De elektromagnetyske ynteraksje dieltsjes

Dit artikel sil sjen nei wat hjit de troepen fan 'e natuer - de fûnemintele elektromagnetyske ynteraksje en de begjinsels dy't neffens it wurdt boud. Der wurdt ek ferteld oer de mooglikheid fan it bestean fan de nije oanpak foar de stúdzje fan dit ûnderwerp. Op skoalle yn de natuerkunde klassen, studinten wurde konfrontearre mei in útlis fan it begryp "krêft". Se leare dat de macht kin wêze hiel fariearre - de frictional krêft, de swiertekrêft, elastisiteit en krêft fan in soad ferlykbere. Net allegearre kin neamd wurde fûnemintele, sa is hiel faak it ferskynsel fan it fuortset krêft (frictional krêft, bygelyks, mei syn ynteraksje fan de molekulen). De elektromagnetyske ynteraksje kin ek wêze fuortset - as gefolch. Molekulêre Fysika jout it foarbyld fan Van der Waals krêft. Ek jout in protte foarbylden en legere dieltsje natuerkunde.

In natuer,

Ik soe graach krijen ta de essinsje fan 'e prosessen orkanen yn de natuer, lykas it makket ús wurkje de elektromagnetyske ynteraksje. Wat krekt is de fûnemintele krêft dy't fêststelt allegear boud syn fuortset troepen? Elk wit dat de elektromagnetyske ynteraksje, of, sa't it hjit, elektryske krêft is fûneminteel. Dat docht bliken út Coulomb syn wet, dat hat syn eigen generalisearring stemming út de Maxwell fergelikingen. Resinte beskriuwe allegear fansels foarkommende magnetic en elektryske troepen. Dat is wêrom't it is bewiisd dat de ynteraksje fan de elektromagnetyske fjilden - fûnemintele troepen fan 'e natuer. De neikommende foarbyld - de swiertekrêft. Ek skoalbern witte oer de wet fan de universele swiertekrêft Isaaka Nyutona, dy't ek koartlyn krige in goede feralgemienjen fan Einstein syn fergelikingen, en, neffens syn teory fan dregens, de krêft fan de elektromagnetyske ynteraksje is fûneminteel fan aard, te.

Once upon a time waard leaude dat der allinne dizze twa fûnemintele troepen, mar wittenskip kaam nei foaren, stadichoan biwiizgjende, dat it is net sa. Bygelyks, mei de ûntdekking fan de atoomkearn we moasten yntrodusearje it begryp nukleêre macht, of hoe't jo begripe it prinsipe fan it behâld fan dieltsjes binnen de kearn, wêrom se net fleane fuort yn alle rjochtingen. Ynsjoch yn hoe't de elektromagnetyske ynteraksje yn de natoer, hat holpen mjitte de nukleêre troepen, te bestudearjen en beskriuwe. Ferfolgens, lykwols, de wittenskippers kamen ta de konklúzje dat atoomkrêften binne fuortset en yn in soad ferskiningsfoarmen lykas de Van der Waals krêft. Yn feite, mar echt fûnemintele troepen dy't jouwe de kwarks ynteraksje mei elkoar. Dan - in middelbere effekt - is de ynteraksje tusken de elektromagnetyske fjilden fan de protoanen en neutroanen yn de kearn. Echt fûnemintele is de ynteraksje fan kwarks, gluons wurde útwiksele. Sa waard ûntdekt yn de natuer is echt de tredde fûnemintele krêft.

Fuortsetting fan it ferhaal

Elemintêre dieltsjes ferfal, swier - op 'e lichter, en harren ferfal beskriuwt de nije krêft fan de elektromagnetyske ynteraksje, dat is goed neamd - de krêft fan' e swakke ynteraksje. Wêrom earme? Omdat elektromagnetyske ynmingen yn de natuer is folle sterker. En wer, die bliken dat de teory fan 'e swakke ynteraksjes, dus gracefully skip gongen yn it byld fan' e wrâld en oarspronklik perfect beskriuwt it ferfal fan de elemintêre dieltsjes, net oanslute by de deselde postulates, as de enerzjy wurdt ferhege. Dat is wêrom de âlde teory is nij ynrjochte nei in oar - in teory fan 'e swakke ynteraksje, diskear die bliken te wêzen universeel. Hoewol't it waard boud wie op deselde prinsipes as de rest fan 'e teory beskriuwing fan de elektromagnetyske ynteraksje fan dieltsjes. Yn moderne tiden, binne der fjouwer studearre en bewiisd fûneminteel ynteraksjes, en de fyfde - op 'e wei, oer him it sil komme. Alle fjouwer - gravitasjonele, sterke, swak, elektromagnetyske - wurde boud op ien prinsipe: de krêft oanmakke tusken de dieltsjes is it resultaat fan in dielen ymplemintearre drager, of oars - bemiddelje ynteraksje.

Hokker soarte fan in assistint? Dit foton - sûnder dieltsje massa, mar dochs súksesfol bout elektromagnetyske ynminging troch te wikseljen in kwantum fan elektromagnetyske weagen of ljocht kwantumfysika. De elektromagnetyske ynteraksje wurdt útfierd troch fotoanen op it mêd fan laden dieltsjes, dy't kommunisearje mei in bepaalde krêft, as de tiid it en behannelet de Coulomb syn wet. Der is ien massaleas dieltsje - gluon, it hat acht rassen, dat helpt kommunisearje kwarks. Dit elektromagnetyske ynteraksje is in attraksje tusken lêsten, en it wurdt sein te wêzen sterk. Ja, en it swakke wikselwurking is net sûnder intermediaries, mei hokker stielen dieltsjes mei in massa mear as dat, se binne massive, dat is swier. Dit tuskenlizzende vector bosons. Harren gewicht en it gewicht komt troch de swakte fan de ynteraksje. Swiertekrêft is de krêft útwikselings kwantum gravitasjonele fjild. Dit is de oanlûkingskrêft fan de elektromagnetyske ynteraksje dieltsjes, it is noch net genôch studearre, sels graviton bearjendewei noch net ûntdutsen, en kwantum swiertekrêft wy binne net hielendal dêr, en krekt om't wy moatte beskriuw it kin net.

fyfde krêft

Wy beskôge fjouwer soarten fûnemintele ynteraksjes: sterk, swak, elektromagnetyske, gravitasjonele. Ynteraksje - is in handeling fan útwikseling fan dieltsjes, en gjin idee fan symmetry kin net dwaan, omdat der gjin ynteraksje dy't net ferbûn is. It bepaalt it tal dieltsjes en harren massa. Mei de eksakte symmetry fan massa is altyd nul. Sa, it foton en it gluon massa is it net, it is gelyk oan nul, it graviton - te. As symmetry is brutsen, de massa ophâldt sjen te wêzen nul. Sa, de tuskenlizzende fektor bizons hawwe massa, omdat de symmetry is brutsen. De fjouwer fûnemintele ynteraksjes útlein alles dat wy sjogge en fiele. De oerbleaune krêften sizze dat harren elektromagnetyske coupling is fuortset. Lykwols, yn 2012 wie der in trochbraak yn wittenskip en waard ûntdutsen oar dieltsje, ien kear makke ferneamd. In revolúsje yn 'e wittenskiplike wrâld hat organisearre de iepening fan' e Higgs boson, dy't, sa die bliken út, ek tsjinnet as drager fan de ynteraksjes tusken de kwarks en leptons.

Dêrom wittenskippers-natuerkundigen no sizze dat der wie in fyfde krêft, it tuskenpersoan wêrfan die bliken te wêzen de Higgs boson. Symmetry wurdt brutsen hjir: út it Higgs boson hat in massa. Sa it oantal ynteraksjes (it wurd yn moderne dieltsje natuerkunde wurdt ferfongen troch it wurd "force") hat berikt fiif. Miskien binne wy wachtsje op nije ûntdekkingen, om't wy net witte krekt oft der ek los fan dizze ynteraksjes. It is hiel mooglik dat wy hawwe boud, en hjoed dit model, it soe lykje perfect ferklearret alle ferskynsels waarnommen yn 'e wrâld, en it is net hielendal kompleet. En faaks, nei in skoft sille der nije ynteraksjes en nije krêft. De kâns fan sokke der op syn minst omdat wy hiel stadichoan leard dat der op it stuit bekend fûnemintele ynteraksjes - sterke, swak, elektromagnetyske, gravitasjonele. Ommers, as der yn 'e aard fan supersymmetric dieltsjes, dy't wurde besprutsen yn' e wittenskiplike wrâld, dan betsjut it bestean fan in nije symmetry, en symmetry altyd meibringt de opkomst fan nije dieltsjes dy't bemiddeljen tusken harren. Sa, wy hearre fan in earder ûnbekende fûneminteel krêft, as ien kear wie ferrast om te learen dat der, bygelyks, elektromagnetyske, swak ynteraksje. Kennis oangeande ús eigen natuer tige ûnfolslein.

Interconnectivity

De meast nijsgjirrich ding is dat eltse nije ynteraksje moat needsaaklikerwize liede ta in folslein ûnbekende fenomeen. Bygelyks, as wy hienen net leard oer it swakke ynteraksje, wy soene nea hawwe ûntdutsen it ynstoarten, en as it wie net yn ús kennis fan ferfal, gjin stúdzje fan nukleêre reaksje soe west hawwe ûnmooglik. En as wy wiene net bewust fan nukleêre reaksjes, soe net begripe hoe't de sinne skynt op ús. Ommers, as it net ljochtsje, en it libben op ierde soe net foarme. Sa dat de oanwêzigens fan 'e ynteraksje jout oan dat it vitally wichtich. As de sterke ynteraksje bestiet net, en atomic kearnen soene net stabyl. Troch de elektromagnetyske ynteraksje Earth krijt enerzjy fan de sinne, en it ljocht rays oankomst fan him, waarmje de planeet. En alle bekende ynteraksjes binne essinsjeel. Hjir Higgs, bygelyks. Higgs boson jout dieltsje massa troch interacting mei it fjild, binne wy sûnder dat soe it net hawwe oerlibbe. En hoe, sûnder de gravitasjonele ynteraksje te bliuwen oan it oerflak fan 'e planeet? It soe ûnmooglik net allinnich foar ús, mar neat oan alles.

Absolút alle ynteraksjes, ek dyjingen dy't wy net noch witte, is in must foar alles wat minsklikheid wit, ferstiet en hâldt dêr. Wat kinne wy kenne? Ja, in protte. Bygelyks, wy witte dat it proton is stabyl yn de kearn. Hiel, hiel wichtich foar ús, dat syn stabiliteit, oars deselde wize der soe hielendal gjin libben. Lykwols, eksperiminten suggerearje dat proton libben - tiidwearde beheind. Lang, fansels, 10 ³⁴ jier. Mar it betsjut dat ier of letter útinoar falle, en de proton, en dit sil fereaskje wat nije krêft, dat is in nij ynteraksje. Tsjin ferfal protoanen al bestean teory dy't oannommen in nije, folle hegere mjitte fan symmetry, dus, in nij ynteraksje soe bestean dêr't wy net witte neat.

grand ienwurding

De ienheid fan de natuer is it ienige prinsipe fan de bou fan alle fûnemintele ynteraksjes. In protte fragen ûntsteane yn relaasje ta it tal fan harren en lizzen de redenen foar dizze bysûndere kwantiteit. Ferzjes boude hjir in greate protte, en binne se hiel oars yn 'e konklúzjes berikt. Lis de oanwêzigens fan krekt sa'n oantal fûnemintele ynteraksjes yn alle mooglike wizen, mar se binne in inkele prinsipe fan bouwen bewiis. Altyd de meast ferskillende soarten ynteraksjes, ûndersikers besykje te fusearjen ta ien. Dêrom sokke teoryen en teoryen neamd Grand Unified. As soe de wrâld beam tûken: in mearfâldichheid fan tûken, en de romp is altyd it selde.

Dat komt omdat der al dy teoryen binende idee. De woartel fan alle bekende ynteraksjes fan in inkele feeding in romp, dat komt troch it ferlies fan symmetry begûn te staach út en foarme ferskate fûnemintele ynteraksjes, dat wy kinne observearje bearjendewei. Dizze hypteze koe net ferifiearre wurde noch, omdat it fereasket ekstreem hege enerzjy natuerkunde, eksperiminten net tagonklik hjoed. It is hiel mooglik, en dit is in opsje dat wy hawwe nea net yn besit fan dizze techniken. Mar om dit obstacle is hiel mooglik.

apart

Wy hawwe in hielal, de natuerlike accelerator, en al de prosessen dy't foarkomme yn it, meitsje it mooglik om te kontrolearjen sels de drystmoedichste hypotezen oer mienskiplike woartels fan alle bekende ynteraksjes. In oar nijsgjirrich taak fan begripen fan de ynteraksjes yn de natoer is faaks noch komplekser. It is needsaaklik om te begripen hoe't te krijen swiertekrêft mei de oare troepen fan 'e natuer. Dit is in fûneminteel ynteraksje stiet as it apart, nettsjinsteande it feit dat neffens it prinsipe fan de bou fan dizze teory is te ferlykjen mei al de oaren.

Einstein studearre de teory fan dregens, besiket te keppeljen it mei it elektromagnetisme. Nettsjinsteande it skynber realiteit te lossen dit probleem, dan de teory noch altyd is net bard. No minske wit in bytsje mear, at syn minst wy witte oer de sterke en swakke ynteraksjes. En as no de folsleine nijbou fan it ferienige teory, it sil grif gefolgen hawwe wer it tekoart oan kennis. Oant no ta net slagge om te setten swiertekrêft op in par mei de oare ynteraksjes, sûnt alle harkest nei de wetten ynjûn troch kwantumfysika en gravity - nee. Neffens kwantumteory, alle dieltsjes binne de quanta fan in bepaalde fjild. Mar kwantum swiertekrêft bestiet net, alteast net. Lykwols, it oantal al ûntdutsen ynteraksjes werhellet lûd oer wat kin net wêze gjin inkele skema.

elektrysk fjild

Werom yn 1860 de grutte njoggentjinde ieu natuerkundige James Clerk Maxwell slagge om ta in teory te ferklearjen de elektromagnetyske induction. Wannear't in wiziging fan it magnetysk fjild yn in bepaald punt yn de romte in elektrysk fjild. As dit fjild is fûn sletten dirigint, de induction hjoeddeistige streamt yn it elektrysk fjild. Syn teory fan elektromagnetyske fjilden Maxwell bewiist dat wierskynlik reverse proses: as feroaring yn tiid it elektryske fjild yn in bepaald punt yn de romte wurdt nedich magnetysk fjild. Sa eltse feroaring kin ta in wikseljende elektrysk fjild, en kin krije in feroaring yn it elektrysk alternating magnetysk fjild op it magnetysk fjild tiid. Dy fariabelen, generearje inoar fjilden organisearre troch it ferienige fjild - elektromagnetyske.

It meast wichtige gefolch dy't folget út formules Maxwell syn teory - in foarsizzing dat der elektromagnetyske weagen, i.e. neiteam elektromagnetyske fjild yn tiid en romte. De boarne fan it elektromagnetyske fjild binne bewegende mei fersnelling elektryske ladingen. Oars as akoestyske (elastisch) elektromagnetyske weagen kinne útdrage yn alle materiaal, sels yn vácuo. De elektromagnetyske ynmingen yn vácuo jout mei faasje fan it ljocht (c = 299 792 kilometer per sekonde). De golflingte kin oars. Elektromagnetyske weagen fan tsien tûzen meter oant 0.005 meter - dit is de radio weagen dy't brûkt wurde om zenden ynformaasje ta ús, dat is it sinjaal foar in bepaalde ôfstân, sûnder ienich draad. Makke radio weagen op hege frekwinsje hjoeddeistige dat rint yn 'e antenne.

Wat binne de weagen

As de lingte fan de elektromagnetyske strieling farieart fan 0,005 micrometer oant 1 meter, i.e. dyjingen dy't yn 'e berik tusken sichtber ljocht en radio weagen - is Infrarot strieling. Syn emit alle ferwaarme lichems: Batterijen, kachels, incandescent lampen. Spesjale apparaten omsette Infrarot strieling yn sichtber ljocht, te krijen ôfbyldings fan foarwerpen dy't emit it, ek yn absolute tsjuster. Sichtber ljocht emits in golflingte fan 770 oant 380 nanometers - de kleur draait fan read nei pears. Dit part fan it spektrum hat foar minsklik libben it grutste belang, want in grut part fan de ynformaasje oer de wrâld wy ûntfange fia fyzje.

As de elektromagnetyske strieling in golflingte minder as de pearse kleur is Ultraviolet ljocht dat deadet baktearjes. X-rays binne net sichtber foar it each. Se amper absorberen sichtber ljocht dekkend lagen fan materiaal. X-ray diagnoaze syktes fan ynterne organen fan minsk en bist. As de elektromagnetyske strieling wurdt oanmakke troch de ynteraksje fan legere dieltsjes en ynfoege, troch opwûn kearnen krigen troch gamma strieling. Dit is de meast breed berik yn de elektromagnetyske spektrum omdat it net beheind ta hege enerzjy. Gamma strieling kin wêze sêft en taaie: enerzjy oergongen binnen atomic kearnen - sêft, en yn nukleêre reaksjes - stive. Dy rays maklik pull down molekulen en biologyske funksjes. Great lok, dat yn 'e sfear fan gamma strielje kin net troch. Observearje gamma rays út romte wêze kin. By tige hege enerzjy op de elektromagnetyske ynteraksje jout op in snelheid tichtby it ljocht: gamma quanta crush kearn atomen, brekke se werom yn dieltsjes, ferstruien yn ferskillende rjochtingen. As Braking, se emit ljocht, sichtber yn bysûndere teleskopen.

Út it ferline - de takomst

Elektromagnetyske weagen, sa't al sein, foarsein troch Maxwell. Hy goed bestudearre en besocht te leauwe yn de wiskunde in bytsje naïve pictures Faraday, dêr't it magnetyske en elektryske ferskynsels waarden útbylde. It wie Maxwell ûntdekte in tekoart oan symmetry. En dat wie er by steat om te bewizen in oantal fergelikingen dy't ôfwikseljend elektryske fjilden generearje magnetic en oarsom. Dat late him leauwe dat sokke fjilden en jin los út de diriginten wurde ferhuze troch in fakuüm mei inkele reus snelheid. En hy tocht dat. Speed wie ticht by trohstam tûzenen kilometers per sekonde.

Dat is ynteraksje teory en eksperimint. In foarbyld is de iepening troch dêr't wy learden oer it bestean fan elektromagnetyske golven. Yn it kaam tegearre mei help fan natuerkunde absolút heterogene begrippen - magnetisme en elektrisiteit, sa't it is in fysike fenomeen fan deselde oarder, krekt ferskillende kanten dêrfan binne yn kommunikaasje. Teoryen wurde regele de iene efter de oare, en allegearre binne nau besibbe oan elkoar: de teory fan electroweak ynteraksje, bygelyks, dêr't deselde posysje beskreaun troch de swakke kearnkrêft en elektromagnetyske, ensfh Alle dit kombinearret kwantum chromodynamics, op oangeande de sterke en electroweak ynteraksjes (hjir, accuracy wylst legere mar de operaasje giet). Yntinsyf studearre gebieten sokke natuerkundigen as kwantum swierte en string teory.

befinings

It docht bliken dat de romte der omhinne ús hielendal permeated mei elektromagnetyske strieling: de stjerren en de sinne, moanne en oare himelske lichems, it is de Ierde sels, en elke telefoan yn 'e hannen fan' e minsken, en Antenne stasjons - dit alles emits elektromagnetyske weagen fan ferskillende nammen . Ôfhinklik fan 'e frekwinsje fan' e oscillations, dat útstrielet it foarwerp ferskille ynfraread, radio, sichtber ljocht, bio-fjild rays, X-strielen en it like.

As in elektromagnetyske fjild ferspraat wurdt, dan wurdt in elektromagnetyske weach. It is gewoan in ûnútputlike boarne fan enerzjy, triljen de elektryske ladingen fan de molekulen en atomen. En as de lading oscillates, syn beweging wurdt fersneld, en dêrom emits elektromagnetyske weagen. As de magnetysk fjild feroarings, it fjild is entûsjast troch elektryske vortex dy't, yn beurt, de opwining fan it magnetysk vortex fjild. It proses giet troch de romte, embracing iene punt nei de oare.