Daļiņu elektromagnētiskā mijiedarbība

Šajā rakstā apskatīsim, ko sauc par dabas spēkus - pamata elektromagnētisko mijiedarbību un principus, uz kuriem tā ir veidota. Tur arī tiks pastāstīja par iespēju esamību jaunas pieejas izpētei šo tēmu. Pie skolas fizikas klasēs, skolēni saskaras ar paskaidrojumu par jēdziena "spēku". Viņi mācās, ka spēks var būt ļoti dažādi - berzes spēks, tad smaguma, elastības un izturību daudzu līdzīgu spēku. Ne visi no tiem var saukt būtiska, jo ir ļoti bieži parādība sekundāro spēku (berzes spēku, piemēram, ar savu mijiedarbību molekulu). Elektromagnētiskā mijiedarbība var būt arī sekundāri - kā sekas. Molekulārā fizika dod piemēru Van der Vālsa spēku. Arī sniedz daudzus piemērus un elementārdaļiņu fizikā.

Dabā

Es vēlētos saņemt būtībai par procesiem, kas notiek dabā, jo tas liek mums strādāt elektromagnētisko mijiedarbību. Kas tieši ir būtisks spēks, kas nosaka visu izveidojusi savu sekundāro spēkus? Ikviens zina, ka elektromagnētiskais mijiedarbību, vai, kā to sauc, elektriskā jauda ir būtiska. To apliecina Kulona likums, kurai ir savs vispārināšanu izriet no Maksvela vienādojumiem. Nesen aprakstīt visas dabīgi magnētisko un elektrisko spēkus. Tieši tāpēc tas ir pierādīts, ka mijiedarbība ar elektromagnētisko lauku - pamata dabas spēkus. Nākamajā piemērā - gravitācijas spēks. Pat skolēni zina par likumu universālo gravitācijas Isaaka Nyutona, kurš arī nesen ieguvuši atbilstošu vispārināšana Einšteina vienādojumu, un, saskaņā ar viņa teoriju smaguma, tad elektromagnētiskā mijiedarbība spēks ir būtiska rakstura, too.

Reiz tika uzskatīts, ka ir tikai šīs divas būtiskas spēki, bet zinātne nāca klajā, pamazām pierāda, ka tas tā nav. Piemēram, ar atklāšanas atomu kodolu mums bija ieviest jēdzienu kodolenerģijas, vai to, kā izprast saglabāšanu daļiņu iekšpusē kodola, principu, kāpēc tie nav lidot prom visos virzienos. Izpratne, kā elektromagnētiskā mijiedarbība dabā, ir palīdzējusi izmērīt kodolspēki, pētīt un aprakstīt. Vēlāk, tomēr, zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka kodolieroči ir sekundāra, un daudzās izpausmēs, piemēram, Van der Vālsa spēku. Patiesībā, tikai patiešām būtiski spēki, kas nodrošina kvarki mijiedarboties ar otru. Tad - sekundāra iedarbība - ir mijiedarbība starp elektromagnētisko lauku no protoniem un neitroniem atoma kodolā. Patiesi svarīga ir mijiedarbība kvarki, gluons apmaiņa. Tā tika atklāta dabā tiešām ir trešā pamata spēks.

Turpinājums stāsta

Pamatskolas daļiņas samazinājuma, smago - par šķiltavas, un to pūšanas apraksta jaunu stiprumu elektromagnētisko mijiedarbību, kas ir labi nosaukts - spēku vājās mijiedarbības. Kāpēc slikti? Jo elektromagnētiskie traucējumi dabā ir daudz spēcīgāka. Un atkal, izrādījās, ka teorija par vāju mijiedarbību, tāpēc graciozi uzsāka attēlā pasaulē un sākotnēji perfekti apraksta sabrukšanas elementārdaļiņas, neatspoguļo tos pašus postulātus, ja enerģija tiek palielināts. Tieši tāpēc vecā teorija ir pārveidots uz citu - teorija vājo mijiedarbību, šoreiz izrādījās universāls. Lai gan tā tika uzcelta, tas bija uz tiem pašiem principiem kā pārējiem teorijas raksturo elektromagnētisko mijiedarbību daļiņas. Mūsdienās ir četras mācījās un pārbaudītas fundamentālā mijiedarbība, un piektais - pa ceļam, par viņu tā nāks. Visi četri - gravitācijas, stipra, vāja, elektromagnētisko - tiek būvētas uz vienu principu: par spēku radīto starp daļiņām ir rezultāts kopīgošanas Īstenots pārvadātājs, vai citādi - starpnieku mijiedarbību.

Kāda veida palīga? Šis fotonu - bez daļiņu masu, tomēr veiksmīgi būvē elektromagnētiskos traucējumus dēļ apmainīties kvantu elektromagnētisko viļņu vai gaismas kvantu. Elektromagnētiskā mijiedarbība veic fotoni jomā lādētu daļiņu, kuras ir saistītas ar noteiktu spēku, jo laiks, un izturas ar Kulona likums. Ir viens massless daļiņa - gluon, tas ir astoņas šķirnes, tas palīdz komunicēt kvarki. Tas elektromagnētiskā mijiedarbība ir pievilkšanas starp maksājumiem, un tā tiek uzskatīta par spēcīgu. Jā, un vāja mijiedarbība nav bez starpniekiem, ar kuru tērauda daļiņas ar masu vairāk nekā to, ka tie ir milzīgi, tas ir smags. Šis starpposma vektoru bosons. To svars un svars ir saistīts ar vājumu mijiedarbību. Gravity ir spēka apmaiņa kvantu gravitācijas lauks. Tas ir objekts no elektromagnētiskā mijiedarbība daļiņas, tas joprojām nav pietiekami pētīts, pat Graviton eksperimentāli nav konstatēti, un kvantu smaguma mēs esam ne gluži tur, un tikai tāpēc, ka mums ir, lai aprakstītu to var vēl ne.

piektais spēks

Mēs uzskatīts četru veidu fundamentālo mijiedarbību: stipru, vāju, elektromagnētisko starojumu, gravitācijas. Mijiedarbība - ir akts apmaiņas daļiņu, un nav ideju simetrijas nevar darīt, jo nav mijiedarbība, kas nav saistīts ar to. Tā nosaka daļiņu skaita un to masa. Ar precīzu simetrijas masas vienmēr ir nulle. Tātad, fotonu un gluon masa nav, tas ir vienāds ar nulli, Graviton - pārāk. Ja simetrija ir bojāta, masa vairs nav nulle. Tādējādi, starpposma vektoru bison ir masa, jo simetrija ir bojāta. Četri fundamentālā mijiedarbība paskaidroja visu, ko mēs redzēt un sajust. Atlikušie spēki saka, ka viņu elektromagnētiskā sakabe sekundārs. Tomēr 2012. gadā bija sasniegums zinātnē, un tika atklāts, citu daļiņu, reiz izgatavots slavens. Revolūcija zinātnes pasaulē ir organizējis atvēršanu Higsa bozonu, kas, kā izrādījās, arī kalpo kā pārvadātājs mijiedarbību kvarki leptonus.

Tas ir iemesls, kāpēc zinātnieki-fiziķi tagad saka, ka tur bija piektā spēks, starpnieks, kura izrādījās, ir Higsa bozons. Simetrija ir bojāta šeit: no Higsa bozons ir masa. Tādējādi mijiedarbību skaits (vārds mūsdienu daļiņu fizikā aizstāj ar vārdu "spēka"), ir sasniedzis piecus. Varbūt mēs gaidām jaunu atklājumu, jo mēs nezinām, tieši tad, ja pat neatkarīgi no šīm mijiedarbībām. Tas ir ļoti iespējams, ka mēs esam izveidojuši, un šodien šis modelis, tas šķiet lieliski izskaidro visus novērotos pasaules parādību, un tas nav gluži pilnīga. Un varbūt, pēc kāda laika būs jauni mijiedarbību un jaunu spēku. No šāda varbūtība ir vismaz tāpēc, ka mēs ļoti pakāpeniski uzzināja, ka tur pašlaik zināmas būtiskas mijiedarbību - stiprās, vājās, elektromagnētiskā, gravitācijas. Galu galā, ja ir raksturs supersymmetric daļiņas, kas tiek apspriesti zinātniskajā pasaulē, tas nozīmē, ka pastāv jaunas simetrijas un simetrija vienmēr nozīmē, ka parādās jaunas daļiņas, kas par starpnieku starp tām. Tātad, mēs dzirdam par iepriekš nezināmu fundamentālu spēku, kā tas reiz bija pārsteigts, uzzinot, ka ir, piemēram, elektromagnētisko, vāju mijiedarbību. Zināšanas par mūsu pašu daba ir ļoti nepilnīga.

savienojamība

Visbiežāk interesanti ir tas, ka jebkura jauna mijiedarbība obligāti noved pie pilnīgi nezināmu parādību. Piemēram, ja mēs nebūtu iemācījušies par vāju mijiedarbību, mēs nekad nebūtu atklājuši sabrukumu, un, ja tas nav mūsu zināšanas par pagrimums, neviens pētījums kodolreakcija nebūtu bijis iespējams. Un, ja mēs nebijām informēti par kodolreakciju, nevarētu saprast, kā saule spīd uz mums. Galu galā, ja tas nav spīdēt, un nebūtu izveidota dzīvība uz Zemes. Tāpēc, ka klātbūtne mijiedarbības norāda, ka tas ir ļoti svarīgi. Ja spēcīga mijiedarbība neeksistē, un atomu kodoli nebūtu stabila. Sakarā ar elektromagnētisko mijiedarbību Zeme saņem enerģiju no saules, un gaismas stari, kas ierodas no viņa, sasildīt planētu. Un visi zināmie mijiedarbība ir būtiska. Lūk Higgs, piem. Higsa bozons nodrošina daļiņu masu, mijiedarbojoties ar lauka, mēs esam bez tā nebūtu saglabājusies. Un cik, bez gravitācijas mijiedarbību, lai paliktu uz virsmas planētas? Tas būtu iespējams, ne tikai mums, bet nekas vispār.

Pilnīgi visi mijiedarbību, pat tās, kuras mēs vēl nezinām, ir jābūt, lai viss, ko cilvēce zina, saprot un mīl tur. Ko mēs varam zināt? Jā, daudz. Piemēram, mēs zinām, ka protonu ir stabils kodols. Ļoti, ļoti svarīgi, lai mums, tas tā stabilitāti, pretējā gadījumā tāpat nebūtu dzīvības. Tomēr eksperimenti liecina, ka protonu dzīve - laika vērtība ir ierobežota. Long, protams, 10 ³⁴ gadiem. Bet tas nozīmē, ka agrāk vai vēlāk sabruks, un protonu, un tas prasīs kādu jaunu spēku, kas ir jauns mijiedarbība. Pret sabrukšanas protonu jau pastāv teorija, kas pieņemts, jaunu, daudz augstāku simetrijas, tādēļ jaunā mijiedarbība varētu pastāvēt, no kuriem mēs neko nezinām.

Grand unifikācija

Dabas vienotība ir vienīgais princips būvniecības visām pamattiesībām, mijiedarbību. Daudzi jautājumi rodas attiecībā uz vairākiem no tiem un izskaidrot iemeslus šo konkrēto daudzumu. Versijas šeit uzcēla ļoti daudz, un tie ir ļoti atšķirīgi izdarītajiem secinājumiem. Paskaidrojiet klātbūtni tieši šādu vairākiem būtiskiem mijiedarbību visos iespējamos veidos, bet tie ir viens princips ēkas pierādījumus. Vienmēr visvairāk dažāda veida mijiedarbību, pētnieki mēģina apvienot vienā. Tāpēc šādas teorijas un teorijas sauc Grand Unified. Kā tad, ja pasaule koku zari: daudzus filiāles, un stumbrs ir vienmēr tas pats.

Tas ir tāpēc, ka ir visi šie teorijas vienojošiem ideja. Visu zināmo mijiedarbību viena barošanas stumbrs, kas ir saistīts ar simetrijas zaudējumiem saknes sāka sazaroties un veido dažādas būtiskas mijiedarbības, ko mēs varam novērot eksperimentāli. Šī hipotēze nevarēja pārbaudīt vēl, jo tas prasa ļoti lielu enerģijas fizika, eksperimentus nepieejami šodien. Tas ir ļoti iespējams, un šī ir iespēja, ka mēs nekad nav īpašumā šo enerģiju. Bet ap šo šķērsli, ir pilnīgi iespējams.

savrup

Mums ir Visumu, dabas gāzes pedālis, un visus procesus, kas notiek tā, lai būtu iespējams pārbaudīt pat visdrosmīgākos hipotēzes par kopējām saknēm visu zināmo mijiedarbību. Vēl viens interesants uzdevums saprast mijiedarbību dabā, iespējams, vēl sarežģītāka. Ir nepieciešams, lai saprastu, kā attiekties smagumu ar citiem dabas spēkus. Tā ir būtiska mijiedarbība stāv kā to atsevišķi, neskatoties uz to, ka saskaņā ar būvniecības šīs teorijas princips ir līdzīgs visiem pārējiem.

Einšteins pētīta teoriju smaguma, mēģinot saistīt to ar elektromagnētisma. Neskatoties uz šķietamo realitāti, lai atrisinātu šo problēmu, tad teorija joprojām nav noticis. Tagad cilvēce zina mazliet vairāk, vismaz mēs zinām par stipro un vājo mijiedarbību. Un, ja tagad pilns būvniecības vienotu teoriju, tas noteikti atkal ietekmēs zināšanu trūkumu. Līdz šim izdevies īstenot gravitāciju par nominālvērtību ar citiem mijiedarbību, jo visi ievēro likumus diktē kvantu fizikas un smaguma - nē. Saskaņā ar kvantu teoriju, visas daļiņas ir kvantu no noteiktā jomā. Bet kvantu smaguma neeksistē, vismaz pagaidām ne. Tomēr skaits jau atklāti mijiedarbības atkārto skaļi par to nevar būt jebkura viena shēma.

elektriskā lauka

Atpakaļ 1860 lielais deviņpadsmitā gadsimta fiziķis Džeimss Maksvels izdevies radīt teoriju, lai izskaidrotu elektromagnētiskās indukcijas. Kad izmaiņas magnētiskajā laukā noteiktā brīdī telpā elektriskā lauka. Ja šis lauks ir atrasts slēgta diriģents, tad indukcijas strāva plūst elektriskā laukā. Viņa teorija elektromagnētisko lauku Maxwell pierāda, ka iespējamo pretējs process: ja izmaiņas laikā elektriskā lauka kādā noteiktā brīdī telpā būs nepieciešams magnētisko lauku. Tātad, kādas izmaiņas var izraisīt dažāda elektrisko lauku, un to var iegūt izmaiņas elektriskā mainīga magnētiskā lauka magnētiskā lauka laiku. Šie mainīgie, rada otra ar vienotā lauka organizē lauki - elektromagnētiskais.

Vissvarīgākais rezultāts, kas izriet no formulām Maksvela teorija - pareģojums, ka ir elektromagnētiskie viļņi, proti, pavairošanas elektromagnētisko lauku, laikā un telpā. Elektromagnētiskā lauka avots ir kustas ar paātrinājumu elektrisko lādiņu. Atšķirībā no akustiskas (elastic) elektromagnētiskie viļņi var izplatīties jebkura materiāla, pat vakuumā. Elektromagnētiskie traucējumi vakuumā izplatās ar gaismas ātrumā (c = 299 792 kilometru sekundē). Viļņa garums var būt atšķirīgs. Elektromagnētiskie viļņi no desmit tūkstošiem metru līdz 0,005 m - tas ir radio viļņus, kas tiek izmantotas, lai pārraidītu informāciju mums, tas ir signāls, lai noteiktu attālumu bez jebkādiem vadiem. Izveidotie radio viļņus, augstfrekvences strāvu, kas plūst antenas.

Kādi ir viļņi

Ja garums no elektromagnētiskā starojuma svārstās no 0,005 mikrometra līdz 1 m, t.i., tiem, kas ir diapazonā no redzamās gaismas un radio viļņus - ir infrasarkanais starojums. Viņa izstaro visi apsildāmi iestādes: akumulatori, krāsnis, kvēlspuldzes. Speciālās ierīces pārvērst infrasarkano starojumu redzamā gaismā, lai iegūtu attēlus no objektiem, kas izdala to, pat absolūtā tumsā. Redzamās gaismas izstaro ar viļņa garumu 770 līdz 380 nanometriem - krāsa mainās no sarkana uz violetu. Šī daļa spektra ir cilvēka dzīvē ļoti svarīgi, jo liela daļa no informācijas par pasauli mēs saņemam caur vīziju.

Ja elektromagnētiskais starojums ir viļņa garums ir mazāks nekā purpura krāsa ir ultravioletā gaisma, kas nogalina baktērijas. X-stari nav redzami uz acs. Viņi gandrīz absorbē redzamās gaismas necaurredzamiem slāņiem materiāla. X-ray diagnosticēt slimības iekšējo orgānu cilvēkiem un dzīvniekiem. Ja elektromagnētiskais starojums tiek ģenerēts, mijiedarbojoties elementāro daļiņu un izstaroto ierosinātu kodolu, kas iegūti ar gamma starojumu. Tas ir visvairāk plašs elektromagnētiskā spektra, jo tas ir ne tikai augstas enerģiju. Gamma starojums var būt maiga un grūts: enerģijas pāreju laikā atomu kodoliem - mīkstas un kodolreakciju - stingrs. Šie stari viegli nojaukt molekulas un bioloģiskās īpašības. Liela laime, ka atmosfērā gamma stariem, nevar tikt cauri. Novērot gamma starojums telpa var būt. Pie ļoti augstu enerģiju elektromagnētiskā mijiedarbība izplatās ar ātrumu tuvu pie gaismas: gamma kvantu simpātiju kodola atomiem, nesadalot tās daļiņas, izkliedējot dažādos virzienos. Kad bremzēšanas, tās izstaro gaismu, redzamo īpašos teleskopiem.

No pagātnes - nākotnes

Elektromagnētiskie viļņi, kā jau minēts, paredzēt ar Maxwell. Viņš rūpīgi pētīts un mēģināja ticēt matemātikā nedaudz naivs bildes Faradeja, uz kuru magnētiskās un elektriskās parādības tika attēlota. Tas bija Maksvels atklāja trūkumu simetrijas. Un, ka viņš varēja pierādīt vairākas vienādojumu, kas pārmaiņus elektriskie lauki rada magnētisko un otrādi. Tas lika viņam domāt, ka šādus laukus un atdalīties no vadītāji tiek pārvietots, izmantojot vakuumu ar kādu milzu ātrumā. Un viņš rakstainas to. Ātrums bija tuvu trohstam tūkstošiem kilometru sekundē.

Tas ir mijiedarbība teorija un eksperiments. Piemērs ir atvere, caur kuru mēs uzzinājām par esamību elektromagnētisko viļņu. Pēc tam nāca kopā ar palīdzību fizikas absolūti neviendabīgās jēdzieniem - magnētismu un elektrību, jo tā ir fiziska parādība tajā pašā līmenī, tikai dažādās pusēs ir komunikācijā. Teorijas ir izkārtoti viens aiz otra, un visi no tiem ir cieši saistīta ar otru: teorija electroweak mijiedarbību, piemēram, ja to pašu pozīciju, kas aprakstīta ar vāju kodolenerģijas spēku un elektromagnētiskā utt Visa šī apvieno kvantu chromodynamics, aptverot spēcīgo un electroweak mijiedarbību (šeit, precizitāte bet zemāka, bet operācija turpinās). Intensīvi pētīta tādas jomas fiziķi kā kvantu smaguma un stīgu teoriju.

secinājumi

Izrādās, ka telpa ap mums pilnīgi caurstrāvo elektromagnētisko starojumu: zvaigznes un saule, mēness un citu debess ķermeņu, tā ir pati Zeme, un katrs tālrunis rokās cilvēka, un antena stacijas - tas viss izstaro elektromagnētiskos viļņus dažādiem nosaukumiem . Atkarībā biežuma svārstības, ko izstaro objekts atšķiras infrasarkano, radio, redzamo gaismu, bio-lauka starus, rentgenstariem, un tamlīdzīgi.

Kad elektromagnētiskais lauks izplatīts, tas kļūst elektromagnētiskais vilnis. Tas ir vienkārši neizsmeļams enerģijas avots, vibrēt elektriskos maksu par molekulām un atomiem. Un, ja maksa svārstās, tā kustība ir paātrināta, un līdz ar to izstaro elektromagnētiskos viļņus. Ja magnētiskā lauka izmaiņas, lauks ir sajūsmā par elektrisko virpulī, kas, savukārt, aizrauj magnētisko virpuļplūsmas lauku. Process notiek caur telpu, aptverot vienu punktu pēc otra.