Создание единой теории поля - раздел Образование, КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Электромагнитное Взаимодействие Обуславливает Существование Стабильных Атомов...
Электромагнитное взаимодействие обуславливает существование стабильных атомов и молекул (взаимодействие между электронами и протонами). Его константа ae » 1/137 описывает превращение заряженных частиц в те же частицы, но с изменением скорости движения и появление фотона (g).
Сильное и слабое взаимодействия характерны для процессов в микромире, ведущих к взаимопревращениям частиц. Константа слабого взаимодействия gw » 10-5 определяет интенсивность процессов (превращений) элементарных частиц в реакциях с участием нейтрино и антинейтрино. Константа сильного взаимодействия gs » 15 определяет количественные характеристики взаимных превращений барионов с участием мезонов. Гравитационное взаимодействие удерживает планеты на орбитах и нас на Земле. Константа гравитационного взаимодействия ag » 10-39.
Возможность объяснить различные виды взаимодействий элементарных частиц как разные проявления единого взаимодействия всегда привлекала физиков. Около полутора веков тому назад Максвелл показал, что электричество и магнетизм – это две стороны одного явления. Объединение всех взаимодействий в единую теорию поля было мечтой Эйнштейна. Однако и его попытка, и более ранняя попытка О.Хевисайда “напрямую” объединить электромагнитное и гравитационное взаимодействия оказались безуспешными.
Теория электрослабого взаимодействия. В 1967 г Стивен Вайнберг, Шэлдон Глэшоу и Абдус Салам показали, что слабое и электромагнитное взаимодействия – это одно и то же взаимодействие (электрослабое), но при энергиях выше 100 гигаэлектронвольт (ГэВ). Ниже этой величины симметрия между ними спонтанно нарушается и в повседневной жизни мы наблюдаем их как разные взаимодействия. Данное явление можно рассматривать как фазовый переход.
Теория вводит три дополнительные частицы, являющиеся в известном смысле аналогами фотона: два разнозаряженных бозона W+ и W-, а также нейтральный бозон Zо. Эти три частицы названы векторными, поскольку так же как и фотоны имеют спин (внутренний момент движения), равный единице. Одним из существенных элементов теории стало введение нового поля особого типа – скалярного поля Хиггса. В его отсутствие электромагнитные и слабые силы друг от друга не отличаются, а все частицы, участвующие в возникновении этих сил, имеют нулевую массу. Но при его появлении промежуточные W- и Z-мезоны становятся, в отличие от фотона, очень тяжелыми (масса порядка 80-90 ГэВ; для сравнения: масса протона составляет около 1 ГэВ), что делает радиус действия слабых сил очень маленьким (10-16 см).
Промежуточные векторные бозоны образуются в протон-антипротонных столкновениях в момент взаимоуничтожения (аннигиляции) кварка из протона с антикварком из антипротона. Время жизни таких частиц очень невелико, приблизительно за 10-20 секунды они распадаются с образованием кварк-антикварковых или лептон-антилептонных пар.
Теория Великого объединения (ТВО). Успех объединения электромагнитного и слабого взаимодействий вызвал естественное желание объединить все известные взаимодействия частиц – сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное – в т.н. суперобъединение (великое объединение, grand unification).
В 1979 г. Ш.Глэшоу и Г.Джорджи опубликовали свои предложения о том, что при энергиях выше 1014 ГэВ должны были бы рождаться монополи (частицы только с одним магнитным полюсом). Получение таких частиц лежит пока за пределами возможностей эксперимента.
Из теории “великого объединения”, утверждающей, в частности, неразличимость в области чрезвычайно высоких энергий кварков и лептонов и их взаимные переходы (с нарушением закона сохранения барионного заряда), следует, что протон нестабилен: время его жизни оценивается величиной 1031-1033 года (для сравнения – возраст расширяющейся Вселенной составляет около 1010 лет). Если в экспериментальных условиях будет обнаружен распад протона, это подтвердит теорию великого объединения.
Супергравитация. Эта теория призвана осуществить давнюю мечту исследователей и слить воедино все виды взаимодействий, включая гравитационное (“формула, означающая мир”). При этом объединяются внутренняя, связанная с квантовыми числами элементарных частиц симметрия ТВО и пространственная симметрия общей теории относительности (ОТО). Частицами-переносчиками в этом случае должны быть безмассовые частицы со спином S=2, называемые гравитонами. Теория вводит также частицы со спином 3/2, названные гравитино[49].
Более 75 лет назад Эйнштейном был поставлен вопрос о существовании гравитационных волн, но проблема их обнаружения пока еще остается. И если будут построены гравитационные антенны, то возможно будет принимать всплески гравитационных волн, образующихся при вспышках Сверхновых. Однако существует неопределенность в получении оценок энергии гравитационных волн, хотя мы и имеем теорию ОТО, дающую возможность описать процессы их генерации, распространения и детектирования. Но, кроме того, существуют теории гравитационных полей, где волны ведут себя иначе, чем в теории ОТО. Во всяком случае, возможность приема космических гравитационных волн и анализ данных разрешат все сомнения.
Все виды взаимодействий проявляют свои различия только при малых энергиях, а при больших – объединяются в единое взаимодействие. Так, электромагнитные и слабые взаимодействия объединяются при энергиях порядка 102 ГэВ, что соответствует температуре 1015 °К. При энергиях около 1014 ГэВ или температуре 1027 °К происходит так называемое Великое Объединение, когда сливаются сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия. Наконец, при энергиях около 1019 ГэВ или температуре 1032 °К, вероятно, к ним присоединяется и гравитационное взаимодействие, так называемое Суперобъединение.
Такие условия могли существовать лишь на самых ранних этапах возникновения Вселенной (в условиях “Большого взрыва”; см. далее).
Учебное издание... Кокин Александр Васильевич доктор геолого минералогических наук...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Создание единой теории поля
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Корпускулярная и континуальная концепция описания природы
“Если при первом знакомстве с современной картиной мира она не вызвала в Вас резкого неприятия – Вы в ней чего-то недопоняли” – шутят физики. Узловые моменты этой теории – концепция происхождения В
Сирано де Бержерак
“Самое непостижимое в мире – это то, что он постижим”. Это высказывание Эйнштейна кажется тем глубже, чем дольше в него вдумываешься. Природа, в самых изощренных своих загадках, является вызовом на
Термодинамика
Удивительная способность живых организмов поддерживать на определенном уровне состояние своего внутреннего порядка – есть не что иное, как борьба с накоплением энтропии, борьба с вырождением матери
Тит Лукреций Кар “О природе вещей”.
Порядок, как следствие структуры пространства, определяет закономерность размещения частей материального микро- и макромира, микрокосма и макрокосма.
Порядок в строении атома определяется
Логика развития научного знания. Смена парадигм
“Истина – это заблуждение, которое длилось много веков; заблуждение – это истина, которая просуществовала лишь несколько минут”
(Пословица)
Американский философ Т
Естественнонаучная и гуманитарная культуры
Естественнонаучная культура есть проявление общей культурной традиции человека (как исторически сложившийся определенный уровень развития общества, творческих сил и способностей человека, выраженны
Математика
Одна из древнейших наук. Для нее описываемый материальный предмет не имеет решающего значения; для математики важен метод описания: с помощью ряда чисел, уравнений, тригонометрических функций, фигу
Структурные формы организации материи
Материя структурирована не только движением, пространством, временем, но и размерностью, уровнем организации. Но если движение, пространство и время в материальном мире являются непременным атрибут
Микрофизика
Мир, окружающий нас, весьма многообразен в проявлении форм материи, но человеческое сознание всегда пыталось и пытается найти какое-то единство и закономерности в строении материи. И с каждым шагом
Квантовая теория
В классической физике выделяют, как формы существования материи, вещество и поле. Первое состоит из частиц – протонов, нейтронов, электронов. Второе распределено по всему пространству в виде волн –
Взаимодействия и изменения
Пространство и время объединены взаимодействием объектов материального мира, следовательно, и первое и второе – материальны. Самая важная сущность заключается не в протяженности Вселенной в простра
Пространство
Форма сосуществования материальных объектов и процессов, происходящих с ними; характеризует структурность и протяженность материальных систем. Определяет протяженность материальных тел, границы, за
Общая и частная теории относительности
Общая теория относительности А.Эйнштейна рассматривает пространственно-временные свойства материи. Она полностью изменила наши представления о пространстве, времени и тяготении. И тяготение оказало
Конец геоцентрической системы Птолемея
Десятки тысяч лет назад, когда человек оторвался в своем развитии от братьев меньших – животных, он пытался найти свое место в окружающем мире и представить себе его картину. Осваиваясь в окружающе
Гелиоцентрическая система
Гипотеза Коперника была проста. Надо поменять в старой птолемеевской системе Землю и Солнце местами, оставив только Луну вращаться вокруг Земли. Но эта простая гипотеза была недоступна для понимани
Бесконечность Вселенной
Следующий за Коперником крупный шаг в познании Мира сделал итальянский философ-пантеист Джордано Бруно (1548-1600). Развивая идеи Николая Кузанского и гелиоцентрическую космологию Николая Коперника
Разбегание галактик
Наиболее острые дискуссии среди космологов, астрофизиков вызывали вопросы о стационарности и нестационарности Вселенной, о закрытости или открытости ее внешних границ.
Развитие спектроскоп
Внегалактическая шкала расстояний
Метод исследования
Астрономические объекты
Предел измеряемых расстояний
Параллакс (земные базы)
Планеты
Парадокс Ольберса
Вдали от Млечного Пути небо выглядит удивительно темным. Эта, казалось бы, чисто внешняя особенность неба имеет глубокое значение для космологии. В ХIХ веке немецкий астроном Генрих Ольберс (1758-1
Принцип Маха: понятие инерции
Оказывают ли далекие звезды какое-либо влияние на локальные свойства вещества? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны сравнить представления Ньютона об абсолютном пространстве с идеями, выдвинуты
Реликтовое космическое микроволновое излучение
Измерения эффективной температуры шумов в максимуме диаграммы направленности 20-футовой рупорной антенны-рефлектора, проведенные в лаборатории Кроуфорд-Хилл (Холмдел, Нью-Джерси) на частоте 4080 Мг
Космическая шкала времени
Космическое время
Эпоха
Красное смещение
Событие
Время от сегодняшнего момента
Происхождение Вселенной
Одна из удивительнейших и интереснейших загадок современного естествознания – это происхождение и эволюция Вселенной. Она важна для нас не только как чисто познавательная, но и как практическая, по
Структура Метагалактики
Звезды и галактики скучены, а не равномерно распределены в пространстве. Почему? Что заставило их собраться вместе? Причиной всего этого могут быть тонкие струны с большой концентрацией энергии, об
Галактики
Основным элементом крупномасштабной структуры Метагалактики (наблюдаемой части Вселенной) являются галактики и скопления галактик (Гнедин, 1996). Галактики представляют собой стационарные гравитаци
Основные черты эволюции звезд
Следующая стадия эволюции Вселенной – Галактическая и звездная. Именно в звездах происходит синтез элементов после гелия.
Наиболее распространенным элементом Космоса является водород. В ре
Эволюция звезд и звездных систем
Возникнув из разреженной материи (это преимущественно водород и гелий), звезды, под действием гравитации, сжимаются и входят в полосу Главной последовательности, когда в их недрах возникнут условия
Христиан Гюйгенс (1629-1695).
Жизнь на Земле – самый выдающийся и, возможно, уникальный процесс, влияние которого заметно в глобальных масштабах, поглощающий живительную энергию Солнца и вводящий в круговорот едва ли не все эле
Возникновение биосферы
Невозмутимый строй во всем,
Созвучье полное в природе;
Лишь в нашей призрачной свободе
Разлад мы с нею сознаем.
Ф.И.Тютчев (1803-1873)
Направленность и необратимость биологической эволюции
На основе современных данных биологии, а также палеонтологической летописи можно выделить несколько основополагающих моментов эволюции живого вещества на нашей планете.
Направленность э
Начальная стадия биологической эволюции
Прокариоты. Реакции образования более сложных органических форм должны были происходить в присутствии катализаторов (силикатов и магнетита), которые были уже образованы на ранних этапах форм
Эволюция биосферы
Она включает в себя три основных этапа.
Первый этап ‑ восстановительный. Начался в космических условиях и завершился появлением на Земле первой гетеротрофной биосферы. На этом
Феномен человека
“Ничтожный морфологический скачок и вместе с тем невероятное потрясение сфер жизни – в этом парадокс человека”
Пьер Тейяр де Шарден (1881-1955)
Современные предст
К проблеме общества
Концепция развития человеческого общества через этногенез.
Общество, как совокупность исторически сложившихся форм совместной деятельности людей, может быть рассмотрена в культурно-историч
Этногенез в понимании Л.Гумилева
Этногенез – происхождение народов. Включает как начальные этапы возникновения какого-либо народа, так и дальнейшее формирование его антропологических, этнографических и лингвистических возможностей
Ноосфера
Ближайший соратник Чарльза Дарвина английский биолог Томас Генри Гексли писал: “Откуда мы пришли, что за границы поставлены нашей власти над Природой и Природы над нами, к какой цели мы стремимся?.
Концепция устойчивого (допустимого) развития
Теоретическая основа концепции устойчивого развития – теория биотической регуляции среды, стержнем которой является существование предела возмущения биосферы внешними факторами (предела хозяйственн
Экология духа
“Одно несомненно, что нет ничего несомненного, и что человек – самое жалкое и вместе с тем превосходящее всех существо”.
Плиний Старший (23 или 24-79)
Останавлива
Пьер Тейяр де Шарден (1881-1955).
Является ли жизнь обычным следствием высшей ступени в организации материи во Вселенной, мы не знаем, поскольку не обладаем абсолютным знанием. Но то, что жизненная форма есть один из возможных вари
Крупнейшие исследователи естествознания
Аристотель – (384-322 г. до н.э.) – древнегреческий ученый и философ. Ученик Платона в Афинах. Наставник Александра Македонского. В 335 г основал Ликей, или перипатетическую школу (чтение ле
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов