Elektromagnit o'zaro ta'sir zarralar

Ushbu maqolada tabiat kuchlari - tabiat elektromagnit shovqin va u qurilgan tamoyillar deb nomlanadi. Shuningdek, ushbu mavzuni o'rganish uchun yangi yondashuvlarning mavjudligi haqida gapiramiz. Maktabda hatto fizika darslarida ham talabalar «kuch» tushunchasini tushuntiradilar. Ular kuchlar eng xilma-xilligi - ishqalanish kuchi, tortish kuchi, elastiklik kuchi va boshqalar bo'lishi mumkinligini bilishadi. Ularning hammasi asosiy emas, chunki kuch-qudrati ko'pincha ikkinchi darajali (masalan, molekulalarning o'zaro ta'siri bilan ishqalanadigan kuch). Natijada elektromagnit shovqin ikkinchi darajali bo'lishi mumkin. Molekulyar fizika, van der Waals kuchini misol sifatida keltiradi. Boshlang'ich zarralarning fizikasi ham ko'p misollar keltiradi.

Tabiatda

Men elektromagnit ta'sirni ishlashga majbur qiladigan tabiatda yuz beradigan jarayonlar yadrosiga o'tishni xohlayman. Qurilgan barcha ikkinchi darajali kuchlarni aniqlaydigan asosiy kuch nimani anglatadi? Har bir inson, elektromagnit shovqin yoki kuch kuchlari deb ataladigan asosiy omil ekanligini biladi. Bu Maxellning tenglamalaridan kelib chiqqan o'z umumiy fikrlashuviga ega bo'lgan Coulomb qonuni bilan belgilanadi. Ikkinchisi tabiatda mavjud barcha magnit va elektr kuchlarni ta'riflaydi. Shuning uchun elektromagnit maydonlarning o'zaro ta'siri tabiatning asosiy kuchlari ekanligi isbotlangan. Keyingi misol og'irlik kuchi. Hatto maktab o'quvchilari ham, yaqinda Eynshteynning tenglamalari bilan o'zlarining umumlashtirilishiga erishgan Isaak Nyutonning universal tortishish qonunidan xabardor va gravitatsiya nazariyasi bo'yicha tabiatdagi elektromagnit ta'sirning bu kuchi ham muhimdir.

Bir vaqtlar bu fundamental kuchlarning faqat ikkitasi borligiga ishonishar edi, lekin ilm ilgarilab ketdi va bu asta-sekin bu holatning yo'qligini isbotladi. Masalan, atom yadrosini kashf qilish bilan yadro kuchining kontseptsiyasini joriy qilish kerak edi, aks holda yadro ichidagi zarrachalarni saqlab qolish printsipini qanday tushunish kerakligi, nima uchun ular turli yo'nalishlarda uchib chiqmasliklari kerak edi. Tabiatdagi elektromagnit ta'sirning qanday ishlashini tushunish yadro kuchlarini o'lchashga, o'rganish va ta'riflashga yordam berdi. Biroq keyinchalik olimlar yadro kuchlari ikkinchi darajali ekanligi va ko'p jihatdan Van der Waals kuchlariga o'xshash degan xulosaga kelishdi. Aslida, kvarklar faqat bir-biri bilan aloqa o'rnatgan kuchlar aslida juda muhimdir. Keyinchalik, ikkinchi darajali ta'sir elektromagnit maydonlarni yadrodagi neytronlar va protonlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirdir. Gluon almashinadigan kvarklarning o'zaro ta'siri shubhasiz. Shunday qilib, tabiatda uchinchi haqiqiy fundamental kuch paydo bo'ldi.

Ushbu hikoyaning davomi

Elementar zarralar parchalanib, og'irroq - engilroq bo'ladi va ularning parchalanishi elektromagnit ta'sirning yangi kuchini tasvirlaydi, bu zaif shovqin kuchi. Nima uchun zaif? Ha, chunki tabiatdagi elektromagnit shovqin juda kuchli. Shunga qaramay, zaif shovqin nazariyasi bu qadar uyg'unlik bilan dunyoni tasviriga kirib, boshlang'ich zarrachalarning parchalanishini mukammal tarzda tasvirlab, energiya ko'tarilsa, xuddi shu postulatlarni aks ettirmadi. Shunday qilib, eski nazariya boshqasiga qayta ishlangan - zaif o'zaro ta'sirlashuv nazariyasi, bu safar universal bo'lib chiqdi. Garchi zarralarning elektromagnit ta'sirini tavsiflovchi boshqa nazariyalar kabi bir xil printsiplarga asoslangan bo'lsa-da. Bugungi kunda to'rtta o'rganilgan va tasdiqlangan fundamental o'zaro ta'sirlar bor, va beshinchisi - yo'lda, u oldindan muhokama qilinadi. Barcha to'rtta tortishish qudratli, kuchsiz, zaif, elektromagnit - bitta printsipga asoslangan: zarrachalar o'rtasida paydo bo'ladigan kuch taşıyıcı tomonidan amalga oshirilgan bir xil almashinuv natijasida yoki boshqa yo'l bilan - shovqin vositasi.

Bu qanday yordamchidir? Bu foton - ommaviy bo'lmagan zarralar, biroq elektromagnit to'lqinlar kvanti yoki yorug'lik miqdori bilan almashinish natijasida elektromagnit ta'sirni muvaffaqiyatli tashkil qilish. Elektromagnit ta'sirlar ma'lum bir kuch bilan bog'laydigan zararli zarrachalar sohasidagi fotonlar yordamida amalga oshiriladi va bu Coulomb qonuni bilan bog'liq. Yana bir masssiz zarracha - glyon mavjud, u sakkiz turdagi mavjud bo'lib, u kvarklarni bog'lashga yordam beradi. Ushbu elektromagnit ta'sirlar ayblovlar orasidagi tortishishdir va u kuchli deb ataladi. Va zaif o'zaro ta'sirlar vositachilarsiz, massa bilan zarralar bo'lib, ular ham og'ir, ya'ni og'ir. Ular oraliq vektor bosonlari. Ularning massasi va vazni o'zaro ta'sirning zaifligini tushuntiradi. Gravitatsiya kuchi tortish maydonining kvantini almashinuvini hosil qiladi. Ushbu elektromagnit ta'sirlar zarrachalarning jalb etilishi, etarli darajada o'rganilmaganligi, gravitonning hanuzgacha eksperimental tarzda aniqlanmaganligi va kvant tortish kuchi bizni to'liq algılamamasıdır, shuning uchun uni hali tasvirlay olmaymiz.

Beshinchi kuch

Biz to'rt turdagi fundamental o'zaro ta'sirlarni ko'rib chiqdik: kuchli, zaif, elektromagnit, tortishish. O'zaro ta'sir o'tkazish zarralar almashinuvi aktidir va simmetriya kontseptsiyasisiz hech qanday usul yo'q, chunki u bilan bog'liq bo'lmagan shovqin yo'q. Zarrachalar sonini va massasini aniqlaydi. To'liq simmetriya bilan massa har doim nol bo'ladi. Shunday qilib, foton va gluon uchun massa yo'q, u graviton uchun ham - nolga teng. Agar simmetriya buzilgan bo'lsa, nol massasi to'xtaydi. Shunday qilib, qidiruv vektor bisonlari massaga ega, chunki simmetriya buziladi. Ushbu to'rt asosiy o'zaro ta'sirlar biz ko'rgan va his qilayotgan narsalarni tushuntiradi. Qolgan kuchlar ularning elektromagnit shovqinlari ikkilamchi ekanligini ko'rsatadi. Biroq, 2012 yilda ilm-fan yutug'i bo'ldi va darhol mashhur bo'lgan boshqa zarralar topildi. Ilm-fan dunyosidagi inqilob, xuddi shuningdek, leptonlar va kvarklar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarni birlashtiruvchi xizmat sifatida xizmat qiluvchi Higgs bosonining kashf qilinishi bilan tashkil etilgan.

Shuning uchun fiziklar hozirgi kunda Higgs bosonidan vositachilik qilgan beshinchi kuch paydo bo'lishgan deb aytishadi. Bu erda simmetriya ham buziladi: Higgs bosonining massasi bor. Shunday qilib, o'zaro ta'sirlarning soni (zamonaviy zarrachalar fizikasidagi bu so'z "kuch" so'ziga almashtirilib) beshga etgan. Ehtimol, biz yangi kashfiyotlarni kutmoqdamiz, chunki biz bundan tashqari o'zaro aloqalar mavjudligini aniq bilmaymiz. Bugungi kunda biz ko'rib chiqayotgan model hozirgi paytda dunyoda kuzatilgan barcha hodisalarni mukammal tarzda tushuntirib berayotgan ko'rinadi, deyarli to'liq emas. Va bir muncha vaqt o'tgach yangi o'zaro ta'sirlar yoki yangi kuchlar paydo bo'lishi mumkin. Agar biz bugungi kunda ma'lum bo'lgan kuchli, zaif, elektromagnit va gravitatsiyaviy fundamental o'zaro bog'liqlik borligini asta-sekin o'rgangan bo'lsak, bunday ehtimol mavjud. Axir, agar ilm-fan dunyosida allaqachon so'z yuritilayotgan supersimmetrik zarralar mavjud bo'lsa, demak, bu yangi simmetriya mavjudligini anglatadi va simetriya har doim yangi zarrachalarning ko'rinishi, ular o'rtasida vositachilik qiladi. Shunday qilib, oldindan noma'lum fundamental kuch haqida eshitamiz, chunki elektromagnit, kuchsiz shovqin borligini bilib olishdan hayratga tushgandir. Bizning tabiatimiz haqidagi bilimimiz juda kam.

Ulanish

Eng qiziqarli narsa shundaki, har qanday yangi o'zaro ta'sir mutlaqo noma'lum bo'lgan hodisaga olib keladi. Misol uchun, biz zaiflashgan shovqin haqida bilmaganimizda, biz hech qachon parchalanib ketmagan bo'lardik va agar bizning parchalanishimiz haqidagi ma'lumotimiz bo'lmasa, yadro reaktsiyasini o'rganish mumkin emas edi. Agar biz yadro reaktsiyalarini bilmasak, biz quyoshning biz uchun qanday porlashini tushunmaymiz. Axir bu yorug'lik bo'lmasa va Yer yuzida hayot shakllanmasa edi. Shunday qilib, shovqin borligi, bu hayotiy muhimligini ko'rsatadi. Kuchli shovqin bo'lmasa va barqaror atom yadrolari bo'lmasa. Elektromagnit ta'sirlanish tufayli Yer Yerdan energiyani oladi va undan keladigan yorug'lik nurlari sayyorani issiqlaydi. Bizga ma'lum bo'lgan barcha shovqinlar mutlaqo zarurdir. Mana, masalan, Higgs. Higgs bosoniyasi zaharli moddalarni maydon bilan ta'sir o'tkazish yo'li bilan massasi bilan ta'minlaydi, biz bundan tirik qolishimiz mumkin edi. Gravitatsiyaviy shovqinsiz sayyoramiz yuzasida qanday qilib qolamiz? Bu biz uchun emas, balki hech narsa uchun imkonsiz bo'lar edi.

Albatta, barcha o'zaro ta'sirlar, hatto biz hali bilmaganlar, insoniyat biladigan, tushunadigan va sevadigan hamma narsalar uchun zarurdir. Biz nimani bilmaymiz? Ha, juda ko'p. Masalan, protonning yadroda barqaror ekanligini bilamiz. Bu barqarorlik biz uchun juda muhim, aks holda xuddi shu tarzda hayot bo'lmaydi. Ammo, tajribalar, protonning muddati vaqt chegaralangan miqdor ekanligini ko'rsatmoqda. Uzoq, albatta, 10 ³⁴ yil. Lekin bu demak, ertami-kechmi proton parchalanib ketadi va buning uchun yangi kuch, ya'ni yangi shovqin kerak bo'ladi. Protonning parchalanishiga kelsak, allaqachon yangi, juda yuqori simmetriya darajasini qabul qilgan nazariyalar mavjud, shuning uchun biz hech qanday narsani bilmaymiz, yangi o'zaro ta'sirlar mavjud bo'lishi mumkin.

Ajoyib birlashma

Tabiatning birligida yagona tamoyil - barcha fundamental o'zaro ta'sirlarni qurishdir. Ko'pgina kishilarning soni va ularning miqdori haqida savollar bor. Bu erda yaratilgan juda ko'p sonli varianti bor va ular o'z xulosalarida juda boshqacha. Har xil yo'llardagi bunday asosiy o'zaro ta'sirlarning mavjudligini tushuntiring, ammo ular barchasini dalil qilishning yagona tamoyiliga asoslanadi. Har doim interaktiv tadqiqotchilarning turli xil turlari birlashishga harakat qilmoqda. Shuning uchun bunday nazariyalar Buyuk birlikning nazariyalari deb ataladi. Dunyo daraxtlari kabi dallanadi: ko'plab shoxlar bor, lekin magistral doimo bitta.

Buning barchasi, bu nazariyalarning barchasini birlashtiradigan fikr mavjud. Barcha ma'lum shovqinlarning ildizlari bitta bo'lib, simmetriyani yo'qotish natijasida filial ochilib, turli xil fundamental o'zaro ta'sirlar hosil qilib, biz eksperimental tarzda kuzatishimiz mumkin. Bu faraz hali tekshirilishi mumkin emas, chunki u fizikani bugungi tajribalar uchun to'siq bo'lmaydigan juda yuqori energiya talab qiladi. Bundan tashqari biz hech qachon bu energiyani egallay olmaymiz. Biroq, bu to'siqni olish juda qiyin.

Bundan tashqari

Bizda koinot, bu tabiiy accelerator bor, va unda yuz beradigan barcha jarayonlar barcha ma'lum bo'lgan o'zaro ta'sirlarning yagona ildizi haqida eng jasur farazlarni sinab ko'rishga imkon beradi. Tabiatdagi o'zaro ta'sirlarni tushunishning yana bir qiziqarli vazifasi, ehtimol, yanada murakkab. Gravitatsiyaning tabiat kuchlarining qolgan qismiga qanday aloqasi borligini tushunish kerak. Qurilish printsipiga ko'ra, bu nazariya boshqalarga o'xshash bo'lsa-da, bu asosiy shovqin alohida-alohida bo'lib turadi.

Eynshteyn tortish nazariyasi bilan shug'ullanib, uni elektromagnetizm bilan bog'ladi. Ushbu muammoni hal qilishning haqiqiy ko'rinishiga qaramay, nazariya ishlab chiqilmagan. Endi insoniyat bir oz ko'proq narsani biladi, har qanday holatda kuchli va kuchsiz shovqin haqida bilamiz. Va agar biz bu yagona nazariyani tugatsak, unda muqarrar ravishda bilim etishmasligi yana ta'sirlanadi. Hozirga qadar tortishish boshqa o'zaro ta'sirlar bilan tenglashtirilmagan, chunki ularning hammasi kvant fizikasidan kelib chiqadigan qonunlarga rioya qilishadi va tortishish yo'q. Kvant nazariyasiga ko'ra, barcha zarralar ma'lum bir maydonning kvantasidir. Ammo kvantning tortish kuchi mavjud emas. Biroq, allaqachon ochiq shovqinlarning soni baland ovoz bilan aytadiki, hech qanday sxemalar bo'lmaydi.

Elektr maydoni

18-asrning 18-asrdagi buyuk fizikasi Jeyms Maxwell elektromagnit induksiyani tushuntiruvchi bir nazariya yaratishga muvaffaq bo'ldi. Magnit maydon vaqt o'tishi bilan o'zgarganda, ma'lum bir nuqtada elektr maydoni hosil bo'ladi. Agar bu sohada yopiq konduktor mavjud bo'lsa, elektr maydonda indüksiyon oqimi paydo bo'ladi. Maksvell elektromagnit maydonlarining nazariyasiga binoan, teskari jarayonning ham ehtimoli mavjud: agar ma'lum bir nuqtada elektr maydoni o'z vaqtida o'zgartirilsa, magnit maydoni mutlaqo paydo bo'ladi. Demak, magnit maydonidagi o'zgarish o'zgaruvchan elektr maydonning ko'rinishi bilan yuzaga kelishi mumkin va elektrni o'zgartirish orqali o'zgaruvchan magnit maydonga ega bo'lish mumkin. Bu o'zgaruvchilar bir-biriga ko'ra maydonlarni hosil qiladi, bitta maydonni elektromagnit shakllantiradi.

Maksvell nazariyasining formulalaridan kelib chiqqan eng muhim natija - elektromagnit to'lqinlarning mavjudligi, ya'ni vaqt va makonda elektromagnit maydonlarni targ'ib qilish. Elektromagnit maydon manbai - tezlashuvi bilan harakat qilayotgan elektr tokini. Ovoz (elastik) to'lqinlardan farqli o'laroq, elektromagnit to'lqinlar biron bir moddada, hatto vakuumda ham tarqalishi mumkin. Vakuumdagi elektromagnit shovqin nurning tezligi (s = 299,792 km / s) bilan tarqaladi. Dalgaboy uzunligi boshqacha bo'lishi mumkin. O'n ming metrdan 0,005 metrgacha bo'lgan elektromagnit to'lqinlar bizni axborotni uzatish uchun bizga xizmat qiladigan radio to'lqinlar, ya'ni hech qanday simsiz holda ma'lum masofaga signallardir. Radio to'lqinlari antennalarga ega bo'lgan yuqori chastotalarda mavjud.

To'lqinlar nima?

Agar elektromagnit nurlanishning to'lqin uzunligi 0,005 metrdan 1 mikrongacha bo'lsa, ya'ni radio to'lqinlar va ko'rinadigan yorug'lik oralig'ida bo'lganlar infraqizil nurlanishdir. Batareyalar, pechlar, akkor lampalar barcha isitiladigan jismlarni chiqaradi. Maxsus qurilmalar infraqizil radiatsiyani ko'zga ko'rinadigan yorug'likka aylantiradi va mutlaq zulmatda ham uni chiqaradigan narsalarning tasvirlarini olishadi. Ko'zni ko'rgan nur 770 dan 380 nanometrgacha bo'lgan to'lqinlarni qizildan violetgacha chiqaradi. Spektorning ushbu qismi inson hayoti uchun juda katta ahamiyatga ega, chunki biz dunyo haqidagi ma'lumotlarni ko'rishning katta qismini ko'ramiz.

Agar elektromagnit nurlanish binafsha rangdan kamroq to'lqinlansa, u patogen bakteriyalarni o'ldiradigan ultrabinafsha hisoblanadi. Ko'zga X-nurlari ko'rinmaydi. Ular materiyaning shaffof qatlamlarini ko'rinadigan nurga deyarli so'ramaydilar. Radiologik nurlanish inson va hayvonlarning ichki organlari kasalliklarini aniqlaydi. Agar elektromagnit nurlanish elementar zarrachalarning o'zaro ta'siridan kelib chiqadigan bo'lsa va ta'sirlangan yadrolar tomonidan chiqadigan bo'lsa, gamma nurlanishi hosil bo'ladi. Bu elektromagnit spektrdagi eng keng diapazondir, chunki u yuqori energiya bilan chegaralanmaydi. Gamma nurlanishi yumshoq va qattiq bo'lishi mumkin: atom yadrosidagi energiya o'tishlari yumshoq va yadro reaktsiyalari uchun u qattiqdir. Ushbu quanta osongina molekulalarni va biologik narsalarni yo'qotadi. Gamma nurlarining atmosferadan o'tishi mumkin bo'lmagan katta baxtdir. Gamma-quanta kosmosdan bo'lishi mumkin. Elektromagnit ta'sir etarlicha energiya bilan nurning yaqinida tez tarqaladi: gamma-quanta atomlarning yadrosini ezadi, ularni parchalanadigan zarrachalarga aylantiradi. Frenken ular maxsus teleskoplarda ko'rinadigan yorug'lik chiqaradilar.

O'tmishdan kelajakka

aytganimizdek elektromagnit to'lqinlar, Maksvell tomonidan bashorat. U diqqat bilan o'rganib, magnit va elektr hodisalar tasvirlangan edi qaysi matematika oz sodda rasmlar Faraday, iymon urindi. Bu Maksvell simmetriya yo'qligini topilgan. Va u muqobil elektr maydonlariga magnit va teskarisi ishlab tenglamalar bir qator isbotlash mumkin, deb. Bu, masalan, maydonlarini iymon va o'tkazgichlari ba'zi ulkan tezlik bilan vakuum orqali ko'chiriladi ajratish undadi. Va uni o'yladim. Tezligi sekundiga minglab kilometr trohstam yaqin edi.

Bu o'zaro ta'sir nazariyasi va tajriba bo'ldi. Bir misol, biz elektromagnit to'lqinlar mavjudligi haqida bilib orqali ochilish hisoblanadi. u fizika juda turfa xil tushunchalar yordamida birga kelgan yilda - u, shu tartibda bir jismoniy hodisa sifatida magnit va elektr, u faqat turli tomonlar aloqa mavjud. Nazariyalar boshqa ortida joylashganki, ularning hammasi bir-biriga chambarchas bog'liq: Elektrozayıf o'zaro nazariyasi, shu munosabat bu erda (kuchli va Elektrozayıf shovqinlarni o'z ichiga olgan, kvant chromodynamics birlashtiradi barcha zaif atom kuchi va elektromagnit, va hokazo aniqligi tomonidan tasvirlangan, masalan, uchun ) esa, kam, lekin operatsiya davom etmoqda. Jadal joylarda kvant tortishish va tor nazariyasi kabi fiziklar o'rganib.

topilmalar

Bu bizni o'rab turgan olam butunlay elektromagnit nurlanish bilan yo'g'rilgan ekan: yulduz va quyosh, oy va boshqa samoviy jismlar, u Yerning o'zi va inson qo'lida, har telefon va antenna stantsiyalari bo'lgan - barcha bu turli nomlar elektromagnit to'lqinlar chiqaradi . ob'ekt infraqizil, radio, ko'rinadigan yorug'lik, bio-joy nurlar, rentgen va shunga o'xshash farq tarqaladi tebranishlar chastotasi, qarab.

elektromagnit maydon taqsimlanadi, u elektromagnit to'lqin aylanadi. Bu molekulalar va atomlar elektr zaryadlarining tebranish, shunchaki energiyaning bitmas-tuganmas manbaidir. zaryad dalgalandırır bo'lsa, uning harakati tezlashib, va shuning uchun elektromagnit to'lqinlar chiqaradi bo'ladi. magnit maydon o'zgarishlar bo'lsa, maydon o'z navbatida, magnit bo'ron maydonini g'oyat quvontiradi, elektr girdobga quvonchda. jarayoni ketin nuqtasini quchoqlab, koinotda ketadi.