Elektromagneta forto partikloj

Tiu artikolo rigardi kion oni nomas la fortoj de la naturo - la fundamentaj elektromagneta interago kaj la principoj sur kiu ĝi estas konstruita. Tie ankaŭ estos rakontis pri la eblo de la ekzisto de novaj aliroj al la studo de ĉi tiu temo. En la lernejo en fiziko klasoj, studentoj alfrontis kun ekspliko de la koncepto de "forto". Ili lernas ke la potenco povas esti tre diversaj - la frotado forto, la forto de gravito, elasteco kaj forto de multaj similaj. Ne ĉiuj el ili povas nomi fundamenta, ĉar estas tre ofte la fenomeno de duaranga forto (frotado forto, ekzemple, kun lia interago de la molekuloj). La elektromagneta interago povas ankaŭ esti duaranga - kiel sekvo. Molekula Fiziko donas la ekzemplon de Iras der Waals forton. Ankaŭ donas multajn ekzemplojn kaj de elementaj korpuskloj.

En naturo,

Mi ŝatus iri al la esenco de la procezoj okazantaj en naturo, ĉar kun ĝi, ni laboras la elektromagneta forto. Kion ekzakte estas la fundamenta forto, kiu determinas ĉiuj konstruitaj liaj malĉefaj fortoj? Ĉiu scias, ke la elektromagneta forto, aŭ, kiel oni nomas, elektra potenco estas fundamenta. Ĉi atestas Coulomb Leĝo, kiu havas propran ĝeneraligo devenado de la Maxwell ekvacioj. Lastaj priskribi ĉiuj nature okazantaj magnetajn kaj elektrajn fortojn. Tial oni pruvis, ke la interago de elektromagnetaj kampoj - fundamentaj fortoj de la naturo. La jenaj ekzemplo - la forto de gravito. Eĉ lernejanoj scias pri la leĝo de universala gravito Isaaka Nyutona, kiu ankaŭ ĵus ricevis bonordan ĝeneraligo de ekvacioj de Einstein, kaj, laŭ lia teorio de gravito, la forto de la elektromagneta forto estas fundamenta en la naturo, ankaŭ.

Iam oni kredis, ke ekzistas nur tiuj du fundamentaj fortoj, sed la scienco antaŭeniris, iom post iom pruvi, ke ĝi ne estas tiel. Ekzemple, kun la malkovro de la atoma nukleo ni devis enkonduki la koncepton de nuklea energio, aŭ kiel kompreni la principon de retención de partikloj ene de la kerno, kial ili ne flugas for en ĉiuj direktoj. Kompreni kiel la elektromagneta forto en naturo, helpis mezuri la nukleaj fortoj, por studi kaj priskribi. Poste, tamen, la sciencistoj venis al la konkludo, ke nuklea fortoj estas duaranga kaj en multaj demonstracioj kiel la Forto de Van-der-Waals. Fakte, nur vere fundamentaj fortoj kiuj provizas la kvarkoj interagas kun unu la alian. Tiam - sekundara efiko - estas la interago inter la elektromagnetaj kampoj de la protonoj kaj neŭtronoj en la kerno. Vere fundamenta estas la interago de kvarkoj, gluones estas interŝanĝitaj. Tiel estis malkovrita en naturo estas vere la tria fundamenta forto.

Daŭrigo de la historio

Elementa partikloj dekadenco, peza - la pli malpezaj, kaj ilia dekadenco priskribas la novan forton de la elektromagneta interago, kiu estas bone enoficigis - la potenco de la malforta interago. Kial kompatinda? Ĉar elektromagneta enmiksiĝo en naturo estas multe pli forta. Kaj denove, ĝi rezultis ke la teorio de malfortaj interagoj, tiel gracie enŝipigis en la bildo de la mondo kaj origine perfekte priskribas la dekadenco de elementaj partikloj, ne reflektas la saman postulatoj, se la energio estas pliigita. Tial la malnova teorio estis rediseñado al alia - teorion de la malforta interago, ĉifoje montriĝis universala. Kvankam ĝi estis konstruita ĝi estis en la samaj komencoj kiel la resto de la teorio kiu priskribas la elektromagneta interago de partikloj. En modernaj tempoj, ekzistas kvar studis kaj pruvita fundamentaj interagoj, kaj la kvina - survoje, pri li li venos. Ĉiuj kvar - gravitaj, forta, malforta, elektromagneta - estas konstruita sur sola principo: la forto generita inter la partikloj estas la rezulto de dividi Realigita portanto, aŭ alie - mediar interago.

Kiajn asistanto? Ĉi fotono - sen partiklo maso, sed tamen sukcese konstruas elektromagneta enmiksiĝo pro interŝanĝi kvantuma de elektromagnetaj ondoj aŭ lumo kvantuma. La elektromagneta interago okazos per fotonoj en la kampo de eroj ŝarĝitaj, kiu komunikas kun certa forto, kiel la tempo kaj traktas la Coulomb la leĝo. Ekzistas unu mason partiklo - gluon, ĝi havas ok varioj, ĝi helpas komuniki kvarkoj. Ĉi elektromagneta interago estas altiro inter postenoj kaj ĝi laŭdire estas forta. Jes, kaj la malforta interago ne estas sen intermediarios, kun kiu ŝtalo partikloj kun maso pli ol tio, ili estas amasaj, kiu estas peza. Ĉi tiu intera vektoraj bosonoj. Ilia pezo kaj la pezo estas pro la malforteco de la interago. Gravito estas la forto interŝanĝoj kvantuma gravitkampo. Tiu estas la altiro de la elektromagneta forto de partikloj, estas ankoraŭ ne sufiĉe studis, eĉ gravitón experimentalmente ankoraŭ ne detektis kaj kvantuma gravito ni ne tre tie, kaj ĝuste pro tio ni devas priskribi gxin ne povas ankoraŭ.

kvina forto

Ni konsideras kvar specoj de fundamentaj interagoj: forta, malforta, elektromagneta, gravita. Interagado - estas ago de interŝanĝo de partikloj, kaj ne sciis, de simetrio povas fari, ĉar ne ekzistas interago kiu ne estas asociita kun ĝi. Ĝi determinas la numeron de partikloj kaj ilia maso. Kun la ĝusta simetrio de maso estas ĉiam nulo. Do, la fotono kaj la gluón maso ne estas, ĝi estas egala al nulo, la gravitón - ankaŭ. Se simetrio estas rompita, la maso ĉesas esti nulo. Tiel, la intera vektora bizono havas mason, ĉar la simetrio estas rompita. La kvar fundamentaj interagoj klarigis ĉion, kio ni vidas kaj sentas. La ceteraj fortoj diras, ke ilia elektromagneta kunigxo estas duaranga. Tamen, en 2012 ekzistis granda antaŭas en scienco kaj estis malkovrita alia partiklo, iam faris fama. Revolucio en la scienca mondo organizis la malfermo de la higzo, kiu, kiel ĝi rezultis, ankaŭ funkcias kiel portanto de la interagoj inter kvarkoj kaj leptones.

Tial sciencistoj-fizikistoj nun diri, ke estis kvina forto, la peranto de kiuj montriĝis por la higzo. Simetrio estas rompita tie: el la higzo havas mason. Tiel la nombro de interagoj (la vorton en moderna partikla fiziko estas anstataŭita de la vorto "forto") atingis kvin. Eble ni atendas novajn malkovrojn, ĉar ni ne scias precize se eĉ sen tiuj interagoj. Estas tre ebla ol ni konstruis, kaj hodiaŭ tiu modelo, ĝi similus perfekte klarigas ĉiujn fenomenojn observitaj en la mondo, kaj ne estas tute kompleta. Kaj eble, post iom da tempo estos novaj interagoj kaj novaj forto. La probablo de tia ekzistas almenaŭ ĉar ni tre iom post iom lernis, ke ne estas aktuale konataj fundamentaj interagoj - forta, malforta, elektromagneta, gravita. Post ĉiu, se estas en la naturo de eroj supersimétricas, kiuj estas diskutita en la scienca mondo, ĝi signifas la ekziston de nova simetrio, kaj simetrio ĉiam kunportas la apero de novaj partikloj, kiuj peras inter ili. Tiel, ni aŭdas de antaŭe nekonata fundamenta forto, kiel iam estis surprizita por lerni ke ekzistas, ekzemple, elektromagneta, malforta interago. Scio pri nia propra naturo tre nekompleta.

interconectividad

La plej interesa estas kiu ĉiu nova interago devas nepre kondukas al tute nekonata fenomeno. Ekzemple, se ni ne lernis pri la malforta interago, oni neniam malkovris la kolapso, kaj se ĝi ne estis en nia scio de dekadenco, neniu studo de nuklea reago estus neebla. Kaj se ni ne konscias pri la nukleaj reagoj, ne komprenas, kiel la suno brilas sur nin. Post ĉiu, se ĝi ne brilas kaj la vivo sur la Tero ne estus formitaj. Tiel ke la ĉeesto de la interagado indikas ke ĝi estas de esenca graveco. Se la forta interago ne ekzistas, kaj atomaj kernoj ne estus stabilaj. Pro la elektromagneta interago Tero ricevas energion de la suno, kaj la lumo radioj alvenis de li, varmigi la planedo. Kaj ĉiuj konataj interagoj estas esenca. Jen Higgs, ekzemple. Bosono de Higgs provizas partiklo maso de interagi kun la kampo, ni estas sen ĝi ne postvivis. Kaj kiel, sen la interago gravitatoria resti sur la surfaco de la planedo? Estus neeble ne nur por ni, sed nenio ajn.

Absolute ĉiuj interagoj, eĉ tiuj kiujn ni ankoraŭ ne scias, estas devo por ĉio homaro scias, komprenas kaj amas tie. Kion ni povas scii? Jes, multe. Ekzemple, ni scias, ke la protono estas stabila en la nukleo. Tre, tre grava por ni, ĉi tiu lia stabileco, alie same ekzistus neniu vivo. Tamen, eksperimentoj sugestas ke protono vivo - tempo valoro limigita. Longa, kompreneble, 10 ³⁴ jaroj. Sed ĝi signifas ke pli aŭ malpli frue disfalus kaj la protono, kaj ĉi postulos iun novan forton, tio estas nova interago. Kontraŭ dekadenco protonojn jam ekzistas teorio kiu supozis nova, multe pli alta grado de simetrio, do, novan interago povus ekzisti, pro kio ni scias nenion.

Grand unuiĝo

La unueco de la naturo estas la ununura principo de konstruo de ĉiuj fundamentaj interagoj. Multaj demandoj ekesti en rilato al la nombro de ili kaj klarigi la kialojn de ĉi tiu aparta kvanto. Versioj konstruita tie multajn, kaj ili estas tre malsama en la konkludoj atingitaj. Klarigu la ĉeesto de nur tiaj kelkaj fundamentaj interagoj en ĉiuj eblaj manieroj, sed ili estas ununura principo de konstruado pruvoj. Ĉiam la plej diversaj specoj de interagoj, esploristoj provas kunfandi en unu. Sekve tiaj teorioj kaj teorioj nomitaj Grand Unified. Kvazaŭ la mondo arbo branĉoj: pluralidad de branĉoj kaj la trunko estas ĉiam la sama.

Tio estas ĉar tie estas ĉiuj tiuj teorioj unuigi ideo. La radiko de ĉiu konata interagoj de ununura nutri trunko, kiu estas pro la perdo de simetrio komencis disbranĉigi eksteren kaj formis diversajn fundamentajn interagojn, kiun ni povas observi experimentalmente. Tiu hipotezo ne kontroleblis tamen, ĉar ĝi postulas ege alta energio fiziko, eksperimentoj nealirebla hodiaŭ. Estas tre ebla, kaj ĉi tiu estas eblo kiun ni havas neniam ne en posedo de tiuj energioj. Sed ĉirkaŭ tiu obstaklo estas sufiĉe ebla.

krom

Ni havas universon, la naturajn akcelilo, kaj ĉiuj procezoj kiuj okazas en ĝi, ebligas kontroli eĉ la plej aŭdaca hipotezojn pri komunaj radikoj de ĉiuj konataj interagoj. Alia interesa tasko de kompreni la interagojn en naturo estas eble eĉ pli kompleksa. Estas necese kompreni, kiel rilatigi gravito kun la aliaj fortoj de la naturo. Jen fundamenta interago staras kiel aparte, malgraŭ tio, ke laŭ la principo de konstruo de ĉi tiu teorio estas simila al ĉiuj aliaj.

Einstein studis la teorion de gravito, klopodante ligi ĝin kun elektromagnetismo. Malgraŭ la ŝajna realo solvi ĉi tiun problemon, do la teorio ankoraŭ ne okazis. Nun la homaro scias iom pli, almenaŭ ni scias pri la fortaj kaj malfortaj interagoj. Se nun la kompleta konstruado de la unuigita teorio, ĝi certe influas denove la manko de scio. Ĝis nun ne sukcesis meti gravito al la paro kun la alia interagoj, ĉar ĉiuj obeu la leĝojn diktita de kvantuma fiziko kaj gravito - ne. Laŭ kvantuma teorio, ĉiuj eroj estas la quanta de certa kampo. Sed kvantuma gravito ne ekzistas, almenaŭ ne ankoraŭ. Tamen la nombro de jam malkovritaj interagoj ripetas laŭte pri kio ne povas esti ajna sola skemo.

elektra kampo

Reen en 1860, la granda deknaŭa jarcento fizikisto James Clerk Maxwell sukcesis krei teorion por klarigi la elektromagneta indukto. Kiam ŝanĝo en la magneta kampo en certa punkto en spaco elektra kampo. Se tiu kampo troviĝas fermita dirigento, la indukto nuna fluas en la elektra kampo. Lia teorio de elektromagneta kampo Maxwell pruvas ke probable inversa procezo: se ŝanĝo en tempo la elektra kampo en certa punkto en spaco estos postulata magneta kampo. Do neniu ŝanĝo povas kaŭzi varianta elektra kampo kaj povas akiri ŝanĝon en la elektra alterna magneta kampo en la magneta kampo tempo. Ĉi tiuj variabloj, generi alia kampoj organizita de la unuigita kampo - elektromagneta.

La plej grava rezulto kiu sekvas de formuloj Maxwell teorio - antaŭdiro, ke estas elektromagnetaj ondoj, tio estas: disvastigi elektromagneta kampo en tempo kaj spaco. La fonto de la elektromagneta kampo estas movanta kun akcelo elektraj ŝargoj. Kontraste akustiko (elasta) elektromagnetaj ondoj povas propagi en ajna materialo, eĉ en vacuo. Elektromagneta enmiksiĝo en vacuo propagas kun lumrapido (c = 299 792 kilometroj en sekundo). La longitudo de ondo povas esti malsamaj. Elektromagnetaj ondoj de dek mil metroj al 0.005 metroj - tio estas radioondojn kiuj estas uzataj por transdoni informon al ni, kiu estas la signalo por certa distanco sen dratoj. Kreita radioondojn en AF fluo kiu fluas en la anteno.

Kiuj estas la ondoj

Se la longo de la elektromagneta radiado etendiĝas de 0,005 micrómetro al 1 metro, tio estas: tiuj kiuj estas en la gamo inter videbla lumo kaj radio ondoj - estas transruĝa radiado. Lia elsendas ĉiuj hejtita korpoj: pilojn, estufas, inkandeskaj lampoj. Specialaj aparatoj konverti transruĝa radiado en videbla lumo, por akiri bildojn de objektoj kiuj elsendas ĝin, eĉ en absoluta mallumo. Videbla lumo elsendas ondolongo de 770 al 380 nanometroj - la koloro turnas de ruĝa al purpuro. Tiu parto de la spektro havas por homa vivo estas plej grava, ĉar granda parto de la informo pri la mondo ni ricevi per vizio.

Se la elektromagneta radiado havas ondolongo malpli ol la purpura koloro estas transviola lumo kiu mortigas bakteriojn. Rentgenradioj ne videbla al la okulo. Ili apenaŭ sorbas videbla lumo opaka tavoloj de materialo. Radioterapio diagnozitaj malsanoj de internaj organoj de homoj kaj bestoj. Se la elektromagneta radiado estas generita per interagado de elementaj partikloj kaj elsendita de ekscititaj nukleoj ricevita per radiado gamma. Tiu estas la plej larĝa gamo en la elektromagneta spektro, ĉar ĝi ne estas limigita al altaj energioj. Gama radiado povas esti mola kaj malmola: energio transiroj ene atomaj kernoj - mola, kaj en la nukleaj reagoj - rigida. Ĉi tiuj radioj facile disfrapos molekuloj kaj biologiaj trajtoj. Granda feliĉo, ke en la atmosfero de gamaradioj povas trairi. Observu gamaradioj de spaco povas esti. Ĉe tre altaj energioj la elektromagneta interago propagas al rapido proksima al la lumo: gama quanta enamiĝon kerno atomoj, rompante ilin malsupren en partikloj, dispelante diversdirekten. Kiam bremsita, ili elsendas lumon, videbla en specialaj teleskopoj.

De la pasinta - la estonteco

Elektromagnetaj ondoj, kiel dirite, antaŭvidita de Maxwell. Li zorge studis kaj penis kredi je matematiko iomete naiva bildoj Faraday, sur kiu la magneta kaj elektra fenomenoj estis reprezentitaj. Estis Maxwell malkovris mankon de simetrio. Kaj ke li povos pruvi kelkaj ekvacioj kiuj alterna elektra kampo generas magnetajn kaj inverse. Ĉi tio lin portis al kredi ke tiaj kampoj kaj deŝiri de la ŝoforoj estas movita tra vakuo kun kelkaj gigantaj rapido. Kaj li eltrovis ĝin. Rapido estis proksime al trohstam miloj da kilometroj por dua.

Tio interago teorio kaj eksperimento. Ekzemplo estas la malfermo tra kiu ni lernis pri la ekzisto de elektromagnetaj ondoj. En ĝi kunvenis kun la helpo de fiziko absolute heterogena konceptoj - magnetismo kaj elektro, kiel estas fizika fenomeno de la sama ordo, nur malsamaj flankoj de ĝi estas en komunikado. Teorioj estas aranĝitaj unu malantaŭ la alia, kaj ĉiu el ili estas proksime rilatanta al unu la alian: la teorio de interago electrodébil, ekzemple, kie la sama pozicio priskribita de la malforta nuklea forto kaj elektromagneta, ktp Ĉiuj ĉi kombinas kvantuma kolordinamiko, kovrante la forta kaj elektro-interagoj (ĉi tie, ĝusteco dum pli malalta sed la operacio daŭrigas). Intense studis areoj tiaj fizikistoj kiel kvantuma gravito kaj teorio de kordoj.

trovoj

Montriĝas, ke la spaco ĉirkaŭ ni tute saturita per elektromagneta radiado: la steloj kaj la suno, luno kaj aliaj korpoj celestes, estas la tero mem, kaj ĉiu telefono en la manoj de homo, kaj anteno staciojn - ĉiuj ĉi elsendas elektromagnetajn ondojn de malsamaj nomoj . Depende de la frekvenco de la osciladoj, kiu disradias la objekto diferencas transruĝa, radio, videbla lumo, bio-kampo radioj, ikso-radioj kaj similaj.

Kiam elektromagneta kampo estas distribuita, ĝi iĝas elektromagneta ondo. Estas simple neelĉerpebla fonto de energio, vibri la elektraj ŝargoj de la molekuloj kaj atomoj. Se la akuzo oscilas, ĝia moviĝo estas akcelita, kaj tial elsendas elektromagnetajn ondojn. Se la magneta kampo ŝanĝojn, la kampo estas ekscitita de elektra vortico kiu, siavice, ekscitas la magneta vortico kampo. La procezo iras tra spaco, brakumante unu punkton post alia.