και ακόμη νωρίτερα στα άρθρα του 1926 από τους O. Klein (1894–1977) και W. Fock (1898–1974).

3.12. Φωτόνιο χωρίς μάζα.Εάν η μάζα του σωματιδίου είναι μηδέν, δηλ. το σωματίδιο είναι χωρίς μάζα, τότε από τους τύπους (1) και (2) προκύπτει ότι σε οποιοδήποτε πλαίσιο αναφοράς η ταχύτητά του είναι ίση με ντο. Δεδομένου ότι η μάζα ενός σωματιδίου φωτός - ενός φωτονίου - είναι τόσο μικρή που δεν μπορεί να ανιχνευθεί, είναι γενικά αποδεκτό ότι είναι ίση με μηδέν και ότι ντοείναι η ταχύτητα του φωτός.

3.13. Ενέργεια ειρήνης.Εάν η μάζα του σωματιδίου είναι μη μηδενική, τότε σκεφτείτε ένα πλαίσιο αναφοράς στο οποίο το ελεύθερο σωματίδιο βρίσκεται σε ηρεμία και κοντά του v = 0, Π= 0. Ένα τέτοιο πλαίσιο αναφοράς ονομάζεται πλαίσιο ηρεμίας του σωματιδίου και η ενέργεια του σωματιδίου σε αυτό το πλαίσιο ονομάζεται ενέργεια ηρεμίας και συμβολίζεται Ε0. Από τον τύπο (2) προκύπτει ότι

Αυτός ο τύπος εκφράζει τη σχέση μεταξύ της ενέργειας ηρεμίας ενός τεράστιου σωματιδίου και της μάζας του, που ανακαλύφθηκε από τον Αϊνστάιν το 1905.

3.14. «Η πιο διάσημη φόρμουλα».Δυστυχώς, πολύ συχνά ο τύπος του Αϊνστάιν γράφεται με τη μορφή «η πιο διάσημη φόρμουλα E=mc2, παραλείποντας τον μηδενικό δείκτη της υπόλοιπης ενέργειας, που οδηγεί σε πολυάριθμες παρεξηγήσεις και σύγχυση. Άλλωστε, αυτός ο «διάσημος τύπος» προσδιορίζει ενέργεια και μάζα, κάτι που έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία της σχετικότητας γενικά και τον τύπο (2) ειδικότερα. Από αυτό προκύπτει μια ευρέως διαδεδομένη παρανόηση ότι η μάζα ενός σώματος, σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, υποτίθεται ότι αυξάνεται με την αύξηση της ταχύτητάς του. Τα τελευταία χρόνια, η Ρωσική Ακαδημία Εκπαίδευσης έχει κάνει πολλά για να διαλύσει αυτήν την εσφαλμένη αντίληψη.

3.15. Μονάδα ταχύτητας*. Στη θεωρία της σχετικότητας, η οποία ασχολείται με ταχύτητες συγκρίσιμες με την ταχύτητα του φωτός, είναι φυσικό να επιλέξουμε ντοως μονάδα ταχύτητας. Αυτή η επιλογή απλοποιεί όλους τους τύπους, αφού ντο/ντο= 1, και πρέπει να τα βάλουμε ντο= 1. Σε αυτή την περίπτωση, η ταχύτητα γίνεται αδιάστατη ποσότητα, η απόσταση έχει τη διάσταση του χρόνου και η μάζα τη διάσταση της ενέργειας.

Στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων, οι μάζες των σωματιδίων συνήθως μετρώνται σε ηλεκτρονβολτ - eV και τα παράγωγά τους (βλ. Ενότητα 2.14). Η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι περίπου 0,5 MeV, η μάζα ενός πρωτονίου είναι περίπου 1 GeV, η μάζα του βαρύτερου κουάρκ είναι περίπου 170 GeV και η μάζα ενός νετρίνου είναι περίπου κλάσματα ενός eV.

3.16. Αστρονομικές αποστάσεις*. Στην αστρονομία, οι αποστάσεις μετρώνται σε έτη φωτός. Το μέγεθος του ορατού τμήματος του σύμπαντος είναι περίπου 14 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Αυτός ο αριθμός είναι ακόμα πιο εντυπωσιακός σε σύγκριση με τον χρόνο 10 −24 s που χρειάζεται για να διανύσει το φως μια απόσταση της τάξης του μεγέθους ενός πρωτονίου. Και σε όλο αυτό το κολοσσιαίο εύρος, η θεωρία της σχετικότητας λειτουργεί.

3.17. Ο κόσμος του Minkowski.Το 1908, λίγους μήνες πριν από τον πρόωρο θάνατό του, ο Hermann Minkowski (1864-1909) είπε προφητικά: «Οι απόψεις για το χώρο και το χρόνο που σκοπεύω να αναπτύξω πριν από εσάς προέκυψαν σε πειραματική φυσική βάση. Αυτή είναι η δύναμή τους. Η τάση τους είναι ριζοσπαστική. Από εδώ και πέρα, ο χώρος από μόνος του και ο χρόνος από μόνος του πρέπει να μετατραπούν σε μυθοπλασίες, και μόνο κάποιο είδος συνδυασμού και των δύο πρέπει να διατηρήσει ακόμα την ανεξαρτησία.

Έναν αιώνα αργότερα, γνωρίζουμε ότι ο χρόνος και ο χώρος δεν έχουν γίνει μυθοπλασίες, αλλά η ιδέα του Minkowski κατέστησε δυνατή την περιγραφή των κινήσεων και των αλληλεπιδράσεων των σωματιδίων της ύλης με πολύ απλό τρόπο.

3.18. 4D κόσμος*. Σε μονάδες στις οποίες ντο= 1, η ιδέα του κόσμου Minkowski φαίνεται ιδιαίτερα όμορφη, η οποία συνδυάζει τον χρόνο και τον τρισδιάστατο χώρο σε έναν ενιαίο τετραδιάστατο κόσμο. Στη συνέχεια, η ενέργεια και η ορμή συνδυάζονται σε ένα ενιαίο τετραδιάστατο διάνυσμα και η μάζα, σύμφωνα με την εξίσωση (2), χρησιμεύει ως το ψευδο-ευκλείδειο μήκος αυτού του διανύσματος 4 ενέργειας-ορμής Π = μι, Π:

Μια τετραδιάστατη τροχιά στον κόσμο του Minkowski ονομάζεται παγκόσμια γραμμή και τα μεμονωμένα σημεία ονομάζονται παγκόσμια σημεία.

3.19. Η εξάρτηση του ρυθμού του ρολογιού από την ταχύτητά τους**. Πολυάριθμες παρατηρήσεις δείχνουν ότι τα ρολόγια τρέχουν πιο γρήγορα όταν είναι σε ηρεμία σε σχέση με το αδρανειακό πλαίσιο. Η πεπερασμένη κίνηση στο αδρανειακό σύστημα αναφοράς επιβραδύνει την πρόοδό τους. Όσο πιο γρήγορα κινούνται στο χώρο, τόσο πιο αργά πηγαίνουν στο χρόνο. Η επιβράδυνση είναι απόλυτη στο καθολικό πλαίσιο αναφοράς (βλ. Ενότητες 3.1–3.8). Το μέτρο του είναι η αναλογία e/m, που συχνά δηλώνεται με το γράμμα γ.

3.20. Μιόνια σε επιταχυντή δακτυλίου και σε ηρεμία**. Η ύπαρξη αυτής της επιβράδυνσης μπορεί να φανεί ξεκάθαρα συγκρίνοντας τη διάρκεια ζωής ενός μιονίου σε ηρεμία και ενός μιονίου που περιστρέφεται σε έναν επιταχυντή δακτυλίου. Το γεγονός ότι στον επιταχυντή το μιόνιο δεν κινείται εντελώς ελεύθερα, αλλά έχει κεντρομόλο επιτάχυνση ω 2 R, όπου ω είναι η ακτινική συχνότητα της περιστροφής, και Rείναι η ακτίνα της τροχιάς, δίνει μόνο αμελητέα διόρθωση, αφού E/ω 2 R = ER>> 1. Η κίνηση κατά μήκος ενός κύκλου, και όχι κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής, είναι απολύτως απαραίτητη για την άμεση σύγκριση ενός περιστρεφόμενου μιονίου με ένα μιόνιο σε ηρεμία. Αλλά όσον αφορά τον ρυθμό γήρανσης ενός κινούμενου μιονίου, ένα κυκλικό τόξο αρκετά μεγάλης ακτίνας δεν διακρίνεται από μια ευθεία γραμμή. Αυτό το ποσοστό καθορίζεται από την αναλογία e/m. (Τονίζω ότι σύμφωνα με την ειδική θεωρία της σχετικότητας, το πλαίσιο αναφοράς στο οποίο το περιστρεφόμενο μιόνιο βρίσκεται σε ηρεμία δεν είναι αδρανειακό.)

3.21. Τόξο και συγχορδία**. Από τη σκοπιά ενός παρατηρητή που βρίσκεται σε ένα αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς, το τόξο ενός κύκλου με αρκετά μεγάλη ακτίνα και η χορδή του είναι πρακτικά δυσδιάκριτα: η κίνηση κατά μήκος του τόξου είναι σχεδόν αδρανειακή. Από τη σκοπιά ενός παρατηρητή σε ηρεμία σε σχέση με ένα μιόνιο που πετά σε κύκλο, η κίνησή του είναι ουσιαστικά μη αδρανειακή. Άλλωστε, η ταχύτητά του αλλάζει πρόσημο σε μισή στροφή. (Για έναν κινούμενο παρατηρητή, τα μακρινά αστέρια δεν είναι σε καμία περίπτωση ακίνητα. Όλο το Σύμπαν είναι ασύμμετρο γι 'αυτόν: τα αστέρια μπροστά είναι μπλε και πίσω είναι κόκκινα. Ενώ για εμάς είναι όλα τα ίδια - χρυσά, επειδή η ταχύτητα ηλιακό σύστημαμικρό.) Και η μη αδράνεια αυτού του παρατηρητή εκδηλώνεται στο γεγονός ότι οι αστερισμοί μπροστά και πίσω αλλάζουν καθώς το μιόνιο κινείται στον επιταχυντή δακτυλίου. Δεν μπορούμε να θεωρήσουμε τους παρατηρητές που ηρεμούν και κινούνται ως ισοδύναμοι, αφού ο πρώτος δεν έχει καμία επιτάχυνση και ο δεύτερος, για να επιστρέψει στο σημείο συνάντησης, πρέπει να την βιώσει.

3.22. γενική σχετικότητα**. Οι θεωρητικοί φυσικοί, συνηθισμένοι στη γλώσσα της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας (GR), επιμένουν ότι όλα τα πλαίσια αναφοράς είναι ίσα. Όχι μόνο αδρανειακό, αλλά και επιταχυνόμενο. Αυτός ο ίδιος ο χωροχρόνος είναι καμπύλος. Σε αυτή την περίπτωση, η βαρυτική αλληλεπίδραση παύει να είναι η ίδια φυσική αλληλεπίδραση με την ηλεκτρομαγνητική, αδύναμη και ισχυρή και γίνεται μια εξαιρετική εκδήλωση του καμπύλου χώρου. Ως αποτέλεσμα, ολόκληρη η φυσική τους φαίνεται σαν να χωρίζεται σε δύο μέρη. Αν προχωρήσουμε από το γεγονός ότι η επιτάχυνση οφείλεται πάντα στην αλληλεπίδραση, ότι δεν είναι σχετική, αλλά απόλυτη, τότε η φυσική γίνεται ενιαία και απλή.

3.23. «Λενκόμ».Η χρήση των λέξεων "σχετικότητα" και "σχετικότητα" σε σχέση με την ταχύτητα του φωτός θυμίζει το όνομα του θεάτρου "Lenkom" ή της εφημερίδας "Moskovsky Komsomolets", που συνδέεται μόνο γενεαλογικά με την Komsomol. Αυτά είναι γλωσσικά παράδοξα. Η ταχύτητα του φωτός στο κενό δεν είναι σχετική. Είναι απόλυτη. Απλώς οι φυσικοί χρειάζονται τη βοήθεια γλωσσολόγων.

4. Περί κβαντικής θεωρίας

4.1. Σταθερά του Planck.Αν στη θεωρία της σχετικότητας η βασική σταθερά είναι η ταχύτητα του φωτός ντο, τότε η βασική σταθερά στην κβαντομηχανική είναι η= 6,63 10 −34 J s, που ανακαλύφθηκε από τον Max Planck το 1900. Το φυσικό νόημα αυτής της σταθεράς θα γίνει σαφές από την ακόλουθη παρουσίαση. Για το μεγαλύτερο μέροςη λεγόμενη ανηγμένη σταθερά Planck εμφανίζεται στους τύπους της κβαντικής μηχανικής:

ħ = h/2π= 1,05 10 −34 J × ντο= 6,58 10 −22 MeV s.

Σε πολλά φαινόμενα σημαντικό ρόλο παίζει η ποσότητα ħc= 1,97 10 −11 MeV cm.

4.2. Σπιν ενός ηλεκτρονίου.Ας ξεκινήσουμε με τη γνωστή αφελή σύγκριση του ατόμου με το πλανητικό σύστημα. Οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο και γύρω από τον άξονά τους. Ομοίως, τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα και γύρω από τον άξονά τους. Η περιστροφή ενός ηλεκτρονίου σε τροχιά χαρακτηρίζεται από την τροχιακή γωνιακή ορμή μεγάλο(συχνά και όχι σωστά ονομάζεται τροχιακή γωνιακή ορμή). Η περιστροφή ενός ηλεκτρονίου γύρω από τον άξονά του χαρακτηρίζεται από τη δική του γωνιακή ορμή - σπιν μικρό. Αποδείχθηκε ότι όλα τα ηλεκτρόνια στον κόσμο έχουν σπιν ίσο με (1/2) ħ . Για σύγκριση, σημειώνουμε ότι η "περιστροφή" της Γης είναι 6 10 33 m 2 kg / s = 6 10 67 ħ .

4.3. Άτομο υδρογόνου.Στην πραγματικότητα, ένα άτομο δεν είναι ένα πλανητικό σύστημα και ένα ηλεκτρόνιο δεν είναι ένα συνηθισμένο σωματίδιο που κινείται σε μια τροχιά. Ένα ηλεκτρόνιο, όπως όλα τα άλλα στοιχειώδη σωματίδια, δεν είναι καθόλου σωματίδιο με την καθημερινή έννοια της λέξης, πράγμα που σημαίνει ότι το σωματίδιο πρέπει να κινείται κατά μήκος μιας συγκεκριμένης τροχιάς. Στο απλούστερο άτομο - το άτομο υδρογόνου, αν είναι στη θεμελιώδη του κατάσταση, δηλαδή δεν είναι διεγερμένο, το ηλεκτρόνιο μοιάζει μάλλον με ένα σφαιρικό νέφος με ακτίνα της τάξης των 0,5 10 −10 m. Καθώς το άτομο διεγείρεται, το ηλεκτρόνιο περνά σε όλο και υψηλότερες πολιτείες, οι οποίες γίνονται όλο και μεγαλύτερες.

4.4. Κβαντικοί αριθμοί ηλεκτρονίων.Χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το σπιν, η κίνηση ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο χαρακτηρίζεται από δύο κβαντικούς αριθμούς: τον κύριο κβαντικός αριθμός nκαι τροχιακός κβαντικός αριθμός μεγάλο, Εξάλλου n ≥ μεγάλο. Αν ένα μεγάλο= 0, τότε το ηλεκτρόνιο είναι ένα σφαιρικά συμμετρικό νέφος. Όσο μεγαλύτερο είναι το n, τόσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος αυτού του νέφους. Περισσότερο μεγάλο, τόσο περισσότερο η κίνηση ενός ηλεκτρονίου είναι παρόμοια με την κίνηση ενός κλασικού σωματιδίου σε τροχιά. Η ενέργεια δέσμευσης ενός ηλεκτρονίου που βρίσκεται σε ένα άτομο υδρογόνου σε ένα κέλυφος με κβαντικό αριθμό n, είναι ίσο με

όπου α =ε 2/ħc≈ 1/137, α μιείναι το φορτίο ενός ηλεκτρονίου.

4.5. Άτομα πολλαπλών ηλεκτρονίων.Το σπιν παίζει βασικό ρόλο στην πλήρωση των ηλεκτρονίων των ατόμων πολυηλεκτρονίων. Το γεγονός είναι ότι δύο ηλεκτρόνια με την ίδια φορά περιστροφής τους (η ίδια κατεύθυνση περιστροφών) δεν μπορούν να βρίσκονται στο ίδιο κέλυφος με τις δεδομένες τιμές nκαι μεγάλο. Αυτό απαγορεύεται από τη λεγόμενη αρχή Pauli (1900–1958). Ουσιαστικά, η αρχή Pauli καθορίζει τις περιόδους του Περιοδικού Πίνακα των Στοιχείων του Mendeleev (1834–1907).

4.6. Μποζόνια και φερμιόνια.Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν σπιν. Άρα, το σπιν ενός φωτονίου είναι 1 σε μονάδες ħ , το σπιν graviton είναι 2. Σωματίδια με ακέραιο σπιν σε μονάδες ħ ονομάζονται μποζόνια. Τα σωματίδια με μισό ακέραιο σπιν ονομάζονται φερμιόνια. Τα μποζόνια είναι κολεκτιβιστές: «τείνουν να ζουν όλοι στο ίδιο δωμάτιο», να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση. Ένα λέιζερ βασίζεται σε αυτή την ιδιότητα των φωτονίων: όλα τα φωτόνια σε μια δέσμη λέιζερ έχουν ακριβώς την ίδια ορμή. Οι Fermions είναι ατομικιστές: «ο καθένας τους χρειάζεται ένα ξεχωριστό διαμέρισμα». Αυτή η ιδιότητα των ηλεκτρονίων καθορίζει τα μοτίβα πλήρωσης των ηλεκτρονίων των ατόμων.

4.7. «Κβαντικοί Κένταυροι».Τα στοιχειώδη σωματίδια είναι σαν τους κβαντικούς κένταυρους: μισά σωματίδια - μισά κύματα. Λόγω των κυματικών ιδιοτήτων τους, οι κβαντικοί κένταυροι, σε αντίθεση με τα κλασικά σωματίδια, μπορούν να περάσουν από δύο σχισμές ταυτόχρονα, με αποτέλεσμα ένα μοτίβο παρεμβολής στην οθόνη πίσω τους. Όλες οι προσπάθειες να τεθούν οι κβαντικοί κένταυροι στο Προκρούστειο κρεβάτι των εννοιών της κλασικής φυσικής έχουν αποδειχθεί άκαρπες.

4.8. Σχέσεις αβεβαιότητας.Συνεχής ħ καθορίζει τα χαρακτηριστικά όχι μόνο περιστροφικής, αλλά και κίνηση προς τα εμπρόςστοιχειώδη σωματίδια. Οι αβεβαιότητες θέσης και ορμής του σωματιδίου πρέπει να ικανοποιούν τις λεγόμενες σχέσεις αβεβαιότητας Heisenberg (1901–1976), όπως π.χ.

Μια παρόμοια σχέση υπάρχει για την ενέργεια και τον χρόνο:

4.9. Κβαντική μηχανική.Τόσο η κβαντοποίηση σπιν όσο και οι σχέσεις αβεβαιότητας είναι ιδιαίτερες εκδηλώσεις των γενικών νόμων της κβαντικής μηχανικής, που δημιουργήθηκαν τη δεκαετία του 1920. Σύμφωνα με την κβαντομηχανική, οποιοδήποτε στοιχειώδες σωματίδιο, για παράδειγμα, ένα ηλεκτρόνιο, είναι ταυτόχρονα στοιχειώδες σωματίδιο και στοιχειώδες (μονοσωματιδιακό) κύμα. Επιπλέον, σε αντίθεση με ένα συνηθισμένο κύμα, το οποίο είναι μια περιοδική κίνηση ενός κολοσσιαίου αριθμού σωματιδίων, ένα στοιχειώδες κύμα είναι ένας νέος, προηγουμένως άγνωστος τύπος κίνησης ενός μεμονωμένου σωματιδίου. Στοιχειώδες μήκος κύματος λ σωματιδίου με ορμή Πισούται με λ = η/|Π|, και η στοιχειώδης συχνότητα ν που αντιστοιχεί στην ενέργεια μι, είναι ίσο με ν = E/h.

4.10. Κβαντική θεωρία πεδίου.Έτσι, στην αρχή αναγκαστήκαμε να παραδεχτούμε ότι τα σωματίδια μπορεί να είναι αυθαίρετα ελαφριά και ακόμη και χωρίς μάζα, και ότι οι ταχύτητες τους δεν μπορούν να υπερβούν ντο. Τότε αναγκαστήκαμε να παραδεχτούμε ότι τα σωματίδια δεν είναι καθόλου σωματίδια, αλλά ιδιόμορφα υβρίδια σωματιδίων και κυμάτων, η συμπεριφορά των οποίων συνδυάζεται με ένα κβαντικό η. Η ενοποίηση της θεωρίας της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής πραγματοποιήθηκε από τον Dirac (1902–1984) το 1930 και οδήγησε στη δημιουργία μιας θεωρίας που ονομάστηκε κβαντική θεωρία πεδίου. Αυτή η θεωρία είναι που περιγράφει τις βασικές ιδιότητες της ύλης.

4.11. Μονάδες στις οποίες ντο, ħ = 1. Στη συνέχεια, κατά κανόνα, θα χρησιμοποιήσουμε τέτοιες μονάδες στις οποίες λαμβάνεται η μονάδα ταχύτητας ντοκαι ανά μονάδα γωνιακής ορμής (δράση) - ħ . Σε αυτές τις μονάδες, όλοι οι τύποι απλοποιούνται πολύ. Σε αυτά, ειδικότερα, οι διαστάσεις της ενέργειας, της μάζας και της συχνότητας είναι ίδιες. Αυτές οι μονάδες είναι αποδεκτές στη φυσική υψηλής ενέργειας, καθώς τα κβαντικά και σχετικιστικά φαινόμενα είναι απαραίτητα σε αυτήν. Σε εκείνες τις περιπτώσεις που είναι απαραίτητο να τονίσουμε την κβαντική φύση ενός συγκεκριμένου φαινομένου, θα γράψουμε ρητά ħ . Το ίδιο θα κάνουμε και με ντο.

4.12. Ο Αϊνστάιν και η κβαντική μηχανική*.Ο Αϊνστάιν, κατά μία έννοια, έχοντας γεννήσει την κβαντομηχανική, δεν συμβιβάστηκε με αυτήν. Και μέχρι το τέλος της ζωής του προσπάθησε να οικοδομήσει μια «ενοποιημένη θεωρία των πάντων» στη βάση της κλασικής θεωρίας πεδίου, αγνοώντας ħ . Ο Αϊνστάιν πίστευε στον κλασικό ντετερμινισμό και στο απαράδεκτο της τυχαιότητας. Επανέλαβε για τον Θεό: «Δεν παίζει ζάρια». Και δεν μπορούσε να συμβιβαστεί με το γεγονός ότι η στιγμή της διάσπασης ενός μεμονωμένου σωματιδίου δεν μπορεί να προβλεφθεί κατ' αρχήν, αν και η μέση διάρκεια ζωής ενός ή άλλου τύπου σωματιδίου προβλέπεται στο πλαίσιο της κβαντικής μηχανικής με πρωτοφανή ακρίβεια. Δυστυχώς, οι εθισμοί του καθόρισαν τις απόψεις τόσων πολλών ανθρώπων.

5. Διαγράμματα Feynman

5.1. Το απλούστερο διάγραμμα.Οι αλληλεπιδράσεις σωματιδίων παρατηρούνται εύκολα χρησιμοποιώντας διαγράμματα που προτάθηκαν από τον Richard Feynman (1918-1988) το 1949. Το 1 δείχνει το απλούστερο διάγραμμα Feynman που περιγράφει την αλληλεπίδραση ενός ηλεκτρονίου και ενός πρωτονίου με την ανταλλαγή ενός φωτονίου.

Τα βέλη στο σχήμα δείχνουν την κατεύθυνση της ροής του χρόνου για κάθε σωματίδιο.

5.2. πραγματικά σωματίδια.Κάθε διεργασία αντιστοιχεί σε ένα ή περισσότερα διαγράμματα Feynman. Οι εξωτερικές γραμμές στο διάγραμμα αντιστοιχούν σε εισερχόμενα (πριν από την αλληλεπίδραση) και εξερχόμενα (μετά την αλληλεπίδραση) σωματίδια που είναι ελεύθερα. Οι 4 ροπές τους p ικανοποιούν την εξίσωση

Ονομάζονται πραγματικά σωματίδια και λέγεται ότι βρίσκονται στην επιφάνεια της μάζας.

5.3. εικονικά σωματίδια.Οι εσωτερικές γραμμές των διαγραμμάτων αντιστοιχούν σε σωματίδια σε εικονική κατάσταση. Για αυτούς

Ονομάζονται εικονικά σωματίδια και λέγεται ότι είναι εκτός κελύφους. Η διάδοση ενός εικονικού σωματιδίου περιγράφεται από μια μαθηματική ποσότητα που ονομάζεται διαδότης.

Αυτή η κοινή ορολογία μπορεί να οδηγήσει τον αρχάριο στην ιδέα ότι τα εικονικά σωματίδια είναι λιγότερο υλικά από τα πραγματικά σωματίδια. Στην πραγματικότητα, είναι εξίσου υλικά, αλλά αντιλαμβανόμαστε τα πραγματικά σωματίδια ως ύλη και ακτινοβολία και τα εικονικά - κυρίως ως πεδία δύναμης, αν και αυτή η διάκριση είναι σε μεγάλο βαθμό αυθαίρετη. Είναι σημαντικό ότι το ίδιο σωματίδιο, για παράδειγμα, ένα φωτόνιο ή ένα ηλεκτρόνιο, μπορεί να είναι πραγματικό υπό ορισμένες συνθήκες και εικονικό υπό άλλες.

5.4. Κορυφές.Οι κορυφές του γραφήματος περιγράφουν τοπικές πράξειςστοιχειώδεις αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωματιδίων. Σε κάθε κορυφή διατηρείται η 4-ορμή. Είναι εύκολο να δει κανείς ότι εάν τρεις γραμμές σταθερών σωματιδίων συναντώνται σε μία κορυφή, τότε τουλάχιστον μία από αυτές πρέπει να είναι εικονική, δηλ. πρέπει να βρίσκεται έξω από το κέλυφος της μάζας: "Το Bolivar δεν μπορεί να κατεδαφίσει τρία". (Για παράδειγμα, ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να εκπέμψει ένα ελεύθερο φωτόνιο και εξακολουθεί να παραμένει ελεύθερο ηλεκτρόνιο.)

Δύο πραγματικά σωματίδια αλληλεπιδρούν σε απόσταση, ανταλλάσσοντας ένα ή περισσότερα εικονικά σωματίδια.

5.5. Διάδοση.Αν περίπου πραγματικά σωματίδιαπείτε ότι κινούνται, τότε τα εικονικά σωματίδια λέγεται ότι διαδίδονται. Ο όρος «διάδοση» τονίζει το γεγονός ότι ένα εικονικό σωματίδιο μπορεί να έχει πολλές τροχιές και μπορεί να μην είναι κλασική καμία από αυτές, όπως ένα εικονικό φωτόνιο με μηδενική ενέργεια και μη μηδενική ορμή, που περιγράφει τη στατική αλληλεπίδραση Coulomb.

5.6. Αντισωματίδια.Μια αξιοσημείωτη ιδιότητα των διαγραμμάτων Feynman είναι ότι περιγράφουν τόσο τα σωματίδια όσο και τα αντίστοιχα αντισωματίδια με ενιαίο τρόπο. Σε αυτή την περίπτωση, το αντισωματίδιο μοιάζει με ένα σωματίδιο που κινείται προς τα πίσω στο χρόνο. Στο σχ. Το σχήμα 2 δείχνει ένα διάγραμμα που δείχνει την παραγωγή ενός πρωτονίου και ενός αντιπρωτονίου κατά την εκμηδένιση ενός ηλεκτρονίου και ενός ποζιτρονίου.

Η αντιστροφή του χρόνου ισχύει εξίσου για τα φερμιόνια και τα μποζόνια. Καθιστά περιττή την ερμηνεία των ποζιτρονίων ως άδειων καταστάσεων σε μια θάλασσα ηλεκτρονίων με αρνητική ενέργεια, στην οποία κατέφυγε ο Dirac όταν, το 1930, εισήγαγε την έννοια του αντισωματιδίου.

5.7. Διαγράμματα Schwinger και Feynman.Ο Schwinger (1918-1994), ο οποίος δεν είχε πρόβλημα με τις υπολογιστικές δυσκολίες, αντιπαθούσε τα διαγράμματα Feynman και έγραψε κάπως συγκαταβατικά για αυτά: «Όπως ένα τσιπ υπολογιστή τα πιο πρόσφατα χρόνια, το διάγραμμα Feynman έφερε τον υπολογισμό στις μάζες». Δυστυχώς, σε αντίθεση με το τσιπ, τα διαγράμματα Feynman δεν έφτασαν στις ευρύτερες μάζες.

5.8. Διαγράμματα Feynman και Feynman.Για άγνωστους λόγους, τα διαγράμματα Feynman δεν έφτασαν καν στα περίφημα Feynman Lectures on Physics. Είμαι πεπεισμένος ότι πρέπει να μεταφερθούν στους μαθητές Λύκειοεξηγώντας τους τις βασικές ιδέες της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων. Αυτή είναι η απλούστερη άποψη του μικρόκοσμου και του κόσμου συνολικά. Εάν ένας μαθητής γνωρίζει την έννοια της δυνητικής ενέργειας (για παράδειγμα, ο νόμος του Νεύτωνα ή ο νόμος του Coulomb), τότε τα διαγράμματα Feynman του επιτρέπουν να λάβει μια έκφραση για αυτή τη δυναμική ενέργεια.

5.9. Εικονικά σωματίδια και πεδία φυσικής δύναμης.Τα διαγράμματα Feynman είναι η απλούστερη γλώσσα της κβαντικής θεωρίας πεδίου. (Τουλάχιστον σε περιπτώσεις όπου η αλληλεπίδραση δεν είναι πολύ ισχυρή και μπορεί κανείς να χρησιμοποιήσει τη θεωρία διαταραχών.) Στα περισσότερα βιβλία για την κβαντική θεωρία πεδίων, τα σωματίδια αντιμετωπίζονται ως κβαντικές διεγέρσεις πεδίων, κάτι που απαιτεί εξοικείωση με τον φορμαλισμό της δεύτερης κβαντοποίησης. Στη γλώσσα των διαγραμμάτων Feynman, τα πεδία αντικαθίστανται από εικονικά σωματίδια.

Τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν τόσο σωματιδιακές όσο και κυματικές ιδιότητες. Επιπλέον, σε μια πραγματική κατάσταση είναι σωματίδια ύλης, και σε μια εικονική κατάσταση είναι επίσης φορείς δυνάμεων μεταξύ υλικών αντικειμένων. Μετά την εισαγωγή των εικονικών σωματιδίων, η έννοια της δύναμης γίνεται περιττή, και με την έννοια του πεδίου, αν δεν ήταν γνωστή πριν, ίσως, θα έπρεπε να εξοικειωθεί κανείς αφού έχει κατακτήσει την έννοια του εικονικού σωματιδίου.

5.10. Στοιχειώδεις αλληλεπιδράσεις*. Οι στοιχειώδεις πράξεις εκπομπής και απορρόφησης εικονικών σωματιδίων (κορυφές) χαρακτηρίζονται από τέτοιες σταθερές αλληλεπίδρασης όπως το ηλεκτρικό φορτίο e στην περίπτωση ενός φωτονίου, ασθενή φορτία e/sin θ Wστην περίπτωση του μποζονίου W και e/sin θ W cos θ Wστην περίπτωση του μποζονίου Ζ (όπου θW- Γωνία Weinberg), χρωματική φόρτιση σολστην περίπτωση των γλουονίων, και την ποσότητα √Gστην περίπτωση ενός γκραβιτόν, όπου σολείναι η σταθερά του Νεύτωνα. (Βλ. κεφ. 6–10.) Η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση συζητείται παρακάτω στο κεφ. 7. Αδύναμη αλληλεπίδραση - στο Κεφ. 8. Δυνατός - στο Ch. 9.

Και θα ξεκινήσουμε στο επόμενο κεφάλαιο. 6 με βαρυτική αλληλεπίδραση.

6. Βαρυτική αλληλεπίδραση

6.1. Gravitons.Θα ξεκινήσω με σωματίδια που δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμα και πιθανότατα δεν θα ανακαλυφθούν στο άμεσο μέλλον. Αυτά είναι σωματίδια του βαρυτικού πεδίου - γκραβιτόνια. Όχι μόνο δεν έχουν ανακαλυφθεί ακόμη τα γκραβιτόνια, αλλά και βαρυτικά κύματα(και αυτό είναι ενώ τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαπερνούν κυριολεκτικά τη ζωή μας). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε χαμηλές ενέργειες η βαρυτική αλληλεπίδραση είναι πολύ ασθενής. Όπως θα δούμε, η θεωρία των βαρυτονίων καθιστά δυνατή την κατανόηση όλων των γνωστών ιδιοτήτων της βαρυτικής αλληλεπίδρασης.

6.2. Ανταλλαγή γκραβιτονίων.Στη γλώσσα των διαγραμμάτων Feynman, η βαρυτική αλληλεπίδραση δύο σωμάτων πραγματοποιείται με την ανταλλαγή εικονικών βαρυτονίων μεταξύ των στοιχειωδών σωματιδίων που αποτελούν αυτά τα σώματα. Στο σχ. 3 graviton εκπέμπεται από ένα σωματίδιο με 4 ορμή p 1 και απορροφάται από ένα άλλο σωματίδιο με 4 ορμή p 2 . Λόγω της διατήρησης της 4-ορμής, q=p 1 − p′ 1 =p′ 2 −p 2 , όπου q είναι η 4-ορμή του βαρυτονίου.

Η κατανομή ενός εικονικού βαρυτονίου (αυτό, όπως και κάθε εικονικό σωματίδιο, αντιστοιχεί σε έναν πολλαπλασιαστή) φαίνεται στο σχήμα με ένα ελατήριο.

6.3. Άτομο υδρογόνου στο βαρυτικό πεδίο της Γης.Στο σχ. Το σχήμα 4 δείχνει το άθροισμα των διαγραμμάτων στα οποία ένα άτομο υδρογόνου με 4 ορμή p 1 ανταλλάσσει γκραβιτόνια με όλα τα άτομα της Γης με συνολική ορμή 4 p 2 . Και σε αυτή την περίπτωση q = p 1 − p′ 1 = p′ 2 − p 2 , όπου q είναι η συνολική 4-ορμή των εικονικών βαρυτονίων.

6.4. Στη μάζα ενός ατόμου.Στο μέλλον, όταν εξετάζουμε τη βαρυτική αλληλεπίδραση, θα παραμελούμε τη μάζα ενός ηλεκτρονίου σε σύγκριση με τη μάζα ενός πρωτονίου, καθώς και τη διαφορά στις μάζες ενός πρωτονίου και ενός νετρονίου και την ενέργεια δέσμευσης των νουκλεονίων στους ατομικούς πυρήνες. Άρα η μάζα ενός ατόμου είναι περίπου το άθροισμα των μαζών των νουκλεονίων στον ατομικό πυρήνα.

6.5. Κέρδος*. Ο αριθμός των νουκλεονίων της Γης N E ≈ 3,6 10 51 είναι ίσος με το γινόμενο του αριθμού των νουκλεονίων σε ένα γραμμάριο γήινης ύλης, δηλαδή ο αριθμός Avogadro N A ≈ 6 10 23 , με τη μάζα της Γης σε γραμμάρια ≈ 6 10 27 . Επομένως, το διάγραμμα στο Σχ. 4 είναι το άθροισμα των 3,6·10 51 διαγραμμάτων του σχ. 3, η οποία χαρακτηρίζεται από την πάχυνση των γραμμών της Γης και τα εικονικά γκραβιτόνια στο Σχ. 4. Επιπλέον, το «ελατήριο graviton», σε αντίθεση με τον πολλαπλασιαστή του ενός graviton, είναι κατασκευασμένο στο σχ. 4 γκρι. Φαίνεται να περιέχει 3,6·10 51 γκραβιτόνια.

6.6. Το μήλο του Νεύτωνα στο βαρυτικό πεδίο της Γης.Στο σχ. 5, όλα τα άτομα του μήλου, που έχουν συνολική ορμή 4 p 1 , αλληλεπιδρούν με όλα τα άτομα της Γης, τα οποία έχουν συνολική 4 ορμή p 2 .

6.7. Αριθμός διαγραμμάτων*. Να σας υπενθυμίσω ότι ένα γραμμάριο συνηθισμένης ύλης περιέχει N A = 6·10 23 νουκλεόνια. Ο αριθμός των νουκλεονίων σε ένα μήλο 100 γραμμαρίων είναι N a = 100N A = 6 10 25 . Η μάζα της Γης είναι 6 10 27 g, και κατά συνέπεια, ο αριθμός των νουκλεονίων της Γης N E = 3,6 10 51 . Φυσικά, η πάχυνση των γραμμών στο Σχ. Το 5 δεν αντιστοιχεί σε καμία περίπτωση στον τεράστιο αριθμό νουκλεονίων μήλων N a , νουκλεονίων της Γης N E και σε έναν πολύ μεγαλύτερο, απλά φανταστικό αριθμό διαγραμμάτων Feynman N d = N a N E = 2,2·10 77 . Εξάλλου, κάθε νουκλεόνιο του μήλου αλληλεπιδρά με κάθε νουκλεόνιο της Γης. Για να τονίσουμε τον κολοσσιαίο αριθμό των διαγραμμάτων, το ελατήριο στο σχ. Το 5 γίνεται σκούρο.

Αν και η αλληλεπίδραση ενός βαρυτονίου με ένα μόνο στοιχειώδες σωματίδιο είναι πολύ μικρή, το άθροισμα των διαγραμμάτων για όλα τα νουκλεόνια της Γης δημιουργεί μια σημαντική έλξη που νιώθουμε. Η παγκόσμια βαρύτητα τραβά τη Σελήνη προς τη Γη, και τα δύο προς τον Ήλιο, όλα τα αστέρια του Γαλαξία μας και όλους τους γαλαξίες μεταξύ τους.

6.8. Το πλάτος Feynman και ο μετασχηματισμός Fourier του***.

Το διάγραμμα Feynman της βαρυτικής αλληλεπίδρασης δύο αργών σωμάτων με μάζες m 1 και m 2 αντιστοιχεί στο πλάτος Feynman

όπου σολ- Σταθερά του Νεύτωνα, α q- 3-ορμή που μεταφέρεται από εικονικά γκραβιτόνια. (Αξία 1/q2, όπου q- 4-ορμή, που ονομάζεται διαδωτής graviton. Στην περίπτωση των αργών σωμάτων, η ενέργεια πρακτικά δεν μεταφέρεται και επομένως q2 = −q 2 .)

Για να περάσει από το χώρο ορμής στον χώρο διαμόρφωσης (συντεταγμένων), πρέπει να ληφθεί ο μετασχηματισμός Fourier του πλάτους A( q)

Τιμή Α( r) δίνει τη δυναμική ενέργεια της βαρυτικής αλληλεπίδρασης μη σχετικιστικών σωματιδίων και καθορίζει την κίνηση ενός σχετικιστικού σωματιδίου σε ένα στατικό βαρυτικό πεδίο.

6.9. Οι δυνατότητες του Νεύτωνα*. Η δυναμική ενέργεια δύο σωμάτων με μάζες m 1 και m 2 είναι

όπου σολ- Σταθερά του Νεύτωνα, α r- απόσταση μεταξύ των σωμάτων.

Αυτή η ενέργεια περιέχεται στο «ελατήριο» των εικονικών γκραβιτονίων στο Σχ. 5. Αλληλεπίδραση της οποίας το δυναμικό μειώνεται ως 1/ r, ονομάζεται μεγάλης εμβέλειας. Χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό Fourier, μπορεί κανείς να δει ότι η βαρύτητα είναι μεγάλης εμβέλειας, επειδή το βαρυτόνιο είναι χωρίς μάζα.

6.10. Δυναμικό δυναμικού τύπου Yukawa**. Πράγματι, αν το graviton είχε μη μηδενική μάζα Μ, τότε το πλάτος Feynman για την ανταλλαγή τους θα είχε τη μορφή

και θα αντιστοιχούσε σε ένα δυναμικό όπως το δυναμικό Yukawa με ακτίνα δράσης r ≈ 1/Μ:

6.11. Περί δυνητικής ενέργειας**. Στη μη σχετικιστική μηχανική του Νεύτωνα, η κινητική ενέργεια ενός σωματιδίου εξαρτάται από την ταχύτητά του (ορμή), ενώ η δυναμική ενέργεια εξαρτάται μόνο από τις συντεταγμένες του, δηλ. από τη θέση του στο χώρο. Στη σχετικιστική μηχανική, μια τέτοια απαίτηση δεν μπορεί να διατηρηθεί, αφού η ίδια η αλληλεπίδραση των σωματιδίων εξαρτάται συχνά από τις ταχύτητες (ορμές) τους και, κατά συνέπεια, από την κινητική ενέργεια. Ωστόσο, για τα συνηθισμένα, μάλλον ασθενή βαρυτικά πεδία, η μεταβολή της κινητικής ενέργειας του σωματιδίου είναι μικρή σε σύγκριση με τη συνολική ενέργειά του, και επομένως αυτή η αλλαγή μπορεί να παραμεληθεί. Η συνολική ενέργεια ενός μη σχετικιστικού σωματιδίου σε ένα ασθενές βαρυτικό πεδίο μπορεί να γραφτεί ως ε = μισυγγενής + μι 0 + U.

6.12. Καθολικότητα της βαρύτητας.Σε αντίθεση με όλες τις άλλες αλληλεπιδράσεις, η βαρύτητα έχει μια αξιοσημείωτη ιδιότητα καθολικότητας. Η αλληλεπίδραση ενός graviton με οποιοδήποτε σωματίδιο δεν εξαρτάται από τις ιδιότητες αυτού του σωματιδίου, αλλά εξαρτάται μόνο από την ποσότητα ενέργειας που διαθέτει το σωματίδιο. Εάν αυτό το σωματίδιο είναι αργό, τότε η ενέργεια ηρεμίας του μι 0 = mc 2, που περιέχεται στη μάζα του, υπερβαίνει κατά πολύ την κινητική του ενέργεια. Και επομένως η βαρυτική του αλληλεπίδραση είναι ανάλογη με τη μάζα του. Αλλά για ένα αρκετά γρήγορο σωματίδιο, η κινητική του ενέργεια είναι πολύ μεγαλύτερη από τη μάζα του. Σε αυτή την περίπτωση, η βαρυτική του αλληλεπίδραση πρακτικά δεν εξαρτάται από τη μάζα και είναι ανάλογη της κινητικής του ενέργειας.

6.13. Το σπιν Graviton και η καθολικότητα της βαρύτητας**. Πιο συγκεκριμένα, η εκπομπή ενός βαρυτονίου είναι ανάλογη όχι με την απλή ενέργεια, αλλά με τον τανυστή ενέργειας-ορμής του σωματιδίου. Και αυτό, με τη σειρά του, οφείλεται στο γεγονός ότι το σπιν του γκραβιτόν είναι ίσο με δύο. Έστω η 4-ορμή του σωματιδίου πριν από την εκπομπή του βαρυτονίου Π 1, και μετά την εκπομπή Π 2. Τότε η ορμή του βαρυτονίου είναι q = Π 1 − Π 2. Αν εισάγουμε τη σημειογραφία Π = Π 1 + Π 2, τότε η κορυφή εκπομπής βαρυτονίου θα μοιάζει

όπου h αβ είναι η συνάρτηση κύματος βαρυτονίου.

6.14. Αλληλεπίδραση βαρυτονίου με φωτόνιο**. Αυτό φαίνεται ιδιαίτερα καθαρά στο παράδειγμα ενός φωτονίου, του οποίου η μάζα είναι ίση με μηδέν. Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι όταν ένα φωτόνιο πετάει από τον κάτω όροφο ενός κτιρίου στον επάνω όροφο, η ορμή του μειώνεται υπό την επίδραση της βαρύτητας της Γης. Έχει επίσης αποδειχθεί ότι μια δέσμη φωτός από ένα μακρινό αστέρι εκτρέπεται από τη βαρυτική έλξη του Ήλιου.

6.15. Αλληλεπίδραση φωτονίου με τη Γη**. Στο σχ. Το σχήμα 6 δείχνει την ανταλλαγή βαρβιτονίων μεταξύ της Γης και ενός φωτονίου. Αυτό το σχήμα αντιπροσωπεύει υπό όρους το άθροισμα των αριθμών των ανταλλαγών βαρυτονίου ενός φωτονίου με όλα τα νουκλεόνια της Γης. Σε αυτήν, η κορυφή της γης λαμβάνεται από το νουκλεόνιο ένα πολλαπλασιάζοντας με τον αριθμό των νουκλεονίων στη Γη N E με την αντίστοιχη αντικατάσταση της 4-ορμής του νουκλεονίου από την 4-ορμή της Γης (βλ. Εικ. 3).

6.16. Αλληλεπίδραση γκραβιτόνιου με γκραβιτόνιο***. Δεδομένου ότι τα γκραβιτόνια μεταφέρουν ενέργεια, τα ίδια πρέπει να εκπέμπουν και να απορροφούν γκραβιτόνια. Δεν έχουμε δει μεμονωμένα πραγματικά γκραβιτόνια και δεν θα τα δούμε ποτέ. Ωστόσο, η αλληλεπίδραση μεταξύ εικονικών γκραβιτονίων οδηγεί στα παρατηρούμενα φαινόμενα Με την πρώτη ματιά, η συμβολή τριών εικονικών γκραβιτονίων στη βαρυτική αλληλεπίδραση δύο νουκλεονίων είναι πολύ μικρή για να ανιχνευθεί (βλ. Εικ. 7).

6.17. Η κοσμική μετάπτωση του Ερμή**. Ωστόσο, αυτή η συμβολή εκδηλώνεται στη μετάπτωση του περιηλίου της τροχιάς του Ερμή. Η κοσμική μετάπτωση του Ερμή περιγράφεται από το άθροισμα των διαγραμμάτων βαρυτονίου ενός βρόχου της έλξης του Ερμή προς τον Ήλιο (Εικ. 8).

6.18. Κέρδος για τον Ερμή**. Η αναλογία των μαζών του Ερμή και της Γης είναι 0,055. Άρα ο αριθμός των νουκλεονίων στον Ερμή NM = 0,055 Ν Ε= 2 10 50 . μάζα του ήλιου ΚΥΡΙΑ= 2 10 33 γρ. Άρα ο αριθμός των νουκλεονίων στον Ήλιο N S = N A M S= 1,2 10 57 . Και ο αριθμός των διαγραμμάτων που περιγράφουν τη βαρυτική αλληλεπίδραση των νουκλεονίων του Ερμή και του Ήλιου, NdM= 2,4 10 107 .

Αν η δυνητική ενέργεια έλξης του Ερμή προς τον Ήλιο είναι U = GM S M M/r, στη συνέχεια, αφού ληφθεί υπόψη η συζητηθείσα διόρθωση για την αλληλεπίδραση των εικονικών βαρυτονίων μεταξύ τους, πολλαπλασιάζεται με τον συντελεστή 1 − 3 GM S/r. Βλέπουμε ότι η διόρθωση δυναμικής ενέργειας είναι −3 G 2 M S 2 M M /r 2.

6.19. Τροχιά του Ερμή**. Ακτίνα τροχιάς του Ερμή ένα= 58 10 6 χλμ. Η περίοδος τροχιάς είναι 88 γήινες ημέρες. Τροχιακή εκκεντρικότητα μι= 0,21. Λόγω της υπό συζήτηση διόρθωσης, σε μία περιστροφή, ο ημι-κύριος άξονας της τροχιάς περιστρέφεται κατά γωνία 6π GM S/ένα(1 − μι 2), δηλαδή περίπου το ένα δέκατο του δευτερολέπτου του τόξου και περιστρέφεται κατά 43 "" σε 100 γήινα χρόνια.

6.20. Βαρυτική μετατόπιση αρνιού**. Όποιος έχει σπουδάσει κβαντική ηλεκτροδυναμική θα δει αμέσως ότι το διάγραμμα στο Σχ. 7 είναι παρόμοιο με ένα τριγωνικό διάγραμμα που περιγράφει τη μετατόπιση συχνότητας (ενέργειας) του επιπέδου 2 μικρό 1/2 σε σχέση με το επίπεδο 2 Π 1/2 στο άτομο υδρογόνου (όπου το τρίγωνο αποτελείται από ένα φωτόνιο και δύο γραμμές ηλεκτρονίων). Αυτή η μετατόπιση μετρήθηκε το 1947 από τους Lamb και Riserford και βρέθηκε ότι ήταν 1060 MHz (1,06 GHz).

Αυτή η μέτρηση ξεκίνησε αλυσιδωτή αντίδρασηθεωρητική και πειραματική εργασία που οδήγησε στη δημιουργία της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής και των διαγραμμάτων Feynman. Η συχνότητα μετάπτωσης του Ερμή είναι 25 τάξεις μεγέθους μικρότερη.

6.21. Κλασικό ή κβαντικό αποτέλεσμα;**. Είναι γνωστό ότι η μετατόπιση του αρνιού της ενέργειας του επιπέδου είναι ένα καθαρά κβαντικό φαινόμενο, ενώ η μετάπτωση του Ερμή είναι ένα καθαρά κλασικό φαινόμενο. Πώς μπορούν να περιγραφούν με παρόμοια διαγράμματα Feynman;

Για να απαντήσουμε σε αυτή την ερώτηση, πρέπει να θυμηθούμε τη σχέση μι = ħω και λάβετε υπόψη ότι ο μετασχηματισμός Fourier κατά τη μετάβαση από την ορμή στο χώρο διαμόρφωσης σε Sec. 6.8 περιέχει e Εγώqr / ħ . Επιπλέον, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι στο ηλεκτρομαγνητικό τρίγωνο μετατόπισης Lamb υπάρχει μόνο μία γραμμή ενός σωματιδίου χωρίς μάζα (φωτόνιο) και οι άλλες δύο είναι διαδοτές ηλεκτρονίων. Επομένως, οι χαρακτηριστικές αποστάσεις σε αυτό καθορίζονται από τη μάζα του ηλεκτρονίου (το μήκος κύματος Compton του ηλεκτρονίου). Και στο τρίγωνο μετάπτωσης του Ερμή υπάρχουν δύο διαδοτές ενός σωματιδίου χωρίς μάζα (γκραβιτών). Αυτή η περίσταση, λόγω της κορυφής των τριών βαρυτονίων, οδηγεί στο γεγονός ότι το βαρυτικό τρίγωνο συνεισφέρει σε ασύγκριτα μεγαλύτερες αποστάσεις από το ηλεκτρομαγνητικό. Αυτή η σύγκριση δείχνει τη δύναμη της κβαντικής θεωρίας πεδίου στη μέθοδο των διαγραμμάτων Feynman, τα οποία καθιστούν εύκολη την κατανόηση και τον υπολογισμό ενός ευρέος φάσματος φαινομένων, τόσο κβαντικών όσο και κλασικών.

7. Ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση

7.1. ηλεκτρική αλληλεπίδραση.Η ηλεκτρική αλληλεπίδραση των σωματιδίων πραγματοποιείται με την ανταλλαγή εικονικών φωτονίων, όπως στο Σχ. 19.

Τα φωτόνια, όπως και τα γκραβιτόνια, είναι επίσης σωματίδια χωρίς μάζα. Έτσι, η ηλεκτρική αλληλεπίδραση είναι επίσης μεγάλης εμβέλειας:

Γιατί δεν είναι τόσο παγκόσμιο όσο η βαρύτητα;

7.2. θετικά και αρνητικά φορτία.Πρώτον, γιατί υπάρχουν ηλεκτρικά φορτία δύο ζωδίων. Και δεύτερον, γιατί υπάρχουν ουδέτερα σωματίδια που δεν έχουν καθόλου ηλεκτρικό φορτίο (νετρόνιο, νετρίνο, φωτόνιο...). Σωματίδια με φορτία αντίθετων σημάτων, όπως ένα ηλεκτρόνιο και ένα πρωτόνιο, έλκονται μεταξύ τους. Τα σωματίδια με το ίδιο φορτίο απωθούν το ένα το άλλο. Ως αποτέλεσμα, τα άτομα και τα σώματα που αποτελούνται από αυτά είναι βασικά ηλεκτρικά ουδέτερα.

7.3. ουδέτερα σωματίδια.Το νετρόνιο περιέχει u-κουάρκ με φορτίο +2 μι/3 και δύο ρε-κουάρκ με φορτίο − μι/3. Άρα το συνολικό φορτίο του νετρονίου είναι μηδέν. (Θυμηθείτε ότι ένα πρωτόνιο περιέχει δύο u-κουάρκ και ένα ρε-κουάρκ.) Πραγματικά στοιχειώδη σωματίδια που δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο είναι ένα φωτόνιο, ένα γκραβιτόνιο, ένα νετρίνο, Ζ-μποζόνιο και μποζόνιο Higgs.

7.4. Δυνατότητα Κουλόμπ.Δυνητική ενέργεια έλξης ενός ηλεκτρονίου και ενός πρωτονίου που βρίσκονται σε απόσταση rτο ένα από το άλλο, είναι

7.5. Μαγνητική αλληλεπίδραση.Η μαγνητική αλληλεπίδραση δεν είναι τόσο μεγάλης εμβέλειας όσο η ηλεκτρική. Πέφτει σαν 1/ r 3 . Δεν εξαρτάται μόνο από την απόσταση μεταξύ των δύο μαγνητών, αλλά και από τον αμοιβαίο προσανατολισμό τους. Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα είναι η αλληλεπίδραση μιας βελόνας πυξίδας με το πεδίο του μαγνητικού διπόλου της Γης. Δυνητική ενέργεια αλληλεπίδρασης δύο μαγνητικών διπόλων μ 1 και μ 2 ίσον

όπου n = r/r.

7.6. Ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση.Το μεγαλύτερο επίτευγμα του 19ου αιώνα ήταν η ανακάλυψη ότι οι ηλεκτρικές και οι μαγνητικές δυνάμεις είναι δύο διαφορετικές εκδηλώσεις της ίδιας ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Το 1821, ο M. Faraday (1791–1867) μελέτησε την αλληλεπίδραση ενός μαγνήτη και ενός αγωγού με το ρεύμα. Μια δεκαετία αργότερα, καθιέρωσε τους νόμους της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής στην αλληλεπίδραση δύο αγωγών. Τα επόμενα χρόνια εισήγαγε την έννοια του electro μαγνητικό πεδίοκαι εξέφρασε την ιδέα της ηλεκτρομαγνητικής φύσης του φωτός. Στη δεκαετία του 1870, ο J. Maxwell (1831-1879) συνειδητοποίησε ότι η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση είναι υπεύθυνη για μια ευρεία κατηγορία οπτικών φαινομένων: την εκπομπή, τον μετασχηματισμό και την απορρόφηση του φωτός, και έγραψε εξισώσεις που περιγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Σύντομα ο G. Hertz (1857–1894) ανακάλυψε τα ραδιοκύματα και ο V. Roentgen (1845–1923) ανακάλυψε τις ακτίνες Χ. Ολόκληρος ο πολιτισμός μας βασίζεται σε εκδηλώσεις ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων.

7.7. Ενοποίηση της θεωρίας της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής.Το πιο σημαντικό στάδιο στην ανάπτυξη της φυσικής ήταν το 1928, όταν εμφανίστηκε ένα άρθρο του P. Dirac (1902–1984), στο οποίο πρότεινε μια κβαντική και σχετικιστική εξίσωση για το ηλεκτρόνιο. Αυτή η εξίσωση περιείχε τη μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου και έδειξε την ύπαρξη ενός αντισωματιδίου του ηλεκτρονίου - του ποζιτρονίου, που ανακαλύφθηκε λίγα χρόνια αργότερα. Μετά από αυτό, η κβαντική μηχανική και η θεωρία της σχετικότητας συγχωνεύτηκαν στην κβαντική θεωρία πεδίου.

Το γεγονός ότι οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις προκαλούνται από την εκπομπή και την απορρόφηση εικονικών φωτονίων έγινε απολύτως σαφές μόλις στα μέσα του 20ου αιώνα με την εμφάνιση των διαγραμμάτων Feynman, δηλαδή μετά τη σαφή διαμόρφωση της έννοιας ενός εικονικού σωματιδίου.

8. Αδύναμη αλληλεπίδραση

8.1. Πυρηνικές αλληλεπιδράσεις.Στις αρχές του 20ου αιώνα ανακαλύφθηκε το άτομο και ο πυρήνας του και α -, β - και γ ακτίνες που εκπέμπονται από ραδιενεργούς πυρήνες. Οπως αποδειχτηκε, γ Οι ακτίνες είναι φωτόνια πολύ υψηλής ενέργειας. β Οι ακτίνες είναι ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας α οι ακτίνες είναι πυρήνες ηλίου. Αυτό οδήγησε στην ανακάλυψη δύο νέων τύπων αλληλεπιδράσεων - ισχυρών και αδύναμων. Σε αντίθεση με τις βαρυτικές και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις, οι ισχυρές και οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις είναι μικρής εμβέλειας.

Αργότερα διαπιστώθηκε ότι ευθύνονται για τη μετατροπή του υδρογόνου σε ήλιο στον Ήλιο μας και σε άλλα αστέρια.

8.2. Φορτισμένα ρεύματα*. Η ασθενής δύναμη είναι υπεύθυνη για τη μετατροπή ενός νετρονίου σε πρωτόνιο με την εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός ηλεκτρονίου αντινετρίνο. Μια μεγάλη κατηγορία ασθενών διαδικασιών αλληλεπίδρασης βασίζεται στον μετασχηματισμό κουάρκ ενός τύπου σε κουάρκ άλλου τύπου με την εκπομπή (ή την απορρόφηση) εικονικών W-μποζόνια: u, ντο, t ↔ ρε, μικρό, σι. Ομοίως για εκπομπή και απορρόφηση W-μποζόνια, υπάρχουν μεταβάσεις μεταξύ φορτισμένων λεπτονίων και των αντίστοιχων νετρίνων:

μι ↔ ν ε , μ ↔ ν μ , τ ↔ ν τ . Μεταβάσεις του τύπου dˉu ↔ Wκαι eˉν e ↔ W. Σε όλες αυτές τις μεταβάσεις που αφορούν W-τα μποζόνια εμπλέκουν τα λεγόμενα φορτισμένα ρεύματα, αλλάζοντας τα φορτία των λεπτονίων και των κουάρκ κατά μονάδα. Η ασθενής αλληλεπίδραση των φορτισμένων ρευμάτων είναι μικρής εμβέλειας, περιγράφεται από το δυναμικό Yukawa e -mWr /r, ώστε η ενεργός ακτίνα του να είναι r ≈ 1/mW.

8.3. Ουδέτερα ρεύματα*. Στη δεκαετία του 1970, ανακαλύφθηκαν διαδικασίες ασθενούς αλληλεπίδρασης μεταξύ νετρίνων, ηλεκτρονίων και νουκλεονίων, λόγω των λεγόμενων ουδέτερων ρευμάτων. Στη δεκαετία του 1980, διαπιστώθηκε πειραματικά ότι οι αλληλεπιδράσεις των φορτισμένων ρευμάτων συμβαίνουν μέσω της ανταλλαγής W-μποζόνια, και η αλληλεπίδραση ουδέτερων ρευμάτων - με ανταλλαγή Ζ-μποζόνια.

8.4. Παράβαση Π- και CP-ισοτιμία*. Στο δεύτερο μισό της δεκαετίας του 1950, ανακαλύφθηκε η παραβίαση της ισοτιμίας Πκαι ισοτιμία χρέωσης ντοσε αδύναμες αλληλεπιδράσεις. Το 1964, ανακαλύφθηκαν ασθενείς φθορές που παραβιάζουν τη διατήρηση CP- συμμετρίες. Προς το παρόν, ο μηχανισμός της παραβίασης CP-οι συμμετρίες μελετώνται στις διασπάσεις των μεσονίων που περιέχουν σι-κουάρκ.

8.5. Οι ταλαντώσεις νετρίνων*. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, η προσοχή των φυσικών έχει τραβήξει τις μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν σε υπόγειους ανιχνευτές κιλοτονίων στην Kamioka (Ιαπωνία) και στο Sudbury (Καναδάς). Αυτές οι μετρήσεις έδειξαν ότι μεταξύ των τριών ειδών νετρίνων ν e , ν μ , ν ταμοιβαίες μεταβάσεις (ταλαντώσεις) συμβαίνουν στο κενό. Η φύση αυτών των ταλαντώσεων διευκρινίζεται.

8.6. ηλεκτροαδύναμη αλληλεπίδραση.Στη δεκαετία του 1960, διατυπώθηκε μια θεωρία σύμφωνα με την οποία οι ηλεκτρομαγνητικές και οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις είναι διαφορετικές εκδηλώσεις μιας μεμονωμένης ηλεκτροασθενούς αλληλεπίδρασης. Αν υπήρχε αυστηρή ηλεκτροαδύναμη συμμετρία, τότε οι μάζες W- και Ζ-τα μποζόνια θα ήταν ίσα με μηδέν όπως η μάζα ενός φωτονίου.

8.7. Παραβίαση ηλεκτροασθενούς συμμετρίας.Στο πλαίσιο του Καθιερωμένου Μοντέλου, το μποζόνιο Higgs σπάει την ηλεκτροασθενή συμμετρία και εξηγεί γιατί το φωτόνιο είναι χωρίς μάζα και τα αδύναμα μποζόνια είναι μαζικά. Δίνει επίσης μάζες στα λεπτόνια, στα κουάρκ και στον εαυτό του.

8.8. Τι πρέπει να ξέρετε για το Higgs.Ένα από τα κύρια καθήκοντα του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων LHC είναι η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs (το οποίο απλά ονομάζεται Higgs και συμβολίζεται ηή H) και τη μετέπειτα ίδρυση των ακινήτων της. Πρώτα απ 'όλα, η μέτρηση των αλληλεπιδράσεών του με W- και Ζ-μποζόνια, με φωτόνια, καθώς και τις αλληλεπιδράσεις του με τον εαυτό τους, δηλ. τη μελέτη των κορυφών που περιέχουν τρία και τέσσερα Higgs: h 3 και h 4 , και τις αλληλεπιδράσεις του με λεπτόνια και κουάρκ, ειδικά με το κορυφαίο κουάρκ. Μέσα στο Καθιερωμένο Μοντέλο, υπάρχουν σαφείς προβλέψεις για όλες αυτές τις αλληλεπιδράσεις. Τους πειραματική επαλήθευσηπαρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον από τη σκοπιά της αναζήτησης της «νέας φυσικής» πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο.

8.9. Κι αν δεν υπάρχει Χιγκς;Εάν, από την άλλη πλευρά, αποδειχθεί ότι το Higgs δεν υπάρχει στο διάστημα μάζας της τάξης πολλών εκατοντάδων GeV, τότε αυτό θα σημαίνει ότι σε ενέργειες πάνω από το TeV υπάρχει μια νέα, απολύτως ανεξερεύνητη περιοχή όπου οι αλληλεπιδράσεις W- και Ζ-Τα μποζόνια γίνονται μη διαταραγμένα ισχυρά, δηλ. δεν μπορούν να περιγραφούν από τη θεωρία των διαταραχών. Η έρευνα σε αυτόν τον τομέα θα φέρει πολλές εκπλήξεις.

8.10. Επιταχυντές Lepton του μέλλοντος.Για να πραγματοποιηθεί ολόκληρο αυτό το ερευνητικό πρόγραμμα, εκτός από τον LHC, μπορεί να χρειαστεί να κατασκευαστούν επιταχυντές λεπτονίων:

ILC (International Linear Collider) με ενέργεια σύγκρουσης 0,5 TeV,

ή CLIC (Compact Linear Collider) με ενέργεια σύγκρουσης 1 TeV,

ή MC (Muon Collider) με ενέργεια σύγκρουσης 3 TeV.

8.11. Γραμμικοί επιταχυντές ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων. ILC - International Linear Collider, στον οποίο τα ηλεκτρόνια συγκρούονται με τα ποζιτρόνια, καθώς και τα φωτόνια με τα φωτόνια. Η απόφαση για την κατασκευή του μπορεί να ληφθεί μόνο αφού γίνει σαφές αν υπάρχει το Higgs και ποια είναι η μάζα του. Ένα από τα προτεινόμενα εργοτάξια κατασκευής ILC βρίσκεται στην περιοχή της Dubna. CLIC - Συμπαγής γραμμικός επιταχυντής ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων. Το έργο αναπτύσσεται στο CERN.

8.12. Επιταχυντής Muon. MS - Ο επιταχυντής Muon επινοήθηκε για πρώτη φορά από τον G. I. Budker (1918–1977). Το 1999 πραγματοποιήθηκε στο Σαν Φρανσίσκο το πέμπτο διεθνές συνέδριο «Φυσικό δυναμικό και ανάπτυξη επιταχυντών μιονίων και εργοστασίων νετρίνων». Επί του παρόντος, το έργο MS αναπτύσσεται στο Εθνικό Εργαστήριο Fermi και μπορεί να εφαρμοστεί σε 20 χρόνια.

9. Ισχυρή αλληλεπίδραση

9.1. Γλουόνια και κουάρκ.Η ισχυρή δύναμη κρατά τα νουκλεόνια (πρωτόνια και νετρόνια) μέσα στον πυρήνα. Βασίζεται στην αλληλεπίδραση γκλουονίων με κουάρκ και στην αλληλεπίδραση γκλουονίων με γκλουόνια. Είναι η αυτενέργεια των γκλουονίων που οδηγεί στο γεγονός ότι, παρά το γεγονός ότι η μάζα του γλουονίου είναι μηδέν, όπως οι μάζες του φωτονίου και του βαρυτονίου είναι ίσες με μηδέν, η ανταλλαγή των γκλουονίων δεν οδηγεί σε γλουόνιο αλληλεπίδραση μεγάλης εμβέλειας, παρόμοια με αυτή των φωτονίων και των βαρυτονίων. Επιπλέον, οδηγεί στην απουσία ελεύθερων γκλουονίων και κουάρκ. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το άθροισμα των ανταλλαγών ενός γκλουονίου αντικαθίσταται από έναν σωλήνα ή νήμα γλουονίου. Η αλληλεπίδραση των νουκλεονίων στον πυρήνα είναι παρόμοια με τις δυνάμεις van der Waals μεταξύ ουδέτερων ατόμων.

9.2. Εγκλωβισμός και ασυμπτωτική ελευθερία.Το φαινόμενο του εγκλεισμού γκλουονίων και κουάρκ από αδρόνια ονομάζεται εγκλεισμός. Η άλλη πλευρά της δυναμικής που οδηγεί στον περιορισμό είναι ότι σε πολύ μικρές αποστάσεις βαθιά μέσα στα αδρόνια, η αλληλεπίδραση μεταξύ γκλουονίων και κουάρκ σταδιακά πέφτει. Τα κουάρκ φαίνεται να γίνονται ελεύθερα σε μικρές αποστάσεις. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται όρος ασυμπτωτική ελευθερία.

9.3. Κουάρκ χρώματα.Το φαινόμενο του εγκλεισμού είναι συνέπεια του γεγονότος ότι καθένα από τα έξι κουάρκ υπάρχει, λες, με τη μορφή τριών «έγχρωμων» ποικιλιών. Τα κουάρκ συνήθως «χρωματίζονται» σε κίτρινα, μπλε και κόκκινα χρώματα. Τα αντικουάρκ είναι βαμμένα σε επιπλέον χρώματα: μωβ, πορτοκαλί, πράσινο. Όλα αυτά τα χρώματα υποδηλώνουν τα περίεργα φορτία των κουάρκ - "πολυδιάστατα ανάλογα" του ηλεκτρικού φορτίου που είναι υπεύθυνα για ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Φυσικά, δεν υπάρχει καμία σχέση, εκτός από τη μεταφορική, μεταξύ των χρωμάτων των κουάρκ και των συνηθισμένων οπτικών χρωμάτων.

9.4. Χρώματα Gluon.Η οικογένεια των έγχρωμων γλουονίων είναι ακόμη πιο πολυάριθμη: υπάρχουν οκτώ από αυτά, εκ των οποίων τα δύο είναι ίδια με τα αντισωματίδια τους και τα υπόλοιπα έξι δεν είναι. Οι αλληλεπιδράσεις των χρωματικών φορτίων περιγράφονται από την κβαντική χρωμοδυναμική και καθορίζουν τις ιδιότητες του πρωτονίου, του νετρονίου, όλων των ατομικών πυρήνων και τις ιδιότητες όλων των αδρονίων. Το γεγονός ότι τα γκλουόνια φέρουν χρωματικά φορτία οδηγεί στο φαινόμενο του εγκλεισμού γκλουονίου-κουάρκ, που σημαίνει ότι τα έγχρωμα γκλουόνια και τα κουάρκ δεν μπορούν να ξεφύγουν από τα αδρόνια. Οι πυρηνικές δυνάμεις μεταξύ άχρωμων (λευκών) αδρονίων είναι αμυδρές απόηχοι των ισχυρών χρωματικών αλληλεπιδράσεων εντός των αδρονίων. Αυτό είναι παρόμοιο με τη μικρότητα των μοριακών δεσμών σε σύγκριση με τους ενδοατομικούς.

9.5. Μάζες αδρονίων.Οι μάζες των αδρονίων γενικά και των νουκλεονίων ειδικότερα οφείλονται στην αυτενέργεια του γκλουονίου. Έτσι, η μάζα όλης της ορατής ύλης, που αποτελεί το 4-5% της ενέργειας του Σύμπαντος, οφείλεται ακριβώς στην αυτενέργεια των γλουονίων.

10. Τυπικό μοντέλο και όχι μόνο

10.1. 18 σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου.Όλα τα γνωστά θεμελιώδη σωματίδια εμπίπτουν φυσικά σε τρεις ομάδες:

6 λεπτόνια(περιστροφή 1/2):
3 νετρίνα: ν ε , ν μ , ν τ ;
3 φορτισμένα λεπτόνια: μι, μ , τ ;
6 κουάρκ(περιστροφή 1/2):
u,ντο, t,
ρε, μικρό, σι;
6 μποζόνια:
g̃ - graviton (περιστροφή 2),
γ , W, Ζ, σολ- γκλουόνια (σπιν 1),
η- Χιγκς (περιστροφή 0).

10.2. Πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο.Το 96% της ενέργειας του Σύμπαντος βρίσκεται εκτός του Καθιερωμένου Μοντέλου και περιμένει να ανακαλυφθεί και να μελετηθεί. Υπάρχουν πολλές βασικές υποθέσεις σχετικά με το πώς μπορεί να μοιάζει νέα φυσική(βλέπε παραγράφους 10.3–10.6 παρακάτω).

10.3. Μεγάλη ένωση.Ένας τεράστιος αριθμός εργασιών, ως επί το πλείστον θεωρητικές, έχει αφιερωθεί στην ενοποίηση των ισχυρών και ηλεκτροαδύναμων αλληλεπιδράσεων. Οι περισσότεροι από αυτούς υποθέτουν ότι συμβαίνει σε ενέργειες της τάξης των 10 16 GeV. Μια τέτοια ένωση θα πρέπει να οδηγήσει στη διάσπαση του πρωτονίου.

10.4. υπερσυμμετρικά σωματίδια.Σύμφωνα με την ιδέα της υπερσυμμετρίας, που γεννήθηκε για πρώτη φορά στο FIAN, κάθε σωματίδιο «μας» έχει έναν υπερσύντροφο του οποίου το σπιν διαφέρει κατά 1/2: 6 squarks και 6 sliptons με spin 0, higgsino, photino, wine και zino με spin 1/ 2, gravitino co spin 3/2. Οι μάζες αυτών των υπερσυνεταίρων πρέπει να είναι σημαντικά μεγαλύτερες από αυτές των σωματιδίων μας. Διαφορετικά, θα είχαν ανοίξει προ πολλού. Μερικοί από τους υπερσυνεργάτες μπορεί να ανακαλυφθούν όταν ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων τεθεί σε λειτουργία.

10.5. Υπερχορδές.Η υπόθεση της υπερσυμμετρίας αναπτύσσεται με την υπόθεση της ύπαρξης υπερχορδών που ζουν σε πολύ μικρές αποστάσεις της τάξης των 10 −33 cm και αντίστοιχες ενέργειες 10 19 GeV. Πολλοί θεωρητικοί φυσικοί ελπίζουν ότι με βάση τις έννοιες των υπερχορδών θα είναι δυνατό να κατασκευαστεί μια ενοποιημένη θεωρία όλων των αλληλεπιδράσεων που δεν θα περιέχει ελεύθερες παραμέτρους.

10.6. σωματίδια καθρέφτη.Σύμφωνα με την ιδέα της κατοπτρικής ύλης, η οποία γεννήθηκε για πρώτη φορά στο ITEP, κάθε σωματίδιο μας έχει ένα δίδυμο καθρέφτη και υπάρχει ένας καθρέφτης κόσμος που συνδέεται πολύ χαλαρά με τον κόσμο μας.

10.7. Σκοτεινή ύλη.Μόνο το 4-5% όλης της ενέργειας στο σύμπαν υπάρχει ως μάζα συνηθισμένης ύλης. Περίπου το 20% της ενέργειας του σύμπαντος περιέχεται στη λεγόμενη σκοτεινή ύλη, η οποία θεωρείται ότι αποτελείται από υπερσωματίδια, ή σωματίδια καθρέφτη, ή κάποια άλλα άγνωστα σωματίδια. Εάν τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης είναι πολύ βαρύτερα από τα συνηθισμένα σωματίδια και εάν, συγκρουόμενοι μεταξύ τους στο διάστημα, εκμηδενιστούν σε συνηθισμένα φωτόνια, τότε αυτά τα υψηλής ενέργειας φωτόνια μπορούν να καταγραφούν από ειδικούς ανιχνευτές στο διάστημα και στη Γη. Η αποσαφήνιση της φύσης της σκοτεινής ύλης είναι ένα από τα κύρια καθήκοντα της φυσικής.

10.8. Σκοτεινή ενέργεια.Όμως η συντριπτική πλειοψηφία της ενέργειας του Σύμπαντος (περίπου 75%) οφείλεται στη λεγόμενη σκοτεινή ενέργεια. «Χύνεται» μέσα από το κενό και απομακρύνει τα σμήνη των γαλαξιών. Η φύση του δεν είναι ακόμη ξεκάθαρη.

11. Στοιχειώδη σωματίδια στη Ρωσία και τον κόσμο

11.1. Διάταγμα του Προέδρου της Ρωσικής Ομοσπονδίας.Στις 30 Σεπτεμβρίου 2009, εκδόθηκε το διάταγμα του Προέδρου της Ρωσικής Ομοσπονδίας «Σχετικά με τα πρόσθετα μέτρα για την εφαρμογή του πιλοτικού έργου για την ίδρυση του Εθνικού Κέντρου Ερευνών «Ινστιτούτο Κουρτσάτοφ». Το διάταγμα προβλέπει τη συμμετοχή στο έργο των ακόλουθων οργανισμών: του Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής της Αγίας Πετρούπολης, του Ινστιτούτου Φυσικής Υψηλής Ενέργειας και του Ινστιτούτου Θεωρητικής και Πειραματικής Φυσικής. Το διάταγμα προβλέπει επίσης "συμπερίληψη του καθορισμένου ιδρύματος, ως του σημαντικότερου θεσμού της επιστήμης, στη δομή των τμημάτων των δαπανών του ομοσπονδιακού προϋπολογισμού ως κύριου διαχειριστή των κονδυλίων του προϋπολογισμού". Αυτό το Διάταγμα μπορεί να συμβάλει στην επιστροφή της στοιχειώδους σωματιδιακής φυσικής στον αριθμό των τομέων προτεραιότητας για την ανάπτυξη της επιστήμης στη χώρα μας.

11.2. Ακροάσεις στο Κογκρέσο των ΗΠΑ 1.Την 1η Οκτωβρίου 2009, πραγματοποιήθηκαν ακροάσεις στην Υποεπιτροπή για την Ενέργεια και το Περιβάλλον της Επιτροπής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Βουλής των Αντιπροσώπων των ΗΠΑ με θέμα «Έρευνα για τη φύση της ύλης, της ενέργειας, του χώρου και του χρόνου». Η πίστωση του Υπουργείου Ενέργειας για το 2009 για αυτό το πρόγραμμα είναι 795,7 εκατομμύρια δολάρια. Η καθηγήτρια του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, Λίζα Ράνταλ, περιέγραψε απόψεις για την ύλη, την ενέργεια και την προέλευση του σύμπαντος από την άποψη της μελλοντικής θεωρίας χορδών. Ο διευθυντής του Εθνικού Εργαστηρίου Fermi (Batavia) Pierre Oddone μίλησε για την κατάσταση της σωματιδιακής φυσικής στις ΗΠΑ, και συγκεκριμένα, για την επικείμενη ολοκλήρωση του Tevatron και την έναρξη των κοινών εργασιών του FNAL και του υπόγειου εργαστηρίου DUSEL για τη μελέτη του ιδιότητες των νετρίνων και σπάνιες διεργασίες. Τόνισε τη σημασία της συμμετοχής Αμερικανών φυσικών σε έργα φυσικής υψηλής ενέργειας στην Ευρώπη (LHC), την Ιαπωνία (JPARC), την Κίνα (PERC) και το διεθνές διαστημικό έργο (GLAST, που ονομάστηκε πρόσφατα από τον Fermi).

11.3. Ακροάσεις στο Κογκρέσο των ΗΠΑ 2.Ο διευθυντής του Εθνικού Εργαστηρίου Τζέφερσον Χιου Μοντγκόμερι μίλησε για τη συμβολή αυτού του Εργαστηρίου στην πυρηνική φυσική, στις τεχνολογίες επιταχυντών και στην εκπαιδευτικά προγράμματα. Ο Dennis Kovar, Διευθυντής του Τμήματος Φυσικής Υψηλής Ενέργειας του Τμήματος Ενέργειας, μίλησε για τους τρεις κύριους τομείς της φυσικής υψηλής ενέργειας:

1) μελέτες επιταχυντή στις μέγιστες ενέργειες,

2) μελέτες επιταχυντή στις μέγιστες εντάσεις,

3) επίγεια και δορυφορική εξερεύνηση του διαστήματος προκειμένου να αποσαφηνιστεί η φύση της σκοτεινής ύλης και της σκοτεινής ενέργειας,

και τρεις κύριες κατευθύνσεις στην πυρηνική φυσική:

1) μελέτη ισχυρών αλληλεπιδράσεων κουάρκ και γκλουονίων,

2) η μελέτη του πώς σχηματίστηκαν οι ατομικοί πυρήνες από πρωτόνια και νετρόνια,

3) μελέτη ασθενών αλληλεπιδράσεων που περιλαμβάνουν νετρίνα.

12. Περί θεμελιωδών επιστημών

12.1. Τι είναι η θεμελιώδης επιστήμη.Είναι σαφές από το παραπάνω κείμενο ότι εγώ, όπως οι περισσότεροι επιστημονικοί εργαζόμενοι, αποκαλώ θεμελιώδη επιστήμη εκείνο το τμήμα της επιστήμης που θεσπίζει τους πιο θεμελιώδεις νόμους της φύσης. Αυτοί οι νόμοι βρίσκονται στα θεμέλια της πυραμίδας της επιστήμης ή των επιμέρους ορόφων της. Καθορίζουν τη μακροπρόθεσμη ανάπτυξη του πολιτισμού. Υπάρχουν, ωστόσο, άνθρωποι που αποκαλούν θεμελιώδη επιστήμη εκείνα τα τμήματα της επιστήμης που έχουν τον μεγαλύτερο άμεσο αντίκτυπο σε στιγμιαία επιτεύγματα στην ανάπτυξη του πολιτισμού. Προσωπικά μου φαίνεται ότι αυτές οι ενότητες και οι κατευθύνσεις ονομάζονται καλύτερα εφαρμοσμένη επιστήμη.

12.2. Ρίζες και καρποί.Εάν η θεμελιώδης επιστήμη μπορεί να συγκριθεί με τις ρίζες ενός δέντρου, τότε η εφαρμοσμένη επιστήμη μπορεί να συγκριθεί με τους καρπούς του. Σημαντικές τεχνολογικές ανακαλύψεις όπως η δημιουργία κινητά τηλέφωναή επικοινωνία οπτικών ινών, αυτοί είναι οι καρποί της επιστήμης.

12.3. A. I. Herzen για την επιστήμη.Το 1845, ο Alexander Ivanovich Herzen (1812–1870) δημοσίευσε στο περιοδικό Otechestvennye Zapiski τα αξιόλογα Γράμματα για τη Μελέτη της Φύσης. Στο τέλος της πρώτης επιστολής, έγραψε: «Η επιστήμη φαίνεται δύσκολη, όχι επειδή είναι πραγματικά δύσκολη, αλλά γιατί διαφορετικά δεν θα φτάσετε στην απλότητά της, καθώς διαπερνάτε το σκοτάδι εκείνων των έτοιμων εννοιών που σας εμποδίζουν να δείτε κατευθείαν. Ας γνωρίζουν όσοι βγαίνουν μπροστά ότι ολόκληρο το οπλοστάσιο των σκουριασμένων και άχρηστων εργαλείων που κληρονομήσαμε από τον σχολαστικισμό είναι άχρηστο, ότι είναι απαραίτητο να θυσιαστούν οι απόψεις που διατυπώνονται εκτός της επιστήμης, ότι, χωρίς να απορρίπτονται όλα μισά ψέματα, με το οποίο, για λόγους σαφήνειας, ντύνονται μισές αλήθειεςδεν μπορεί κανείς να μπει στην επιστήμη, δεν μπορεί να φτάσει σε όλη την αλήθεια.

12.4. Για τη μείωση των σχολικών προγραμμάτων.Τα σύγχρονα προγράμματα φυσικής στο σχολείο μπορεί κάλλιστα να περιλαμβάνουν ενεργή γνώση στοιχείων της θεωρίας των στοιχειωδών σωματιδίων, της θεωρίας της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής, αν μειώσουμε εκείνα τα τμήματα σε αυτά που έχουν κυρίως περιγραφικό χαρακτήρα και αυξήσουμε τη «ευμάθεια» του παιδιού. αντί να κατανοήσει τον κόσμο γύρω και την ικανότητα να ζεις και να δημιουργείς.

12.5. Συμπέρασμα.Θα ήταν σωστό για το Προεδρείο της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών να σημειώσει τη σημασία της έγκαιρης εξοικείωσης των νέων με μια κοσμοθεωρία που βασίζεται στα επιτεύγματα της θεωρίας της σχετικότητας και της κβαντικής μηχανικής και να δώσει οδηγίες στις Επιτροπές του Προεδρείου της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών για τα σχολικά βιβλία (πρόεδρος - αντιπρόεδρος V.V. Kozlov) και για την εκπαίδευση (πρόεδρος - αντιπρόεδρος - Πρόεδρος V. A. Sadovnichiy) να προετοιμάσει προτάσεις για τη βελτίωση της διδασκαλίας της σύγχρονης θεμελιώδης φυσικής στη δευτεροβάθμια και ανώτερη εκπαίδευση.

Φύλλο απάτης με τύπους στη φυσική για τις εξετάσεις

και όχι μόνο (ίσως χρειάζονται 7, 8, 9, 10 και 11 τάξεις).

Για αρχή, μια εικόνα που μπορεί να εκτυπωθεί σε συμπαγή μορφή.

Μηχανική

1. Πίεση P=F/S
2. Πυκνότητα ρ=m/V
3. Πίεση στο βάθος του υγρού P=ρ∙g∙h
4. Βαρύτητα Ft=mg
5. 5. Αρχιμήδεια δύναμη Fa=ρ w ∙g∙Vt
6. Η εξίσωση κίνησης για ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κίνηση

X=X0 + υ 0∙t+(a∙t 2)/2 S=( υ 2 -υ 0 2) /2а S=( υ +υ 0) ∙t /2

1. Εξίσωση ταχύτητας για ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κίνηση υ =υ 0 +a∙t
2. Επιτάχυνση a=( υ -υ 0)/τ
3. Κυκλική ταχύτητα υ =2πR/T
4. Κεντρομόλος επιτάχυνση a= υ 2/R
5. Σχέση περιόδου και συχνότητας ν=1/T=ω/2π
6. Νόμος II του Νεύτωνα F=ma
7. Ο νόμος του Χουκ Fy=-kx
8. Νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας F=G∙M∙m/R 2
9. Το βάρος ενός σώματος που κινείται με επιτάχυνση a P \u003d m (g + a)
10. Το βάρος ενός σώματος που κινείται με επιτάχυνση a ↓ P \u003d m (g-a)
11. Δύναμη τριβής Ffr=μN
12. Ορμή σώματος p=m υ
13. Δυναμική ώθηση Ft=∆p
14. Ροπή M=F∙ℓ
15. Δυνητική ενέργεια ενός σώματος που υψώνεται πάνω από το έδαφος Ep=mgh
16. Δυνητική ενέργεια ελαστικά παραμορφωμένου σώματος Ep=kx 2 /2
17. Κινητική ενέργεια του σώματος Εκ=μ υ 2 /2
18. Εργασία A=F∙S∙cosα
19. Ισχύς N=A/t=F∙ υ
20. Αποδοτικότητα η=Ap/Az
21. Περίοδος ταλάντωσης του μαθηματικού εκκρεμούς T=2π√ℓ/g
22. Περίοδος ταλάντωσης εκκρεμούς ελατηρίου T=2 π √m/k
23. Η εξίσωση αρμονικές δονήσειςХ=Хmax∙cos ωt
24. Σχέση του μήκους κύματος, της ταχύτητάς του και της περιόδου λ= υ Τ

Μοριακή φυσική και θερμοδυναμική

1. Ποσότητα ουσίας ν=N/ Na
2. Μοριακή μάζα M=m/ν
3. Νυμφεύω. συγγενείς. ενέργεια μονατομικών μορίων αερίου Ek=3/2∙kT
4. Βασική εξίσωση ΜΚΤ P=nkT=1/3nm 0 υ 2
5. νόμος Gay-Lussac (ισοβαρική διεργασία) V/T =const
6. νόμος του Καρόλου (ισοχωρική διαδικασία) Π/Τ =συνστ
7. Σχετική υγρασία φ=P/P 0 ∙100%
8. Int. ιδανική ενέργεια. μονοατομικό αέριο U=3/2∙M/μ∙RT
9. Εργασία αερίου A=P∙ΔV
10. Νόμος του Boyle - Mariotte (ισόθερμη διεργασία) PV=const
11. Η ποσότητα θερμότητας κατά τη θέρμανση Q \u003d Cm (T 2 -T 1)
12. Η ποσότητα της θερμότητας κατά την τήξη Q=λm
13. Η ποσότητα θερμότητας κατά την εξάτμιση Q=Lm
14. Η ποσότητα θερμότητας κατά την καύση του καυσίμου Q=qm
15. Η εξίσωση κατάστασης για ένα ιδανικό αέριο είναι PV=m/M∙RT
16. Πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής ΔU=A+Q
17. Απόδοση θερμικών μηχανών η= (Q 1 - Q 2) / Q 1
18. Ιδανική αποτελεσματικότητα. κινητήρες (κύκλος Carnot) η \u003d (T 1 - T 2) / T 1

Ηλεκτροστατική και ηλεκτροδυναμική - τύποι στη φυσική

1. Ο νόμος του Κουλόμπ F=k∙q 1 ∙q 2 /R 2
2. Ένταση ηλεκτρικού πεδίου E=F/q
3. Ένταση email. πεδίο σημειακού φορτίου E=k∙q/R 2
4. Επιφανειακή πυκνότητα φορτίου σ = q/S
5. Ένταση email. πεδία του άπειρου επιπέδου Ε=2πkσ
6. Διηλεκτρική σταθερά ε=Ε 0 /Ε
7. Δυνητική ενέργεια αλληλεπίδρασης. χρεώνει W= k∙q 1 q 2 /R
8. Δυναμικό φ=W/q
9. Δυναμικό σημειακής φόρτισης φ=k∙q/R
10. Τάση U=A/q
11. Για ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο U=E∙d
12. Ηλεκτρική χωρητικότητα C=q/U
13. Χωρητικότητα επίπεδου πυκνωτή C=S∙ ε ∙ε 0/ημ
14. Ενέργεια φορτισμένου πυκνωτή W=qU/2=q²/2С=CU²/2
15. Τρέχον I=q/t
16. Αντίσταση αγωγού R=ρ∙ℓ/S
17. Ο νόμος του Ohm για το τμήμα κυκλώματος I=U/R
18. Οι νόμοι του τελευταίου ενώσεις I 1 \u003d I 2 \u003d I, U 1 + U 2 \u003d U, R 1 + R 2 \u003d R
19. Παράλληλοι νόμοι. συν. U 1 \u003d U 2 \u003d U, I 1 + I 2 \u003d I, 1 / R 1 + 1 / R 2 \u003d 1 / R
20. Εξουσία ηλεκτρικό ρεύμα P=I∙U
21. Νόμος Joule-Lenz Q=I 2 Rt
22. Ο νόμος του Ohm για μια πλήρη αλυσίδα I=ε/(R+r)
23. Ρεύμα βραχυκυκλώματος (R=0) I=ε/r
24. Διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής B=Fmax/ℓ∙I
25. Ampere Force Fa=IBℓsin α
26. Δύναμη Lorentz Fλ=Bqυsin α
27. Μαγνητική ροή Ф=BSсos α Ф=LI
28. Νόμος ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής Ei=ΔΦ/Δt
29. EMF επαγωγής σε κινούμενο αγωγό Ei=Вℓ υ sina
30. EMF αυτοεπαγωγής Esi=-L∙ΔI/Δt
31. Η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου Wm \u003d LI 2 / 2
32. Μέτρηση περιόδου ταλάντωσης. περιγράμματος T=2π ∙√LC
33. Επαγωγική αντίδραση X L =ωL=2πLν
34. Χωρητικότητα Xc=1/ωC
35. Η τρέχουσα τιμή του τρέχοντος Id \u003d Imax / √2,
36. Τάση RMS Ud=Umax/√2
37. Αντίσταση Z=√(Xc-X L) 2 +R 2

Οπτική

1. Ο νόμος της διάθλασης του φωτός n 21 \u003d n 2 / n 1 \u003d υ 1 / υ 2
2. Δείκτης διάθλασης n 21 =sin α/sin γ
3. Τύπος λεπτού φακού 1/F=1/d + 1/f
4. Οπτική ισχύς του φακού D=1/F
5. μέγιστη παρεμβολή: Δd=kλ,
6. min παρεμβολή: Δd=(2k+1)λ/2
7. Διαφορική σχάρα d∙sin φ=k λ

Η κβαντική φυσική

1. Ο τύπος του Αϊνστάιν για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο hν=Aout+Ek, Ek=U ze
2. Κόκκινο περίγραμμα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου ν έως = Aout/h
3. Ορμή φωτονίου P=mc=h/ λ=E/s

Φυσική του ατομικού πυρήνα

Ούτε μια σφαίρα ανθρώπινης δραστηριότητας δεν μπορεί να κάνει χωρίς τις ακριβείς επιστήμες. Και όσο πολύπλοκες κι αν είναι οι ανθρώπινες σχέσεις, καταλήγουν και σε αυτούς τους νόμους. προσφέρει να θυμάται τους νόμους της φυσικής που αντιμετωπίζει και βιώνει ένα άτομο κάθε μέρα της ζωής του.

Ο πιο απλός αλλά σημαντικός νόμος είναι Ο νόμος της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας.

Η ενέργεια οποιουδήποτε κλειστού συστήματος παραμένει σταθερή για όλες τις διεργασίες που συμβαίνουν στο σύστημα. Και είμαστε σε ένα τόσο κλειστό σύστημα και είμαστε. Εκείνοι. πόσα δίνουμε, τόσα παίρνουμε. Αν θέλουμε να πάρουμε κάτι, πρέπει να δώσουμε το ίδιο ποσό πριν από αυτό. Και τίποτα άλλο!

Και εμείς, φυσικά, θέλουμε να παίρνουμε μεγάλο μισθό, αλλά να μην πάμε στη δουλειά. Μερικές φορές δημιουργείται μια ψευδαίσθηση ότι «οι ανόητοι είναι τυχεροί» και η ευτυχία πέφτει στα κεφάλια τους για πολλούς. Διαβάστε κανένα παραμύθι. Οι ήρωες πρέπει συνεχώς να ξεπερνούν τεράστιες δυσκολίες! Στη συνέχεια κολυμπήστε στο κρύο νερό και μετά σε βραστό νερό.

Οι άνδρες τραβούν την προσοχή των γυναικών με την ερωτοτροπία. Οι γυναίκες, με τη σειρά τους, φροντίζουν αυτούς τους άνδρες και τα παιδιά. Και ούτω καθεξής. Έτσι, αν θέλετε να πάρετε κάτι, κάντε τον κόπο να δώσετε πρώτα.

Η δύναμη της δράσης είναι ίση με τη δύναμη της αντίδρασης.

Αυτός ο νόμος της φυσικής αντανακλά τον προηγούμενο, κατ' αρχήν. Εάν ένα άτομο έχει διαπράξει μια αρνητική πράξη - συνειδητή ή όχι - και στη συνέχεια έλαβε απάντηση, δηλ. αντιπολίτευση. Μερικές φορές η αιτία και το αποτέλεσμα διαχωρίζονται χρονικά και δεν μπορείτε να καταλάβετε αμέσως από πού φυσάει ο άνεμος. Πρέπει, το πιο σημαντικό, να θυμόμαστε ότι τίποτα δεν συμβαίνει.

Ο Νόμος του Μοχλού.

Ο Αρχιμήδης αναφώνησε: Δώσε μου ένα βήμα και θα κινήσω τη Γη!". Οποιοδήποτε βάρος μπορεί να μεταφερθεί εάν επιλέξετε τον σωστό μοχλό. Θα πρέπει πάντα να υπολογίζετε πόσο χρόνο θα χρειαστείτε ο μοχλός για να επιτύχετε αυτόν ή αυτόν τον στόχο και να βγάλετε ένα συμπέρασμα για τον εαυτό σας, να ορίσετε προτεραιότητες: χρειάζεται να ξοδέψετε τόση προσπάθεια για να δημιουργήσετε τον σωστό μοχλό και να μετακινήσετε αυτό το βάρος, ή μήπως πιο εύκολο να το αφήσεις ήσυχο και να κάνεις άλλες δραστηριότητες.

Ο κανόνας του gimlet.

Ο κανόνας είναι ότι δείχνει την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Αυτός ο κανόνας απαντά στο αιώνιο ερώτημα: ποιος φταίει; Και επισημαίνει ότι εμείς οι ίδιοι φταίμε για όλα όσα μας συμβαίνουν. Όσο προσβλητικό κι αν είναι, όσο δύσκολο κι αν είναι, όσο άδικο κι αν φαίνεται εκ πρώτης όψεως, πρέπει πάντα να γνωρίζουμε ότι εμείς οι ίδιοι ήμασταν η αιτία από την αρχή.

νόμος του νυχιού.

Όταν κάποιος θέλει να σφυρίξει σε ένα καρφί, δεν χτυπά κάπου κοντά στο καρφί, χτυπά ακριβώς στο κεφάλι του καρφιού. Αλλά τα ίδια τα καρφιά δεν σκαρφαλώνουν στους τοίχους. Πρέπει πάντα να επιλέγετε το σωστό σφυρί για να μην σπάσετε το καρφί με βαριοπούλα. Και όταν σκοράρετε, πρέπει να υπολογίσετε το χτύπημα έτσι ώστε το καπέλο να μην λυγίζει. Κρατήστε το απλό, φροντίστε ο ένας τον άλλον. Μάθε να σκέφτεσαι τον διπλανό σου.

Και τέλος, ο νόμος της εντροπίας.

Η εντροπία είναι ένα μέτρο της αταξίας ενός συστήματος. Με άλλα λόγια, όσο περισσότερο χάος στο σύστημα, τόσο μεγαλύτερη είναι η εντροπία. Μια πιο ακριβής διατύπωση: σε αυθόρμητες διεργασίες που συμβαίνουν σε συστήματα, η εντροπία πάντα αυξάνεται. Κατά κανόνα, όλες οι αυθόρμητες διαδικασίες είναι μη αναστρέψιμες. Οδηγούν σε πραγματικές αλλαγές στο σύστημα και είναι αδύνατο να το επαναφέρεις στην αρχική του κατάσταση χωρίς να ξοδέψεις ενέργεια. Ταυτόχρονα, είναι αδύνατο να επαναληφθεί ακριβώς (100%) η αρχική του κατάσταση.

Για να καταλάβουμε καλύτερα για τι είδους τάξη και αταξία μιλάμε, ας στήσουμε ένα πείραμα. Ρίξτε τα ασπρόμαυρα σφαιρίδια σε ένα γυάλινο βάζο. Ας βάλουμε πρώτα τα μαύρα και μετά τα λευκά. Τα σφαιρίδια θα είναι διατεταγμένα σε δύο στρώματα: μαύρο στο κάτω μέρος, λευκό από πάνω - όλα είναι εντάξει. Στη συνέχεια, ανακινήστε το βάζο πολλές φορές. Τα σφαιρίδια θα αναμειχθούν ομοιόμορφα. Και όσο κι αν ανακινήσουμε στη συνέχεια αυτό το βάζο, είναι απίθανο να μπορέσουμε να πετύχουμε ότι τα σφαιρίδια είναι και πάλι τακτοποιημένα σε δύο στρώσεις. Εδώ είναι, η εντροπία σε δράση!

Η κατάσταση κατά την οποία τα πέλλετ ήταν διατεταγμένα σε δύο στρώσεις θεωρείται διατεταγμένη. Η κατάσταση όταν τα σφαιρίδια αναμειγνύονται ομοιόμορφα θεωρείται διαταραγμένη. Χρειάζεται σχεδόν ένα θαύμα για να επιστρέψεις σε μια διατεταγμένη κατάσταση! Ή επαναλαμβανόμενη επίπονη εργασία με πέλλετ. Και δεν χρειάζεται σχεδόν καμία προσπάθεια για να προκαλέσει τον όλεθρο σε μια τράπεζα.

Τροχός αυτοκινήτου. Όταν φουσκώνει, έχει περίσσεια ελεύθερης ενέργειας. Ο τροχός μπορεί να κινηθεί, πράγμα που σημαίνει ότι λειτουργεί. Αυτή είναι η σειρά. Τι γίνεται αν τρυπήσετε έναν τροχό; Η πίεση σε αυτό θα πέσει, η ελεύθερη ενέργεια θα «φύγει» μέσα περιβάλλον(διασκορπίζεται), και ένας τέτοιος τροχός δεν θα μπορεί πλέον να λειτουργήσει. Αυτό είναι χάος. Για να επαναφέρετε το σύστημα στην αρχική του κατάσταση, δηλ. για να βάλετε τα πράγματα σε τάξη, πρέπει να κάνετε πολλή δουλειά: να κολλήσετε την κάμερα, να τοποθετήσετε τον τροχό, να τον αντλήσετε κ.λπ., μετά από το οποίο αυτό είναι και πάλι ένα απαραίτητο πράγμα που μπορεί να είναι χρήσιμο.

Η θερμότητα μεταφέρεται από ένα ζεστό σώμα σε ένα κρύο και όχι το αντίστροφο. Η αντίστροφη διαδικασία είναι θεωρητικά δυνατή, αλλά πρακτικά κανείς δεν θα αναλάβει να το κάνει, αφού θα απαιτηθούν τεράστιες προσπάθειες, ειδικές εγκαταστάσεις και εξοπλισμός.

Επίσης στην κοινωνία. Οι άνθρωποι γερνούν. Τα σπίτια γκρεμίζονται. Οι βράχοι βυθίζονται στη θάλασσα. Οι γαλαξίες είναι διάσπαρτοι. Οποιαδήποτε πραγματικότητα που μας περιβάλλει τείνει αυθόρμητα σε αταξία.

Ωστόσο, οι άνθρωποι συχνά μιλούν για τη διαταραχή ως ελευθερία: Όχι, δεν θέλουμε τάξη! Δώσε μας τέτοια ελευθερία ώστε ο καθένας να κάνει ότι θέλει!» Αλλά όταν ο καθένας κάνει ό,τι θέλει, αυτό δεν είναι ελευθερία - αυτό είναι χάος. Στην εποχή μας, πολλοί επαινούν την αταξία, προωθούν την αναρχία - με μια λέξη, ό,τι καταστρέφει και διχάζει. Αλλά η ελευθερία δεν είναι στο χάος, η ελευθερία είναι ακριβώς η τάξη.

Οργανώνοντας τη ζωή του, ένα άτομο δημιουργεί ένα απόθεμα ελεύθερης ενέργειας, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιεί για να εφαρμόσει τα σχέδιά του: εργασία, μελέτη, αναψυχή, δημιουργικότητα, αθλητισμός κ.λπ. Με άλλα λόγια, αντιτίθεται στην εντροπία. Διαφορετικά, πώς θα μπορούσαμε να έχουμε συσσωρεύσει τόσες υλικές αξίες τα τελευταία 250 χρόνια;!

Η εντροπία είναι ένα μέτρο της αταξίας, ένα μέτρο της μη αναστρέψιμης διάχυσης της ενέργειας. Όσο περισσότερη εντροπία, τόσο περισσότερη αταξία. Ένα σπίτι όπου δεν μένει κανείς ρημάζει. Το σίδερο σκουριάζει με τον καιρό, το αυτοκίνητο παλιώνει. Σχέσεις που κανείς δεν νοιάζεται θα χαλάσουν. Έτσι είναι όλα τα άλλα στη ζωή μας, απολύτως όλα!

Η φυσική κατάσταση της φύσης δεν είναι ισορροπία, αλλά αύξηση της εντροπίας. Αυτός ο νόμος λειτουργεί αναπόφευκτα στη ζωή ενός ατόμου. Δεν χρειάζεται να κάνει τίποτα για να αυξήσει την εντροπία του, αυτό συμβαίνει αυθόρμητα, σύμφωνα με το νόμο της φύσης. Για να μειώσετε την εντροπία (διαταραχή), πρέπει να κάνετε μεγάλη προσπάθεια. Αυτό είναι ένα είδος χαστούκι σε ανόητα θετικούς ανθρώπους (κάτω από μια ξαπλωμένη πέτρα και νερό δεν ρέει), από τα οποία υπάρχουν πολλά!

Η διατήρηση της επιτυχίας απαιτεί συνεχή προσπάθεια. Αν δεν αναπτυχθούμε, τότε υποβαθμίζουμε. Και για να διατηρήσουμε αυτό που είχαμε πριν, πρέπει να κάνουμε περισσότερα σήμερα από ό,τι κάναμε χθες. Τα πράγματα μπορούν να διατηρηθούν σε τάξη και ακόμη και να βελτιωθούν: αν η μπογιά σε ένα σπίτι έχει ξεθωριάσει, μπορεί να ξαναβαφτεί και ακόμη πιο όμορφο από πριν.

Οι άνθρωποι θα πρέπει να προσπαθήσουν να «ειρηνεύσουν» την αυθαίρετη καταστροφική συμπεριφορά που επικρατεί σύγχρονος κόσμοςπαντού, να προσπαθήσουμε να περιορίσουμε την κατάσταση του χάους, που επίσης διασκορπίσαμε σε μεγαλεπήβολα όρια. Και αυτός είναι ένας φυσικός νόμος, και όχι απλώς μια φλυαρία για την κατάθλιψη και την αρνητική σκέψη. Όλα είτε εξελίσσονται είτε υποβαθμίζονται.

Ένας ζωντανός οργανισμός γεννιέται, αναπτύσσεται και πεθαίνει, και κανείς δεν έχει παρατηρήσει ποτέ ότι μετά το θάνατο αναβιώνει, γίνεται νεότερος και επιστρέφει στον σπόρο ή στη μήτρα. Όταν λένε ότι το παρελθόν δεν επιστρέφει ποτέ, τότε, φυσικά, εννοούν πρώτα απ' όλα αυτά τα ζωτικά φαινόμενα. Η ανάπτυξη των οργανισμών θέτει τη θετική κατεύθυνση του βέλους του χρόνου και η αλλαγή από τη μια κατάσταση του συστήματος σε μια άλλη συμβαίνει πάντα προς την ίδια κατεύθυνση για όλες τις διαδικασίες χωρίς εξαίρεση.

Βαλεριάν Τσούπιν

Πηγή πληροφοριών: Tchaikovsky.News

Σχόλια (3)

Πλούτος σύγχρονη κοινωνίααυξάνεται και θα αυξηθεί σε ολοένα και μεγαλύτερο βαθμό, κυρίως μέσω της καθολικής εργασίας. Το βιομηχανικό κεφάλαιο ήταν η πρώτη ιστορική μορφή κοινωνικής παραγωγής, όταν η καθολική εργασία άρχισε να υφίσταται εντατική εκμετάλλευση. Και πρώτα, αυτό που πήρε δωρεάν. Η επιστήμη, όπως παρατήρησε ο Μαρξ, δεν κόστιζε τίποτα στο κεφάλαιο. Πράγματι, ούτε ένας καπιταλιστής δεν πλήρωσε ανταμοιβή ούτε στον Αρχιμήδη, ούτε στον Καρδάνο, ούτε στον Γαλιλαίο, στον Χάυγενς ή στον Νεύτωνα για την πρακτική χρήση των ιδεών τους. Αλλά είναι ακριβώς το βιομηχανικό κεφάλαιο που, σε μαζική κλίμακα, αρχίζει να εκμεταλλεύεται τη μηχανική τεχνολογία, και επομένως τη γενική εργασία που ενσωματώνεται σε αυτήν. Marx K, Engels F. Soch., τ. 25, μέρος 1, σελ. 116.

Είναι φυσικό και σωστό να ενδιαφερόμαστε για τον περιβάλλοντα κόσμο και τους νόμους της λειτουργίας και της ανάπτυξής του. Γι' αυτό είναι λογικό να στρέψετε την προσοχή σας στις φυσικές επιστήμες, για παράδειγμα, τη φυσική, η οποία εξηγεί την ίδια την ουσία του σχηματισμού και της ανάπτυξης του Σύμπαντος. Οι βασικοί φυσικοί νόμοι είναι εύκολο να κατανοηθούν. Σε πολύ μικρή ηλικία, το σχολείο μυεί τα παιδιά σε αυτές τις αρχές.

Για πολλούς, αυτή η επιστήμη ξεκινά με το σχολικό βιβλίο «Φυσική (7η τάξη)». Οι βασικές έννοιες και και θερμοδυναμική αποκαλύπτονται στους μαθητές, εξοικειώνονται με τον πυρήνα των κύριων φυσικών νόμων. Πρέπει όμως η γνώση να περιοριστεί στον σχολικό πάγκο; Ποιους φυσικούς νόμους πρέπει να γνωρίζει κάθε άτομο; Αυτό θα συζητηθεί αργότερα στο άρθρο.

επιστήμη φυσική

Πολλές από τις αποχρώσεις της περιγραφόμενης επιστήμης είναι γνωστές σε όλους από την πρώιμη παιδική ηλικία. Και αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, στην ουσία, η φυσική είναι ένας από τους τομείς της φυσικής επιστήμης. Λέει για τους νόμους της φύσης, η δράση των οποίων επηρεάζει τη ζωή του καθενός, και με πολλούς τρόπους ακόμη και την παρέχει, για τα χαρακτηριστικά της ύλης, τη δομή και τα μοτίβα κίνησης της.

Ο όρος «φυσική» καταγράφηκε για πρώτη φορά από τον Αριστοτέλη τον τέταρτο αιώνα π.Χ. Αρχικά, ήταν συνώνυμο με την έννοια της «φιλοσοφίας». Εξάλλου, και οι δύο επιστήμες είχαν έναν κοινό στόχο - να εξηγήσουν σωστά όλους τους μηχανισμούς λειτουργίας του Σύμπαντος. Ήδη όμως τον δέκατο έκτο αιώνα, λόγω επιστημονική επανάστασηη φυσική έγινε ανεξάρτητη.

γενικό δίκαιο

Ορισμένοι βασικοί νόμοι της φυσικής εφαρμόζονται σε διάφορους κλάδους της επιστήμης. Εκτός από αυτά, υπάρχουν και εκείνα που θεωρούνται κοινά σε όλη τη φύση. Είναι περίπουσχετικά με

Υπονοεί ότι η ενέργεια κάθε κλειστού συστήματος, όταν συμβαίνουν σε αυτό φαινόμενα, είναι αναγκαστικά διατηρημένη. Ωστόσο, είναι σε θέση να μεταμορφωθεί σε άλλη μορφή και να αλλάξει αποτελεσματικά το ποσοτικό του περιεχόμενο σε διάφορα μέρη του ονομαζόμενου συστήματος. Ταυτόχρονα, σε ένα ανοιχτό σύστημα, η ενέργεια μειώνεται, με την προϋπόθεση ότι αυξάνεται η ενέργεια τυχόν σωμάτων και πεδίων που αλληλεπιδρούν μαζί του.

Εκτός από τα παραπάνω γενική αρχή, περιέχει βασικές έννοιες της φυσικής, τύπους, νόμους που είναι απαραίτητοι για την ερμηνεία των διεργασιών που συμβαίνουν στον κόσμο. Η εξερεύνηση τους μπορεί να είναι απίστευτα συναρπαστική. Επομένως, σε αυτό το άρθρο θα εξεταστούν εν συντομία οι βασικοί νόμοι της φυσικής και για να τους κατανοήσουμε βαθύτερα, είναι σημαντικό να τους δώσουμε πλήρη προσοχή.

Μηχανική

Πολλοί βασικοί νόμοι της φυσικής αποκαλύπτονται στους νέους επιστήμονες στις τάξεις 7-9 του σχολείου, όπου ένας τέτοιος κλάδος της επιστήμης όπως η μηχανική μελετάται πληρέστερα. Οι βασικές αρχές του περιγράφονται παρακάτω.

1. Ο νόμος της σχετικότητας του Γαλιλαίου (ονομάζεται επίσης μηχανικός νόμος της σχετικότητας ή η βάση της κλασικής μηχανικής). Η ουσία της αρχής έγκειται στο γεγονός ότι υπό παρόμοιες συνθήκες, οι μηχανικές διεργασίες σε οποιαδήποτε αδρανειακά πλαίσια αναφοράς είναι εντελώς πανομοιότυπες.
2. Ο νόμος του Χουκ. Η ουσία του είναι ότι όσο μεγαλύτερη είναι η πρόσκρουση σε ένα ελαστικό σώμα (ελατήριο, ράβδος, πρόβολος, δοκός) από το πλάι, τόσο μεγαλύτερη είναι η παραμόρφωσή του.

Οι νόμοι του Νεύτωνα (αντιπροσωπεύουν τη βάση της κλασικής μηχανικής):

1. Η αρχή της αδράνειας λέει ότι κάθε σώμα είναι ικανό να βρίσκεται σε ηρεμία ή να κινείται ομοιόμορφα και ευθύγραμμα μόνο εάν κανένα άλλο σώμα δεν το επηρεάζει με οποιονδήποτε τρόπο ή εάν με κάποιο τρόπο αντισταθμίζει τη δράση του άλλου. Για να αλλάξετε την ταχύτητα κίνησης, είναι απαραίτητο να ενεργήσετε στο σώμα με κάποια δύναμη και, φυσικά, το αποτέλεσμα της δράσης της ίδιας δύναμης σε σώματα διαφορετικών μεγεθών θα διαφέρει επίσης.
2. Το κύριο μοτίβο της δυναμικής δηλώνει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούν αυτήν τη στιγμή σε ένα δεδομένο σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η επιτάχυνση που δέχεται. Και, κατά συνέπεια, όσο μεγαλύτερο είναι το σωματικό βάρος, τόσο χαμηλότερος είναι αυτός ο δείκτης.
3. Ο τρίτος νόμος του Νεύτωνα λέει ότι οποιαδήποτε δύο σώματα αλληλεπιδρούν πάντα μεταξύ τους με το ίδιο μοτίβο: οι δυνάμεις τους είναι της ίδιας φύσης, είναι ισοδύναμες σε μέγεθος και έχουν αναγκαστικά την αντίθετη κατεύθυνση κατά μήκος της ευθείας που συνδέει αυτά τα σώματα.
4. Η αρχή της σχετικότητας δηλώνει ότι όλα τα φαινόμενα που συμβαίνουν κάτω από τις ίδιες συνθήκες σε αδρανειακά συστήματα αναφοράς προχωρούν με απολύτως πανομοιότυπο τρόπο.

Θερμοδυναμική

Το σχολικό εγχειρίδιο, που αποκαλύπτει στους μαθητές τους βασικούς νόμους («Φυσική. 7η ​​τάξη»), τους εισάγει στα βασικά της θερμοδυναμικής. Θα εξετάσουμε εν συντομία τις αρχές του παρακάτω.

Οι νόμοι της θερμοδυναμικής, που είναι βασικοί σε αυτόν τον κλάδο της επιστήμης, έχουν γενικού χαρακτήρακαι δεν σχετίζονται με τις λεπτομέρειες της δομής μιας συγκεκριμένης ουσίας σε ατομικό επίπεδο. Παρεμπιπτόντως, αυτές οι αρχές είναι σημαντικές όχι μόνο για τη φυσική, αλλά και για τη χημεία, τη βιολογία, την αεροδιαστημική μηχανική κ.λπ.

Για παράδειγμα, στον ονομαζόμενο κλάδο, υπάρχει ένας κανόνας που δεν μπορεί να προσδιοριστεί λογικά ότι σε ένα κλειστό σύστημα, για το οποίο οι εξωτερικές συνθήκες παραμένουν αμετάβλητες, δημιουργείται μια κατάσταση ισορροπίας με την πάροδο του χρόνου. Και οι διεργασίες που συνεχίζονται σε αυτό αλληλοαντισταθμίζονται πάντα.

Ένας άλλος κανόνας της θερμοδυναμικής επιβεβαιώνει την επιθυμία ενός συστήματος, το οποίο αποτελείται από έναν κολοσσιαίο αριθμό σωματιδίων που χαρακτηρίζονται από χαοτική κίνηση, να μεταβεί ανεξάρτητα από τις λιγότερο πιθανές καταστάσεις για το σύστημα σε πιο πιθανές.

Και ο νόμος Gay-Lussac (ονομάζεται επίσης ότι δηλώνει ότι για ένα αέριο ορισμένης μάζας υπό συνθήκες σταθερής πίεσης, το αποτέλεσμα της διαίρεσης του όγκου του με την απόλυτη θερμοκρασία θα γίνει σίγουρα μια σταθερή τιμή.

Ένας άλλος σημαντικός κανόνας αυτής της βιομηχανίας είναι ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής, ο οποίος ονομάζεται επίσης η αρχή της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας για ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Σύμφωνα με τον ίδιο, κάθε ποσότητα θερμότητας που μεταδόθηκε στο σύστημα θα δαπανηθεί αποκλειστικά για τη μεταμόρφωση της εσωτερικής του ενέργειας και την απόδοση του έργου από αυτό σε σχέση με τυχόν ενεργούσες εξωτερικές δυνάμεις. Είναι αυτή η κανονικότητα που έγινε η βάση για το σχηματισμό ενός σχεδίου για τη λειτουργία των θερμικών μηχανών.

Μια άλλη κανονικότητα αερίων είναι ο νόμος του Charles. Δηλώνει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση μιας ορισμένης μάζας ενός ιδανικού αερίου, ενώ διατηρείται σταθερός όγκος, τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του.

Ηλεκτρική ενέργεια

Ανοίγει για νέους επιστήμονες ενδιαφέροντες βασικούς νόμους της φυσικής 10η δημοτικού σχολείου. Αυτή τη στιγμή, μελετώνται οι κύριες αρχές της φύσης και οι νόμοι δράσης του ηλεκτρικού ρεύματος, καθώς και άλλες αποχρώσεις.

Ο νόμος του Ampère, για παράδειγμα, δηλώνει ότι οι αγωγοί που συνδέονται παράλληλα, μέσω των οποίων το ρεύμα ρέει προς την ίδια κατεύθυνση, αναπόφευκτα έλκονται, και στην περίπτωση της αντίθετης κατεύθυνσης του ρεύματος, αντίστοιχα, απωθούν. Μερικές φορές το ίδιο όνομα χρησιμοποιείται για έναν φυσικό νόμο που καθορίζει τη δύναμη που ενεργεί σε ένα υπάρχον μαγνητικό πεδίο σε ένα μικρό τμήμα ενός αγωγού που αυτή τη στιγμή άγει ρεύμα. Ονομάζεται έτσι - η δύναμη του Ampere. Αυτή η ανακάλυψη έγινε από έναν επιστήμονα στο πρώτο μισό του δέκατου ένατου αιώνα (δηλαδή, το 1820).

Ο νόμος της διατήρησης του φορτίου είναι μια από τις βασικές αρχές της φύσης. Δηλώνει ότι το αλγεβρικό άθροισμα όλων των ηλεκτρικών φορτίων που προκύπτουν σε οποιοδήποτε ηλεκτρικά απομονωμένο σύστημα είναι πάντα διατηρημένο (γίνεται σταθερό). Παρόλα αυτά, η κατονομαζόμενη αρχή δεν αποκλείει την εμφάνιση νέων φορτισμένων σωματιδίων σε τέτοια συστήματα ως αποτέλεσμα ορισμένων διεργασιών. Ωστόσο, το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο όλων των νεοσχηματισμένων σωματιδίων πρέπει απαραίτητα να είναι ίσο με μηδέν.

Ο νόμος του Κουλόμπ είναι ένας από τους θεμελιώδεις στην ηλεκτροστατική. Εκφράζει την αρχή της δύναμης αλληλεπίδρασης μεταξύ φορτίων σταθερού σημείου και εξηγεί τον ποσοτικό υπολογισμό της απόστασης μεταξύ τους. Ο νόμος του Coulomb καθιστά δυνατή την τεκμηρίωση των βασικών αρχών της ηλεκτροδυναμικής με πειραματικό τρόπο. Λέει ότι τα σταθερά σημειακά φορτία σίγουρα θα αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους με μια δύναμη που είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερο είναι το γινόμενο των μεγεθών τους και, κατά συνέπεια, όσο μικρότερο, τόσο μικρότερο είναι το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των υπό εξέταση φορτίων και του μέσου που λαμβάνει χώρα η περιγραφόμενη αλληλεπίδραση.

Ο νόμος του Ohm είναι μια από τις βασικές αρχές του ηλεκτρισμού. Λέει ότι όσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς του συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος που ενεργεί σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυκλώματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση στα άκρα του.

Ονομάζουν την αρχή που σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την κατεύθυνση στον αγωγό ενός ρεύματος που κινείται υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου με συγκεκριμένο τρόπο. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να τοποθετήσετε το δεξί χέρι έτσι ώστε οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής να αγγίζουν εικονικά την ανοιχτή παλάμη και να επεκτείνουν τον αντίχειρα προς την κατεύθυνση του αγωγού. Σε αυτή την περίπτωση, τα υπόλοιπα τέσσερα ισιωμένα δάχτυλα θα καθορίσουν την κατεύθυνση κίνησης του ρεύματος επαγωγής.

Επίσης, αυτή η αρχή βοηθά να μάθουμε την ακριβή θέση των γραμμών μαγνητικής επαγωγής ενός ευθύγραμμου αγωγού που μεταφέρει ρεύμα αυτή τη στιγμή. Λειτουργεί ως εξής: τοποθετήστε τον αντίχειρα του δεξιού χεριού με τέτοιο τρόπο ώστε να δείχνει και πιάστε μεταφορικά τον αγωγό με τα άλλα τέσσερα δάχτυλα. Η θέση αυτών των δακτύλων θα δείξει την ακριβή κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικής επαγωγής.

Η αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής είναι ένα μοτίβο που εξηγεί τη διαδικασία λειτουργίας μετασχηματιστών, γεννητριών, ηλεκτροκινητήρων. Αυτός ο νόμος έχει ως εξής: σε ένα κλειστό κύκλωμα, η επαγωγή που δημιουργείται είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής.

Οπτική

Ο κλάδος «Οπτική» αντικατοπτρίζει επίσης ένα μέρος του σχολικού προγράμματος σπουδών (βασικοί νόμοι της φυσικής: τάξεις 7-9). Επομένως, αυτές οι αρχές δεν είναι τόσο δύσκολο να κατανοηθούν όσο φαίνεται με την πρώτη ματιά. Η μελέτη τους φέρνει μαζί της όχι απλώς πρόσθετη γνώση, αλλά καλύτερη κατανόηση της περιβάλλουσας πραγματικότητας. Οι κύριοι νόμοι της φυσικής που μπορούν να αποδοθούν στο πεδίο μελέτης της οπτικής είναι οι εξής:

1. Αρχή Huynes. Είναι μια μέθοδος που σας επιτρέπει να προσδιορίσετε αποτελεσματικά σε κάθε δεδομένο κλάσμα του δευτερολέπτου την ακριβή θέση του μετώπου του κύματος. Η ουσία του είναι η εξής: όλα τα σημεία που βρίσκονται στη διαδρομή του μετώπου κύματος σε ένα ορισμένο κλάσμα του δευτερολέπτου, στην πραγματικότητα γίνονται πηγές σφαιρικών κυμάτων (δευτερεύοντα) από μόνα τους, ενώ η τοποθέτηση του μετώπου κύματος στο ίδιο κλάσμα του δευτερολέπτου είναι πανομοιότυπη με την επιφάνεια, η οποία περιστρέφεται γύρω από όλα τα σφαιρικά κύματα (δευτερεύοντα). Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται για να εξηγήσει τους υπάρχοντες νόμους που σχετίζονται με τη διάθλαση του φωτός και την ανάκλασή του.
2. Η αρχή Huygens-Fresnel αντανακλά αποτελεσματική μέθοδοςεπίλυση θεμάτων που σχετίζονται με τη διάδοση των κυμάτων. Βοηθά να εξηγηθούν τα στοιχειώδη προβλήματα που σχετίζονται με τη διάθλαση του φωτός.
3. κυματιστά. Χρησιμοποιείται εξίσου για αντανάκλαση στον καθρέφτη. Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι τόσο η δέσμη που πέφτει όσο και αυτή που ανακλήθηκε, καθώς και η κάθετη που κατασκευάστηκε από το σημείο πρόσπτωσης της δέσμης, βρίσκονται σε ένα μόνο επίπεδο. Είναι επίσης σημαντικό να θυμάστε ότι σε αυτή την περίπτωση η γωνία στην οποία πέφτει η δέσμη είναι πάντα απόλυτη ίσο με τη γωνίαδιάθλαση.
4. Η αρχή της διάθλασης του φωτός. Αυτή είναι μια αλλαγή στην τροχιά ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος (φως) τη στιγμή της κίνησης από το ένα ομοιογενές μέσο στο άλλο, το οποίο διαφέρει σημαντικά από το πρώτο σε έναν αριθμό δεικτών διάθλασης. Η ταχύτητα διάδοσης του φωτός σε αυτά είναι διαφορετική.
5. Ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός. Στον πυρήνα του, είναι ένας νόμος που σχετίζεται με το πεδίο της γεωμετρικής οπτικής και έχει ως εξής: σε οποιοδήποτε ομοιογενές μέσο (ανεξάρτητα από τη φύση του), το φως διαδίδεται αυστηρά ευθύγραμμα, κατά μήκος της μικρότερης απόστασης. Αυτός ο νόμος εξηγεί απλά και ξεκάθαρα τον σχηματισμό μιας σκιάς.

Ατομική και πυρηνική φυσική

Βασικοί Νόμοι κβαντική φυσική, καθώς και τα βασικά της ατομικής και πυρηνικής φυσικής μελετώνται στις ανώτερες τάξεις της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης και των ανώτατων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων.

Έτσι, τα αξιώματα του Bohr είναι μια σειρά από βασικές υποθέσεις που έχουν γίνει η βάση της θεωρίας. Η ουσία του είναι ότι οποιοδήποτε ατομικό σύστημα μπορεί να παραμείνει σταθερό μόνο σε στατικές καταστάσεις. Οποιαδήποτε ακτινοβολία ή απορρόφηση ενέργειας από ένα άτομο συμβαίνει απαραίτητα χρησιμοποιώντας την αρχή, η ουσία της οποίας είναι η εξής: η ακτινοβολία που σχετίζεται με τη μεταφορά γίνεται μονόχρωμη.

Αυτά τα αξιώματα ανήκουν στο πρότυπο σχολικό πρόγραμμα σπουδώνμελετώντας τους βασικούς νόμους της φυσικής (11η τάξη). Οι γνώσεις τους είναι υποχρεωτικές για τον απόφοιτο.

Βασικοί νόμοι της φυσικής που πρέπει να γνωρίζει ένα άτομο

Ορισμένες φυσικές αρχές, αν και ανήκουν σε έναν από τους κλάδους αυτής της επιστήμης, είναι ωστόσο γενικής φύσεως και θα πρέπει να είναι γνωστές σε όλους. Παραθέτουμε τους βασικούς νόμους της φυσικής που πρέπει να γνωρίζει ένα άτομο:

• Ο νόμος του Αρχιμήδη (ισχύει για τους τομείς της υδρο-, καθώς και της αεροστατικής). Υπονοεί ότι κάθε σώμα που έχει βυθιστεί σε μια αέρια ουσία ή σε ένα υγρό υπόκειται σε ένα είδος άνωσης, η οποία κατευθύνεται αναγκαστικά κατακόρυφα προς τα πάνω. Αυτή η δύναμη είναι πάντα αριθμητικά ίση με το βάρος του υγρού ή αερίου που μετατοπίζεται από το σώμα.
• Μια άλλη διατύπωση αυτού του νόμου είναι η εξής: ένα σώμα βυθισμένο σε αέριο ή υγρό θα χάσει σίγουρα τόσο βάρος όσο η μάζα του υγρού ή αερίου στο οποίο βυθίστηκε. Αυτός ο νόμος έγινε το βασικό αξίωμα της θεωρίας των πλωτών σωμάτων.
• Ο νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας (ανακαλύφθηκε από τον Νεύτωνα). Η ουσία του έγκειται στο γεγονός ότι απολύτως όλα τα σώματα έλκονται αναπόφευκτα μεταξύ τους με μια δύναμη που είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο μεγαλύτερο είναι το γινόμενο των μαζών αυτών των σωμάτων και, κατά συνέπεια, όσο μικρότερο, τόσο μικρότερο είναι το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. .

Αυτοί είναι οι 3 βασικοί νόμοι της φυσικής που πρέπει να γνωρίζουν όλοι όσοι θέλουν να κατανοήσουν τον μηχανισμό λειτουργίας του περιβάλλοντος κόσμου και τα χαρακτηριστικά των διεργασιών που συμβαίνουν σε αυτόν. Είναι αρκετά εύκολο να καταλάβουμε πώς λειτουργούν.

Η αξία μιας τέτοιας γνώσης

Οι βασικοί νόμοι της φυσικής πρέπει να βρίσκονται στις αποσκευές των γνώσεων ενός ατόμου, ανεξάρτητα από την ηλικία και το είδος της δραστηριότητάς του. Αντικατοπτρίζουν τον μηχανισμό ύπαρξης όλης της σημερινής πραγματικότητας και, στην ουσία, είναι η μόνη σταθερά σε έναν συνεχώς μεταβαλλόμενο κόσμο.

Οι βασικοί νόμοι, οι έννοιες της φυσικής ανοίγουν νέες ευκαιρίες για τη μελέτη του κόσμου γύρω μας. Οι γνώσεις τους βοηθούν στην κατανόηση του μηχανισμού της ύπαρξης του Σύμπαντος και της κίνησης όλων των κοσμικών σωμάτων. Μας κάνει όχι απλώς θεατές των καθημερινών γεγονότων και διαδικασιών, αλλά μας επιτρέπει να τα γνωρίζουμε. Όταν ένα άτομο κατανοεί ξεκάθαρα τους βασικούς νόμους της φυσικής, δηλαδή όλες τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα γύρω του, έχει την ευκαιρία να τις διαχειριστεί με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο, κάνοντας ανακαλύψεις και έτσι κάνει τη ζωή του πιο άνετη.

Αποτελέσματα

Κάποιοι αναγκάζονται να μελετήσουν σε βάθος τους βασικούς νόμους της φυσικής για τις εξετάσεις, άλλοι -από το επάγγελμα, και κάποιοι- από επιστημονική περιέργεια. Ανεξάρτητα από τους στόχους της μελέτης αυτής της επιστήμης, τα οφέλη της γνώσης που αποκτήθηκε δύσκολα μπορούν να υπερεκτιμηθούν. Δεν υπάρχει τίποτα πιο ικανοποιητικό από την κατανόηση των βασικών μηχανισμών και νόμων ύπαρξης του περιβάλλοντος κόσμου.

Μην είστε αδιάφοροι - αναπτύξτε!

ΒΑΣΙΚΟΙ ΝΟΜΟΙ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

[ Μηχανική | Θερμοδυναμική | Ηλεκτρισμός | Οπτική | Ατομική Φυσική]

ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΝΟΜΟΣ - ο γενικός νόμος της φύσης: η ενέργεια κάθε κλειστού συστήματος για όλες τις διεργασίες που συμβαίνουν στο σύστημα παραμένει σταθερή (διατηρημένη). Η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί μόνο από τη μια μορφή στην άλλη και να ανακατανεμηθεί μεταξύ των τμημάτων του συστήματος. Για ένα ανοιχτό σύστημα, μια αύξηση (μείωση) της ενέργειάς του ισούται με μια μείωση (αύξηση) της ενέργειας των σωμάτων και των φυσικών πεδίων που αλληλεπιδρούν με αυτό.

1. ΜΗΧΑΝΙΚΗ

ΝΟΜΟΣ ΑΡΧΙΜΗΔΗΣ - ο νόμος της υδροστατικής και της αεροστατικής: ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό ή αέριο υπόκειται σε μια άνωση που κατευθύνεται κάθετα προς τα πάνω, αριθμητικά ίση με το βάρος του υγρού ή αερίου που μετατοπίζεται από το σώμα, και εφαρμόζεται στο κέντρο του βαρύτητα του βυθισμένου μέρους του σώματος. FA= gV, όπου r είναι η πυκνότητα του υγρού ή αερίου, V είναι ο όγκος του βυθισμένου μέρους του σώματος. Διαφορετικά, μπορεί να διατυπωθεί ως εξής: ένα σώμα βυθισμένο σε υγρό ή αέριο χάνει τόσο από το βάρος του όσο ζυγίζει το υγρό (ή αέριο) που εκτοπίζεται από αυτό. Τότε P= mg - FA Άλλο γρ. ο επιστήμονας Αρχιμήδης το 212. ΠΡΟ ΧΡΙΣΤΟΥ. Είναι η βάση της θεωρίας των κολυμβητών σωμάτων.

ΣΥΜΠΑΝΤΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ - Νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα: όλα τα σώματα έλκονται μεταξύ τους με δύναμη ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μαζών αυτών των σωμάτων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους: , όπου M και m είναι οι μάζες των σωμάτων που αλληλεπιδρούν, R είναι η απόσταση μεταξύ αυτών των σωμάτων, G είναι η σταθερά βαρύτητας (σε SI G=6.67.10-11 N.m2/kg2.

ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ GALILEO, η μηχανική αρχή της σχετικότητας - η αρχή της κλασικής μηχανικής: σε οποιοδήποτε αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς, όλα τα μηχανικά φαινόμενα εξελίσσονται με τον ίδιο τρόπο κάτω από τις ίδιες συνθήκες. Νυμφεύω αρχή της σχετικότητας.

Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΧΟΥΚ - ο νόμος σύμφωνα με τον οποίο οι ελαστικές παραμορφώσεις είναι ευθέως ανάλογες με τις εξωτερικές επιδράσεις που τις προκαλούν.

ΝΟΜΟΣ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΟΡΜΗΣ - ο νόμος της μηχανικής: η ορμή οποιουδήποτε κλειστού συστήματος σε όλες τις διεργασίες που συμβαίνουν στο σύστημα παραμένει σταθερή (συντηρημένη) και μπορεί να ανακατανεμηθεί μεταξύ τμημάτων του συστήματος μόνο ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασής τους.

ΝΟΜΟΙ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ - τρεις νόμοι που διέπουν τη Νευτώνεια κλασική μηχανική. 1ος νόμος (νόμος αδράνειας): ένα υλικό σημείο βρίσκεται σε κατάσταση ευθύγραμμης και ομοιόμορφης κίνησης ή ηρεμίας εάν δεν ενεργούν άλλα σώματα πάνω του ή η δράση αυτών των σωμάτων αντισταθμίζεται. 2ος νόμος (βασικός νόμος της δυναμικής): η επιτάχυνση που δέχεται το σώμα είναι ευθέως ανάλογη με το αποτέλεσμα όλων των δυνάμεων που ασκούνται στο σώμα και αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα του σώματος (). 3ος νόμος: δύο υλικά σημεία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με δυνάμεις της ίδιας φύσης, ίσες σε μέγεθος και αντίθετες στην κατεύθυνση κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει αυτά τα σημεία ().

ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑΣ - ένα από τα αξιώματα της θεωρίας της σχετικότητας, που δηλώνει ότι σε οποιοδήποτε αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς όλα τα φυσικά (μηχανικά, ηλεκτρομαγνητικά κ.λπ.) φαινόμενα υπό τις ίδιες συνθήκες εξελίσσονται με τον ίδιο τρόπο. Είναι η γενίκευση της αρχής της σχετικότητας από τον Γαλιλαίο σε όλα τα φυσικά φαινόμενα (εκτός από τη βαρύτητα).

2. ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

ΝΟΜΟΣ AVOGADRO - ένας από τους βασικούς νόμους των ιδανικών αερίων: ίσοι όγκοι διαφορετικών αερίων στην ίδια θερμοκρασία και πίεση περιέχουν τον ίδιο αριθμό μορίων. Άνοιξε το 1811 από τον Ιταλό. φυσικός A. Avogadro (1776-1856).

ΝΟΜΟΣ BOYLE-MARIOTTE - ένας από τους νόμους ενός ιδανικού αερίου: για μια δεδομένη μάζα ενός δεδομένου αερίου σε σταθερή θερμοκρασία, το γινόμενο της πίεσης και του όγκου είναι σταθερά. Τύπος: pV=const. Περιγράφει μια ισοθερμική διαδικασία.

ΔΕΥΤΕΡΟΣ ΝΟΜΟΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ - ένας από τους βασικούς νόμους της θερμοδυναμικής, σύμφωνα με τον οποίο μια περιοδική διαδικασία είναι αδύνατη, το μόνο αποτέλεσμα της οποίας είναι η εκτέλεση εργασίας ισοδύναμη με την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από τη θερμάστρα. Μια άλλη διατύπωση: μια διαδικασία είναι αδύνατη, το μόνο αποτέλεσμα της οποίας είναι η μεταφορά ενέργειας με τη μορφή θερμότητας από ένα λιγότερο θερμαινόμενο σώμα σε ένα θερμότερο. V.z.t. εκφράζει την τάση ενός συστήματος που αποτελείται από μεγάλο αριθμό χαοτικά κινούμενων σωματιδίων σε μια αυθόρμητη μετάβαση από λιγότερο πιθανές καταστάσεις σε πιο πιθανές καταστάσεις. Απαγορεύει τη δημιουργία μηχανής αέναης κίνησης δεύτερου είδους.

ΝΟΜΟΣ GAY-LUSSAC - νόμος αερίων: για μια δεδομένη μάζα ενός δεδομένου αερίου σε σταθερή πίεση, ο λόγος όγκου προς απόλυτη θερμοκρασία είναι μια σταθερή τιμή, όπου \u003d 1/273 K-1 είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας της επέκτασης όγκου.

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ DALTON - ένας από τους βασικούς νόμους των αερίων: η πίεση ενός μείγματος ιδανικών αερίων που δεν αλληλεπιδρούν χημικά είναι ίση με το άθροισμα των μερικών πιέσεων αυτών των αερίων.

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΠΑΣΚΑΛ - ο βασικός νόμος της υδροστατικής: η πίεση που παράγεται από εξωτερικές δυνάμεις στην επιφάνεια ενός υγρού ή αερίου μεταδίδεται εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις.

ΠΡΩΤΟΣ ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ - ένας από τους βασικούς νόμους της θερμοδυναμικής, ο οποίος είναι ο νόμος διατήρησης της ενέργειας για ένα θερμοδυναμικό σύστημα: η ποσότητα θερμότητας Q που μεταδίδεται στο σύστημα δαπανάται για την αλλαγή της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος U και την εκτέλεση του έργου Α ενάντια στο σύστημα εξωτερικές δυνάμεις. Τύπος: Q=U+A. Βρίσκεται στη βάση της λειτουργίας των θερμικών μηχανών.

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΤΣΑΡΛ - ένας από τους κύριους νόμους αερίων: η πίεση μιας δεδομένης μάζας ιδανικού αερίου σε σταθερό όγκο είναι ευθέως ανάλογη με τη θερμοκρασία: όπου p0 είναι η πίεση στους 00C, \u003d 1/273,15 K-1 είναι ο συντελεστής θερμοκρασίας της πίεσης.

3. ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ

AMPERA LAW - ο νόμος της αλληλεπίδρασης δύο αγωγών με ρεύματα. παράλληλοι αγωγοί με ρεύματα στην ίδια κατεύθυνση έλκονται και με ρεύματα αντίθετα απωθούνται. A.z. ονομάζεται επίσης νόμος που καθορίζει τη δύναμη που ασκείται σε ένα μαγνητικό πεδίο σε ένα μικρό τμήμα ενός αγωγού που μεταφέρει ρεύμα. Άνοιξε το 1820 ΕΙΜΑΙ. Αμπέρ.

ΝΟΜΟΣ JOUL-LENTZ - ένας νόμος που περιγράφει τη θερμική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος. Σύμφωνα με τον Δ. - Λ.ζ. η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται στον αγωγό όταν τον διέρχεται συνεχές ρεύμα είναι ευθέως ανάλογη με το τετράγωνο της ισχύος του ρεύματος, την αντίσταση του αγωγού και το χρόνο διέλευσης.

ΝΟΜΟΣ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΦΟΡΤΙΟΥ - ένας από τους θεμελιώδεις νόμους της φύσης: το αλγεβρικό άθροισμα των ηλεκτρικών φορτίων οποιουδήποτε ηλεκτρικά απομονωμένου συστήματος παραμένει αμετάβλητο. Σε ηλεκτρικά απομονωμένο σύστημα Ζ.σ.ζ. επιτρέπει την εμφάνιση νέων φορτισμένων σωματιδίων (για παράδειγμα, κατά την ηλεκτρολυτική διάσταση, ιονισμό αερίων, δημιουργία ζευγών σωματιδίων-αντισωματιδίων κ.λπ.), αλλά το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο των σωματιδίων που εμφανίζονται πρέπει πάντα να είναι ίσο με μηδέν.

ΝΟΜΟΣ Coulomb - ο βασικός νόμος της ηλεκτροστατικής, που εκφράζει την εξάρτηση της δύναμης αλληλεπίδρασης δύο σταθερών σημειακών φορτίων από την απόσταση μεταξύ τους: δύο σταθερά σημειακά φορτία αλληλεπιδρούν με μια δύναμη ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μεγεθών αυτών των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους και τη δεκτικότητα του μέσου στο οποίο βρίσκονται τα φορτία. Στο SI μοιάζει με: . Η τιμή είναι αριθμητικά ίση με τη δύναμη που ασκείται μεταξύ δύο σταθερών σημειακών φορτίων 1 C το καθένα, που βρίσκονται στο κενό σε απόσταση 1 m το ένα από το άλλο. K.z. είναι μια από τις πειραματικές τεκμηριώσεις της ηλεκτροδυναμικής.

ΚΑΝΟΝΑΣ ΑΡΙΣΤΕΡΟ - ένας κανόνας που καθορίζει την κατεύθυνση της δύναμης που ασκεί σε έναν αγωγό με ρεύμα σε μαγνητικό πεδίο (ή σε κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο). Λέει: εάν το αριστερό χέρι είναι τοποθετημένο έτσι ώστε τα τεντωμένα δάχτυλα να δείχνουν την κατεύθυνση του ρεύματος (ταχύτητα του σωματιδίου) και οι γραμμές δύναμης του μαγνητικού πεδίου (γραμμές μαγνητικής επαγωγής) εισέρχονται στην παλάμη, τότε ο αντίχειρας που ανασύρεται θα υποδεικνύει την κατεύθυνση της δύναμης που ασκεί ο αγωγός (θετικό σωματίδιο· στην περίπτωση αρνητικού σωματιδίου, η κατεύθυνση της δύναμης είναι αντίθετη).

ΚΑΝΟΝΑΣ LENTZ (ΝΟΜΟΣ) - ένας κανόνας που καθορίζει την κατεύθυνση των ρευμάτων επαγωγής που εμφανίζονται κατά την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Σύμφωνα με τον L.p. το επαγωγικό ρεύμα έχει πάντα τέτοια κατεύθυνση ώστε η δική του μαγνητική ροή να αντισταθμίζει τις αλλαγές στην εξωτερική μαγνητική ροή που προκάλεσε αυτό το ρεύμα. L.p. - συνέπεια του νόμου της διατήρησης της ενέργειας.

ΝΟΜΟΣ OHMA - ένας από τους βασικούς νόμους του ηλεκτρικού ρεύματος: η ισχύς ενός συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα τμήμα κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με την τάση στα άκρα αυτού του τμήματος και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίστασή του. Ισχύει για μεταλλικούς αγωγούς και ηλεκτρολύτες των οποίων η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή. Στην περίπτωση πλήρους κυκλώματος, διατυπώνεται ως εξής: η ισχύς του συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος στο κύκλωμα είναι ευθέως ανάλογη με το emf της πηγής ρεύματος και αντιστρόφως ανάλογη με την σύνθετη αντίσταση του ηλεκτρικού κυκλώματος.

ΚΑΝΟΝΑΣ ΔΕΞΙΟΥ ΧΕΡΙΟΥ - ένας κανόνας που καθορίζει 1) την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής σε έναν αγωγό που κινείται σε μαγνητικό πεδίο: εάν η παλάμη του δεξιού χεριού είναι τοποθετημένη έτσι ώστε να περιλαμβάνει γραμμές μαγνητικής επαγωγής και ο λυγισμένος αντίχειρας κατευθύνεται κατά μήκος το κίνημα

αγωγός, τότε τέσσερα τεντωμένα δάχτυλα θα δείξουν την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής. 2) η κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικής επαγωγής ενός ευθύγραμμου αγωγού με ρεύμα: εάν ο αντίχειρας του δεξιού χεριού είναι τοποθετημένος προς την κατεύθυνση του ρεύματος, τότε η κατεύθυνση σύλληψης του αγωγού με τέσσερα δάχτυλα θα δείξει την κατεύθυνση των γραμμών της μαγνητικής επαγωγής.

ΟΙ ΝΟΜΟΙ ΤΟΥ FARADAY - οι βασικοί νόμοι της ηλεκτρόλυσης. Ο πρώτος νόμος του Faraday: η μάζα της ουσίας που απελευθερώνεται στο ηλεκτρόδιο κατά τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος είναι ευθέως ανάλογη με την ποσότητα ηλεκτρισμού (φορτίο) που έχει περάσει από τον ηλεκτρολύτη (m=kq=kIt). Το δεύτερο FZ: ο λόγος των μαζών των διαφόρων ουσιών που υφίστανται χημικούς μετασχηματισμούς στα ηλεκτρόδια όταν τα ίδια ηλεκτρικά φορτία διέρχονται από τον ηλεκτρολύτη είναι ίση με την αναλογία των χημικών ισοδυνάμων. Εγκαταστάθηκε το 1833-34 από τον M. Faraday. Ο γενικευμένος νόμος της ηλεκτρόλυσης έχει τη μορφή: , όπου M είναι η μοριακή (ατομική) μάζα, z είναι το σθένος, F είναι η σταθερά Faraday. F.p. ισούται με το γινόμενο του στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου και της σταθεράς Avogadro. F=e.NA. Καθορίζει το φορτίο, η διέλευση του οποίου μέσω του ηλεκτρολύτη οδηγεί στην απελευθέρωση 1 mol μονοσθενούς ουσίας στο ηλεκτρόδιο. F=(96484,56 0,27) κύτταρα/mol. Πήρε το όνομά του από τον M. Faraday.

ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΕΠΟΔΙΑΣ - ένας νόμος που περιγράφει το φαινόμενο της εμφάνισης ηλεκτρικού πεδίου όταν αλλάζει το μαγνητικό πεδίο (φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής): η ηλεκτροκινητική δύναμη της επαγωγής είναι ευθέως ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής. Ο συντελεστής αναλογικότητας καθορίζεται από το σύστημα των μονάδων, το πρόσημο είναι ο κανόνας Lenz. Ο τύπος στο SI είναι: όπου Ф είναι η μεταβολή της μαγνητικής ροής και t είναι το χρονικό διάστημα κατά το οποίο συνέβη αυτή η αλλαγή. Ανακαλύφθηκε από τον M. Faraday.

4. ΟΠΤΙΚΑ

ΑΡΧΗ HUYGENS - μια μέθοδος που σας επιτρέπει να προσδιορίσετε τη θέση του μετώπου κύματος ανά πάσα στιγμή. Σύμφωνα με το γ.π. Όλα τα σημεία από τα οποία διέρχεται το μέτωπο κύματος τη στιγμή t είναι πηγές δευτερογενών σφαιρικών κυμάτων και η επιθυμητή θέση του μετώπου κύματος τη στιγμή t t συμπίπτει με την επιφάνεια που περιβάλλει όλα τα δευτερεύοντα κύματα. Σας επιτρέπει να εξηγήσετε τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός.

HUYGENS - FRESNEL - ΑΡΧΗ - μια κατά προσέγγιση μέθοδος για την επίλυση προβλημάτων διάδοσης κυμάτων. Γ.-Φ. p. λέει: σε οποιοδήποτε σημείο έξω από μια αυθαίρετη κλειστή επιφάνεια που περικλείει μια σημειακή πηγή φωτός, κύμα φωτός, που διεγείρεται από αυτή την πηγή, μπορεί να αναπαρασταθεί ως αποτέλεσμα της παρεμβολής δευτερευόντων κυμάτων που εκπέμπονται από όλα τα σημεία της καθορισμένης κλειστής επιφάνειας. Σας επιτρέπει να λύσετε τα πιο απλά προβλήματα περίθλασης φωτός.

ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΚΥΜΑΤΟΣ - η προσπίπτουσα δέσμη, η ανακλώμενη δέσμη και η κάθετη που ανυψώνεται στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο και η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία διάθλασης. Ο νόμος ισχύει για τον καθρέφτη.

ΔΙΘΛΑΣΗ ΦΩΤΟΣ - μια αλλαγή στην κατεύθυνση διάδοσης του φωτός (ηλεκτρομαγνητικό κύμα) κατά τη μετάβαση από το ένα μέσο στο άλλο, το οποίο διαφέρει από τον πρώτο δείκτη διάθλασης. Για τη διάθλαση, πληρούται ο νόμος: η προσπίπτουσα δέσμη, η διαθλασμένη δέσμη και η κάθετη που ανυψώνεται στο σημείο πρόσπτωσης της δέσμης βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο και για αυτά τα δύο μέσα, ο λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης είναι μια σταθερή τιμή, που ονομάζεται σχετικός δείκτης διάθλασης του δεύτερου μέσου σε σχέση με το πρώτο.

ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΜΙΑΣ ΚΑΤΑΝΟΜΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ - ο νόμος της γεωμετρικής οπτικής, ο οποίος συνίσταται στο γεγονός ότι σε ένα ομοιογενές μέσο το φως διαδίδεται σε ευθεία γραμμή. Εξηγεί, για παράδειγμα, το σχηματισμό σκιάς και μισοφέγγαρου.

6. ΑΤΟΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ.

ΘΕΜΑΤΑ BOHR - οι κύριες υποθέσεις που εισήχθησαν χωρίς απόδειξη από τον N.Bohr και βασίζονται στη ΘΕΩΡΙΑ BOHR: 1) Ένα ατομικό σύστημα είναι σταθερό μόνο σε σταθερές καταστάσεις που αντιστοιχούν σε μια διακριτή ακολουθία τιμών ατομικής ενέργειας. Κάθε αλλαγή σε αυτή την ενέργεια συνδέεται με μια πλήρη μετάβαση του ατόμου από τη μια στατική κατάσταση στην άλλη. 2) Η απορρόφηση και εκπομπή ενέργειας από ένα άτομο συμβαίνει σύμφωνα με τον νόμο σύμφωνα με τον οποίο η ακτινοβολία που σχετίζεται με τη μετάβαση είναι μονοχρωματική και έχει συχνότητα: h = Ei-Ek, όπου h είναι η σταθερά Planck και Ei και Ek είναι τις ενέργειες του ατόμου σε στατικές καταστάσεις