Навигация
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ «ЭЛЕМЕНТАРНОСТЬ», «ПРОСТОЕ-СЛОЖНОЕ», «ДЕЛЕНИЕ»
28843
знака
0
таблиц
1
изображение
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ «ЭЛЕМЕНТАРНОСТЬ», «ПРОСТОЕ-СЛОЖНОЕ», «ДЕЛЕНИЕ».
Утверждение «система состоит из элементов» всегда означало, что эта система представляет собой объект, состоящий из частей, меньших по величине или по массе, но сохраняющих внутри этой системы определенную индивидуальность, самостоятельность (конечно, ограниченную взаимодействием этих частей в рамках включающей их большей системы). К субъядерным частицам такое понимание неприменимо. Здесь следует говорить не о том, что одни частицы состоят из других, а о том, что они способны превращаться друг в друга, порождать друг друга в различных процессах взаимодействия. Протон, например, можно получить в результате столкновения нейтрона и я (пи)-мезона или X (лямбда)-гиперона и К-мезона, но это не значит, что в структуру всех этих частиц входит протон, что они «состоят из» протонов.
Даже в тех случаях, когда происходит распад частицы, нельзя говорить, что конечные частицы более элементарны, чем распавшаяся, что конечные частицы входили в состав исходной. Это было бы верно, если бы энергия связи (так называемый дефект массы) была значительно меньше масс участвующих в реакции частиц, а частицы-компоненты не теряли бы своей индивидуальности внутри образуемого ими целого. В случае субъядерных частиц дефект массы всегда оказывается больше массы одной или даже нескольких частиц-компонент, а при квантовых (так называемых виртуальных) распадах значительно превосходит массу исходной, «материнской» частицы. Так, масса виртуальных частиц, образующихся при диссоциации п-мезона на пару протон+нейтрон, более чем на порядок превышает массу самого п -мезона. В этом отношении п- мезон радикально отличается, например, от дейтрона (ядра атома тяжелого водорода), дефект масс которого составляет всего лишь около 0,001 его массы; поэтому дейтрон действительно можно считать состоящим из протона и нейтрона, потому что они остаются такими же, как и в свободном состоянии. А вот частицы- компоненты внутри п -мезона почти «растворяются» в энергии их взаимодействия.
Поскольку субъядерные микрочастицы не делятся на простейшие в обычном геометрическом смысле, они должны считаться действительно элементарными частицами. Но вместе с тем они обладают пространственной протяженностью и своеобразной внутренней структурой. Поэтому нельзя абсолютизировать, преувеличивать элементарность микрочастиц. Образ пространственно-структурной и в то же время элементарной по своим свойствам частицы стал фактически общепринятым после экспериментального обнаружения в середине 50-х годов XX в. американским физиком-экспериментатором Р. Хофштадтером пространственной «размазки» электрического заряда и магнитного момента протона.
Свободная, невзаимодействующая микрочастица — это всего лишь математическая абстракция. Реальные физические частицы всегда взаимодействуют с вакуумными полями, испуская и поглощая виртуальные частицы. Вследствие этого вокруг каждой частицы образуется «облако» виртуальных частиц. И чем меньше масса испускаемых частиц, тем больше размеры образуемого ими «облака*. Продолжительность отдельных актов виртуальной диссоциации частицы (ее «миганий») очень мала: при испускании п -мезонов она около 5 • 10 ˉ24 с, а для других частиц — еще меньше.
Но благодаря многократным их повторениям возникает постоянная, усредненная структура — «размазка» электрического заряда, магнитного момента, массы, которая становится все более плотной к центру частицы. В этом смысле говорят, что элементарная частица состоит из плотного центрального ядра — керна и рыхлой периферической оболочки. Но в отличие от атома, где пространственные размеры отдельных частей — ядра и электронной оболочки — различаются на 5 порядков (10ˉ13 и 10ˉ8 см), в нуклонах отсутствуют резко обособленные детали, пространственные части структуры здесь почти непрерывно переходят друг в др
3. МНОГООБРАЗИЕ И ЕДИНСТВО ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ. ПРОБЛЕМА ИХ КЛАССИФИКАЦИИ.
Сейчас известно примерно 400 элементарных частиц. Некоторые из них «живут» очень короткое время, быстро превращаясь в другие частицы, успевая за время своего существования пролетать расстояния, равные радиусу атомного ядра (10ˉ12— 10ˉ13 см). Минимальное время, доступное экспериментальному измерению, характеризуется величиной примерно 10ˉ26 с. Некоторые элементарные частицы оказались неожиданно тяжелыми — даже тяжелее отдельных атомов.
Современные физики уделяют много внимания систематизации элементарных частиц, раскрытию внутреннего единства как между ними, так и между соответствующими им фундаментальными видами взаимодействия -- сильным, слабым, электромагнитным и гравитационным.
Интенсивность слабого взаимодействия на 10-11 порядков (в 1010—10 ¹¹ раз) меньше интенсивности ядерных сил. Поэтому его и назвали слабым, радиус его действия менее 10ˉ15 см. Электромагнитное же взаимодействие на расстояниях, соизмеримых с радиусом действия ядерных сил, слабее их лишь в 102-103 раз. Самым же слабым на этих расстояниях оказывается гравитационное взаимодействие, интенсивность которого на много порядков ниже слабого взаимодействия.
Даже слабое взаимодействие на порядок превышает гравитационное взаимодействие. А сила кулоновского, электрического отталкивания двух электронов в 1042 раз больше величины их гравитационного притяжения. Если представить, что электромагнитные силы, «притягивающие» электроны к атомному ядру, ослабеют до уровня гравитационных, то атом водорода стал бы больше видимой нами части Вселенной. Гравитационные силы при уменьшении расстояний возрастают очень медленно. Преобладающими они становятся лишь в фантастически малых интервалах меньше 10ˉ32 см, которые остаются пока еще недоступными для экспериментального исследования. С помощью эксперимента сейчас удается «просматривать» расстояния, близкие к 10ˉ16 см.
Указанные четыре вида фундаментальных (лежащих в самом фундаменте материи) взаимодействий осуществляются путем обмена соответствующими частицами, служащими своеобразными переносчиками этих взаимодействий. От массы частиц зависит радиус действия сил. Электромагнитное взаимодействие переносят фотоны (масса покоя равна нулю), гравитационное — гравитоны (пока гипотетические, экспериментально не установленные частицы, масса которых тоже должна быть нулевой). Эти два взаимодействия, переносимые безмассовыми частицами, имеют большой, возможно бесконечный радиус действия. Причем только гравитационное взаимодействие порождает притяжение между одинаковыми частицами, остальные три вида взаимодействий обусловливают отталкивание одноименных частиц. Переносчиками сильного взаимодействия, связывающего протоны и нейтроны в атомных ядрах, являются глюоны. Это взаимодействие свойственно тяжелым частицам, получившим название адронов. Слабое взаимодействие переносят векторные бозоны. Это взаимодействие свойственно легким частицам — лептонам (электронам, позитронам и т.п.).
Таблица 1. Основные свойства элементарных частиц
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
Многообразие микромира предполагает его единство через взаимопревращаемость частиц и полей.
Особенно важно превращение «пары» — частицы и античастицы — в частицы другого «сорта». Первым было открыто превращение электрона и позитрона в кванты электромагнитного поля — фотоны и обратный процесс «порождения» пар из фотонов, обладающих достаточно большой энергией.
В настоящее время разработка проблемы систематизации элементарных частиц связана с идеей существования кварков - частиц с дробным электрическим зарядом. Сейчас их считают «самыми элементарными» в том смысле, что из них могут быть «построены» все сильно взаимодействующие частицы -адроны. С позиции теории кварков уровень элементарных частиц — это область объектов, состоящих из кварков и антикварков. При этом, хотя последние и считаются на данном уровне познания простейшими, самыми элементарными из известных частиц, сами они обладают сложными свойствами — зарядом, «очарованием» («шармом»), «цветом» и другими необычными квантово-физическими свойствами. Как в химии не обойтись без понятий «атом» и «молекула», так и физика элементарных частиц не может обойтись без понятия «кварк».
Таким образом, список адронов — тяжелых частиц, характеризующихся сильным взаимодействием — состоит из трех частицам: кварка, антикварка и связывающего их глюона. Наряду с ними существуют около десяти легких частиц - лептонов (электроны, позитроны, нейтрино и т.п.), — которым соответствует слабое взаимодействие. Известен также фотон — носитель электромагнитного взаимодействия. И по-прежнему гипотетическим, лишь теоретически предсказываемым, остается гравитон, с которым связывается гравитационное взаимодействие. О внутренней структуре лептонов, фотона и гравитона пока ничего не известно. Сейчас уже существует более или менее конкретная идея синтеза, взаимосвязи слабого, сильного и электромагнитного видов взаимодействия. Обнаруживается возможность объяснения их взаимосвязи и с гравитационным взаимодействием.
Все это свидетельствует о постепенной реализации в действительность принципиально ничем не ограниченной возможности теоретического мышления в познании единства мира, остающегося в рамках единства бесконечно многообразным в своих проявлениях.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 1997.
2. Жигалов Ю.И. Концепции современного естествознания : Учебник для вузов.- 2-е изд. – М., 2002
3. Идеи и наш мир: Великие концепции прошлого и настоящего / Под ред. Р. Стюарта. – М.: ББМ АО, ТЕРРА – книжный клуб, 1998.
4. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.
5. Мостепаненко А. М. Методологические и философические проблемы совеменной физики. — ЛГУ, 1997.
6. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для вузов. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1998.
Похожие работы
... при наличии сил, действующих на частицу, вместо Е в уравнение (16) нужно ввести кинетическую энергию частицы Т = Е –U. Произведя такую замену, мы придем к уравнению (12). Приведенные нами рассуждения не могут рассматриваться как вывод уравнения Шрёдингера. Их цель — пояснить, каким образом можно было прийти к установлению вида волнового уравнения для микрочастицы. Доказательством же правильности ...
... , координаты или импульсы, надлежит рассматривать как т.н. операторы. Переход от чисел к операторам – одна из наиболее дерзких идей в современной науке. Не вдаваясь в сущность значений операторов, отметим, что на сегодняшний день основная идея квантовой механики сводится к следующему: всем физическим величинам классической механики в квантовой механике соответствуют «свои» операторы, а численным ...
(111) 8 7 X [100] 5 6 [111] Y a) b) c) Каждой кристаллографической плоскости соответствует различная плотность _________ атомов, поэтому и различие в свойствах. ...
... динамических переменных. При этом неопределенность в измерениях связана не с несовершенством измерительной техники, а с объективными свойствами микромира. Завершение построения аппарата квантовой механики породило острые дискуссии в отношении интерпретации этой теории, поскольку она существенно отличается от классических теорий. Важное отличие состоит в том, что в классических теориях ...
0 комментариев