Sumakuumeme mwingiliano chembe

Makala hii itakuwa kuangalia kile kinachoitwa nguvu za asili - msingi mwingiliano sumakuumeme na kanuni ambayo ni kujengwa. Kuna pia kuwa aliiambia kuhusu uwezekano wa kuwepo kwa mbinu mpya ya utafiti wa mada hii. Katika shule katika madarasa fizikia, wanafunzi wanakabiliwa na maelezo ya dhana ya "nguvu". Wao kujua kwamba nguvu inaweza kuwa tofauti sana - nguvu frictional, nguvu ya mvuto, elasticity na nguvu ya wengi kama hiyo. Wote hao anaweza kuitwa msingi, kama ni mara nyingi sana uzushi wa nguvu ya sekondari (msuguano nguvu, kwa mfano, na mahusiano yake ya molekuli). mwingiliano sumakuumeme inaweza pia kuwa ya upili - kama matokeo. Masi ya Fizikia anatoa mfano wa Van der Waals nguvu. Pia anatoa mifano mingi na ya msingi chembe fizikia.

Katika maumbile,

Ningependa kupata kiini cha mchakato wa kutokea katika asili, kama inafanya sisi kazi mwingiliano sumakuumeme. Ni nini hasa nguvu ya msingi ambayo huamua kila kujengwa majeshi yake sekondari? Kila mtu anajua kwamba mwingiliano sumakuumeme, au, kama ni kuitwa, nguvu ya umeme ni ya msingi. Hii ni inavyothibitishwa na sheria ya Coulomb, ambayo ina generalization yake yanayotokana na Maxwell equations. Hivi karibuni kuelezea kila asili zinazotokea vikosi magnetic na umeme. Hii ndiyo sababu ni imeonekana kuwa mwingiliano wa maeneo ya sumakuumeme - vikosi msingi ya asili. mfano zifuatazo - nguvu ya mvuto. Hata watoto wa shule kujua kuhusu sheria ya zima gravitation Isaaka Nyutona, ambaye pia hivi karibuni got generalization sahihi ya milinganyo Einstein, na, kwa mujibu wa nadharia yake ya mvuto, nguvu ya mahusiano ya sumakuumeme ni msingi katika asili, pia.

Hapo zamani iliaminika kuwepo na mambo haya majeshi mawili ya msingi, lakini sayansi alikuja mbele, hatua kwa hatua kuthibitisha kwamba si hivyo. Kwa mfano, na ugunduzi wa kiini atomia tulikuwa kuanzisha dhana ya nguvu za nyuklia, au jinsi ya kuelewa kanuni ya uhifadhi wa chembe ndani ya kiini, kwa nini hawana kuruka mbali katika pande zote. Kuelewa jinsi mwingiliano sumakuumeme katika asili, imesaidia kupima nguvu za nyuklia, kujifunza na kueleza. Hatimaye, hata hivyo, wanasayansi na hitimisho kwamba vikosi nyuklia ni sekondari na katika maonyesho nyingi kama Van der Waals nguvu. Kwa kweli, vikosi kweli tu ya msingi ambayo kutoa quarks kiutendaji na kila mmoja. Kisha - athari ya sekondari - ni mawasiliano kati ya maeneo ya sumakuumeme ya protoni na nyutroni katika kiini. Kweli ya msingi ni mwingiliano wa quarks, gluons ni kubadilishana. Hivyo iligunduliwa katika asili kweli ni ya tatu ya msingi nguvu.

Muendelezo wa hadithi

Elementary chembe kuoza, nzito - katika nyepesi na kuoza yao inaeleza nguvu mpya za mahusiano ya sumakuumeme, ambayo ni pia jina lake - nguvu za mahusiano dhaifu. Kwa maskini? Kwa sababu umeme kuingiliwa katika asili ina nguvu zaidi. Na tena, ikawa ni kwamba nadharia ya mwingiliano dhaifu, hivyo gracefully ilianzisha katika picha ya dunia na awali kabisa inaeleza uharibifu wa chembe ya msingi, wala kutafakari postulates huo, ikiwa nishati kuongezeka. Hii ndiyo sababu nadharia ya zamani zimeundwa upya ili mwingine - nadharia ya mwingiliano dhaifu, wakati huu ulikuwa kote duniani. Pamoja na kwamba ilijengwa ilikuwa kwa kanuni sawa na wengine wa nadharia ya kuelezea mahusiano ya sumakuumeme ya chembe. Katika nyakati za sasa, kuna nne alisoma na kuthibitika msingi mwingiliano, na ya tano - kwa njia, juu yake itakuwa kuja. Zote nne - mvuto, nguvu, dhaifu, sumakuumeme - wamejijengea misingi moja: nguvu yanayotokana kati ya chembe ni matokeo ya kugawana Kutekelezwa carrier, au vinginevyo - kupatanisha mwingiliano.

Ni aina gani ya msaidizi? Hii photon - bila chembe habari, lakini hata hivyo kwa mafanikio hujenga umeme kuingiliwa kutokana na kubadilishana quantum ya mawimbi ya umeme au mwanga quantum. mwingiliano sumakuumeme unafanywa na fotoni katika uwanja wa chembechembe kushtakiwa, ambayo kuwasiliana na nguvu fulani, kama wakati inayotibu sheria ya Coulomb. Kuna moja massless chembe - gluon, ina aina nane, inasaidia kuwasiliana quarks. Mwingiliano sumakuumeme ni kivutio kati ya mashtaka, na inasemekana kuwa imara. Ndiyo, na mwingiliano dhaifu si bila waamuzi, ambayo chuma chembe na umati zaidi ya hayo, ni mkubwa, kwamba ni nzito. Hii kati vector bosons. uzito wao na uzito ni kutokana na udhaifu wa mwingiliano. Gravity ni nguvu kubadilishana quantum mvuto shamba. Hii ni kivutio ya mwingiliano sumakuumeme chembe, bado haitoshi alisoma, hata Graviton kimajaribio bado wanaona, na quantum mvuto hatuna huko kabisa, na tu kwa sababu tuna kuelezea inaweza bado.

nguvu ya tano

Sisi kuchukuliwa aina nne za msingi mwingiliano: nguvu, dhaifu, umeme, mvuto. Mwingiliano - ni kitendo cha kubadilishana chembe, na hakuna wazo la ulinganifu hawezi kufanya, kwa sababu hakuna mwingiliano ambalo halihusiani na hayo. Ni huamua idadi ya chembe na umati wao. Kwa ulinganifu halisi ya habari ni daima sifuri. Kwa hiyo, photon na gluon habari si, ni sawa na sifuri, Graviton - pia. Kama ulinganifu ni kuvunjwa, wingi haachi kuwa sifuri. Hivyo, kati vector bison na habari, kwa sababu ulinganifu ni kuvunjwa. nne mwingiliano msingi alieleza kila kitu tunaona na kuhisi. vikosi iliyobaki kusema kwamba coupling yao ya umeme ni ya sekondari. Hata hivyo, mwaka 2012 kulikuwa na mafanikio katika sayansi na iligunduliwa chembe nyingine, kwa mara nyingine alifanya maarufu. mapinduzi katika ulimwengu wa kisayansi kupangwa ufunguzi wa Higgs boson, ambayo, kama aligeuka, pia hutumika kama carrier ya mwingiliano kati ya quarks na leptons.

Hii ndiyo sababu wanasayansi-Fizikia sasa wanasema kuwa kulikuwa na nguvu ya tano, mwangalizi ambao aligeuka kuwa Higgs boson. Ulinganifu ni kuvunjwa hapa: kutoka Higgs boson ina molekuli. Hivyo idadi ya mwingiliano (neno kisasa chembe fizikia ni kubadilishwa kwa neno "nguvu") umefikia tano. Labda sisi ni kusubiri kwa uvumbuzi mpya, kwa kuwa sisi hatujui hasa kama kuna hata mbali na mwingiliano huu. Inawezekana sana kwamba tumejenga, na leo mtindo huu, inaonekana kikamilifu inaeleza matukio yote kuzingatiwa katika dunia, na haujakamilika kabisa. Na pengine, baada ya muda fulani kutakuwa na mpya mwingiliano na nguvu mpya. uwezekano wa kama kuna angalau kwa sababu sisi hatua kwa hatua sana kujifunza kwamba kuna sasa inajulikana msingi mwingiliano - nguvu, dhaifu, umeme, mvuto. Baada ya yote, kama kuna katika asili wa chembe supersymmetric, ambayo ni kujadiliwa katika ulimwengu wa kisayansi, inamaanisha kuwepo kwa ulinganifu mpya, na ulinganifu daima pia kuibuka kwa chembe mpya ambayo kupatanisha baina yao. Hivyo, sisi kusikia awali haijulikani msingi nguvu, kama mara moja alishangaa kujua kwamba kuna watu, kwa mfano, sumakuumeme mwingiliano, dhaifu. Maarifa kuhusu asili yetu wenyewe haujakamilika sana.

interconnectivity

Jambo la kuvutia zaidi ni kwamba mahusiano yoyote mpya lazima lazima kusababisha uzushi haijulikani kabisa. Kwa mfano, kama sisi alikuwa si msomi kuhusu maingiliano dhaifu, sisi kamwe kuwa aligundua kuanguka, na kama ilikuwa si kwa elimu yetu ya kusikitisha, hakuna utafiti wa majibu ya nyuklia ingekuwa haiwezekani. Na kama sisi hawakuwa na ufahamu wa athari za nyuklia, hakutaka kuelewa jinsi jua huangaza juu yetu. Baada ya yote, kama hakuwa na kuangaza, na maisha duniani bila kuwa na sumu. Ili kuwepo kwa mahusiano inaonyesha kwamba ni muhimu sana. Kama mahusiano imara haipo, na viini atomia bila kuwa imara. Kutokana na mwingiliano sumakuumeme Dunia inapata nishati ya jua, na rays mwanga kuwasili kutoka kwake, joto dunia. Na mwingiliano zote zinazojulikana ni muhimu. Hapa Higgs, kwa mfano. Higgs boson hutoa chembe habari kwa kushirikiana na shamba, sisi ni bila bila kuwa alinusurika. Na jinsi, bila mwingiliano mvuto kukaa juu ya uso wa dunia? Itakuwa vigumu si tu kwa ajili yetu, lakini hakuna kitu kabisa.

Kabisa wote wa mwingiliano, na wale sisi bado kujua, ni lazima kila kitu ubinadamu anajua, anaelewa na anapenda huko. Tunaweza kujua? Ndiyo, mengi. Kwa mfano, tunajua kwamba protoni ni imara katika kiini. Sana, muhimu sana kwetu, hii uthabiti wake, vinginevyo njia hiyo kungekuwa hakuna maisha. Hata hivyo, majaribio zinaonyesha kwamba protoni maisha - wakati thamani ndogo. Muda mrefu, bila shaka, 10 ³⁴ miaka. Lakini ina maana kwamba mapema au baadaye kuanguka mbali, na protoni, na hii itahitaji baadhi ya nguvu mpya, ambayo ni mwingiliano mpya. Kutokana kuoza protons tayari zipo nadharia ambayo kudhani mpya, shahada ya juu sana ya ulinganifu, kwa hiyo, mahusiano mapya yanaweza kuwepo na sisi hawajui lolote.

Grand kuunganisha

umoja wa asili ni kanuni tu ya ujenzi wa ushirikiano wote msingi. maswali mengi kutokea katika uhusiano na idadi ya watu na kufafanua sababu za wingi hii tu. Matoleo kujengwa hapa wengi kubwa, na ni tofauti sana katika hitimisho kufikiwa. Eleza kuwepo kwa idadi tu kama ya mwingiliano ya msingi katika kila njia, lakini ni kanuni moja ya kujenga ushahidi. Daima aina nyingi tofauti ya mwingiliano, watafiti wanajaribu kuunganisha katika moja. Kwa hiyo nadharia hizo na nadharia iitwayo Grand Unified. Kama kama ulimwengu mti matawi: wingi wa matawi, na shina ni sawa daima.

Hii ni kwa sababu kuna watu hawa nadharia zote unifying wazo. mizizi ya ushirikiano wote maarufu wa moja kulisha shina, ambayo ni kutokana na upungufu wa ulinganifu alianza tawi nje na sumu mwingiliano mbalimbali za msingi, ambayo tunaweza kuona kimajaribio. Dhana hii haikuweza kuthibitishwa bado, kwa sababu inahitaji juu sana nishati fizikia, majaribio inaccessible leo. Inawezekana sana, na hili ni chaguo kwamba tuna kamwe si katika milki ya nguvu hizi. Lakini karibu kikwazo hili linawezekana kabisa.

mbali

Tuna ulimwengu, accelerator ya asili, na michakato yote ambayo hutokea ndani yake, kufanya hivyo inawezekana kwa kuangalia hata nadharia zaidi daring kuhusu mizizi ya kawaida ya mahusiano yote yanajulikana. Kazi nyingine ya kuvutia kuelewa mwingiliano katika asili ni labda hata zaidi. Ni muhimu kuelewa jinsi ya kuhusisha mvuto na nguvu nyingine ya asili. Hii ni mwingiliano msingi anasimama kama tofauti, licha ya ukweli kwamba kwa mujibu wa kanuni ya ujenzi wa nadharia hii ni sawa na wengine wote.

Einstein alisoma nadharia ya mvuto, kujaribu kuunganisha na umeme '. Pamoja ukweli walivyo kutatua tatizo hili, basi nadharia bado halijatokea. Sasa watu anajua kidogo zaidi, angalau tunajua kuhusu kuathiriana nguvu na dhaifu. Na kama sasa ujenzi kamili wa nadharia umoja, bila ya shaka kuathiri tena ukosefu wa elimu. Mpaka sasa imeshindwa kuweka mvuto sambamba na mwingiliano nyingine, kwa vile kila tii sheria dictated na quantum fizikia na mvuto - hakuna. Kwa mujibu wa nadharia quantum, chembe wote ni quanta ya shamba fulani. Lakini quantum mvuto haipo, angalau bado. Hata hivyo, idadi ya mwingiliano tayari aligundua kurudia kwa sauti kubwa juu ya nini hawezi kuwa mpango wowote.

uwanja umeme

Back katika mwaka wa 1860 kubwa ya kumi na tisa karne mwanafizikia James Clerk Maxwell alifanikiwa kujenga nadharia kueleza introduktionsutbildning umeme. Wakati wa mabadiliko katika eneo magnetic katika hatua fulani katika nafasi uwanja umeme. Kama uwanja huu unapatikana imefungwa kondakta, kusimika mtiririko wa sasa katika uwanja umeme. nadharia yake ya mashamba ya umeme Maxwell inathibitisha kwamba uwezekano reverse mchakato: iwapo mabadiliko katika muda uwanja umeme katika hatua fulani katika nafasi watatakiwa shamba sumaku. Hivyo mabadiliko yoyote unaweza kusababisha viwango tofauti uwanja umeme, na wanaweza kupata mabadiliko katika umeme alternating shamba magnetic katika muda magnetic shamba. Vipengele hivi kuzalisha mashamba ya kila mmoja iliyoandaliwa na shamba umoja - sumakuumeme.

matokeo muhimu zaidi ambayo inafuata kutoka formula nadharia Maxwell - utabiri kwamba kuna mawimbi ya umeme, yaani kueneza shamba umeme katika muda na nafasi. chanzo cha shamba umeme ni kusonga kwa madai kuongeza kasi ya umeme. Tofauti na acoustic (elastic) mawimbi sumakuumeme inaweza kueneza katika nyenzo yoyote, hata katika vacuo. Umeme kuingiliwa katika vacuo kueneza kwa kasi ya mwanga (c = 299 792 kilomita kwa pili). wavelength tofauti. mawimbi ya umeme kutoka mita elfu kumi kwa mita 0005 - hii ni mawimbi ya redio zinazotumika kusambaza taarifa kwa sisi, kwamba ni ishara kwa umbali fulani bila waya wowote. Imeundwa mawimbi ya redio katika mzunguko wa sasa mkubwa kuwa mtiririko katika antenna.

mawimbi nini

Kama urefu wa mionzi ya umeme ni kati ya 0.005 micrometer kwa mita 1, yaani wale ambao ni katika mbalimbali kati ya mwanga na radio mawimbi inayoonekana - ni infrared mionzi. Wake emit miili yote moto: betri, jiko, incandescent taa. vifaa maalum kubadilisha mionzi infrared katika mwanga inayoonekana, ili kupata picha za vitu kwamba emit yake, hata katika giza kamili. Inaonekana mwanga hutoa wavelength ya nanomita 770 kwa 380 - rangi zamu kutoka nyekundu kwa rangi ya zambarau. Sehemu hii ya wigo kwa ajili ya maisha ya binadamu umuhimu mkubwa, kwa sababu sehemu kubwa ya taarifa kuhusu dunia ya kupokea kwa njia ya kuona.

Kama mionzi ya umeme ina wavelength chini ya rangi ya zambarau ni ultraviolet mwanga kwamba unaua bakteria. Eksirei hayaonekani jicho. Wao vigumu kunyonya inayoonekana mwanga tabaka opaque ya nyenzo. X-ray wametambuliwa magonjwa ya viungo vya ndani ya binadamu na wanyama. Kama mionzi ya umeme ni yanayotokana na mwingiliano wa chembe ya msingi na unaotolewa na viini msisimko kupatikana kwa mionzi ya gamma. Hii ni aina ya kubwa katika wigo wa umeme kwa sababu si mdogo kwa nguvu ya juu. Gamma mionzi inaweza kuwa laini na ngumu: mabadiliko ya nishati ndani ya viini atomia - laini, na katika athari za nyuklia - rigid. rays hizi kwa urahisi kuvuta chini molekuli na makala ya kibiolojia. Mkuu furaha kuwa katika hali ya gamma rays hawawezi kupata kupitia. Chunguza gamma rays kutoka nafasi inaweza. Wakati nguvu ya juu sana mwingiliano sumakuumeme kueneza kwa kasi karibu na mwanga: gamma quanta kuponda kiini atomi, kuvunja yao chini ndani ya chembe, kutawanyika katika pande mbalimbali. Wakati wa kusimama, zinatoa mwanga, inayoonekana katika darubini maalum.

Kutoka iliyopita - baadaye

mawimbi ya umeme, kama imekuwa alisema, alitabiri na Maxwell. Yeye makini na kujaribu kuamini katika hisabati kidogo naive picha Faraday, ambayo matukio magnetic na umeme walikuwa taswira. Ilikuwa Maxwell aligundua ukosefu wa ulinganifu. Na kwamba yeye alikuwa na uwezo wa kuthibitisha idadi ya milinganyo kubadilisha mashamba ya umeme kuzalisha magnetic na kinyume chake. Hii ilisababisha yeye kuamini kuwa mashamba ya aina hiyo na kujitenga kutoka katika makondakta ni wakiongozwa kupitia utupu na baadhi ya kasi kubwa. Na figured. Kasi ni karibu na trohstam maelfu ya kilomita kwa sekunde.

Hiyo ni mwingiliano nadharia na majaribio. Mfano ni kufungua njia ambayo tulijifunza kuhusu kuwepo kwa mawimbi ya sumakuumeme. Ndani yake walikutana kwa msaada wa fizikia dhana tofauti nyingi kabisa - magnetism na umeme, kama ni jambo la kimwili ya utaratibu huo, tu tofauti pande yake ni katika mawasiliano. Nadharia mpangilio moja nyuma nyingine, na wote ni karibu kuhusiana na kila mmoja: nadharia ya mahusiano electroweak, kwa mfano, ambapo nafasi hiyo ilivyoelezwa na nguvu dhaifu ya nyuklia na umeme, nk Haya yote unachanganya chromodynamics quantum, kufunika mwingiliano nguvu na electroweak (hapa, usahihi wakati chini lakini kazi inaendelea). Hutafitiwa kwa kina maeneo Fizikia kama vile quantum mvuto na nadharia kamba.

matokeo ya utafiti

Ni zinageuka kuwa nafasi ya jirani yetu kabisa kupenywe na mionzi ya umeme: nyota na jua, mwezi na miili mingine ya mbingu, ni dunia yenyewe, na kila simu katika mikono ya mtu, na vituo vya antenna - wote huu hutoa mawimbi ya umeme ya majina tofauti . Kulingana na mzunguko wa oscillations, ambayo kusambaa kitu tofauti infrared, redio, mwanga inayoonekana, rays bio uwanja, eksirei na kadhalika.

Wakati shamba umeme inasambazwa, inakuwa mawimbi ya sumakuumeme. Ni kwa inexhaustible chanzo cha nishati, Tetema mashtaka umeme wa molekuli na atomi. Na kama malipo oscillates, mwendo wake wa kasi, na kwa hiyo hutoa mawimbi ya sumakuumeme. Kama mabadiliko sumaku, shamba ni msisimko na vortex umeme ambayo, kwa upande wake, anawatia magnetic Vortex shamba. mchakato unaendelea kupitia nafasi, kukumbatiana mmoja baada ya mwingine.