Aristotel a considerat că substanța este continuă, adică orice bucată de substanță poate fi divizată infinit în bucăți mai mici și mai mici și fără a ajunge la un grăunte mic care să nu mai fie împărțit în continuare. Cu toate acestea, alte filozofii greci exemplu Demokrit, au fost de părere că problema are o structură granulară și că toată lumea este alcătuită dintr-un număr mare de atomi diferiți. Au trecut secole, dar o litigiu nedovedită a continuat atât pe această, cât și pe cealaltă parte. Această dispută a durat până la începutul acestui secol, până când fizicianul englez Josephopher Thomson (1856-1940) a descoperit în 1897. elementul elementar elementar al materiei este un electron. Curând a devenit clar că electronii trebuie să zboare din atomi. În 1911 Fizicianul englez Ernst Rutherford. a demonstrat că atomii materiei au o structură internă: constau dintr-un nucleu încărcat pozitiv și un electron încărcat negativ.
La început sa presupus că nucleul atomului constă în electroni și particule încărcate pozitiv, pe care le-au numit protoni. Cu toate acestea, în 1932, James Chadwick a descoperit că în nucleu există și alte particule-neutroni, a căror masă este aproape egală cu masa protonului, dar care nu sunt încărcate.
După cum sa menționat mai sus, particulele se pot comporta ca un val (dualismul valurilor corpusulare). Descoperirea naturii undelor electronului a dezvăluit o nouă lume unică a fenomenelor. Teoria electronului elegant a fost propus de un P.Dirac remarcabil teoretic fizician în 1928. Această teorie ne permite să determinăm când un electron este similar cu particula, și atunci când - cu val. Una dintre premisele teoriei lui Dirac a electronului a fost aceea că ar trebui să existe o particulă elementară cu aceleași proprietăți ca un electron, dar cu o încărcătură pozitivă. O astfel de particulă (sau antiparticule) a fost descoperită și numită pozitiv. Din teoria lui Dirac rezultă că poziția și electronul care interacționează unul cu celălalt (reacția de anihilare) formează o pereche de fotoni, adică cuantificarea radiațiilor electromagnetice. Este posibil și un proces invers electronic-positron. În plus, electronul și poziția pot să apară și să dispară nu numai împreună, ci și separat - în timpul transformărilor reciproce ale neutronilor și protonilor sau a antiparticulelor lor, adică antineutron și antiprotoni.
Caracteristica mecanicii undelor (mecanice, care trateaza particula ca un val) distribuția de probabilitate a particulelor (fiecare particulă este mapat la funcția de undă, care este egală cu pătratul probabilității amplitudinii găsirii unei particule într-o cantitate specifică) se referă nu numai la electron. In cazul nucleelor permite introducerea constituie aceste nucleonii nucleului (adică, protoni și neutroni) „scurgere“ peste o barieră de netrecut pentru potențialul lor exterior - etotak numit cuantică efect tunel.
în urmă Un alt douăzeci și cinci de ani, protonii și neutronii au fost considerate particule elementare, ci prin interacțiunea se deplasează la viteze mari ale protonilor (neutroni) și electronii, experimentele au arătat că, de fapt, protonii și neutronii sunt formate fiecare din cele trei particule chiar mai mici. Pentru prima dată, fizicianul teoretic american M. Gell-Mann a investigat aceste particule. Le-a numit quark-uri.
Există mai multe varietăți de quarci: presupunem că există cel puțin șase arome, care sunt responsabile de cuarci U-, d - cuarc, s-cuarc, c-cuarc, b-cuarci și-t cuarci. Quark-ul fiecărei gusturi poate avea și una din cele trei culori - roșu, verde, albastru. Sunt doar denumiri și culori în sensul obișnuit al cuvântului pe care nu îl au. Așa că am aflat că nici atomii, nici protonii cu neutroni din interiorul atomului nu sunt indivizibili și, prin urmare, apare întrebarea: "Care sunt particulele elementare reale?"
Deoarece lungimile de undă ale luminii sunt mult mai mari decât dimensiunile atomului, nu avem nicio speranță de a "vedea" părțile componente ale atomului în mod obișnuit. În acest scop, sunt necesare lungimi de undă mult mai scurte.
Conform mecanicii cuantice, toate particulele sunt și valuri și cu cât este mai mare energia particulelor, cu atât lungimea de undă corespunzătoare este mai mică. Prin urmare, răspunsul la întrebarea pusă depinde de cât de mare este energia particulelor, deoarece această energie va determina cât de mici sunt scalele acelor lungimi pe care le putem observa.
Astfel, accelerarea particulelor în acceleratoare (de exemplu, în
synchrophasotron), obținem energii semnificative. Interacționează cu
alte particule, aceste particule de mare energie fac posibilă "privirea
adânc în "acele particule care sunt considerate elementare.Deoarece fizicienii au învățat,
că particulele care au fost considerate elementare acum douăzeci de ani
De fapt, ele constau din particule mai mici. Și dacă tranziția la un even mai mare
Se pare că aceste particule mai mici, la rândul lor, constau în
chiar mai mici? Când va termina acest lanț? Adevărat, oamenii de știință care lucrează în
fizica particulelor elementare, cred că știința deține deja sau
deține aproape informații despre "cărămizile" originale, din care
toate în natură: ele sunt cuarci și electroni.
Acum hai să vorbim despre unele dintre caracteristicile elementare
particule. Au o rotație caracteristică - spin. Conceptul de spate poate fi obținut de la un astfel de simplu de prezentare: să ia jucărie unui copil - un titirez (titirez), pune-l în poziție verticală și da drumul, dreidel cade. Dar dacă partea superioară de filare nu este strânsă, aceasta va fi situată vertical. Acest lucru indică faptul că corpul rotativ are o proprietate nouă, o nouă calitate - capacitatea de a păstra direcția axei de rotație în spațiu. Această proprietate nouă este caracterizată de conceptul de spin.
Toate cunoscute particulele din univers, în funcție de rotirea unei particule pot fi împărțite în două grupe: fermioni - particule cu rotire 1/2, care constă din orice substanță din univers (neutroni, protoni, quarci, particule de lumină - leptoni și particule grele - hyperons) și boson - o particulă cu spin-0, 1 și 2, care creează forțe care acționează între particulele substanței (fotoni și particule sub denumirea comună - mesoni). Indiferent de particule (fermioni) supun principiului de excluziune al lui Pauli, descoperit în 1925 de fizicianul austriac Wolfgang Pauli. Principiul Pauli afirmă că două particule identice nu pot exista în aceeași stare, adică nu pot avea coordonate și viteze care sunt aceleași cu precizia specificată de principiul incertitudinii. Dacă pulberile în suspensie au valori foarte apropiate ale coordonatelor, acestea trebuie să fie viteza diferite, și, prin urmare, acestea nu vor fi mult timp în aceste puncte cu coordonatele. Dacă la originea universului nu este luată în considerare principiul de excluziune Pauli, quarcii nu pot fi combinate într-un singur particule, bine definite - neutroni și protoni, iar ei, la rândul lor, nu ar fi în măsură, împreună cu electronii pentru a forma o separat atomi, bine definite. Fără principiul Pauli, toate aceste particule s-ar prăbuși și vor deveni un jeleu mai mult sau mai puțin omogen.
În mecanica cuantică, se presupune că toate forțele sau interacțiunea dintre particulele sunt transportate cu particule de spin întreg egal cu 0, 1 sau 2. Acest lucru are loc după cum urmează. O substanță de particule, de exemplu, un electron sau quarc emite o altă particulă, care este un purtător de interacțiune (de exemplu, de fotoni). Ca rezultat, viteza de recul a substanței particulei este modificată. Apoi, particula purtătoare "zboară" pe o altă particulă de materie și este absorbită de ea. Această coliziune schimbă viteza celei de-a doua particule, ca și cum o forță acționează între aceste două particule de materie. Particulele care transmit particule de materie se numesc particule virtuale, deoarece, spre deosebire de particulele "reale", ele nu pot fi înregistrate direct cu un detector de particule. Cu toate acestea, ele există deoarece ele produc efecte măsurabile.
Particulele vectoriale pot fi clasificate în patru tipuri, în funcție de magnitudinea interacțiunii transferate de ele și de particulele cu care interacționează.
1. Primul soi este forța gravitațională. Acest lucru înseamnă că orice organism care are o masă interacționează unul cu celălalt. Aceasta este o forță foarte slabă, care depinde de masele corpurilor și distanța dintre ele interacționează, nu ne-ar fi observat dacă nu două proprietăți specifice: forțele gravitaționale acționează pe distanțe lungi și întotdeauna atractive.
În abordarea cuantică-mecanică a câmpului gravitațional, se consideră că forța gravitațională care acționează între două particule de materie este purtată de o particulă cu spin 2, numită graviton. Graviton nu are propria sa masă și, prin urmare, forța transferată la el este de lungă distanță. Interacțiunea gravitațională dintre Soare și Pământ este explicată prin faptul că particulele care alcătuiesc Pământul și Soarele sunt schimbate prin gravitoni. În ciuda faptului că numai particule virtuale participă la schimb, efectul pe care îl creează este cu siguranță măsurabil, deoarece acest efect este rotația Pământului în jurul Soarelui. În timp ce gravitonii nu pot fi înregistrați, ele rămân particule ipotetice, însă în existența lor fizicienii nu se îndoiesc.
2. Următoarea etapă a interacțiunii este creată de forțele electromagnetice care acționează între particule încărcate electric, dar nu iau în considerare interacțiunea unor astfel de particule neîncărcate ca neutroni. Interacțiunile electromagnetice sunt mult mai puternice decât interacțiunile gravitaționale: forța electromagnetică care acționează între doi electroni este de aproximativ 10 40 ori mai mare decât forța gravitațională. Spre deosebire de forțele gravitaționale, care sunt forțe de atracție, încărcăturile aceluiași semn resping, spre deosebire de încărcarea - atrag. Vectorii interacțiunii electromagnetice sunt fotoni.
3. Interacțiunea celui de-al treilea tip se numește interacțiune slabă. Este responsabil pentru degradarea particulelor elementare, pentru radioactivitate, și există între toate particulele de materie cu spin 1/2, dar particulele cu spin 0 și 2 fotoni și graviton nu participă la acesta.
În 1967, fizicianul teoretic englez Abdus Salam și fizicianul american Harvard Stephen Weinberg au propus simultan o teorie care combina o interacțiune slabă cu cea electromagnetică. Weinberg și Salam au sugerat că în plus față de foton există și alte trei particule cu spin 1, care împreună sunt numite vectorul boson intermediar și sunt purtători ai interacțiunii slabe. Aceste bosoane au fost desemnate prin simbolurile W +. W - și Z 0. Masele de bosoni s-au prevăzut a fi mari, astfel încât forțele create de ele au avut o gamă foarte scurtă de acțiune. Aproximativ zece ani mai târziu, predicțiile obținute în teoria Weinberg-Salam au fost confirmate experimental.
4. O interacțiune nucleară puternică este o interacțiune de tipul a patra care menține cuarcii în interiorul unui proton și al unui neutron, iar protoni și neutroni în interiorul unui nucleu atomic. O particulă cu spin 1, numită gluon, este considerată a fi un purtător de interacțiune puternică. Gluonii interacționează numai cu cuarci și cu alți gluoni. Interacțiunea puternică are o proprietate neobișnuită - ea are o înfrângere (din limbă engleză - restricție, retenție). Constrângerea constă în faptul că atunci când încercăm să separăm un proton sau un neutron în cuarci individuali, apar forțe puternice de atracție care nu permit acest lucru. Consecința restrângerii este că nu putem observa un cuarcă separat sau gluon.
După integrarea cu succes a interacțiunilor electromagnetice și slabe, s-au făcut încercări de a combina aceste două specii cu o interacțiune puternică, astfel încât să rezulte așa-numita teorie de mare unificare. Au fost propuse câteva variante ale acestor teorii "minunate".
Desigur, există o anumită exagerare în acest titlu: în primul rând, toate teoriile propuse nu sunt de fapt așa de mari și, în al doilea rând, ele nu pot combina toate cele patru tipuri de interacțiuni, deoarece nu ia în considerare interacțiunile gravitaționale. Cu toate acestea, astfel de teorii pot deveni un pas sigur către crearea unei teorii complete de unificare care să acopere toate interacțiunile. Teoriile unei mari unificări "aruncă lumină" asupra existenței noastre. Este posibil ca existența noastră să fie o consecință a formării de protoni. O astfel de imagine a începutului universului pare cea mai naturală. Pământul, în esență, constă din protoni, dar nu are antiprotoni sau antineutroni. Experimentele cu raze cosmice confirmă faptul că același lucru este valabil pentru toate materiile din Galaxia noastră!
Așa cum am menționat deja, marile teorii de unificare nu includ interacțiunea gravitațională. Forțele gravitaționale sunt atât de mici încât influența lor poate fi neglijată atunci când avem de-a face cu particule elementare sau atomi. Cu toate acestea, faptul că forțele gravitaționale sunt de mare distanță, și chiar întotdeauna, forțe de atracție, înseamnă că rezultatele impactului lor sunt întotdeauna rezumate. În consecință, dacă există o cantitate suficientă de materie, atunci forțele gravitaționale pot deveni mai mari decât toate celelalte forțe. De aceea evoluția universului este determinată tocmai de gravitate.
Majoritatea fizicienilor cred în crearea unei teorii unificate în care toate cele patru forțe ar fi un fel de una.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: