Elektromagnetska interakcija čestica

Ovaj članak će izgledati na ono što se zove sile prirode - osnovnih elektromagnetne interakcije i principe na kojima je izgrađena. Tu će također biti rečeno o mogućnosti postojanja novih pristupa proučavanju ove teme. U školi u fizici nastavu, studenti se suočavaju sa objašnjenjem pojma "sile". Oni uče da moć može biti vrlo raznolik - trenja sila, sila gravitacije, elastičnost i snagu mnoge slične. Nisu svi od njih može biti pozvan osnovnih, kao što je vrlo često pojava sekundarne sile (sile trenja, na primjer, sa svojom interakcijom molekula). Elektromagnetske interakcije također može biti sekundarna - kao posljedica. Molekularna fizika daje primjer Van der Waals sile. Daje mnogo primjera i elementarne fizike čestica.

U prirodi,

Ja bih da dođemo do suštine procesa koji se odvijaju u prirodi, kao što nas čini radi elektromagnetske interakcije. Šta je osnovna sila koja određuje sve izgradio srednje snage? Svi znaju da je elektromagnetska interakcija, ili, kako se zove, električna energija je od ključnog značaja. O tome svjedoče Coulombov zakon, koji ima svoju generalizacija koje proizlaze iz Maxwell jednadžbe. Nedavni opisati sve prirodno magnetnih i električnih sila. To je razlog zašto se ne dokaže da je interakcija elektromagnetskih polja - osnovne sile prirode. Sljedeći primjer - sila gravitacije. Čak i školskog uzrasta znaju za zakon univerzalne gravitacije Isaaka Nyutona, koji je nedavno dobio odgovarajuće generalizaciju Einstein jednačina i, prema njegovoj teoriji gravitacije, sila elektromagnetskog interakcija je od suštinskog značaja u prirodi, previše.

Once upon a time se vjerovalo da postoje samo ove dvije osnovne sile, ali znanost je došao naprijed, postepeno dokazujući da to nije tako. Na primjer, sa otkrićem atomskog jezgra smo morali uvesti koncept nuklearne energije, ili kako da shvati princip zadržavanja čestica unutar jedra, zašto ne odlete u svim pravcima. Razumijevanje kako elektromagnetske interakcije u prirodi, pomogao izmjeriti nuklearne sile, da uči i opisati. Nakon toga, međutim, naučnici došli do zaključka da nuklearne sile su sekundarne i na mnogim manifestacijama kao što su Van der Waals sile. U stvari, samo stvarno osnovne sile koje pružaju kvarkovi komuniciraju jedni s drugima. Onda - sekundarni efekt - je interakcija između elektromagnetskih polja protona i neutrona u jezgru. Zaista fundamentalno je interakcija kvarkova, gluona se razmjenjuju. Tako je otkrivena u prirodi je zaista treći fundamentalne sile.

Nastavak priče

Elementarnih čestica propadanja, heavy - na lakši, a njihovo propadanje opisuje novu snagu elektromagnetskog interakcije, koji je dobro pod nazivom - moć slabe interakcije. Zašto loše? Jer elektromagnetskih smetnji u prirodi je mnogo jači. I opet, ispostavilo se da je teorija slabe interakcije, tako graciozno upustio u sliku svijeta i prvobitno savršeno opisuje propadanje elementarnih čestica, ne odražavaju isti postulati, ako se poveća energije. To je razlog zašto je stara teorija je redizajniran na drugi - teorija slabe interakcije, ovaj put se pokazalo da je univerzalna. Iako je izgrađen da je na istim principima kao i ostatak teorije opisuju elektromagnetske interakcije čestica. U modernim vremenima, postoje četiri studirao i dokazano fundamentalne interakcije, a peti - na putu, o njemu će doći. Sva četiri - gravitacijski, jak, slab, elektromagnetska - grade na jednom principu: snagu koja se generira između čestica je rezultat dijeljenja Implementirana nosač, ili na neki drugi način - posreduje interakciju.

Kakav asistenta? Ovo fotona - bez mase čestica, ali ipak uspješno gradi elektromagnetske smetnje zbog razmjene kvantni elektromagnetskih valova ili svjetlo iznosa. Elektromagnetske interakcije vrši fotona u oblasti nabijenih čestica, koji komuniciraju sa određenom silom, kao put i tretira Kulonovom zakon. Postoji jedna bezmasene čestica - gluon, ima osam sorti, pomaže komunicirati kvarkova. Ovo elektromagnetskih interakcija je privlačnost između troškova, i rečeno je da bude jaka. Da, i slabe interakcije nije bez posrednika, s kojim čelika čestice s masom i više od toga, oni su masivne, to je teško. Ovaj srednji vektor bozona. Njihova težina i težina je zbog slabosti interakcije. Gravitacija je sila razmjene kvantni gravitacionog polja. To je privlačenje elektromagnetske interakcije čestica, to još uvijek nije dovoljno proučavao, čak GRAVITON eksperimentalno još nije otkriven, i kvantne gravitacije nismo baš tamo, a samo zato što još nisu da ga mogu opisati.

peta sila

Razmatrali smo četiri vrste temeljnih interakcija: jaka, slaba, elektromagnetski, gravitacioni. Interakcija - je čin razmjene čestica, i nemam pojma simetrije ne mogu učiniti, jer ne postoji interakcija koja nije povezana s njim. On određuje broj čestica i njihova masa. Sa tačnim simetrije masa je uvijek nula. Dakle, foton i gluon mase nije, ona je jednaka nuli, graviton - previše. Ako simetrija je slomljena, masa prestaje da bude nula. Dakle, srednji vektor bizona imaju masu, jer simetrija je slomljena. Četiri osnovne interakcije objasnio sve što smo vidjeti i osjetiti. Preostali snage kažu da je njihova elektromagnetska spojka je sekundarna. Međutim, u 2012. godini došlo je do napretka u znanosti i otkrivena je još jedna čestica, kada je proslavio. Revolucija u naučnom svijetu je organizirao otvaranje Higgs bozon, koji je, kako se ispostavilo, također služi kao nosilac interakcija između kvarkova i leptona.

To je razlog zašto naučnici-fizičara sada kažu da je jedna petina sila, od kojih je posrednik ispostavilo se da je Higgs bozon. Simetrija je slomljena ovdje: od Higgs bozon ima masu. Tako je broj interakcija (riječi u modernoj fizici čestica zamjenjuje se riječ "sila") završila je pet. Možda čekamo nova otkrića, s obzirom da ne znam točno da li postoji čak i pored tih interakcija. Vrlo je moguće da smo izgradili, a danas ovaj model, bilo bi savršeno izgleda objašnjava sve pojave uočene u svijetu, i nije sasvim potpun. A možda i nakon nekog vremena će biti novih interakcije i novu snagu. Verovatnoća takvih ima najmanje jer smo vrlo postepeno saznali da su trenutno poznate fundamentalne interakcije - jaka, slaba, elektromagnetski, gravitacioni. Uostalom, ako postoji u prirodi supersimetrični čestica, o kojima se govori u naučnom svijetu, to znači da je postojanje nove simetrije, i simetrija uvijek podrazumijeva nastanak novih čestica koje posreduju između njih. Tako smo čuli za sada nepoznate fundamentalne sile, kao što je nekad bio iznenađen da nauči da postoje, na primjer, elektromagnetska, slaba interakcija. Znanja o vlastitim prirodi vrlo nepotpun.

međusobnoj povezanosti

Najzanimljivija stvar je da svaka nova interakcija mora nužno dovesti do potpuno nepoznata pojava. Na primjer, ako nismo saznali slabe interakcije, nikada ne bismo otkrili kolaps, a ako to nije bilo u našem znanju propadanja, nema studija nuklearne reakcije bi bilo nemoguće. A ako nismo bili svjesni nuklearne reakcije, ne bi razumeo kako sunce sija na nas. Uostalom, ako ne sjaji, a ne bi se formirala života na Zemlji. Tako da je prisustvo interakcije ukazuje na to da je od vitalnog značaja. Ako je jaka interakcija ne postoji, a atomska jezgra ne bi bila stabilna. Zbog elektromagnetske interakcije Zemlji prima energiju od sunca, a svjetlo zrake dolaze od njega, zagrevanje planete. I sve poznate interakcije su bitne. Evo Higgs, na primjer. Higgs bozon daje mase čestica kroz interakciju sa poljem, mi smo bez njega ne bi preživio. I kako, bez gravitacione interakcije da ostane na površini planete? Bilo bi nemoguće ne samo za nas, ali ništa.

Apsolutno sve interakcije, čak i one koji to još ne znaju, je imperativ da se sve ono što čovječanstvo zna, razumije i voli tamo. Ono što možemo znati? Da, mnogo. Na primjer, znamo da je proton je stabilan u jezgru. Vrlo, vrlo važno za nas, ovo njegova stabilnost, u suprotnom isti način ne bi bilo života. Međutim, eksperimenti ukazuju na to da proton život - vremensku vrijednost ograničeno. Dugo, naravno, od 10 ³⁴ godina. Ali to znači da prije ili kasnije raspasti, i protona, a to će zahtijevati neke nove snage, to je novi interakciju. Od karijesa protona već postoje teorije koja pretpostavlja novi, mnogo veći stepen simetrije, dakle, nova interakcija može postojati od kojih ne znamo ništa.

Grand ujedinjenja

Jedinstvo prirode je jedini princip izgradnje svih temeljnih interakcija. Mnoga pitanja se javljaju u odnosu na broj od njih i objasniti razloge za ovu količinu. Verzije izgrađen ovdje veliki broj, i oni su vrlo različiti u zaključcima. Objasniti prisustvo upravo toliki broj fundamentalnih interakcija na sve moguće načine, ali oni su jedan princip izgradnje dokaza. Uvijek najviše različitih vrsta interakcije, istraživači pokušavaju spojiti u jednu. Stoga takve teorije i teorije zove Grand Unified. Kao da grane World Tree: pluralitet grana, a prtljažnik je uvijek isti.

To je zato što su sve ove teorije objedinjavanjem ideja. Korijen svih poznatih interakcija jednog hranjenja prtljažnik, koji je zbog gubitka simetrije je počeo da se grana i formirali različite fundamentalne interakcije, koje možemo posmatrati eksperimentalno. Ova hipoteza nije mogla biti još potvrditi, jer to zahtijeva izuzetno fizike visokih energija, eksperimenti nedostupni danas. Vrlo je moguće, a to je opcija koja mi nikada nije u posjedu tih energija. Ali oko ovog prepreka je sasvim moguće.

odvojeno

Imamo svemira, prirodne akcelerator, i sve procese koji se dešavaju u njemu, neka bude moguće provjeriti i najodvažniji hipoteze o zajedničkim korijenima svih poznatih interakcija. Još jedan zanimljiv zadatak razumijevanja interakcija u prirodi je možda još složenija. Potrebno je razumjeti kako se odnose gravitacija sa drugim silama prirode. Ovo je fundamentalna interakcija stoji kao zasebno je, uprkos činjenici da je u skladu sa principom gradnje ove teorije je sličan svim ostalima.

Einstein je proučavao teoriju gravitacije, pokušavajući da ga poveže sa elektromagnetizma. Unatoč naizgled realnost za rješavanje ovog problema, onda je teorija još nije dogodilo. Sada čovječanstvo zna malo više, barem znamo o jake i slabe interakcije. A ako sada kompletnu izgradnju jedinstvene teorije, svakako će ponovo uticati na nedostatak znanja. Do sada nije stavio gravitacije u rangu s druge interakcije, budući da su svi poštuju zakone koje diktira kvantne fizike i gravitacije - nema. Prema kvantnoj teoriji, sve čestice su kvanti određene oblasti. Ali kvantnoj gravitaciji ne postoji, barem ne još. Međutim, broj već otkrivenih interakcija ponavlja glasno o tome ne može biti bilo koji pojedinačni shemu.

električnog polja

Natrag u 1860 veliki devetnaestog fizičar stoljeća James Clerk Maxwell uspjeli u stvaranju teorije da objasni elektromagnetne indukcije. Kada promjene u magnetskom polju u određenom trenutku u prostoru električno polje. Ako se to polje nalazi zatvorena dirigent, indukciju struja teče u električno polje. Njegova teorija elektromagnetskih polja Maxwell dokazuje da je vjerojatno proces obrnuto: ako promjene u vrijeme električnog polja u određenom trenutku u prostoru će biti potrebna magnetno polje. Tako da bilo kakve promjene mogu izazvati različite električno polje, i mogu dobiti do promjene električnog naizmenično magnetsko polje u magnetskom vremenu polje. Ove varijable, stvaraju jedni druge oblasti u organizaciji jedinstveno polje - elektromagnetno.

Najvažniji rezultat koji slijedi iz formule Maxwell teorije - predviđanje da postoje elektromagnetski valovi, i.e. propagiraju elektromagnetno polje u vremenu i prostoru. Izvor elektromagnetskog polja se kreće s optužbama ubrzanje el. Za razliku od akustične (elastični) elektromagnetski valovi mogu propagandom u bilo koji materijal, čak iu vakuumu. Elektromagnetskih smetnji u vakuumu propagira sa brzinom svjetlosti (c = 299 792 kilometara u sekundi). Talasna dužina može biti drugačije. Elektromagnetski valovi od deset hiljada metara do 0,005 metara - to je radio talasa koji se koriste za prenošenje informacija za nas, to je signal za određene udaljenosti bez žica. Stvorio radio valova na visoke frekvencije struja koja teče u antenu.

Koji su valovi

Ako je duljina elektromagnetskog zračenja u rasponu od 0,005 mikrometar do 1 metar, i.e. oni koji su u rasponu od vidljive svjetlosti i radio valova - je infracrveno zračenje. Njegov emitiraju sve grijani tijela: baterije, peći, žarulje sa žarnom niti. Posebne uređaje pretvoriti infracrveno zračenje u vidljivu svjetlost, da dobiju slike objekata koji se emituju, čak iu potpunom mraku. Vidljiva svetlost emituje valne duljine od 770-380 nanometara - boja prelazi iz crvene u ljubičasto. Ovaj dio spektra ima za ljudski život najveće je važnosti, jer je veliki dio informacija o svijetu primamo kroz viziju.

Ako je elektromagnetsko zračenje ima talasnu dužinu manje od ljubičaste boje je ultraljubičasto svjetlo koje ubija bakterije. X-zrake nisu vidljive golim okom. Oni jedva upijaju vidljive svetlosti neprozirnim slojeva materijala. X-ray dijagnosticirana oboljenja unutrašnjih organa ljudi i životinja. Ako je elektromagnetsko zračenje stvara interakcija elementarnih čestica i emituju uzbuđeni jezgre dobiveni gama zračenja. Ovo je najviše širok spektar u elektromagnetskom spektru, jer se ne ograničava na visokim energijama. Gama zračenje može biti mekana i teška: energija prelazi u atomska jezgra - soft, a nuklearne reakcije - kruti. Ovi zraci lako sruši molekula i biološke osobine. Velika sreća da u atmosferi gama zraka ne može proći. Obratite pažnju na gama zraka iz svemira može biti. Na vrlo visokom energije elektromagnetskih interakcija propagira brzinom blizu svjetlu: gama Quanta zaljubljena jezgru atoma, razbijajući ih u čestice, rasipajući u različitim pravcima. Prilikom kočenja, oni emituju svjetlost, vidljiva u posebnim teleskopima.

Iz prošlosti - budućnost

Elektromagnetskih valova, kao što je rečeno, predviđeno Maxwell. On je pažljivo proučavao i pokušao da vjeruju u matematici malo naivan slike Faraday, na kojima su prikazani magnetski i električni fenomeni. To je bio Maxwell otkrio nedostatak simetrije. I da je bio u stanju da dokaže broj jednačina koje izmjenične električne polja stvaraju magnetna i obrnuto. To ga je dovelo do vjeruju da je takva polja i odvojiti od provodnika se kretala kroz vakuum s nekim gigantom brzinom. I on je to mislio. Brzina je bila blizu trohstam hiljada kilometara u sekundi.

To je teorija interakcije i eksperiment. Primjer je otvor kroz koji smo saznali za postojanje elektromagnetskih valova. U njemu su se okupili uz pomoć fizike potpuno heterogenih koncepta - magnetizam i struje, jer je fizički fenomen istog reda, samo različite strane da su u komunikaciji. Teorije su raspoređeni jedan iza drugog, i svi od njih su usko međusobno povezani: teorija elektroslaba interakcije, na primjer, gdje je u istom položaju opisao slaba nuklearna sila i elektromagnetski, itd Sve ovo kombinira kvantne kromodinamike, pokriva jaka i elektroslaba interakcije (ovdje, preciznost a niže, ali operacija se nastavlja). Intenzivno proučavao područjima kao što fizičari kao kvantne gravitacije i teorije struna.

nalazi

Ispostavilo se da je prostor koji nas okružuje potpuno prožeta elektromagnetskog zračenja: zvijezde i sunce, mjesec i drugih nebeskih tijela, to je sama Zemlja, i svaki telefon u rukama čovjeka, i antena stanice - sve to emituje elektromagnetni talasi različitih imena . U zavisnosti od frekvencije oscilacija, koji zrači objekat razlikuju infracrvenom, radio, vidljiva svjetlost, bio-polje zrake, X-zrake i slično.

Kada se distribuira elektromagnetno polje, ona postaje elektromagnetskog vala. To je jednostavno nepresušan izvor energije, vibrirati električne optužbe molekula i atoma. A ako optužba oscilira, njegovo kretanje se ubrzava, a samim tim i emitira elektromagnetski valovi. Ako je magnetni promjene polja, polje je uzbuđen električnim vrtlog koji, zauzvrat, uzbuđuje magnetno vrtlog polje. Proces ide kroz prostor, grli jednom trenutku nakon drugog.