Sąveika. Fundamentinių sąveikų tipai fizikoje

Įklijavimas
11.10.2019
    • 2.2 Silpna sąveika
  • 5 Pagrindinės sąveikos gamtoje – Santrauka

Pagal esminės sąveikos(angliškai: Fundamental Interactions) mikrokosmose supranta kokybiškai skirtingus elementariųjų dalelių sąveikos tipus.

1 Pagrindinės gamtoje egzistuojančios sąveikos

Tirdama materijos struktūrą, fizikinių laukų buvimą ir sąveiką, fizika eksperimentiškai nustatė šių dviejų pagrindinių sąveikų tipų ir jų fizikinių laukų egzistavimą gamtoje:

  • Pagrindinės elektromagnetinės sąveikos (elektromagnetiniai laukai)
  • Gravitacinės pagrindinės sąveikos (elementariųjų dalelių gravitaciniai laukai)

Šios pagrindinės sąveikos turi atitinkamus fizinius laukus, todėl jų egzistavimo negalima ginčyti. Visos kitos sąveikos, kurios iš tikrųjų egzistuoja gamtoje, turi būti sumažintos iki šių dviejų pagrindinių sąveikų tipų.

Kai kurių abstrakčių teorinių konstrukcijų teiginiai, kad „šiandien patikimai žinomas keturių pagrindinių sąveikų egzistavimas (neskaičiuojant Higgso lauko)“ neturi įrodymų – mums pateikiama tai, ko norima, kaip pastebėta. Madinga sugalvoti bet kokią gražią „teoriją“, kompiuteriu piešti nuostabius vaizduotę žadinančius paveikslus, bet kol nebus eksperimentinių įrodymų, tai liks matematine hipoteze ar matematine pasaka. Tačiau Higso laukas gamtoje taip pat NĖRA, o elementariųjų materijos dalelių masė Visatoje nėra sukurta šio pasakiško lauko.

1.1 Pagrindinės elektromagnetinės sąveikos

Elektromagnetinės pagrindinės sąveikos– vienas iš dviejų gamtoje egzistuojančių esminių sąveikų tipų. Elektromagnetinės pagrindinės sąveikos egzistuoja tarp dalelių, turinčių elektrinius arba magnetinius laukus, tiek pastovius, tiek kintamus, tiek pastovius elektros krūvių laukus ir magnetinius momentus, tiek dipolius. Elektromagnetinė pagrindinė sąveika tarp dalyvaujančių dalelių vykdoma tik per elektromagnetinius laukus. Elektromagnetinės pagrindinės sąveikos gali turėti šiuos komponentus:

Elektrinė sąveikaįkrautų dalelių elektriniai laukai išsiskiria tolimojo pobūdžiu – dviejų krūvių sąveikos jėga mažėja, kai antroji atstumo galia. Pagal tą patį dėsnį gravitacinė sąveika mažėja didėjant atstumui. Tai vienintelis tolimojo nuotolio elektromagnetinių pagrindinių sąveikų komponentas. Artimoje zonoje elektrinis laukasįkrauta elementarioji dalelė turi dipolio struktūrą.

Magnetinė sąveika elementariųjų dalelių, turinčių magnetinį momentą, magnetiniai laukai išsiskiria trumpo nuotolio prigimtimi – dviejų magnetinių momentų sąveikos jėga tolimojoje zonoje (atstumais, žymiai viršijančiais elementariosios dalelės dydį) mažėja, kai trečioji atstumo galia .

Elektrinė sąveika neutralių elementariųjų dalelių elektriniai laukai, kurie neturi elektros krūvio, bet turi dipolį elektrinis laukas, išsiskiria savo trumpojo nuotolio charakteriu – sąveikos jėga tarp dviejų dipolių elektrinių momentų tolimojoje zonoje (atstumais, žymiai viršijančiais elementariosios dalelės dydį), mažėja kaip trečioji atstumo laipsniai. Pagal tą patį dėsnį magnetinė sąveika mažėja didėjant atstumui.

Magnetinė sąveika Neutralių elementariųjų dalelių, turinčių magnetinį dipolio momentą, magnetiniai dipolio laukai išsiskiria ypatingai trumpo nuotolio charakteriu – sąveikos jėga tarp dviejų dipolių magnetinių momentų tolimojoje zonoje (atstumais, žymiai viršijančiais elementariosios dalelės dydį) mažėja, kai ketvirtas. atstumo galia.

Elektromagnetinė elementariųjų dalelių fundamentinė sąveika yra daug stipresnė nei gravitacinė fundamentalioji sąveika, tačiau jų intensyvumas priklauso ne tik nuo krūvių ir srovių dydžio, bet ir nuo dalyvaujančių dalelių dydžių.

Elektromagnetinės fundamentalios sąveikos aprašomos klasikine elektrodinamika.

Elektromagnetinėje esminės sąveikos Gali dalyvauti x objektai, turintys bent vieną iš šių komponentų:

  • elektros krūvis,
  • elektrinis dipolio laukas,
  • magnetinis momentas,
  • magnetinis dipolio laukas,
  • kintamoji elektrinė magnetinis laukas.

Visos žinomos elementariosios dalelės yra tokios, todėl teiginys, kad elektronų neutrinas nedalyvauja elektromagnetinėse pamatinėse sąveikose, NĖRA teisingas.

1.2 Gravitacinės pagrindinės sąveikos

XX amžiuje buvo manoma, kad gravitacinė sąveika yra universali esminė sąveika tarp visų materialių kūnų. Tačiau kadangi fizika nustatė materialių kūnų struktūrą ir gravitacijos prigimtį, mūsų žinios apie gravitaciją XXI amžiaus pradžioje labai pasikeitė.

Gravitacinėmis fundamentaliosiomis sąveikomis turime omenyje elementariųjų materijos dalelių vektorinių gravitacinių laukų sąveiką Visatoje. Senasis gravitacijos supratimas ir XX amžiaus matematinės pasakos, susijusios su gravitacija, lieka praeitimi. Gamtoje egzistuoja ne kokios nors abstrakčios medžiagos, kurios masė m, gravitacinis laukas, o vektorinių gravitacinių laukų superpozicija, kurią sukuria elementariosios materijos dalelės, priklausantis ne tik nuo gravitacijos šaltinių elementariųjų dalelių masės, bet ir nuo jų orientacijos. jų sukasi, o matematika čia kitokia. Todėl bet kuri materiali medžiaga, termiškai judant savo atomams, sukuria gravitacines bangas supančioje erdvėje.

Elementariųjų dalelių gravitacinių savybių pobūdis ir gravitacinių laukų sklidimas erdvėje aprašytas Elementariųjų dalelių gravitacijos teorijoje.

2 Išgalvotos pagrindinės sąveikos

Kadangi XX amžiaus matematiniuose fizikos modeliuose atvirų elementariųjų dalelių elgsenai apibūdinti trūko tik dviejų gamtoje egzistuojančių fundamentalių sąveikų tipų, jiems teko IŠRASTI trūkstamas.

2.1 Stipri sąveika – fėjų pagrindinė fėjų kvarkų sąveika

Pirma, citata iš pasaulio Vikipedijos: " Stipri branduolinė jėga(spalvų sąveika, branduolinė sąveika) – viena iš keturių pagrindinių fizikos sąveikų. Stipri sąveika apima kvarkus ir gliuonus bei iš jų sudarytas daleles, vadinamas hadronais (barionais ir mezonais). Jis veikia pagal atomo branduolio dydžio ar mažesnio dydžio skalę, nes yra atsakingas už ryšį tarp kvarkų hadronuose ir už trauką tarp nukleonų (bariono tipo – protonų ir neutronų) branduoliuose."

Ant veido apgaulė fizikoje. Gamtoje yra branduolinės sąveikos- tai yra faktas, o visa kita yra FIKCIJA. Fėjų kvarkai su fėjų gliuonais prisijungia prie iš tikrųjų gamtoje egzistuojančios branduolinės sąveikos (kurią galima redukuoti iki elementariųjų dalelių elektromagnetinių laukų sąveikos superpozicijos) – jie bando mus apgauti. Kvarkų gamtoje NĖRA rasta ir gliuonų NErasta, o pseudomokslinė pasaka, vadinama „uždarymu“, yra pasityčiojimas iš gamtos dėsnių. Niekas neįrodė, kad barionai yra pagaminti iš fėjų kvarkų. Dėl tariamai pastebėtų pasakų kvarkų pėdsakų jie bando mus apgauti su bangomis besikeičiančio elementariųjų dalelių elektromagnetinio lauko pasekmėmis. Na, o pasakiški virtualių dalelių mainai prieštarauja gamtos dėsniams.

2.2 Silpna sąveika

Citata iš pasaulio Vikipedijos“ Silpna branduolinė sąveika yra pagrindinė sąveika, ypač atsakinga už atomų branduolių beta skilimo procesus ir silpną elementariųjų dalelių skilimą, taip pat už erdvinio ir kombinuoto pariteto išsaugojimo įstatymų pažeidimus. Ši sąveika vadinama silpnąja, nes kitos dvi sąveikos, reikšmingos branduolinei fizikai ir didelės energijos fizikai (stipriajai ir elektromagnetinei), pasižymi daug didesniu intensyvumu. Tačiau jis yra daug stipresnis nei ketvirtoji iš pagrindinių sąveikų – gravitacinė.

Silpnoji sąveika yra trumpalaikė – ji pasireiškia žymiai mažesniais atstumais nei atomo branduolio dydis (būdingas sąveikos spindulys 2·10 -18 m).

Silpnosios sąveikos nešėjai yra vektoriniai bozonai W + , W - ir Z 0 . Šiuo atveju išskiriama vadinamųjų įkrautų silpnų srovių ir neutralių silpnų srovių sąveika. Įkrautų srovių sąveika (dalyvaujant įkrautiems bozonams W ±) lemia dalelių krūvių pasikeitimą ir kai kurių leptonų bei kvarkų transformaciją į kitus leptonus ir kvarkus. Neutralių srovių sąveika (dalyvaujant neutraliam bozonui Z 0) nekeičia dalelių krūvių ir leptonus bei kvarkus paverčia tomis pačiomis dalelėmis. “

O dabar tiesa. Fizika vis dar neturi įrodymų, kad gamtoje egzistuoja silpnos pagrindinės sąveikos – jie mus apjuosia matematine PASAKA ir nori, kad ją priimtume tikėjimu.

Teiginys, kad silpna sąveika tariamai pasireiškia 2·10 -18 m atstumu, yra pasaka. Elementariosios dalelės nėra taškiniai objektai – elementariųjų dalelių elektromagnetiniams laukams suspausti reikalinga energija. Taigi neutrono linijiniai matmenys (tariamai nyksta dėl silpnos sąveikos) yra dviem dydžiais didesni už būdingą sąveikos spindulį – ką tai reiškia: vienoje mažytėje neutrono srityje silpnoji sąveika yra aktyvi, o gretimuose – nebėra? Fizikai žinomas elementariosios dalelės, kurių ramybės masė nėra nulinė, turi linijinius matmenis, viršijančius būdingą silpnos sąveikos spindulį, daugelis žymiai - tada kas ir su kuo „sąveikauja“ tokiu būdu.

Gamtos dėsniai yra dėsniai, nes jie egzistuoja objektyviai ir veikia. Ir jei kas nors pažeidžiama, tai NE gamtos dėsnis, o kažkokia matematinė abstrakcija, mums nupiešta kaip tariamas gamtos dėsnis.

Tikslesnis elementariųjų dalelių grupės pavadinimas W + , W - ir Z 0 yra ne vektoriniai bozonai, o vektoriniai mezonai. Gamtoje yra elementariųjų dalelių grupė su sveiku skaičiumi: vektoriniai mezonai, kai kurie iš jų mums nuslysta kaip silpnosios sąveikos nešėjai. Šios dirbtinai parinktos vektorių mezonų grupės sukinys yra lygus vienetui. Kiekviena elementarioji vektorių mezonų dalelė, įskaitant ir neutraliuosius, būtinai turi savo antidalelę, kuri skiriasi elektros krūvio ženklu (įkrautoms dalelėms) ir magnetinio momento ženklu (neutralioms dalelėms). W + vektorinis mezonas turi tokią antidalelę: W - vektorinis mezonas. Panašiai Z 0 vektoriaus mezonas turi savo antidalelę. Bet jei Z 0 vektoriaus mezonas neša silpną sąveiką, tai už kokią sąveiką gamtoje yra atsakinga jo antidalelė - Anti-silpna? Tačiau tokia sąveika dar nebuvo išrasta. Na, o jei antidalelė taip pat atsakinga už silpnuosius, tai kodėl gamtai reikia dubliuoti kai kuriuos sąveikos „nešėjus“.

Gamtoje NĖRA NĖRA silpnų sąveikos nešėjų – gamtoje yra elementariųjų dalelių grupė su sveikuoju sukiniu: vektoriniai mezonai, kurie mums nuslysta kaip šie nešėjai. Fizika jau eksperimentiškai atrado apie 10 tokių elementariųjų dalelių, jos turi vektoriniams mezonams būdingų savybių. Pagal elementariųjų dalelių lauko teoriją potencialus vektorinių mezonų skaičius yra begalinis – mūsų laukia nauji įdomių atradimų, už standartinio modelio ribų.

Gamtoje kvarkų NĖRA, o kalbant apie beta skilimus, tai pagal elementariųjų dalelių lauko teoriją elementariųjų dalelių skilimo mechanizmo pagrindas yra kiekvienos elementariosios dalelės noras pereiti į žemesnį energijos lygį (panašus dalykas stebimas ir atome, ir atome branduolys) arba, tiksliau, lygiai. Jį riboja gamtos dėsniai, kitų elementariųjų dalelių buvimas ir jų energijos lygiai, bet tai jau nuo mokslo atradimai XXI amžiaus fizika.

2.3 Elektromagnetinė sąveika

Citata iš pasaulio Vikipedijos“ Elektromagnetinė sąveika yra viena iš keturių pagrindinių sąveikų. Elektromagnetinė sąveika egzistuoja tarp dalelių, turinčių elektrinį krūvį. Šiuolaikiniu požiūriu elektromagnetinė sąveika tarp įkrautų dalelių nėra vykdoma tiesiogiai, o tik per elektromagnetinį lauką.

Kvantinio lauko teorijos požiūriu elektromagnetinę sąveiką atlieka bemasis bozonas – fotonas (dalelė, kurią galima pavaizduoti kaip elektromagnetinio lauko kvantinį sužadinimą). Pats fotonas neturi elektros krūvio, tačiau gali sąveikauti su kitais fotonais keisdamasis virtualiomis elektronų-pozitronų poromis.

Iš pagrindinių dalelių elektromagnetinėje sąveikoje taip pat dalyvauja dalelės, turinčios elektrinį krūvį: kvarkai, elektronai, miuonai ir tau leptonai (iš fermionų), taip pat įkrauti gabaritai W ± bozonai. Likusios standartinio modelio pagrindinės dalelės (visų tipų neutrinai, Higso bozonas ir sąveikos nešėjai: matuoklis Z 0 bozonas, fotonas, gliuonai) yra elektriškai neutralios. “

O dabar tiesa.

Iš gamtoje egzistuojančių elektromagnetinių pagrindinių sąveikų (žr. 1.1 punktą) tik viena tiko kuriamoms teorinėms konstrukcijoms - elektrinė sąveikaįkrautų dalelių elektriniai laukai, išsiskiriantys savo ilgo nuotolio charakteriu, kuriuose dviejų krūvių sąveikos jėga mažėja kaip antroji atstumo galia (būtent tai, ko reikalavo kvantinė „teorija“). Jie jį pasirinko, skambino elektromagnetinė sąveika, o visa kita pamiršo. Tuo pačiu jie visiškai pamiršo elementariųjų dalelių magnetinių laukų sąveiką, o rezultatas buvo Pasaka mažiesiems.

Kodėl elementariųjų dalelių elektrinių laukų sąveikos būtinai turi būti perkeltos, pažeidžiant gamtos dėsnius. Kvantinės „teorijos“ poreikis to daryti nėra įrodymas, kad gamtoje egzistuoja toks esminių sąveikų sklidimo mechanizmas. O teiginys apie elektromagnetinio lauko kvantinį sužadinimą tėra dar viena matematinė pasaka. Ir kad ir kokią matematinę pasaką apie fotoną berašytų, fotonas vis tiek liks viena kintamo elektromagnetinio lauko elektromagnetine banga ir išliks elektriškai neutralus. O elektriškai neutralus fotonas jokiu būdu negali būti atsakingas už įkrautų elementariųjų dalelių elektrinių laukų sąveiką.

2.4 Electroweak sąveika – penktoji pasakiška fundamentali sąveika

Citatos iš pasaulio Vikipedijos “ Standartinis dalelių fizikos modelis apibūdina elektromagnetinę jėgą ir silpnąją jėgą kaip skirtingus vienos elektrosilpnos jėgos pasireiškimus, kurių teoriją apie 1968 metus sukūrė S. Glashow, A. Salam ir S. Weinberg. Už šį darbą jie gavo Nobelio premija fizikoje 1979 m.

Dalelių fizikoje elektrosilpnoji jėga yra bendras dviejų iš keturių pagrindinių jėgų apibūdinimas: silpnoji jėga ir elektromagnetinė jėga. Nors šios dvi sąveikos labai skiriasi esant įprastoms žemoms energijoms, teoriškai jos atrodo kaip dvi skirtingos tos pačios jėgos apraiškos. Kai energija viršija susivienijimo energiją (apie 100 GeV), jie susijungia į vieną elektrosilpną sąveiką.

Elektrosilpnos sąveikos teorija yra vieninga (suvienodinta) silpnosios ir elektromagnetinės kvarkų ir leptonų sąveikos teorija, sukurta XX amžiaus 60-ųjų pabaigoje S. Weinbergo, S. Glashow, A. Salam, atlikta keičiantis keturios dalelės – bemasiai fotonai (elektromagnetinė sąveika) ir sunkieji tarpiniai vektoriniai bozonai (silpna sąveika). Be to, fotonas ir Z-bozonas yra kitų dviejų dalelių - B 0 ir W 0 - superpozicija.

Matematiškai suvienodinimas atliekamas naudojant gabaritų grupę SU(2) × U(1). Atitinkami matuoklio bozonai yra fotonas (elektromagnetinė jėga) ir W bei Z bozonai (silpnoji jėga). Standartiniame modelyje silpnos sąveikos matuoklio bozonai įgyja masę dėl spontaniško elektrosilpnos simetrijos lūžimo, kurį sukelia Higso mechanizmas

Po Higso bozono atradimo Higso laukas pradėtas vadinti penktąja pagrindine sąveika. 2016 metais pasigirdo pasiūlymų, kad penktoji sąveika gali būti siejama su nauja dalele – protofobiniu X-bozonu, kuris reaguoja tik su elektronais ir neutronais, taip pat yra tamsiojo gamtos sektoriaus dalis. “

Realybė tokia, kad gamtoje NĖRA elektromagnetinės sąveikos, bet yra elektromagnetinės pagrindinės sąveikos, ir tai yra skirtingos sąvokos. Gamtoje taip pat NĖRA JOKIOS silpnos sąveikos – fizika NĖRA nustačiusi ją atitinkančio fizikinio lauko egzistavimo, jie tiesiog slysta mums dar vieną matematinę PASAKĄ.

Niekas neatrado pasakiško Higso bozono. Prisidengdami tariamai atrastu Higso bozonu, jie bando paslysti mums naujai atrastą įprastą elementariąją dalelę – vektorių mezoną. - Mezonai, kurių sukinys yra 0 (pvz., π 0 ir η 0), taip pat vektoriniai mezonai, kurių sukinys yra 2, gali suskaidyti į du fotonus. Dviejų fotonų skilimo kanalo buvimas elementariojoje dalelėje nėra įrodymas, kad mes turime „Higgsą“. bozonas“. Kai 1950 m. fizikai atrado π 0 mezoną, turintį dviejų fotonų skilimą, niekam nė į galvą neatėjo mintis, kad buvo atrastas dar vienas Higgso bozonas – „masės šaltinis Visatoje“, nes tuo metu ši matematinė pasaka. dar nebuvo išrastas.

Klaidingi dabartinio Nobelio fizikos komiteto sprendimai, deja, tapo įprasti. Tai ne paskutinis kartas, kai Nobelio fizikos premija skirta už matematinę PASAKĄ.

Teiginys, kad elementarioji dalelė FOTONAS yra kitų dviejų dalelių B 0 ir W 0 – bozonų – superpozicija, yra fizikos apgaulė. Matematinės PASAKOS leidžia viską pasaulyje, bet fizika to nenustatė.

Na, o Higso mechanizmas yra dar viena matematinė PASAKA, už kurią taip pat buvo skirta Nobelio „fizikos“ premija. Tačiau elementariųjų dalelių gravitacijos teorija nustatė natūralus pavasaris elementariųjų dalelių masė ir natūralus jos susidarymo mechanizmas, kuris neturi NIEKO bendro su pasaka apie Higso bozoną. – Bet tai jau iš XXI amžiaus mokslinių fizikos atradimų

3 Pagrindinės kvantinės teorijos sąveikos

Kvantinė teorija be įrodymų tvirtina, kad egzistuoja šios pagrindinės sąveikos:

  • Branduolinės sąveikos, kurios iš tikrųjų egzistuoja gamtoje, buvo priskiriamos kvarkams, kurių gamtoje nėra, vykdantiems virtualų apsikeitimą (pažeidžiant gamtos dėsnius) su gamtoje neegzistuojančiais gliuonais.
  • Iš elektromagnetinės fundamentalios sąveikos kvantinė teorija atsižvelgia tik į įkrautų dalelių elektrinių laukų sąveiką, vadindama jas elektromagnetine sąveika. Magnetinių laukų, kurių buvimas buvo eksperimentiškai įrodytas elementariosiose dalelėse, sąveika tiesiog ignoruojama.
  • Gamtoje nėra silpnos sąveikos.
  • Šis savaime egzistuojantis gravitacijos supratimas paskatino pasaką apie juodąsias skyles.

Tačiau magnetiniai laukai yra daug stipresni už elektrinius laukus ir yra trumpo nuotolio. – Bet tada, norėdami į juos atsižvelgti, turėsime pradėti naudoti klasikinę elektrodinamiką (vietoj kvantinės elektrodinamikos), o kvantinė teorija bus priversta pereiti prie elementariųjų dalelių lauko teorijos pamatų. Ir jei prie to pridėsime energijos tvermės dėsnio viršenybę ir pamiršime virtualias daleles, tada mikropasaulis bus matomas visiškai kitaip – ​​tai nebebus kvantinis pasaulis.

4 Vieningos fundamentaliųjų sąveikų teorijos sukūrimas

Pirmoji iš sąveikos teorijų buvo dėsnis universalioji gravitacija, kurį išvedė Isaacas Newtonas ir 1687 m. paskelbtas veikale „Matematiniai principai gamtos filosofija“ Poisson'ui 1813 m. įvedus gravitacinio potencialo sąvoką ir Puasono gravitacinio potencialo lygtį, buvo įmanoma ištirti gravitacinį lauką su savavališku medžiagos pasiskirstymu. Po to visuotinės traukos dėsnis pradėtas laikyti pagrindiniu gamtos dėsniu, o gravitacinė sąveika (po 1863 m.) – viena pagrindinių gamtos sąveikų. Tačiau tai buvo padaryta gerokai anksčiau, nei fizikai atrado materijos ir elementariųjų dalelių struktūrą.

Antroji iš sąveikos teorijų buvo elektromagnetizmo teorija, kurią Maksvelas sukūrė 1863 m.

1915 metais Einšteinas suformulavo bendrąją reliatyvumo teoriją (GR), kuri apibūdina gravitacinį lauką. Fizikoje atsirado idėja sukurti vieningą dviejų pagrindinių sąveikų teoriją, lygiai taip pat, kaip Maxwellas sugebėjo sukurti bendrą elektrinių ir magnetinių reiškinių aprašymą. Anot fizikų, tokia vieninga teorija apjungtų gravitaciją (GTR) ir elektromagnetizmą kaip dalines tam tikros vieningos sąveikos apraiškas.

Pirmoje XX amžiaus pusėje nemažai fizikų daug bandė sukurti tokią teoriją, remdamiesi Bendrosios reliatyvumo teorija ir Maksvelo elektromagnetizmo teorijomis, tačiau šie bandymai nedavė teigiamų rezultatų, nes bendroji reliatyvumo teorija ir elektromagnetizmo teorijos iš esmės skiriasi. Gravitacija (bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose) apibūdinama erdvės-laiko kreivumu, ir šia prasme gravitacinis laukas yra nematerialus, o elektromagnetinis laukas parodo viską. privalomi atributai reikalas. – Galbūt ateities teoriją jie pastatė ant netinkamo pagrindo?

XX amžiaus antroje pusėje vieningą fundamentaliųjų sąveikų teoriją labai apsunkino įvedus hipotetines silpnąsias ir stipriąsias sąveikas, kurių gamtoje nebuvo (tačiau fizika apie tai dar nežinojo). kaip poreikis kvantuoti teoriją. – Fizika pradėjo vystytis aklavietės kryptimi.

1967 m. Salamas ir Weinbergas pateikė elektrosilpnos jėgos teoriją, sujungdami (jų nuomone) elektromagnetizmą ir hipotetines silpnąsias jėgas. Vėliau, 1973 m., buvo pasiūlyta hipotetinės stiprios jėgos (kvantinės chromodinamikos) teorija. Jų pagrindu buvo pastatytas kvarkų modelis, kuris vėliau buvo transformuotas į Standartinį elementariųjų dalelių modelį (įtraukiant leptonus, kurie netilpo į elementariųjų dalelių kvarkų modelį), kuris aprašo (jo nuomone) hipotetinį elektromagnetinį, hipotetinį. silpna ir hipotetinė stipri sąveika.

Taigi dar visai neseniai fundamentinės sąveikos buvo aprašytos dviem visuotinai pripažintomis teorijomis: bendruoju reliatyvumu ir standartiniu modeliu. Jų suvienyti nepavyko dėl sunkumų (kaip buvo manoma) kuriant kvantinę gravitacijos teoriją. – Fizika pagaliau pateko į kvantinę aklavietę, kas ir turėjo atsitikti. Tačiau būti visuotinai priimtam nereiškia būti TIKRAI. Pastarasis reiškia standartinį modelį – pasakų kvarkų, fėjų gliuonų ir fėjų fundamentalių (stiprių ir silpnų) sąveikų modelį. Bandymas sujungti mokslinę teoriją su PASAKOMIS veda į paties MOKSLO išsigimimą. Tikrą MOKSLĄ riboja tik TIESA, o matematinės PASAKOS gali teigti viską, kas šauna į galvą jų šalininkams, ir perduoti šią fikciją realybe. Išrasti galima bet ką, bet kur gamtoje randamas bent vienas kvarkas ar gluonas (nesiūlykite pasakojimų apie tariamai atrastus pėdsakus) ir kaip dalelė, gyvenanti trumpiau nei 0,000001 sekundę, gali sukurti masę Visatoje, kurios sukūrimui nėra pakankamai energijos iš žvaigždžių termobranduolinės sintezės: tai reiškia, kad žvaigždės negali masiškai tiekti į gamtą šios nestabilios dalelės, kuri net negali pasiekti artimiausios planetos (gali nuskristi vos kelis metrus iki suirimo), kurią jis tariamai sukuria kartu su kitų planetų, kometų ir asteroidų mase. Gamtoje buvo masė prieš sukuriant dalelę, vadinamą „Higso bozonu“ iš energijos greitintuve, o kai protingų būtybių sukurta dalelė greitintuve labai greitai suskyla (būtent dviejų fotonų skilimo būdu atsirado nauja dalelė. aptiktas greitintuve), masė Visatoje niekur nedingo. Matematika sugeba nubraižyti bet kokį, patį nuostabiausią matematinį modelį, tačiau tik gamta ir jos dėsniai (tokie nemylimi matematinių pasakų) nusprendžia, kas bus. Taigi stebime nenutrūkstamą matematinių pasakų srautą, slepiančių tikrus mokslinius duomenis ir apsimetančius aukščiausias pasiekimas Mokslai. Bet neatsimenu, kad Alfredas Nobelis savo testamente leistų jo vardu išleisti prizus už MATEMATINES PASAKAS.

Šiandien, XXI amžiuje, fizika žino daug daugiau apie materijos sandarą ir elementariąsias daleles, sudarančias atomus ir molekules, taip pat įsitikino kvantinės „teorijos“ klaidingumu ir fiktyvių stipriųjų, silpnųjų nebuvimu. ir elektrosilpna sąveika gamtoje. XXI amžiaus fizika patvirtino vieną iš bendrosios reliatyvumo teorijos postulatų, kad gravitacinės ir inercinės jėgos turi tą patį pobūdį ir ši prigimtis yra elektromagnetizmas (žr. Elementariųjų dalelių gravitacijos teorijos 2 dalį), bet taip pat nustatė, kad gravitacinis laukas. , pagal bendrąją reliatyvumo teoriją, negali sukurti elementariųjų materijos dalelių Visatoje (gravitacinis laukas yra elektromagnetizmo produktas, o ne kokia nors nepriklausoma abstrakti sąvoka, o elementariosios dalelės gravitacinis laukas negali suspausti ją sukūrusio elektromagnetinio lauko į pasakišką „juodoji skylė“), o Maksvelo elektromagnetizmo lygtyse vis dar kažko trūksta - Maksvelo lygtys neaprašo vienos elektromagnetinės bangos: PHOTON, taip pat įveda krūvius ir sroves, kurių NĖRA elementariųjų dalelių viduje, nes elementariųjų elementų nuolatiniai elektriniai ir magnetiniai laukai. dalelės yra DIPOLAR.

Ne mažiau nukentėjo ir kvantinė mechanika, praradusi virtualias daleles ir kvantinę „teoriją“ su daugybe matematinių pasakų. XXI amžiaus fizika taip pat turi klausimų apie kvantinės mechanikos banginę funkciją, tiksliau, apie jos fizikinę prasmę. Jeigu elektrono sukimosi atome atveju banginės funkcijos modulio kvadratas (Ψ) lėmė tikimybę (dP), kad elektronas bus tam tikrame erdvės taške (elementinis tūris dv), t.y.

    dP=|Ψ| 2 dv
tada, jei erdvė yra pačiame elektrone arba kitos elementariosios dalelės, kurios ramybės masė skiriasi nuo nulio, tai yra beprasmiška - elementarioji dalelė yra tam tikrame erdvės regione ir tuo pačiu metu yra gretimuose regionuose . Tose erdvės srityse, kuriose elementariosios dalelės elektrinio (E) arba magnetinio (H) lauko stiprumas (tiek pastovus, tiek kintamas) skiriasi nuo nulio, elementarioji dalelė yra visose. Ir kadangi nuolatiniai elementariųjų dalelių elektromagnetiniai laukai tęsiasi iki begalybės, tai reiškia, kad kiekviename elementariame erdvės tūryje vienu metu yra daugybės elementariųjų dalelių elektromagnetiniai laukai, net jei jų nėra šalia. Kaip matome, elementariosios dalelės viduje banginė funkcija prarado savo visuotinai priimtą fizinę prasmę, ko negalima pasakyti apie klasikinę elektrodinamiką. Juk būtent klasikinė elektrodinamika kartu su Einšteino formule leidžia nustatyti likusią elementariosios dalelės masę:
kur apibrėžtasis integralas perimamas visą elementariosios dalelės užimamą erdvę.

Ką tada atspindi bangos funkcija elektrono (ar kitos elementarios dalelės) viduje? - Elementariosios dalelės viduje (išskyrus fotoną) sukasi bangų kintamasis elektromagnetinis laukas, kurio lygčių fizika dar nerado, taip pat yra pastovių dipolių elektromagnetinių laukų. Ir ką su tuo turi bangų funkcija - galbūt ji kažkaip atspindi bangų procesus, bet kaip ir visa kita, tai didelis klausimas. Bangos funkcijos kvadratinis modulis (nepaisant jo normalizavimo) negali parodyti, kokia elementariosios dalelės dalis yra sutelkta elementariajame tūryje, nes elementariosios dalelės taip pat turi pastovius elektromagnetinius laukus, kurie išeina už banginių procesų ribų. Bet rašyti matematines pasakas yra labai gerai.

Tačiau klasikinei elektrodinamikai panaši problema nesukėlė sunkumų. Panašiai kaip ir kvantinėje mechanikoje, pristatysime:

Atitinkamai:
Argi neįdomu? Mes tiesiog padalinome elementariosios dalelės elektromagnetinės energijos tankį iš visos jos elektromagnetinės energijos – atlikome normalizavimą ir gavome: kokia dalis (ω) elementariosios dalelės elektromagnetinės energijos (taigi ir kokia elementariosios dalelės dalis) yra koncentruota. elementariame erdvės tūryje dV. Ir kodėl čia kvantinė mechanika su savo matematinėmis abstrakcijomis ir bangų funkcija, atspindinčia kas žino ką, kai klasikinė elektrodinamika puikiai atliko savo darbą, o fizika taip pat veikia.

Šiandien kvantinės mechanikos teiginiai fizikos negali būti laikomi nepaneigiama tiesa ir reikalaujantys eksperimentinio įrodymo – taip kvantinė mechanika prarado savo buvusią visagalybę XXI amžiaus fizikoje.

5 Pagrindinės sąveikos gamtoje – Santrauka

Fizika, tyrinėdama gamtą, eksperimentiškai nustatė, kad gamtoje egzistuoja tik dviejų tipų pagrindinės sąveikos, ne keturios ar penkios, o tik dvi

  • Visatos elementariųjų materijos dalelių elektromagnetinių laukų elektromagnetinės pagrindinės sąveikos,
  • gravitacinės fundamentalios sąveikos – elementariųjų materijos dalelių Visatoje vektorinių gravitacinių laukų sąveikos.

Fizika nenustatė silpno lauko egzistavimo gamtoje ir dar ne – bet apskritai. Kalbant apie nuostabius pasakiškos silpnosios sąveikos nešiklius: W + , W - ir Z 0 -bozonus (arba moksliškai, vektorinius mezonus), gamtoje kiekvienas vektorinis mezonas, net ir su nuliniu elektros krūviu, būtinai turi savo antidalelę, įskaitant Z. 0 -vektoriaus mezonas, o W - -vektoriaus mezonas yra W + -vektoriaus mezono antidalelė. Jie tiesiog paėmė krūvą trijų elementariųjų dalelių iš gamtoje rastų vektorinių mezonų ir pavadino jas pasakiškos silpnos sąveikos nešėjais.

Fizika taip pat nenustatė gliuono lauko egzistavimo gamtoje, kaip ir pačių pasakiškų jo nešėjų - gliuonų, nes elementariųjų gamtos dalelių spektre nebuvo vietos dalelėms, tinkamoms tokiai „teorijai“. Nebuvo kam pavadinti pasakos nešėjo stiprios pasakų kvarkų sąveikos.

Pasakiškos penktosios fundamentaliosios sąveikos įvedimas 2016 m. neturi nieko bendra su FIZIKA-MOKSLAIS.

Matematinės teorijos – TALES bandė perrašyti esmines sąveikas, kurios iš tikrųjų egzistuoja gamtoje, kad tiktų sau, ir pridėti trūkstamas sąveikas, kad atitiktų eksperimentinius duomenis, tačiau fizika neturi įrodymų apie jų egzistavimą gamtoje. Galite sukurti tiek matematinių teorijų, kiek yra norinčių tai daryti autorių – bet Visata egzistuoja viena, ir jai nerūpi nei mes, nei literatūrinė mokslinių autorių kūryba.

Taigi, kaip ir XX amžiaus pradžioje, gamtoje žinomos jėgos vis dar yra sumažintos tik iki dviejų pagrindinių sąveikų tipų. Kitų rūšių esminių sąveikų gamtoje egzistavimą reikia įrodyti, o ne postuluoti.

Vladimiras Gorunovičius

Šiuolaikiniai didelės energijos fizikos pasiekimai vis labiau sustiprina mintį, kad Gamtos savybių įvairovę lemia sąveikaujančios elementarios dalelės. Matyt, neįmanoma pateikti neoficialaus elementariosios dalelės apibrėžimo, nes kalbame apie svarbiausius materijos elementus. Kokybiniu lygmeniu galime pasakyti, kad tikrai elementarios dalelės yra fiziniai objektai, kurių nėra komponentai.
Akivaizdu, kad fizinių objektų elementarios prigimties klausimas pirmiausia yra eksperimentinis. Pavyzdžiui, eksperimentiškai nustatyta, kad molekulės, atomai ir atomų branduoliai turi vidinę struktūrą, rodančią sudedamųjų dalių buvimą. Todėl jos negali būti laikomos elementariomis dalelėmis. Visai neseniai buvo atrasta, kad dalelės, tokios kaip mezonai ir barionai, taip pat turi vidinę struktūrą ir todėl nėra elementarios. Tuo pačiu metu vidinė elektrono struktūra niekada nebuvo pastebėta, todėl ją galima priskirti elementarioms dalelėms. Kitas elementariosios dalelės pavyzdys yra šviesos kvantas – fotonas.
Šiuolaikiniai eksperimentiniai duomenys rodo, kad yra tik keturi kokybiškai skirtingi sąveikos tipai, kuriuose dalyvauja elementarios dalelės. Šios sąveikos vadinamos fundamentalia, tai yra pačia pagrindine, pradine, pirmine. Jei atsižvelgsime į visą mus supančio Pasaulio savybių įvairovę, atrodo visiškai stebėtina, kad gamtoje yra tik keturios pagrindinės sąveikos, atsakingos už visus gamtos reiškinius.
Be kokybinių skirtumų, esminės sąveikos kiekybiškai skiriasi savo poveikio stiprumu, kuris apibūdinamas terminu intensyvumo. Didėjant intensyvumui, pagrindinės sąveikos išdėstomos tokia tvarka: gravitacinė, silpnoji, elektromagnetinė ir stiprioji. Kiekvienai iš šių sąveikų būdingas atitinkamas parametras, vadinamas sujungimo konstanta, kurios skaitinė reikšmė lemia sąveikos intensyvumą.
Kaip fiziniai objektai atlieka esminę sąveiką vienas su kitu? Kokybiniu lygmeniu atsakymas į šį klausimą yra toks. Esminę sąveiką atlieka kvantai. Be to, kvantiniame lauke pagrindinės sąveikos atitinka atitinkamas elementariąsias daleles, vadinamas elementariosiomis dalelėmis – sąveikos nešėjais. Sąveikos procese fizinis objektas išskiria daleles – sąveikos nešiklius, kurias sugeria kitas fizinis objektas. Tai veda prie to, kad objektai tarsi jaučia vienas kitą, jų energiją, judėjimo pobūdį, būsenos kaitą, tai yra patiria abipusę įtaką.
Šiuolaikinėje didelės energijos fizikoje esminių sąveikų suvienijimo idėja tampa vis svarbesnė. Pagal unifikacijos idėjas, Gamtoje yra tik viena fundamentali sąveika, kuri konkrečiose situacijose pasireiškia kaip gravitacinė, arba silpna, arba elektromagnetinė, arba stipri, arba koks nors jų derinys. Sėkmingas įgyvendinimas suvienijimo idėjas įkvėpė dabar standartinės unifikuotos elektromagnetinės ir silpnosios sąveikos teorijos sukūrimas. Vykdomas darbas kuriant vieningą elektromagnetinės, silpnosios ir stipriosios sąveikos teoriją, vadinamą didžiąja susivienijimo teorija. Bandoma rasti visų keturių pagrindinių sąveikų suvienodinimo principą. Paeiliui apsvarstysime pagrindines esminių sąveikų apraiškas.

Gravitacinė sąveika

Ši sąveika savo prigimtimi yra universali, joje dalyvauja visos materijos rūšys, visi gamtos objektai, visos elementarios dalelės! Visuotinai priimta klasikinė (ne kvantinė) teorija gravitacinė sąveika yra Einšteino bendroji reliatyvumo teorija. Gravitacija lemia planetų judėjimą žvaigždžių sistemos, vaidina svarbus vaidmuožvaigždėse vykstančiuose procesuose valdo Visatos evoliuciją, o antžeminėmis sąlygomis pasireiškia kaip jėga abipusė trauka. Žinoma, mes išvardijome tik nedidelį skaičių pavyzdžių iš didžiulio gravitacijos efektų sąrašo.
Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją gravitacija yra susijusi su erdvės laiko kreivumu ir apibūdinama vadinamąja Riemanno geometrija. Šiuo metu visi eksperimentiniai ir stebėjimo duomenys apie gravitaciją patenka į bendrosios reliatyvumo teorijos rėmus. Tačiau duomenų apie stiprius gravitacinius laukus iš esmės trūksta, todėl šios teorijos eksperimentiniai aspektai kelia daug klausimų. Dėl šios situacijos atsiranda įvairių alternatyvių gravitacijos teorijų, kurių prognozės praktiškai nesiskiria nuo bendrosios reliatyvumo teorijos numatytų fizikinių poveikių. saulės sistema, bet sukelti kitų pasekmių stipriuose gravitaciniuose laukuose.
Jei nepaisysime visų reliatyvistinių efektų ir apsiribosime silpnais stacionariais gravitaciniais laukais, tai bendroji reliatyvumo teorija redukuojama iki Niutono visuotinės gravitacijos teorijos. Šiuo atveju, kaip žinoma, dviejų taškinių dalelių, kurių masės m 1 ir m 2, sąveikos potenciali energija yra pateikiama pagal ryšį

kur r yra atstumas tarp dalelių, G yra Niutono gravitacinė konstanta, kuri atlieka gravitacinės sąveikos konstantos vaidmenį. Šis ryšys rodo, kad bet kurio baigtinio r potenciali sąveikos energija V(r) yra nulis ir labai lėtai krenta iki nulio. Dėl šios priežasties sakoma, kad gravitacinė sąveika yra ilgalaikė.
Iš daugelio bendrosios reliatyvumo teorijos fizinių prognozių pažymime tris. Teoriškai nustatyta, kad gravitaciniai trikdžiai gali sklisti erdvėje bangų, vadinamų gravitacinėmis bangomis, pavidalu. Sklindantys silpni gravitaciniai trikdžiai daugeliu atžvilgių yra panašūs į elektromagnetines bangas. Jų greitis lygus šviesos greičiui, turi dvi poliarizacijos būsenas, jiems būdingi trukdžių ir difrakcijos reiškiniai. Tačiau dėl itin silpnos gravitacinių bangų sąveikos su medžiaga jų tiesioginis eksperimentinis stebėjimas dar nebuvo įmanomas. Tačiau kai kurių duomenų astronominiai stebėjimai Energijos praradimas dvigubų žvaigždžių sistemose rodo galimą gravitacinių bangų egzistavimą gamtoje.
Teorinis žvaigždžių pusiausvyros sąlygų tyrimas pagal bendrąją reliatyvumo teoriją rodo, kad tam tikromis sąlygomis pakankamai masyvios žvaigždės gali pradėti katastrofiškai žlugti. Pasirodo, tai įmanoma gana vėlyvose žvaigždės evoliucijos stadijose, kai vidinis slėgis, kurį sukelia už žvaigždės šviesumą atsakingi procesai, nepajėgia subalansuoti gravitacinių jėgų, linkusių suspausti žvaigždę, slėgio. Dėl to suspaudimo proceso niekas negali sustabdyti. Aprašytas fizikinis reiškinys, teoriškai prognozuojamas bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose, vadinamas gravitaciniu kolapsu. Tyrimai parodė, kad jei žvaigždės spindulys tampa mažesnis už vadinamąjį gravitacinį spindulį

Rg = 2GM/c2,

kur M yra žvaigždės masė, o c yra šviesos greitis, tada išoriniam stebėtojui žvaigždė užgęsta. Jokia informacija apie šioje žvaigždėje vykstančius procesus negali pasiekti išorinio stebėtojo. Šiuo atveju kūnai, krentantys ant žvaigždės, laisvai kerta gravitacinį spindulį. Jei stebėtojas yra suprantamas kaip toks kūnas, jis nepastebės nieko, išskyrus gravitacijos padidėjimą. Taigi yra erdvės sritis, į kurią galima patekti, bet iš kurios niekas negali išeiti, įskaitant šviesos spindulį. Tokia erdvės sritis vadinama juodąja skyle. Juodųjų skylių egzistavimas yra viena iš teorinių bendrosios reliatyvumo teorijos prognozių; kai kurios alternatyvios gravitacijos teorijos yra sukurtos taip, kad draudžia tokio tipo reiškinius. Šiuo atžvilgiu juodųjų skylių tikrovės klausimas yra išskirtinis svarbu. Šiuo metu yra stebėjimų duomenų, rodančių juodųjų skylių buvimą Visatoje.
Bendrosios reliatyvumo teorijos rėmuose pirmą kartą buvo galima suformuluoti Visatos evoliucijos problemą. Taigi Visata kaip visuma tampa ne spekuliacinių spėlionių objektu, o fizikos mokslo objektu. Fizikos šaka, nagrinėjanti visą Visatą, vadinama kosmologija. Dabar manoma, kad tvirtai nustatyta, kad gyvename besiplečiančioje visatoje.
Šiuolaikinis Visatos evoliucijos vaizdas grindžiamas idėja, kad Visata, įskaitant jos atributus, tokius kaip erdvė ir laikas, atsirado dėl ypatingo fizinio reiškinio, vadinamo Didžiuoju sprogimu, ir nuo to laiko plečiasi. Remiantis Visatos evoliucijos teorija, atstumai tarp tolimų galaktikų laikui bėgant turėtų didėti, o visa Visata turėtų būti užpildyta maždaug 3 K temperatūros šilumine spinduliuote. Šios teorijos prognozės puikiai sutampa su astronominiais stebėjimo duomenys. Tuo pačiu metu skaičiavimai rodo, kad Visatos amžius, tai yra laikas, praėjęs nuo to laiko Didysis sprogimas, yra apie 10 milijardų metų. Kalbant apie Didžiojo sprogimo detales, šis reiškinys buvo menkai ištirtas ir galime kalbėti apie Didžiojo sprogimo paslaptį kaip iššūkį Fiziniai mokslai apskritai. Gali būti, kad Didžiojo sprogimo mechanizmo paaiškinimas siejamas su naujais, dar nežinomais Gamtos dėsniais. Dažnas moderni išvaizda galimas Didžiojo sprogimo problemos sprendimas yra pagrįstas gravitacijos teorijos ir kvantinės mechanikos derinimo idėja.

Kvantinės gravitacijos samprata

Ar apskritai galima kalbėti apie gravitacinės sąveikos kvantines apraiškas? Kaip įprasta manyti, kvantinės mechanikos principai yra universalūs ir taikomi bet kuriam fiziniam objektui. Šia prasme gravitacinis laukas nėra išimtis. Teoriniai tyrimai rodo, kad kvantiniame lygmenyje gravitacinę sąveiką vykdo elementarioji dalelė, vadinama gravitonu. Galima pastebėti, kad gravitonas yra bemasis bozonas su sukiniu 2. Gravitacinė sąveika tarp dalelių, kurią sukelia gravitonų mainai, paprastai vaizduojama taip:

Dalelė skleidžia gravitoną, todėl jos judėjimo būsena pasikeičia. Kita dalelė sugeria gravitoną ir taip pat keičia jo judėjimo būseną. Dėl to dalelės sąveikauja viena su kita.
Kaip jau minėjome, gravitacinę sąveiką apibūdinanti jungties konstanta yra Niutono konstanta G. Gerai žinoma, kad G yra matmenų dydis. Akivaizdu, kad norint įvertinti sąveikos intensyvumą, patogu turėti bematę sujungimo konstantą. Norėdami gauti tokią konstantą, galite naudoti pagrindines konstantas: (Planko konstanta) ir c (šviesos greitis) ir įvesti tam tikrą atskaitos masę, pavyzdžiui, protonų masę m p. Tada gravitacinės sąveikos bedimens jungties konstanta bus

Gm p 2 /(c) ~ 6,10 -39,

kas, žinoma, yra labai maža vertė.
Įdomu pastebėti, kad iš pagrindinių konstantų G, , c galima sudaryti dydžius, kurie turi ilgio, laiko, tankio, masės ir energijos matmenis. Šie dydžiai vadinami Planko dydžiais. Konkrečiai, Plancko ilgis l Pl ir Plancko laikas t Pl atrodo taip:

Kiekviena fundamentali fizinė konstanta apibūdina tam tikrą fizikinių reiškinių diapazoną: G – gravitaciniai reiškiniai, – kvantiniai, c – reliatyvistiniai. Todėl, jei koks nors santykis vienu metu apima G, , c, tai reiškia, kad šis ryšys apibūdina reiškinį, kuris vienu metu yra gravitacinis, kvantinis ir reliatyvistinis. Taigi Planko dydžių egzistavimas rodo galimą atitinkamų reiškinių egzistavimą Gamtoje.
Žinoma, skaitinės l Pl ir t Pl reikšmės yra labai mažos, palyginti su būdingomis makrokosmoso dydžių reikšmėmis. Bet tai tik reiškia, kad kvantinės gravitacijos efektai pasireiškia silpnai. Jie gali būti reikšmingi tik tada, kai būdingi parametrai tapo palyginami su Planck reikšmėmis.
Išskirtinis mikropasaulio reiškinių bruožas yra tai, kad fizikiniai dydžiai yra veikiami vadinamųjų kvantinių svyravimų. Tai reiškia, kad atliekant pakartotinius matavimus fizinis kiekis tam tikroje būsenoje dėl nekontroliuojamos prietaiso sąveikos su stebimu objektu iš esmės turėtų būti gautos skirtingos skaitinės vertės. Prisiminkime, kad gravitacija yra susijusi su erdvės-laiko kreivumo pasireiškimu, tai yra su erdvės-laiko geometrija. Todėl reikėtų tikėtis, kad t Pl eilės ir l Pl eilės atstumais erdvėlaikio geometrija turėtų tapti kvantiniu objektu, geometrinės charakteristikos patirtų kvantinius svyravimus. Kitaip tariant, Plancko skalėse nėra fiksuotos erdvės ir laiko geometrijos; vaizdžiai tariant, erdvė-laikas yra kunkuliuojančios putos.
Nuosekli kvantinė gravitacijos teorija nebuvo sukurta. Dėl itin mažų l Pl, t Pl reikšmių, reikėtų tikėtis, kad artimiausiu metu nebus įmanoma atlikti eksperimentų, kuriuose pasireikštų kvantinės gravitacijos efektai. Todėl teoriniai kvantinės gravitacijos klausimų tyrimai tebėra vienintelis kelias į priekį. Tačiau ar yra reiškinių, kuriuose kvantinė gravitacija gali būti reikšminga? Taip, yra, ir mes apie juos jau kalbėjome. Tai gravitacinis kolapsas ir Didysis sprogimas. Remiantis klasikine gravitacijos teorija, objektas, kuriam būdingas gravitacinis žlugimas, turėtų būti suspaustas iki savavališkai mažo dydžio. Tai reiškia, kad jo matmenys gali būti panašūs į l Pl, kur klasikinė teorija nebetaikoma. Lygiai taip pat Didžiojo sprogimo metu Visatos amžius buvo panašus į tPl, o jos matmenys buvo lPl. Tai reiškia, kad klasikinės teorijos rėmuose neįmanoma suprasti Didžiojo sprogimo fizikos. Taigi galutinio gravitacinio žlugimo etapo ir pradinio Visatos evoliucijos etapo aprašymas gali būti atliktas tik naudojant kvantinę gravitacijos teoriją.

Silpna sąveika

Ši sąveika yra silpniausia iš pagrindinių sąveikų, eksperimentiškai stebimų elementariųjų dalelių skilimo metu, kur kvantiniai efektai yra iš esmės reikšmingi. Prisiminkime, kad gravitacinės sąveikos kvantinės apraiškos niekada nebuvo pastebėtos. Silpna sąveika išskiriama pagal šią taisyklę: jei sąveikos procese dalyvauja elementarioji dalelė, vadinama neutrinu (arba antineutrinu), tai ši sąveika yra silpna.

Tipiškas silpnos sąveikos pavyzdys yra neutrono beta skilimas

Np + e - + e,

kur n – neutronas, p – protonas, e – elektronas, e – elektronų antineutrinas. Tačiau reikia turėti omenyje, kad aukščiau pateikta taisyklė visiškai nereiškia, kad bet kokį silpnos sąveikos veiksmą turi lydėti neutrinas arba antineutrinas. Yra žinoma, kad įvyksta daug skilimų be neutrinų. Kaip pavyzdį galime pažymėti lambda hiperono skilimo į protoną p ir neigiamo krūvio pioną π − procesą. Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, neutronas ir protonas iš tikrųjų nėra elementarios dalelės, bet susideda iš elementariųjų dalelių, vadinamų kvarkais.
Silpnosios sąveikos intensyvumas apibūdinamas Fermi jungties konstanta G F . Konstanta G F yra matmenų. Norint sudaryti bematį dydį, reikia naudoti tam tikrą atskaitos masę, pavyzdžiui, protonų masę m p. Tada bematė sujungimo konstanta bus

G F m p 2 ~ 10 -5 .

Galima pastebėti, kad silpnoji sąveika yra daug intensyvesnė nei gravitacinė sąveika.
Silpna sąveika, skirtingai nei gravitacinė sąveika, yra trumpo nuotolio. Tai reiškia, kad silpna jėga tarp dalelių veikia tik tuo atveju, jei dalelės yra pakankamai arti viena kitos. Jei atstumas tarp dalelių viršija tam tikrą reikšmę, vadinamą būdingu sąveikos spinduliu, silpnoji sąveika nepasireiškia. Eksperimentiškai nustatyta, kad būdingas silpnosios sąveikos spindulys yra apie 10–15 cm, tai yra, silpnoji sąveika koncentruojasi mažesniais atstumais nei atomo branduolio dydis.
Kodėl apie silpną sąveiką galime kalbėti kaip apie savarankišką fundamentalios sąveikos tipą? Atsakymas paprastas. Nustatyta, kad egzistuoja elementariųjų dalelių virsmo procesai, kurie nėra redukuojami iki gravitacinės, elektromagnetinės ir stiprios sąveikos. Geras pavyzdys, rodantis, kad branduoliniuose reiškiniuose yra trys kokybiškai skirtingos sąveikos, yra radioaktyvumas. Eksperimentai rodo, kad yra trys skirtingi radioaktyvumo tipai: -, - ir -radioaktyvūs skilimai. Šiuo atveju -skilimas atsiranda dėl stiprios sąveikos, -skilimas dėl elektromagnetinės sąveikos. Likęs skilimas negali būti paaiškintas elektromagnetine ir stipria sąveika, todėl esame priversti pripažinti, kad egzistuoja kita esminė sąveika, vadinama silpnąja. Bendru atveju silpnosios sąveikos įvedimo būtinybė kyla dėl to, kad gamtoje vyksta procesai, kuriuose elektromagnetinis ir stiprus skilimas draudžiami gamtosaugos įstatymais.
Nors silpnoji sąveika yra labai koncentruota branduolyje, ji turi tam tikrų makroskopinių apraiškų. Kaip jau minėjome, jis yra susijęs su β-radioaktyvumo procesu. Be to, silpnoji sąveika atlieka svarbų vaidmenį vadinamosiose termobranduolinėse reakcijose, atsakingose ​​už energijos išsiskyrimo žvaigždėse mechanizmą.
Įspūdingiausia silpnosios sąveikos savybė yra procesų, kuriuose pasireiškia veidrodinė asimetrija, egzistavimas. Iš pirmo žvilgsnio atrodo akivaizdu, kad skirtumas tarp sąvokų kairysis ir dešinysis yra savavališkas. Iš tiesų, gravitacinės, elektromagnetinės ir stiprios sąveikos procesai yra nekintami erdvinės inversijos, kuri atlieka veidrodinį atspindį, atžvilgiu. Teigiama, kad tokiuose procesuose išsaugomas erdvinis paritetas P. Tačiau eksperimentiškai nustatyta, kad silpni procesai gali vykti neišsaugant erdvinio pariteto ir todėl tarsi jaučia skirtumą tarp kairės ir dešinės. Šiuo metu yra tvirtų eksperimentinių įrodymų, kad pariteto neišsaugojimas esant silpnoms sąveikoms yra universalaus pobūdžio, pasireiškia ne tik elementariųjų dalelių skilimu, bet ir branduoliniais bei net atominiais reiškiniais. Reikėtų pripažinti, kad veidrodinė asimetrija yra gamtos savybė pačiame pamatiniame lygmenyje.
Pariteto neišsaugojimas esant silpnoms sąveikoms atrodė tokia neįprasta savybė, kad beveik iš karto po jo atradimo teoretikai ėmė bandyti parodyti, kad iš tikrųjų egzistuoja visiška simetrija tarp kairės ir dešinės, tik ji turėjo gilesnę prasmę, nei manyta anksčiau. Veidrodinį atspindį turi lydėti dalelių pakeitimas antidalelėmis (krūvio konjugacija C), tada visos pagrindinės sąveikos turi būti nekintamos. Tačiau vėliau buvo nustatyta, kad šis nekintamumas nėra universalus. Yra silpni vadinamųjų ilgaamžių neutralių kaonų skilimai į pionus π + , π − , kurie būtų draudžiami, jei nurodytas invariantas iš tikrųjų įvyktų. Taigi, išskirtinis bruožas silpna sąveika yra jos CP nekintamumas. Gali būti, kad ši savybė yra atsakinga už tai, kad materija Visatoje žymiai vyrauja prieš antimedžiagą, sukurtą iš antidalelių. Pasaulis ir antipasaulis yra asimetriški.
Klausimas, kurios dalelės yra silpnosios sąveikos nešėjos, ilgą laiką buvo neaiškus. Supratimas buvo pasiektas palyginti neseniai pagal vieningą elektrosilpnos sąveikos teoriją - Weinberg-Salam-Glashow teoriją. Dabar visuotinai priimta, kad silpnosios sąveikos nešėjai yra vadinamieji W ± ir Z 0 bozonai. Tai įkrautos W ± ir neutralios Z 0 elementarios dalelės, kurių sukinys 1 ir masė lygi 100 m p dydžiui.

Elektromagnetinė sąveika

Visi įkrauti kūnai, visos įkrautos elementarios dalelės dalyvauja elektromagnetinėje sąveikoje. Šia prasme jis yra gana universalus. Klasikinė teorija elektromagnetinė sąveika yra Maksvelo elektrodinamika. Elektronų krūvis e laikomas sujungimo konstanta.
Jei atsižvelgsime į du dalykus ramybėje taškinis mokestis q 1 ir q 2, tada jų elektromagnetinė sąveika bus sumažinta iki žinomos elektrostatinės jėgos. Tai reiškia, kad sąveika yra toli ir lėtai mažėja, kai atstumas tarp krūvių didėja.
Klasikinės elektromagnetinės sąveikos apraiškos yra gerai žinomos, ir mes prie jų nesigilinsime. Kvantinės teorijos požiūriu elektromagnetinės sąveikos nešėjas yra elementariosios dalelės fotonas – bemasis bozonas su sukiniu 1. Kvantinė elektromagnetinė sąveika tarp krūvių sutartinai vaizduojama taip:

Įkrauta dalelė skleidžia fotoną, todėl jos judėjimo būsena pasikeičia. Kita dalelė sugeria šį fotoną ir taip pat keičia jo judėjimo būseną. Dėl to dalelės, atrodo, jaučia viena kitos buvimą. Gerai žinoma, kad elektros krūvis yra matmenų dydis. Patogu įvesti bematę elektromagnetinės sąveikos sujungimo konstantą. Norėdami tai padaryti, turite naudoti pagrindines konstantas ir c. Dėl to gauname tokią bedimens jungties konstantą, vadinamą smulkiosios struktūros konstanta atomų fizikoje α = e 2 /c ≈1/137.

Nesunku pastebėti, kad ši konstanta gerokai viršija gravitacinės ir silpnosios sąveikos konstantas.
Šiuolaikiniu požiūriu elektromagnetinė ir silpnoji sąveika yra skirtingi vienos elektrosilpnos sąveikos aspektai. Sukurta vieninga elektrosilpnos sąveikos teorija – Weinberg-Salam-Glashow teorija, kuri iš vieningos pozicijos paaiškina visus elektromagnetinės ir silpnosios sąveikos aspektus. Ar įmanoma kokybiniu lygmeniu suprasti, kaip vyksta kombinuotos sąveikos padalijimas į atskiras, atrodytų, nepriklausomas sąveikas?
Kol būdingos energijos yra pakankamai mažos, elektromagnetinė ir silpnoji sąveika yra atskirtos ir viena kitos neveikia. Didėjant energijai, prasideda jų tarpusavio įtaka, o esant pakankamai didelėms energijoms šios sąveikos susilieja į vieną elektrosilpną sąveiką. Būdinga susijungimo energija įvertinta dydžiu 10 2 GeV (GeV yra gigaelektronvoltas, 1 GeV = 10 9 eV, 1 eV = 1,6 10 -12 erg = 1,6 10 19 J). Palyginimui pažymime, kad vandenilio atomo pagrindinės būsenos elektrono charakteristinė energija yra apie 10 -8 GeV, būdinga atomo branduolio surišimo energija yra apie 10 -2 GeV, būdinga rišimo energija kietas apie 10-10 GeV. Taigi elektromagnetinės ir silpnosios sąveikos derinio būdinga energija yra didžiulė, palyginti su būdingomis atomų ir branduolių fizikos energijomis. Dėl šios priežasties įprastuose fizikiniuose reiškiniuose elektromagnetinė ir silpnoji sąveika nepasireiškia vienintele savo esme.

Stipri sąveika

Stipri sąveika yra atsakinga už atomų branduolių stabilumą. Kadangi daugumos atomų branduoliai cheminiai elementai yra stabilūs, akivaizdu, kad sąveika, apsauganti juos nuo irimo, turi būti gana stipri. Gerai žinoma, kad branduoliai susideda iš protonų ir neutronų. Kad teigiamai įkrauti protonai neišsklaidytų įvairiomis kryptimis, tarp jų būtina turėti patrauklias jėgas, viršijančias elektrostatinės atstūmimo jėgas. Būtent stipri sąveika yra atsakinga už šias patrauklias jėgas.
Būdingas stiprios sąveikos bruožas yra nepriklausomumas nuo krūvio. Branduolinės traukos jėgos tarp protonų, tarp neutronų ir tarp protono ir neutrono iš esmės yra vienodos. Iš to išplaukia, kad stiprios sąveikos požiūriu protonas ir neutronas yra neatskiriami ir jiems naudojamas vienas terminas nukleonas, tai yra branduolio dalelė.

Būdingą stiprios sąveikos mastą galima iliustruoti atsižvelgiant į du ramybės būsenos nukleonus. Teorija veda prie potencinė energija jų sąveika Yukawa potencialo pavidalu

kur reikšmė r 0 ≈10 -13 cm ir pagal dydį sutampa su būdingu branduolio dydžiu, g yra stipriosios sąveikos sujungimo konstanta. Šis ryšys rodo, kad stipri sąveika yra trumpo nuotolio ir iš esmės visiškai sutelkta atstumais, neviršijančiais būdingo branduolio dydžio. Kai r > r 0 praktiškai išnyksta. Gerai žinomas makroskopinis stiprios sąveikos pasireiškimas yra radioaktyvumo poveikis. Tačiau reikia nepamiršti, kad Jukavos potencialas nėra universali stiprios sąveikos savybė ir nesusijęs su pagrindiniais jo aspektais.
Šiuo metu yra stiprios sąveikos kvantinė teorija, vadinama kvantine chromodinamika. Pagal šią teoriją stipriosios sąveikos nešėjai yra elementarios dalelės – gliuonai. Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, dalelės, dalyvaujančios stiprioje sąveikoje ir vadinamos hadronais, susideda iš elementariųjų dalelių – kvarkų.
Kvarkai yra fermionai, kurių sukimasis yra 1/2 ir masė yra ne nulis. Labiausiai stebina kvarkų savybė yra jų dalinis elektros krūvis. Kvarkai susidaro į tris poras (trys dubletų kartos), žymimos taip:

u c
d s b

Kiekviena varškės rūšis paprastai vadinama skoniu, todėl yra šeši varškės skoniai. Šiuo atveju u-, c-, t-kvarkų elektros krūvis yra 2/3|e| , o d-, s-, b-kvarkai yra elektros krūvis -1/3|e|, kur e yra elektrono krūvis. Be to, yra trys tam tikro skonio kvarkai. Jie skiriasi kvantiniu skaičiumi, vadinamu spalva, kuris turi tris reikšmes: geltoną, mėlyną, raudoną. Kiekvienas kvarkas atitinka antikvarką, turintį priešingą elektros krūvį tam tikro kvarko atžvilgiu ir vadinamąją antispalvę: antigeltoną, antimėlyną, antiraudoną. Atsižvelgdami į skonių ir spalvų skaičių, matome, kad iš viso yra 36 kvarkai ir antikvarkai.
Kvarkai sąveikauja tarpusavyje keisdamiesi aštuoniais gliuonais, kurie yra bemasiai bozonai su sukimu 1. Sąveikaujant kvarkų spalvos gali keistis. Šiuo atveju stipri sąveika paprastai vaizduojama taip:

Kvarkas, kuris yra hadrono dalis, išskiria gliuoną, dėl kurio pasikeičia hadrono judėjimo būsena. Šį gliuoną sugeria kvarkas, kuris yra kito hadrono dalis, ir keičia jo judėjimo būseną. Dėl to hadronai sąveikauja vienas su kitu.
Gamta sukurta taip, kad dėl kvarkų sąveikos visada susidaro bespalvės surištos būsenos, kurios yra būtent hadronai. Pavyzdžiui, protonas ir neutronas sudaryti iš trijų kvarkų: p = uud, n = udd. Pionas π − susideda iš kvarko u ir antikvarko: π − = u. Išskirtinis kvarkų ir kvarkų sąveikos per gliuonus bruožas yra tas, kad mažėjant atstumui tarp kvarkų, jų sąveika silpnėja. Šis reiškinys vadinamas asimptotine laisve ir lemia tai, kad hadronų viduje esantys kvarkai gali būti laikomi laisvosiomis dalelėmis. Asimptotinė laisvė natūraliai išplaukia iš kvantinės chromodinamikos. Yra eksperimentinių ir teorinių požymių, kad didėjant atstumui turėtų didėti kvarkų sąveika, dėl to kvarkams energetiškai palanku būti hadrono viduje. Tai reiškia, kad galime stebėti tik bespalvius objektus – hadronus. Pavieniai kvarkai ir gliuonai, turintys spalvą, negali egzistuoti laisvoje būsenoje. Elementariųjų dalelių su spalva hadronų viduje uždarymo reiškinys vadinamas uždarymu. Įkalinimui paaiškinti buvo pasiūlyti įvairūs modeliai, tačiau nuoseklus aprašymas, išplaukiantis iš pirmųjų teorijos principų, dar nebuvo sukurtas. Kokybiniu požiūriu sunkumų kyla dėl to, kad turėdami spalvą gliuonai sąveikauja su visais spalvotais objektais, įskaitant vienas kitą. Dėl šios priežasties kvantinė chromodinamika iš esmės yra netiesinė teorija, o apytiksliai kvantinės elektrodinamikos ir elektrosilpnosios teorijos tyrimo metodai, pasirodo, nėra visiškai adekvatūs stiprių sąveikų teorijai.

Sąveikos susiliejimo tendencijos

Matome, kad kvantiniame lygmenyje visos pagrindinės sąveikos pasireiškia vienodai. Elementarioji medžiagos dalelė išskiria elementariąją dalelę – sąveikos nešiklį, kurią sugeria kita elementarioji medžiagos dalelė. Tai veda prie medžiagos dalelių sąveikos tarpusavyje.
Stiprios sąveikos bedimens jungties konstanta gali būti sudaryta pagal analogiją su smulkiosios struktūros konstanta g2/(c)10 forma. Jei palygintume bedimens jungties konstantas, nesunku pastebėti, kad silpniausia yra gravitacinė sąveika, po kurios seka silpnoji, elektromagnetinė ir stiprioji.
Jei atsižvelgsime į jau sukurtą vieningą elektrosilpnos sąveikos teoriją, dabar vadinamą standartine, ir vadovausimės unifikacijos tendencija, tada iškyla vieningos elektrosilpnos ir stiprios sąveikos teorijos sukūrimo problema. Šiuo metu yra sukurti tokios vieningos teorijos modeliai, vadinami didžiuoju unifikacijos modeliu. Visi šie modeliai turi daug bendrų taškų; visų pirma, būdinga suvienodinimo energija yra maždaug 10 15 GeV, o tai žymiai viršija būdingą elektromagnetinių ir silpnų sąveikų suvienodinimo energiją. Iš to išplaukia, kad tiesioginis eksperimentinis tyrimas Puikus susivienijimas atrodo problemiškas net ir gana tolimoje ateityje. Palyginimui pažymime, kad didžiausia energija, kurią galima pasiekti naudojant šiuolaikinius greitintuvus, neviršija 10 3 GeV. Todėl, jei gaunami kokie nors eksperimentiniai duomenys apie didžiulį susivienijimą, jie gali būti tik netiesioginio pobūdžio. Visų pirma, didieji vieningi modeliai numato protonų skilimą ir didelės masės magnetinio monopolio egzistavimą. Eksperimentinis šių prognozių patvirtinimas būtų didžiulis vienijimosi tendencijų triumfas.
Bendras vienos didžiosios sąveikos padalijimo į atskiras stipriąsias, silpnąsias ir elektromagnetines sąveikas vaizdas yra toks. Esant 10 15 GeV ir didesnei energijai, vyksta viena sąveika. Kai energija nukrenta žemiau 10 15 GeV, stipriosios ir elektrosilpnosios jėgos atsiskiria viena nuo kitos ir vaizduojamos kaip skirtingos pagrindinės jėgos. Toliau mažėjant energijai žemiau 10 2 GeV, atsiskiria silpnoji ir elektromagnetinė sąveika. Dėl to makroskopinių reiškinių fizikai būdingoje energijos skalėje neatrodo, kad trys nagrinėjamos sąveikos turi vieną pobūdį.
Dabar atkreipkime dėmesį, kad 10 15 GeV energija nėra taip toli nuo Planko energijos

kuriai esant kvantinės gravitacijos efektai tampa reikšmingi. Todėl didžioji vieninga teorija būtinai veda prie kvantinės gravitacijos problemos. Jei toliau seksime vienijimosi tendenciją, turime pripažinti, kad egzistuoja viena visapusiška fundamentali sąveika, kuri, energijai mažėjant nuo Planko reikšmės iki energijų, nuosekliai skirstoma į atskiras gravitacines, stipriąsias, silpnąsias ir elektromagnetines. mažesnė nei 10 2 GeV.
Tokios grandiozinės vienijančios teorijos sukūrimas, matyt, neįmanomas idėjų sistemoje, kuri atvedė į standartinę elektrosilpnos sąveikos teoriją ir didžiojo suvienodinimo modelius. Būtina pritraukti naujų, galbūt, atrodytų, beprotiškų idėjų, idėjų ir metodų. Nepaisant pastaruoju metu sukurtų labai įdomių metodų, tokių kaip supergravitacija ir stygų teorija, visų pagrindinių sąveikų suvienijimo problema išlieka atvira.

Išvada

Taigi, mes peržiūrėjome pagrindinę informaciją apie keturias pagrindines gamtos sąveikas. Trumpai aprašomos mikroskopinės ir makroskopinės šių sąveikų apraiškos ir fizinių reiškinių, kuriuose jos vaidina svarbų vaidmenį, vaizdas.
Kur tik įmanoma, stengėmės atsekti unifikacijos tendenciją, pastebėti bendrus esminių sąveikų bruožus, pateikti duomenis apie būdingus reiškinių mastus. Žinoma, čia pateikta medžiaga nepretenduoja į išsamią apžvalgą ir joje nėra daug svarbios detalės būtini sistemingam pristatymui. Išsamus mūsų iškeltų problemų aprašymas reikalauja panaudoti visą šiuolaikinės teorinės didelės energijos fizikos metodų arsenalą ir nepatenka į šio straipsnio, mokslo populiarinimo literatūros, taikymo sritį. Mūsų tikslas buvo pateikti bendrą šiuolaikinės teorinės didelės energijos fizikos pasiekimų vaizdą ir jos raidos tendencijas. Siekėme sužadinti skaitytojo susidomėjimą savarankišku, išsamesniu medžiagos tyrimu. Žinoma, taikant šį metodą tam tikras grubumas yra neišvengiamas.
Siūlomas literatūros sąrašas leidžia labiau pasiruošusiam skaitytojui gilinti savo supratimą apie straipsnyje aptariamas problemas.

  1. Okun L.B. a, b, g, Z. M.: Nauka, 1985 m.
  2. Okun L.B. Elementariųjų dalelių fizika. M.: Nauka, 1984 m.
  3. Novikovas I.D. Kaip sprogo Visata. M.: Nauka, 1988 m.
  4. Friedmanas D., van. Nieuwenhuizen P. // Uspekhi fiz. Sci. 1979. T. 128. N 135.
  5. Hawkingas S. Nuo Didžiojo sprogimo iki juodųjų skylių: Apsakymas laikas. M.: Mir, 1990 m.
  6. Davis P. Superpower: ieško vieningos gamtos teorijos. M.: Mir, 1989 m.
  7. Zeldovičius Ya.B., Khlopovas M.Yu. Idėjų drama gamtos pažinime. M.: Nauka, 1987 m.
  8. Gottfried K., Weiskopf W. Elementariųjų dalelių fizikos sampratos. M.: Mir, 1988 m.
  9. Coughlanas G.D., Doddas J.E. Dalelių fizikos idėjos. Kembridžas: ​​Kembridžo universitetas. Spauda, ​​1993 m.

Norėdami suprasti, ar verta toliau rašyti trumpus eskizus, kurie tiesiogine prasme paaiškina skirtingus dalykus fiziniai reiškiniai ir procesai. Rezultatas išsklaidė mano abejones. Aš tęsiu. Tačiau norėdami priartėti prie gana sudėtingų reiškinių, turėsite sukurti atskiras nuoseklias įrašų serijas. Taigi, norėdami susipažinti su istorija apie Saulės ir kitų tipų žvaigždžių sandarą ir evoliuciją, turėsite pradėti nuo elementariųjų dalelių sąveikos tipų aprašymo. Pradėkime nuo šito. Jokių formulių.
Iš viso fizikoje žinomos keturios sąveikos rūšys. Visi gerai žinomi gravitacinis Ir elektromagnetinis. Ir beveik nežinomas plačiajai visuomenei stiprus Ir silpnas. Apibūdinkime juos nuosekliai.
Gravitacinė sąveika . Žmonės tai žinojo nuo seniausių laikų. Nes jis nuolat yra Žemės gravitacijos lauke. O iš mokyklinės fizikos žinome, kad kūnų gravitacinės sąveikos jėga yra proporcinga jų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Gravitacinės jėgos įtakoje Mėnulis sukasi aplink Žemę, Žemė ir kitos planetos sukasi aplink Saulę, o pastaroji kartu su kitomis žvaigždėmis sukasi aplink mūsų Galaktikos centrą.
Gana lėtas gravitacinės sąveikos su atstumu stiprumo mažėjimas (atvirkščiai proporcingas atstumo kvadratui) verčia fizikus kalbėti apie šią sąveiką kaip ilgo nuotolio. Be to, tarp kūnų veikiančios gravitacinės sąveikos jėgos yra tik traukos jėgos.
Elektromagnetinė sąveika . Paprasčiausiu elektrostatinės sąveikos atveju, kaip žinome iš mokyklos fizikos, traukos arba atstūmimo jėga tarp elektra įkrautų dalelių yra proporcinga jų elektros krūvių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Kuris labai panašus į gravitacinės sąveikos dėsnį. Vienintelis skirtumas yra tas, kad elektros krūviai su vienodais ženklais atstumia, o turintys skirtingus ženklus – traukia. Todėl elektromagnetinę sąveiką, kaip ir gravitacinę sąveiką, fizikai vadina ilgo nuotolio.
Tuo pačiu metu elektromagnetinė sąveika yra sudėtingesnė nei gravitacinė sąveika. Iš mokyklinės fizikos žinome, kad elektrinį lauką sukuria elektros krūviai, gamtoje magnetiniai krūviai neegzistuoja, bet magnetinis laukas susidaro elektros srovės.
Tiesą sakant, elektrinį lauką taip pat gali sukurti laikui bėgant kintantis magnetinis laukas, o magnetinį – laike kintantis elektrinis laukas. Pastaroji aplinkybė leidžia egzistuoti elektromagnetinis laukas visiškai be jokių elektros krūvių ar srovių. Ir ši galimybė realizuojama elektromagnetinių bangų pavidalu. Pavyzdžiui, radijo bangos ir šviesos kvantai.
Kadangi elektrinės ir gravitacinės jėgos vienodai priklauso nuo atstumo, natūralu bandyti palyginti jų intensyvumą. Taigi dviejų protonų gravitacinės traukos jėgos yra nuo 10 iki 36 kartų (milijardą milijardų milijardų milijardų kartų) silpnesnės už elektrostatinės atstūmimo jėgas. Todėl mikropasaulio fizikoje gravitacinės sąveikos gali būti visiškai pagrįstai nepaisoma.
Stipri sąveika . tai - trumpas atstumas jėga. Ta prasme, kad jie veikia tik vieno femtometro (vienos trilijonosios milimetro dalies) atstumu ir dideli atstumai jų įtaka praktiškai nejaučiama. Be to, vieno femtometro atstumais stipri sąveika yra maždaug šimtą kartų intensyvesnė nei elektromagnetinė.
Štai kodėl vienodai elektriškai įkrauti protonai atomo branduolyje nėra atstumiami vienas nuo kito elektrostatinių jėgų, o laikomi kartu stiprios sąveikos. Kadangi protono ir neutrono matmenys yra maždaug vienas femtometras.
Silpna sąveika . Tai tikrai labai silpna. Pirma, jis veikia tūkstantį kartų mažesniais atstumais nei vienas femtometras. O dideliais atstumais to praktiškai nesijaučia. Todėl jis, kaip ir stiprus, priklauso klasei trumpas atstumas. Antra, jo intensyvumas yra maždaug šimtą milijardų kartų mažesnis už elektromagnetinės sąveikos intensyvumą. Silpna jėga yra atsakinga už kai kuriuos elementariųjų dalelių skilimus. Įskaitant laisvuosius neutronus.
Yra tik vieno tipo dalelės, kurios sąveikauja su medžiaga tik per silpną sąveiką. Tai yra neutrinas. Beveik šimtas milijardų saulės neutrinų kas sekundę praeina pro kiekvieną kvadratinį mūsų odos centimetrą. Ir mes jų visai nepastebime. Ta prasme, kad per mūsų gyvenimą mažai tikėtina, kad keli neutrinai sąveikaus su mūsų kūno medžiaga.
Mes nekalbėsime apie teorijas, apibūdinančias visas šias sąveikos rūšis. Nes mums svarbu kokybiškas pasaulio vaizdas, o ne teoretikų malonumai.

Kasdieniame gyvenime susiduriame su įvairiomis jėgomis, atsirandančiomis dėl kūnų susidūrimo, trinties, sprogimo, sriegio įtempimo, spyruoklės suspaudimo ir kt. Tačiau visos šios jėgos yra atomų elektromagnetinės sąveikos vienas su kitu rezultatas. Elektromagnetinės sąveikos teoriją Maxwellas sukūrė 1863 m.

Kita seniai žinoma sąveika yra gravitacinė sąveika tarp kūnų ir masės. 1915 metais Einšteinas sukūrė bendrąją reliatyvumo teoriją, kuri susiejo gravitacinį lauką su erdvės-laiko kreivumu.

1930-aisiais Buvo nustatyta, kad atomų branduoliai susideda iš nukleonų, ir nei elektromagnetinė, nei gravitacinė sąveika negali paaiškinti, kas nukleonus laiko branduolyje. Stipri sąveika buvo pasiūlyta apibūdinti nukleonų sąveiką branduolyje.

Toliau tiriant mikropasaulį paaiškėjo, kad kai kurie reiškiniai nėra aprašyti trijų tipų sąveika. Todėl silpnoji sąveika buvo pasiūlyta apibūdinti neutrono skilimą ir kitus panašius procesus.

Šiandien visos gamtoje žinomos jėgos yra keturių sandauga esminės sąveikos, kuriuos galima išdėstyti mažėjančia intensyvumo tvarka tokia tvarka:

  • 1) stipri sąveika;
  • 2) elektromagnetinė sąveika;
  • 3) silpna sąveika;
  • 4) gravitacinė sąveika.

Fundamentalias sąveikas neša elementariosios dalelės – fundamentalių sąveikų nešėjai. Šios dalelės vadinamos matuoklio bozonai. Pamatinių kūnų sąveikos procesą galima pavaizduoti taip. Kiekvienas organizmas išskiria daleles – sąveikos nešėjas, kurias sugeria kitas kūnas. Tokiu atveju kūnai patiria abipusę įtaką.

Stipri sąveika gali atsirasti tarp protonų, neutronų ir kitų hadronų (žr. toliau). Jis yra trumpo nuotolio ir jam būdingas 10 15 m dydžio jėgų veikimo spindulys. Stiprios sąveikos tarp hadronų nešėjas yra bijūnų, o sąveikos trukmė apie 10 23 s.

Elektromagnetinė sąveika turi keturiais dydžiais mažesnį intensyvumą, palyginti su stipria sąveika. Jis atsiranda tarp įkrautų dalelių. Elektromagnetinė sąveika yra ilgalaikė ir jai būdingas begalinis jėgų veikimo spindulys. Elektromagnetinės sąveikos nešėjas yra fotonai, o sąveikos trukmė apie 10–20 s.

Silpna sąveika turi 20 dydžių mažesnio intensyvumo, palyginti su stipria sąveika. Jis gali atsirasti tarp hadronų ir leptonų (žr. toliau). Leptonai visų pirma apima elektroną ir neutriną. Silpnos sąveikos pavyzdys yra aukščiau aptartas neutronų p skilimas. Silpnoji sąveika yra trumpo nuotolio ir jai būdingas 10 18 m dydžio jėgų veikimo spindulys. Silpnosios sąveikos nešėjas yra vektoriniai bozonai, o sąveikos trukmė apie 10 10 s.

Gravitacinė sąveika turi 40 dydžių mažesnio intensyvumo, palyginti su stipria sąveika. Jis atsiranda tarp visų dalelių. Gravitacinė sąveika yra ilgalaikė ir jai būdingas begalinis jėgų veikimo spindulys. Gravitacinės sąveikos nešėjas gali būti gravitonų.Šios dalelės dar nerasta, o tai gali būti dėl mažo gravitacinės sąveikos intensyvumo. Tai susiję ir su tuo, kad dėl mažų elementariųjų dalelių masių ši sąveika branduolinės fizikos procesuose yra nereikšminga.

1967 metais A. Salamas ir S. Weinbergas pasiūlė Elektrosilpnos sąveikos teorija, kuris sujungė elektromagnetinę ir silpnąją sąveiką. 1973 metais buvo sukurta stiprios sąveikos teorija kvantinė chromodinamika. Visa tai leido kurti standartinis modelis elementariosios dalelės, apibūdinančios elektromagnetinę, silpnąją ir stipriąją sąveiką. Visi trys čia nagrinėjami sąveikos tipai atsiranda dėl postulato, kad mūsų pasaulis yra simetriškas trijų tipų matuoklių transformacijų atžvilgiu.