Alla lagar i fysik för tentamen. Vilka är de viktigaste lagarna i fysik? Det enklaste, men viktigaste lagen är lagen om bevarande och energitransformation.

Sessionen närmar sig, och det är dags för oss att flytta från teorin för att träna. På helgen satte vi oss ner och trodde att många studenter skulle behöva ha en bra fysisk formel till hands. Torra formler med förklaring: kort, kortfattat, inget överflödigt. Mycket användbart när du löser uppgifter, vet du. Ja, och på tentamen, när det kan "hoppa ut" från huvudet, exakt det dagen innan det krypades, kommer ett sådant urval att tjäna utmärkt service.

De flesta uppgifter är vanligtvis ombedda för de tre mest populära delarna av fysik. Det mekanik, termodynamik och molekylär fysik, elektricitet. Och ta dem!

Grundläggande formler för fysik dynamik, kinematik, statisk

Låt oss börja med det enklaste. Gammal god favorit rak och enhetlig rörelse.

Kinematikformler:

Naturligtvis kommer vi inte att glömma rörelsen i en cirkel och fortsätt sedan till dynamiken och lagarna i Newton.

Efter dynamiken är det dags att överväga jämviktsförhållandena hos kroppar och vätskor, d.v.s. Statik och hydrostatik

Nu presenterar vi de grundläggande formlerna om ämnet "arbete och energi". Var är vi utan dem!

Huvudsakliga formler av molekylär fysik och termodynamik

Vi kommer att avsluta delen av mekanik med formler på fluktuationer och vågor och gå vidare till molekylär fysik och termodynamik.

Koefficienten för användbar, lagen om Gay-Loursak, Klapaireron-Mendeleev ekvationen - allt detta söta hjärta med formeln samlas nedan.

Förresten! För alla våra läsare är det en rabatt 10% på någon typ av arbete.

Grundläggande formler för fysik: Elektricitet

Det är dags att flytta till el, även om det älskar mindre termodynamik. Vi börjar med elektrostatik.

Och under trummafraktionen, avsluta formlerna för oma, elektromagnetisk induktion och elektromagnetiska oscillationer.

Det är allt. Naturligtvis skulle det vara möjligt att ta med hela bergsformeln, men det här är ingenting. När formlerna blir för mycket kan du lätt bli förvirrad, och där kan de smälta hjärnan. Vi hoppas att vårt fuskblad med grundläggande formler i fysik hjälper till att lösa favorituppgifter snabbare och effektivare. Och om du vill klargöra något eller inte hitta den nödvändiga formeln: Fråga experterna studenttjänst. Våra författare håller hundratals formler i huvudet och klickar på de uppgifter som nötter. Kontakt, och snart kommer någon uppgift att vara till dig "på tänderna."

Forskare med planeten Jorden använder en massa instrument, försöker beskriva hur naturen fungerar och i allmänhet. Att de kommer till lagar och teorier. Vad är skillnaden? Vetenskaplig lag kan ofta reduceras till matematiskt godkännande, som E \u003d MC²; Detta uttalande är baserat på empiriska data och dess sanning, som regel begränsas av en viss uppsättning villkor. I fallet med e \u003d mc² - ljusets hastighet i vakuum.

Vetenskaplig teori försöker ofta att syntetisera ett antal fakta eller observationer av specifika fenomen. Och i allmänhet (men inte alltid) visar det ett tydligt och kontrollerbart uttalande om hur naturen fungerar. Det är inte nödvändigt att minska den vetenskapliga teorin till ekvationen, men det representerar faktiskt något som är grundläggande för naturens arbete.

Både lagar och teorier beror på huvudelementen i den vetenskapliga metoden, till exempel skapandet av hypoteser, genomförande av experiment, upptäckt (eller inte är belägna) empiriska data och slutsats av slutsatser. I slutändan bör forskare kunna upprepa resultaten om experimentet är avsett att bli grunden för en allmänt accepterad lag eller teori.

I den här artikeln kommer vi att titta på tio vetenskapliga lagar och teorier som du kan uppdatera i minnet, även om du till exempel inte så ofta gäller för avsökningselektronmikroskopet. Låt oss börja med en explosion och avsluta osäkerhet.

Om du borde veta minst en vetenskaplig teori, låt den förklara hur universum nått den nuvarande staten (eller inte nått). Baserat på den forskning som utförs av Edwin Habble, George Lemeter och Albert Einstein, postulerar teorin om en stor explosion att universum började 14 miljarder år sedan med en massiv expansion. Vid något tillfälle avslutades universum vid en tidpunkt och täckte hela frågan om det nuvarande universum. Denna rörelse fortsätter till denna dag, och själva universet expanderar ständigt.

Teorin om den stora explosionen stöddes i stor utsträckning i vetenskapliga cirklar efter Arno Penzias och Robert Wilson upptäckte rymdmikrovågsugnen 1965. Med hjälp av radioteleskop upptäckte två astronomer rymdbuller eller statik som inte försvinner över tiden. I samarbete med Princetonforskare Robert Dick bekräftade ett par forskare hypotesen av Wild att den inledande stora explosionen lämnades bakom lågnivåstrålningen, som kan hittas i hela universum.

Space Expansion Law Hubble

Låt oss stanna av Edwina Hubble för en sekund. Under 1920-talet rasade den stora depressionen, Hubble utfördes med en innovativ astronomisk studie. Han visade inte bara att det fanns andra galaxer utöver Vintergatan, men fann också att dessa galaxer stör sig ifrån oss och den här rörelsen han ringde.

För att kvantifiera hastigheten på denna galaktiska rörelse erbjöd Habble lagen om rymdutbyggnad, han är Hubble lag. Ekvationen ser ut så här: Hastighet \u003d H0 x avstånd. Hastigheten är galaxens hastighet; H0 är en konstant hubble, eller en parameter som visar universums expansionshastighet; Avståndet är avståndet för en galax till den som det finns en jämförelse.

Permanent hubble beräknades vid olika värden under en tillräckligt lång tid, men för närvarande frös den på 70 km / s punkt på mega delar. För oss är det inte så viktigt. Det är viktigt att lagen är ett bekvämt sätt att mäta galaxhastigheten i förhållande till vår egen. Och det är fortfarande viktigt att lagen har fastställt att universum består av många galaxer vars rörelse är spårad till en stor explosion.

Lagarna i den planetariska rörelsen av Kepler

I århundraden kämpade forskare med varandra och med religiösa ledare för orbiterna i planeterna, särskilt för om de roterar runt solen. På 1500-talet presenterade Copernicus sitt kontroversiella koncept för ett heliocentrisk solsystem, där planeterna roterar runt solen, och inte landet. Men bara med Johann Kepler, som litade på jobbet tyst brage och andra astronomer, fanns det en tydlig vetenskaplig grund för planets rörelse.

Den tre lagen i den pensionerade rörelsen av Kepler, som grundades i början av 1700-talet, beskriver planetens rörelse runt solen. Den första lagen, som ibland kallas lagkors, hävdar att planeterna roterar runt solen längs den elliptiska banan. Den andra lagen, området i området, säger att linjen som förbinder planeten med solen bildar lika områden med lika stora intervaller. Med andra ord, om du mäter det område som skapats av den ritade linjen från jorden från solen och spåra jordens rörelse i 30 dagar, kommer området att vara detsamma, oavsett jordens ställning när det gäller början av referensen.

Den tredje lagen, perioderlagen, låter dig skapa ett tydligt förhållande mellan planetens orbitalperiod och avståndet till solen. Tack vare den här lagen vet vi att planeten, som är relativt nära solen, som Venus, har en mycket mer kort orbitalperiod än avlägsna planeter, som Neptune.

Gravitydens universella lag

Idag kan det vara i storleksordningen, men för mer än 300 år sedan erbjöd Sir Isaac Newton en revolutionär idé: två objekt, oavsett deras massa, har en gravitationell attraktion mot varandra. Denna lag är representerad av ekvationen som många skolbarn står inför i gymnasier av en fysikalisk-matematisk profil.

F \u003d g × [(m1m2) / r ^]

F är gravitationskraften mellan två objekt, mätt i Newton. M1 och M2 är massorna av två objekt, medan R är avståndet mellan dem. G är en gravitationskonstant, som för närvarande beräknas som 6,67384 (80) · 10 -11 eller N · m² · kg -2.

Fördelen med en universell lag är att det tillåter oss att beräkna gravitationella attraktionen mellan två föremål. Denna förmåga är extremt användbar när forskare till exempel lanserar en satellit i omlopp eller bestämmer månräntan.

Newton lagar

Eftersom vi började prata om en av de största forskarna, som någonsin levt på jorden, låt oss prata om andra kända Newtons lagar. Dess tre lagar av rörelse utgör en väsentlig del av modern fysik. Och liksom många andra fysiklagar, är de eleganta i sin enkelhet.

Den första av tre lagar hävdar att föremålet i rörelse fortfarande är i rörelse om det inte finns någon yttre kraft på den. För en boll som rullar på golvet kan den yttre kraften vara friktion mellan bollen och golvet, eller pojken som träffar bollen i en annan riktning.

Den andra lagen fastställer förhållandet mellan objektets (M) och dess acceleration (A) i form av ekvationen F \u003d m x a. F är kraften mätt i Newton. Det är också en vektor, det vill säga det har en riktad komponent. På grund av accelerationen har bollen som rullar på golvet en speciell vektor i rörelsens riktning, och detta beaktas vid beräkning av kraft.

Den tredje lagen är ganska meningsfull och bör vara bekant för dig: För varje åtgärd är det lika motverkande. Det är för varje kraft fäst på objektet på ytan avstötas objektet med samma kraft.

Termodynamikens lagar

Brittisk fysiker och författare ch. P. Snö sa en gång att oacceptabelt, som inte visste den andra lagen i termodynamiken, var som forskare som aldrig läste Shakespeare. Idag betonade det välkända uttalandet av snö vikten av termodynamik och behovet av även människor, långt ifrån vetenskap, för att känna honom.

Termodynamik är vetenskapen om hur energi fungerar i systemet, oavsett om det är jordens motor eller kärna. Det kan minskas till flera grundläggande lagar som snö identifieras enligt följande:

Du kan inte vinna.
Du undviker inte förluster.
Du kan inte komma ut ur spelet.

Låt oss räkna ut det lite med det. Säg att du inte kan vinna, menade det faktum att eftersom frågan och energin sparas kan du inte få en, utan att förlora den andra (det vill säga e \u003d mc²). Det innebär också att för att arbeta den motorn du behöver leverera värme, men i avsaknad av ett idealiskt stängt system, kommer en viss mängd att bli oundvikligen att gå in i den öppna världen, vilket leder till den andra lagen.

Den andra lagen - förluster är oundvikliga - innebär att i samband med ökad entropi kan du inte återvända till det tidigare energiläget. Energi Koncentrerad på ett ställe kommer alltid att sträva efter platser med lägre koncentration.

Slutligen, den tredje lagen - du kan inte komma ur spelet - refererar, den lägsta teoretiskt möjliga temperaturen är minus 273,15 grader Celsius. När systemet når den absoluta nollet stannar rörelsen av molekyler, vilket innebär entropi för att nå det lägsta värdet och inte ens vara kinetisk energi. Men i den verkliga världen är det omöjligt att uppnå absolut noll - bara för att komma nära honom väldigt nära.

Archimedes kraft

Efter att den antika grekiska archimeda öppnade sin uppsjupning, ropade han "Eureka!" (Hittade!) Och sprang naken i Syardakusesna. Så läs legenden. Upptäckten var så viktig. Även legenden säger att Archimeda upptäckte principen när det noterades att vattnet i badrummet stiger när kroppen nedsänktes i den.

Enligt principen om luftburet luftburet är kraften som verkar på det nedsänkta eller delvis nedsänkta föremålet lika med vätskans massa som objektet visar. Denna princip är väsentlig i densitetsberäkningar, liksom utformningen av ubåtar och andra oceaniska kärl.

Evolution och naturligt urval

Nu när vi har etablerat några av de grundläggande begreppen om hur universum började och hur fysiska lagar påverkar vårt dagliga liv, låt oss uppmärksamma den mänskliga formen och ta reda på hur vi nådde detta. Enligt majoriteten av forskarna har allt liv på jorden en gemensam förfader. Men för en sådan stor skillnad mellan alla levande organismer, var några av dem att bli ett separat utseende.

I allmänhet inträffade denna differentiering i utvecklingsprocessen. Befolkningen av organismer och deras egenskaper passerade genom sådana mekanismer som mutationer. De som har funktionerna var mer lönsamma för överlevnad, som bruna grodor, som är helt förtäckta i träsken, valdes naturligtvis för överlevnad. Var kom termen naturligt urval från?

Du kan multiplicera två dessa teorier för mycket tid, och faktiskt darwin på 1800-talet. Evolution och naturligt urval förklarar den stora utbudet av livet på jorden.

Allmän teori om relativitet

Den allmänna teorin om relativiteten hos Albert Einstein var och förblir den viktigaste upptäckten, som för alltid ändrade vår syn på universum. Einsteins huvudsakliga genombrott var ett uttalande att utrymme och tid inte är absoluta, och gravitationen är inte bara den kraft som är knuten till objektet eller massan. Snarare är gravitationen relaterad till det faktum att massan själv är sparkar själv och tid (rymdtid).

För att förstå det, föreställ dig att du reser genom hela marken i en rak linje i östra riktningen, säger från norra halvklotet. Efter ett tag, om någon vill noggrant bestämma din plats kommer du att vara mycket söder och öster om din ursprungliga position. Detta beror på att jorden är böjd. För att gå direkt till öst måste du ta hänsyn till jordens form och gå i en vinkel av lite norr. Jämför en rund boll och ett pappersark.

Rymden är i stort sett detsamma. Till exempel, för passagerare en raket som flyger runt jorden, kommer det att vara uppenbart att de flyger i en rak linje i rymden. Men i själva verket böjer rymdtiden runt dem under agion av jordens gravitation, vilket tvingar dem samtidigt, gå framåt och stanna i jordens omlopp.

Einsteins teori hade en stor inverkan på framtiden för astrofysik och kosmologi. Hon förklarade den lilla och oväntade anomali av bana av kvicksilver, visade hur stjärntorn är böjda och läggs teoretiska baser för svarta hål.

Principen om osäkerhet Geisenberg.

Utbyggnaden av Einsteins relativitetsteori berättade mer om hur universum arbetar och hjälpte till att lägga grunden för kvantfysik, vilket ledde till en helt oväntad förvirring av teoretisk vetenskap. År 1927 ledde realiseringen att alla universums lagar i ett visst sammanhang är flexibla, ledde till stormens öppning av den tyska forskaren Werner Geisenberg.

Genom att passa din osäkerhetsprincip insåg Heisenberg att det var omöjligt att samtidigt veta med en hög nivå av noggrannhet två partikelegenskaper. Du kan känna till elektronens position med hög grad av noggrannhet, men inte dess impuls och vice versa.

Senare gjorde Nils Bor en upptäckt som hjälpte till att förklara principen om Heisenberg. Bor fick reda på att elektronen har egenskaper hos både partiklar och vågor. Konceptet blev känt som en korpuskulär-våg dualism och utgjorde grunden för kvantfysik. Därför bestämmer vi det som en partikel vid en viss plats med en obestämd våglängd. När vi mäter impulsen anser vi att elektronen som en våg, och därför kan vi känna till amplituden av dess längd, men inte positionen.

Cheat Sheet med fysikformler för tentamen

och inte bara (det kan ta 7, 8, 9, 10 och 11 klasser).

Till att börja med bilden som kan skrivas ut i en kompakt form.

Mekanik

Tryck p \u003d f / s
Densitet ρ \u003d m / v
Tryck på djupet av vätskan p \u003d ρ ∙ g ∙ h
Gravity ft \u003d mg
5. Archimedean Force Fa \u003d ρ w ∙ g ∙ vt
Motion av rörelse med lika rörelse

X \u003d x 0 + υ 0 ∙ t + (a ∙ t 2) / 2 s \u003d ( υ 2 -υ 0 2) / 2a s \u003d ( υ +υ 0) ∙ T / 2

Hastighetsekvation med motsvarande rörelse υ =υ 0 + A ∙ t
Acceleration a \u003d ( υ -υ 0) / t
Hastighet vid körning runt cirkeln υ \u003d 2πr / t
Centripetal Acceleration A \u003d υ 2 / R.
Kommunikation av perioden med en frekvens v \u003d 1 / t \u003d ω / 2π
II LAW Newton F \u003d MA
Fy \u003d -kx ben
Den globala gravitationens lag f \u003d g ∙ m ∙ m / r 2
Kroppsvikt som rör sig med acceleration A p \u003d m (g + a)
Kroppsvikt som rör sig med acceleration A ↓ p \u003d m (g-a)
Friktionskraft ftr \u003d μn
Puls kropp p \u003d m υ
Power Pulse Ft \u003d Δp
Moment av kraft m \u003d f ∙ ℓ
Potentiell kropps energi upptagen ovanför EAP Earth \u003d MGH
Potentiell energi av elastiskt deformerad kropp EP \u003d KX 2/2
Kinetisk kroppsenergi EK \u003d m υ 2 /2
Arbeta a \u003d f ∙ s ∙ cosα
Power n \u003d a / t \u003d f ∙ υ
Effektivitetsförhållande η \u003d p / az
Period av oscillationer av den matematiska pendeln t \u003d 2π√ / g
Period av oscillationer av vårpendulen t \u003d 2 π √m / k
Harmonisk oscillation ekvation x \u003d xmax ∙ cos ωt
Anslutningen av våglängden, dess hastighet och period λ \u003d υ T.

Molekylär fysik och termodynamik

Mängden ämne v \u003d n / na
Molarmassa m \u003d m / v
Cp. släkt. Energimolekyler av Singomatim Gas EK \u003d 3/2 ∙ KT
Grundläggande ekvation MKT P \u003d NKT \u003d 1 / 3NM 0 υ 2
Lag gay - loursak (isobaric process) v / t \u003d const
Charles Act (Process) P / T \u003d Const
Relativ fuktighet φ \u003d p / p 0 ∙ 100%
Inre Energi ideal. En-nominell gas U \u003d 3/2 ∙ m / μ ∙ rt
Gasoperation a \u003d p ∙ Δv
Boyles lag - Mariotta (isotermisk process) pv \u003d const
Mängden värme vid uppvärmd Q \u003d cm (t 2 -t 1)
Mängden värme vid smältning q \u003d λm
Mängden värme under förångning q \u003d lm
Mängden värme under förbränning av bränslet Q \u003d QM
Ekvationen av tillståndet hos den ideala gas PV \u003d m / m ∙ rt
Den första lagen av termodynamik Δu \u003d a + q
Effektivitet av termiska motorer η \u003d (Q 1 - Q2) / Q 1
KPD ideal. Motorer (Carno Cycle) η \u003d (t 1 - t 2) / t 1

Elektrostatik och elektrodynamik - formler i fysik

Klipp lag f \u003d k ∙ q 1 ∙ q 2 / r 2
Elektrisk fältstyrka E \u003d f / q
E-postspänning Fält av punktladdning e \u003d k ∙ q / r 2
Ytdensitet av laddningar σ \u003d q / s
E-postspänning Fält av det oändliga planet e \u003d 2πkσ
Dielektrisk konstant ε \u003d e 0 / e
Potentiell energiförsörjning. Avgifter W \u003d K ∙ Q 1 Q 2 / R
Potential φ \u003d w / q
Potentiell punktavgift φ \u003d k ∙ q / r
Spänning U \u003d A / Q
För ett homogent elektriskt fält u \u003d e ∙ d
Elektrisk kapacitet c \u003d q / u
Den platta kondensorns elektriska kapacitet C \u003d s ∙ ε ∙ε 0 / D.
Den laddade kondensorns energi W \u003d qu / 2 \u003d q ^ / 2c \u003d cu ^ / 2
Aktuell I \u003d Q / T
Explorer resistens r \u003d ρ ∙ ℓ / s
Ohma lag för sektion av kedjan I \u003d U / R
Lag Föreningar I 1 \u003d I 2 \u003d I, U 1 + U 2 \u003d U, Ri + R2 \u003d R
Lagstiftning Param. Seda. U 1 \u003d U 2 \u003d U, I 1 + I 2 \u003d I, 1 / R1 + 1 / R2 \u003d 1 / R
Effekt av elektrisk ström p \u003d i ∙ u
Lag av Joule-Lenza Q \u003d I 2 RT
OHMs lag för den totala kedjan i \u003d ε / (r + r)
Kortslutningsström (r \u003d 0) i \u003d e / r
Magnetisk induktionsvektor b \u003d fmax / ℓ ∙ i
Ampere Force Fa \u003d Ib1sin α
Lorentz Power FL \u003d BQUSIN α
Magnetisk ström F \u003d BSSOS af \u003d li
Lagen om elektromagnetisk induktion EI \u003d ΔF / Δt
EMF-induktion i motordriven EI \u003d V υ sina.
EMS självindocideringar esi \u003d -l ∙ Δi / Δt
Magnetisk energi spole wm \u003d li 2/2
Period oscillationer räknas. Kontur t \u003d 2π ∙ √lc
Induktivt motstånd x l \u003d ωl \u003d 2πl
Kapacitivt motstånd xc \u003d 1 / ωc
Det aktiva värdet av den nuvarande effekten av ID \u003d IMAX / √2,
Det aktiva värdet av spänningen UD \u003d UMAX / √2
Fullmotstånd Z \u003d √ (xc-x l) 2 + r 2

Optik

Lag av brytning av ljus n 21 \u003d n2 / n 1 \u003d υ 1 / υ 2
Brytningsindex n 21 \u003d synd α / synd y
Formulering av fin lins 1 / f \u003d 1 / d + 1 / f
Optisk effekt av linsen d \u003d 1 / f
maxinterferens: ΔD \u003d kλ,
min störning: Δd \u003d (2k + 1) λ / 2
Dif.rechet d ∙ synd φ \u003d k λ

Kvantfysiken

F-La Einstein för PhotoEffect Hν \u003d AV + EK, EK \u003d U
Rödgränsfotoeffekt ν k \u003d av / h
Puls photon p \u003d mc \u003d h / λ \u003d e / s

Atomkärnans fysik

1. "Endast fysik, bara hardcore! Cherdak", Pobedinsky D
.

Vet du vilken tid är det? Och hur kom strängteorin med? Vad är det kemiska elementet - den största i världen? Men Dmitry Pobedinsky, fysiker, populär video-blogger och permanent författare till "vinden" vet - och kan berätta! Finns det parallella universum? Är det möjligt att skapa ett riktigt lätt svärd? Vad kommer att känna artificiell intelligens vid den första kyssen? Hur är ett svart hål? Dessa och andra frågor som någon av oss kan sätta i ett slut, svarar Dmitry - lätt och tillgängligt för var och en av oss. Kyrka: Vetenskap, teknik, framtida "- Vetenskapligt - utbildningsprojekt av den största ryska nyhetsbyråns tass. För 100 000 av sina läsare skriver de om vetenskap varje dag - ryska och inte bara - och även prata om intressanta populära vetenskapsföreläsningar, utställningar, Böcker Båda filmer visar erfarenheter och svarar på vetenskapliga (och inte särskilt) frågor om den omgivande verkligheten.
2. "Kort tidshistoria. Från en stor explosion till svarta hål," Hawking med.
Fascinerande och tillgänglig. Den berömda engelska fysikern Stephen Hoking berättar om platsen för rymd och tid, om universums ursprung och det möjliga öde.
3. "Du, naturligtvis, skämt, Mr Feynman!", Feynman R.
Han var känd för sin missbruk av skämt och drar, skrev fantastiska porträtt, spelade på exotiska musikinstrument. En magnifik talare, han vände varje föreläsning till ett spännande intellektuellt spel. Inte bara studenter och kollegor rusade på sina tal, men också människor, helt enkelt entusiastiska med fysik. Autobiografi av den stora forskaren fångar starkare än äventyrsroman. Detta är en av de få böcker som för alltid är kvar i minnet av alla som läser dem.
4. "Den omöjliga", Kakak M.
Den berömda fysiker Mitio Kaku utforskar implanitekniken, fenomen eller instrument idag när det gäller möjligheten till inkarnation i framtiden. Att prata om vår närmaste framtid har forskaren ett prisvärt språk om hur universum är ordnat. Vad är en stor explosion och svarta hål, faser och antimater. Från boken "Fysik av det omöjliga" kommer du att lära dig att redan i det 21: a århundradet, i vårt liv, kraftfält, osynlighet, läsning av tankar, anslutning till utomjordiska civilisationer och till och med teleportation och interstellära resor kommer att genomföras.
Varför läsning bok är värdig. Mer sistnämnt var det svårt för oss att ens föreställa sig världen av bekanta saker idag. Mobiltelefon och internet verkade omöjligt. Du kommer att lära dig vilka modiga prognoser av författare - vetenskap och författare till filmer om framtiden har en chans att bli sann i våra ögon. Från boken av Mitio Kaku, Amerikansk fysik och popularier av vetenskap, lär du dig om de mest komplexa fenomenen och de senaste prestationerna i modern vetenskap och teknik. Du kommer inte bara att se mänsklighetens framtid, utan förstår också universums grundläggande lagar. Du kommer att se till att det inte finns något omöjligt i den här världen!
5. "Fysikens skönhet. Matlagning av naturens enhet", Wilchk F.
Är det sant att skönhet reglerar världen? Tänkare, konstnärer och forskare ställdes i hela mänsklighetens historia. På sidorna i en utmärkt illustrerad bok delar Nobelpristagaren av Frank Wilchek sina reflektioner om skönheten i universum och vetenskapliga idéer. Steg för steg, som börjar med de grekiska filosofernas representationer och slutar med den moderna huvudteorin om interaktion och anvisningarna för dess troliga utveckling, visar författaren de fysiska begreppen om tanken på skönhet och symmetri underliggande fysiska begrepp. Heroes av hans forskning - och Pythagoras, Plato, och Newton och Maxwell, och Einstein. Slutligen är detta Emmy Neuter, som medförde lagen om bevarande från symmetrier, och den stora pleaden av fysiker i XX-talet.
Till skillnad från många popularierare är Frank Wilchek inte rädd för formler och vet hur "på fingrarna" visar de svåraste sakerna, infekterar oss med humor och känslan av ett mirakel.
6. "Varför är E \u003d MC2? Och varför ska det vara oroligt", Cola b., Forshou D.
Denna bok kommer att bidra till att förstå teorin om relativitet och tränga in i betydelsen av världens mest kända ekvation. Einstein lade grunden på sin teori om rymd och tid, där all modern fysik är baserad. Försöker förstå natur, fysik och idag skapa teorier som ibland i roten förändrar våra liv. Om hur de gör det, berättar i den här boken.
Boken kommer att vara användbar för alla som är intresserade av enheten i världen.
7. "Quantum Universe", Coke B., ForSow J.
Hur det fungerar vad vi inte kan se.
I den här boken presenterar auktoritativa forskare Brian Coke och Jeff Forsow läsare med kvantmekanik - den grundläggande modellen för världens enhet. De berättar vad observationer ledde fysiker att kvanta teorin, som den utvecklades och varför forskare, trots all sin underlighet, så de är övertygade om det.
Boken är utformad för alla som är intresserade av kvantfysik och universums enhet.
8. "Fysik. Naturvetenskap i serier", Gonik L., Huffman a.
Innan du börjar prata i formulerna som Feynman och Landau, måste du utforska grunderna. Denna bok i en spännande form introducerar grundläggande fysiska fenomen och lagar. Aristoteles och Galilee, Newton och Maxwell, Einstein och Feynman erkänns av mänsklighetens geni, som gjorde ett stort bidrag till utvecklingen av fysik, och i denna unika ersättning förklarar det som består. Det finns ett brett utbud av ämnen: mekanik, el, relativitetsteori, kvanta elektrodynamik. Tillgänglighet i kombination med en hög vetenskaplig nivå för presentation garanterar framgång för att studera en av de mest intressanta disciplinerna, nära relaterade till andra områden, och framför allt med tekniken.
9. "Teorin om strängar och dolda mätningar av universum", Yau sh., Nadis med.
Den revolutionära teorin om strängar hävdar att vi lever i det tiodimensionella universum, men endast fyra av dessa mätningar är tillgängliga för mänsklig uppfattning. Om du tror på moderna forskare rullas de återstående sex dimensionerna i en fantastisk struktur, känd som Kalabi-DYAU-sorterna.

Hur många fysikens lagar. Grundläggande lagar av fysik.

Lagen om bevarande av energi hävdar att kroppens energi aldrig försvinner och visas inte igen, det kan bara vända sig från en art till en annan. Denna lag är universell. I olika delar av fysiken har den sin egen formulering. Klassisk mekanik anser lagen om bevarande av mekanisk energi.

Den fullständiga mekaniska energin hos ett slutet system av fysiska kroppar, mellan vilka konservativa krafter gäller är värdet av konstant. Så är lagen om bevarande av energi i Newtons mekanik formulerad.

Stängt eller isolerat är det vanligt att överväga det fysiska systemet som externa krafter inte är tillämpliga. Det byter inte energi med det omgivande utrymmet, och sin egen energi, som den har, är oförändrad, det vill säga bevaras. I ett sådant system finns det bara interna krafter, och kropparna interagerar med varandra. Det kan bara konvertera potentiell energi i kinetisk och vice versa.

Det enklaste exemplet på ett slutet system är en snipergevär och kula.

Fysikens lagar som borde känna till var och en. Grundläggande lagar av fysik (skolkurs).

Bevarande och omvandlingens energi Lagen är den allmänna lagen om naturen: Energin i ett slutet system med alla processer som förekommer i systemet förblir konstant (beständig). Energi kan bara vända sig från en form till en annan och omfördelas mellan de delar av systemet. För ett försämrat system är en ökning av (minskning) av sin energi lika med minskad (stigande) energi av interaktiva kroppar och fysiska fält.

Archimedes lag är lagen om vatten och aerostatisk: på kroppen nedsänkt i vätska eller gas, är utstötningskraften som verkar vertikalt uppåt, numerisk lika med vikten av den flytande eller gasförskjutna och fäst i tyngdpunkten hos den nedsänkta delen av kroppen. FA \u003d GV, där densiteten av vätska eller gas, V är volymen av den nedsänkta delen av kroppen. Annars är det möjligt att formulera detta sätt: kroppen, nedsänkt i vätska eller gas, förlorar i sin vikt så mycket som väger vätska (eller gas). Då p \u003d mg - faintrot dr. Gr. Scientist Archimem i 212 FÖRE KRISTUS. Det är grunden för teorin om simning tel.

Världslaglag - Newtons lag: Alla kroppar lockas till varandra med kraften av direkt proportionell mot själva kroppens massa och omvänt proportionell mot torget av avståndet mellan dem :, där m och m-massa av interaktiva kroppar, r - Avståndet mellan dessa kroppar, G - gravitationstjänst permanent (i C \u003d 6,67,10-11N.M2 / kg2.

Galilee-principen om relativitet, den mekaniska principen om relativitet är principen om klassisk mekanik: i alla tröghetssystem, fortsätter alla mekaniska fenomen lika med samma förhållanden. Jfr Relativitetsprincip.

En tik lag är en lag, enligt vilken de elastiska deformationerna är direkt proportionella mot att de orsakar yttre påverkan.

Bevarande impulsrätt är lagen om mekanik: impulsen av ett slutet system med alla processer som förekommer i systemet förblir konstant (fortsatt) och kan endast omfördelas mellan systemets delar som ett resultat av deras interaktion.

Newton Laws är tre lagar som ligger bakom Newtonian Classical Mechanics. 1: a lag (tröghetslag): Materialpunkten är i ett tillstånd av rätlinjig och enhetlig rörelse eller vila om andra kroppar eller effekten av dessa kroppar kompenseras för. Den andra lagen (den viktigaste lagen om dynamik): acceleration som erhållits av kroppen, direkt proportionell mot de resulterande alla krafter som verkar på kroppen och omvänt proportionell mot kroppens (). 3: e lag: två materialpunkter interagerar med varandra krafter av en natur som är lika i storlek och motsatt i riktning längs linjen som förbinder dessa punkter ().

Relativitetsprincipen är en av de relativitet av teorin, som hävdar att i alla tröghetssystem, alla fysiska (mekaniska, elektromagnetiska etc.) fenomen under samma förhållanden strömmar densamma. Han är en generalisering av Galilee-principen om relativitet på alla fysiska fenomen (med undantag för grav).

Lagen om konstanti av ämnets sammansättning.

Konstensens lagstiftning (JL-prust, 1801 - 1808) - någon bestämd kemiskt ren förening, oavsett metod för sin produktion, består av samma kemiska element, och förhållandet mellan deras massor är konstant och de relativa siffrorna av deras atomer uttrycks av heltalsnummer. Detta är en av de viktigaste lagarna i kemi.

Konstenslagen av kompositionen utförs inte för Bertollider (variabla föreningar). Men villkorligt för enkelhet, registreras många Bertollides som permanent. Exempelvis skrivs sammansättningen av järn (II) oxid i form av FeO (i stället för en mer exakt FE-formel

Lagen om den globala gravitationen. Beskrivning av världens lag

Koefficienten är en gravitationskonstant. I SI-systemet betyder gravitationskonstanten:

Denna konstant, som kan ses, är mycket liten, så krafterna mellan kroppar som har små massor är också små och praktiskt taget inte. Men rörelsen av kosmiska kroppar bestäms fullständigt av tyngdkraften. Närvaron av global eller, med andra ord, den gravitationella interaktionen förklarar vad marken och planeterna "håller" "och varför de flyttar runt solen beroende på vissa banor, och de flyger inte bort från det. Lagan om den globala gravitationen gör att du kan bestämma många egenskaper hos himmelska kroppar - massan av planeter, stjärnor, galaxer och till och med svarta hål. Denna lag gör det möjligt att beräkna orbiterna på planeterna och skapa en matematisk modell av universum.

Med hjälp av världens värld kan du också beräkna kosmiska hastigheter. Till exempel faller den minsta hastighet där kroppen rör sig horisontellt ovanför marken inte på den, och kommer att röra sig längs en cirkulär bana - 7,9 km / s (första kosmisk hastighet). För att lämna jorden, d.v.s. För att övervinna sin gravitationella attraktion måste kroppen ha en hastighet på 11,2 km / s, (andra kosmisk hastighet).

Gravity är ett av de mest fantastiska fenomenen naturen. I avsaknad av tyngdkrafter skulle universums existens vara omöjligt, universum kunde inte ens uppstå. Gravity är ansvarig för många av processerna i universum - hennes födelse, förekomsten av order istället för kaos. Tyngdkraftens natur är fortfarande inte ens nog. Hittills har ingen kunnat utveckla en anständig mekanism och en modell av gravitationell interaktion.

Lagen (kraft) av archimedes - på kroppen, nedsänkt i vätska eller gas, verkar utstötningskraften som är lika med vikten av vätskan eller gasen som tillhandahålls av denna kropp.

I integrerad form

Archimedean styrka riktas alltid motsatt av tyngdkraften, så kroppsvikt i vätska eller gas är alltid mindre än vikten av denna kropp i vakuum.

Om kroppen flyter på ytan eller jämnt rör sig upp eller ner, är utstötningskraften (även kallad den archimedeanska kraften) lika med modulen (och motsatt i riktning), tyngdkraftens styrka som verkar på fluidutgången (gas) och är fäst vid centrum för svårighetsgraden av denna volym.

När det gäller de organ som är i Gaza, till exempel, i luften, är det nödvändigt att ersätta densiteten hos vätskan som skall ersättas med densiteten hos vätskan till densiteten hos gasen för att hitta lyftkraften (krafterna av Archimedes). Till exempel flyger en boll med helium på grund av det faktum att densiteten av helium är mindre än lufttätheten.

I avsaknad av ett gravitationsfält (tyngdkraftsstyrka), det vill säga i ett tillstånd av viktlöshet, fungerar inte archimedes lag. Kosmonauter med detta fenomen är bekanta nog. I synnerhet, i viktlöshet finns det inget konvektionsfenomen (naturlig rörelse av luft i rymden), därför, till exempel luftkylning och ventilation av bostadshus av rymdfarkoster produceras med våld, fläktar

Den nuvarande standardmodellen för fysik av elementära partiklar är en benmekanism som består av en skuren uppsättning ingredienser. Men trots den synliga unika egenheten är vårt universum bara en av de otaliga många möjliga världarna. Vi har ingen aning om varför den här speciella konfigurationen av partiklar och krafter som påverkar dem, ligger till grund för vår världsordning.

Varför det finns sex "aromer" av kvarker, tre "generationer" neutrino och en partikel av Higgs? Dessutom innefattar konfigurationen av standardmodellen nitton grundläggande fysikaliska konstanter (till exempel massa och laddning av elektronen). Värdena för dessa "fria parametrar" verkar ha ingen djup mening. Å ena sidan är fysiken hos elementära partiklar en prov elegans. Å andra sidan är det bara en vacker teori.

Om vår värld är bara en av många, vad ska vi göra med alternativa världar? Den nuvarande synvinkel är det absoluta motsatsen till Einsteins idé om det unika universum. Moderna fysiker täcker ett stort sannolikhetsutrymme och försöker förstå logiken i sina relationer. Från guldkiten blev de till geografer och geologer som applicerade landskapet på kartan och den detaljerade styrkan i krafterna, som bildades.

Milstolpen i denna process var födelsen av strävan. För närvarande är hon den enda kandidaten för titeln "teori av alla". Goda nyheter är att det inte finns några fria parametrar i strängteori. Frågan uppstår inte, vad teorin om strängar beskriver vårt universum, för det är den enda. Frånvaron av ytterligare funktioner leder till radikala konsekvenser. Alla siffror i naturen bör bestämmas av själva fysiken. Detta är inte en "konstant av natur", men helt enkelt variabler som erhållits från ekvationer (ibland sanning, otroligt komplex).

Dåliga nyheter, herrar. Utrymmet för lösningar av strävan är omfattande och svårt. För fysik är detta normalt. Traditionellt skilja de grundläggande lagar som bygger på matematiska ekvationer och på lösningar av dessa ekvationer. Vanligtvis finns det flera lagar och ett oändligt antal lösningar. Ta Newtons lagar. De är tydliga och eleganta, men beskriver ett otroligt stort antal fenomen: från ett fallande äpple till månens omlopp. Att veta systemets ursprungliga tillstånd, med hjälp av dessa lagar kan du beskriva sitt tillstånd vid nästa ögonblick. Vi förväntar oss inte och behöver inte en universell lösning som skulle beskriva allt.

1,1. Anteckning.Lagarna i teorin om relativitet och kvantmekanik, enligt vilken rörelsen och interaktionen mellan elementära partiklar av material uppträder, förutbestämmer bildandet och utseendet av mönster av den bredaste cirkeln av fenomen som studeras av olika naturvetenskap. Dessa lagar ligger till grund för modern hög teknik och bestämmer i stor utsträckning staten och utvecklingen av vår civilisation. Därför är bekantskap med grunden för grundläggande fysik nödvändig, inte bara till studenter, utan också till skolbarn. Aktiv besittning av grundläggande kunskaper om världens enhet är nödvändig för att komma in i livet en person för att hitta sin plats i denna värld och framgångsrikt fortsätta att lära sig.

1,2. Vad är den största svårigheten i denna rapport.Det adresseras samtidigt från båda specialisterna inom fysik av elementära partiklar, och en mycket bredare publik: fysiker som inte är engagerade i elementära partiklar, matematik, kemister, biologer, energi, ekonomer, filosofer, lingvisister, ... att vara tillräckligt nog , Jag måste använda villkor och formler av grundläggande fysik. För att förstås måste jag ständigt förklara dessa villkor och formler. Om fysiken hos elementära partiklar inte är din specialitet, läs bara de sektioner, vars titel inte är markerade med stjärnor. Försök sedan läsa avsnitt med en asterisk *, två **, och slutligen tre ***. Om de flesta sektioner utan stjärnor lyckades jag berätta under rapporten, och det fanns ingen tid för resten.

1,3. Fysik av elementära partiklar.Fysik av elementära partiklar är grunden för alla naturvetenskapliga vetenskaper. Det studerar de minsta partiklarna av materia och de grundläggande mönstren för deras rörelser och interaktioner. I slutändan, dessa mönster och bestämmer beteendet hos alla föremål på jorden och i himlen. Fysiken hos elementära partiklar handlar om sådana grundläggande begrepp som utrymme och tid. materia; Energi, impuls och massa; snurra. (De flesta läsare har en uppfattning om utrymme och tid, kanske hört talas om kommunikation av massa och energi och inte föreställ dig impulsen här, och det är osannolikt att det är möjligt att känna igen den viktigaste rollen i fysiken. Det faktum att Ring saken kan ännu inte hålla med varandra ännu experter.) Fysiken hos elementära partiklar skapades i XX-talet. Dess skapelse är oupplösligt kopplad till skapandet av de två största teorierna i mänsklighetens historia: teorier om relativitet och kvantmekanik. De viktigaste konstanterna i dessa teorier är ljusets hastighet c. Och Planck konstant h..

1,4. Relativitetsteorin.Den speciella teorin om relativitet, som uppstod i början av 1900-talet, avslutade syntesen av ett antal vetenskaper som studerade sådana klassiska fenomen som el, magnetism och optik, vilket skapade en mekaniker vid hastigheter av kroppar som är jämförbara med ljusets hastighet . (Klassisk nonrelativistisk mekanik Newton behandlade hastigheter v.<<c..) Sedan 1915 skapades den allmänna teorin om relativitet, som utformades för att beskriva gravitativa interaktioner, med tanke på gränsen för ljushastighet c..

1,5. Kvantmekanik.Kvantmekanik, skapad på 1920-talet, förklarade strukturen och egenskaperna hos atomer, baserat på de dubbla korpuskulära vågegenskaperna hos elektroner. Hon förklarade ett stort utbud av kemiska fenomen i samband med interaktionen av atomer och molekyler. Och får beskriva processerna för utsläpp och absorption med dem. För att förstå den information som solen och stjärnorna bär oss.

1,6. Quantum Field Theory.Kombinera teorin om relativitet och kvantmekanik ledde till skapandet av en kvantfältsteori, vilket möjliggjorde de viktigaste egenskaperna hos materia med hög grad av noggrannhet. Kvantfältteori är givetvis för komplicerat, så att det kan förklaras för skolbarn. Men i mitten av 1900-talet fanns det ett visuellt språk i Faynman-diagrammen, som radikalt förenklar förståelsen av många aspekter av kvantfältteori. Ett av de viktigaste målen med denna rapport är att visa hur med hjälp av Faynman-diagram kan du helt enkelt förstå den bredaste cirkeln av fenomen. Samtidigt kommer jag att hålla mig mer detaljerat om frågor som inte är kända för alla experter på kvantfältteorin (till exempel om länkarna i klassisk och kvantkvalitet), och bara scoop av frågor diskuteras allmänt i populära Vetenskapslitteratur.

1,7. Identiteten av elementära partiklar.Elementära partiklar kallas de minsta odelbara partiklarna av materia, varav hela världen är byggd. Den mest fantastiska egenskapen som skiljer dessa partiklar från konventionella icke-elementära partiklar, till exempel korn eller pärlor, är att alla elementära partiklar av en sort, till exempel, alla elektroner i universum absolut (!) Är identiska - identiska. Och som ett resultat är varandra identisk och deras enklaste relaterade tillstånd är atomer och de enklaste molekylerna.

1,8. Sex elementära partiklar.För att förstå de viktigaste processerna som uppstår på jorden och i solen, i den första approximationen, är det tillräckligt att förstå de processer där sex partiklar deltar: elektron e., Proton p.neutron n. och elektronningrino v e, såväl som foton y och grusit G. De första fyra partiklarna har en snurr 1/2, fotonspinnet är 1 och graviton 2. (partiklar med en hel spin kallas bosoner, partiklar med en halv heer tillbaka kallas fermioner. Mer detaljer på baksidan kommer att sägas Nedan.) Protoner och neutroner kallas vanligtvis nukleoner, eftersom atomkärnor är byggda och kärnkärnan är kärnan. Elektron och neutrino kallas lepton. De har inte starka kärnkraftsinteraktioner.

På grund av den mycket svaga interaktionen av gravitoner är enskilda gravitoner omöjliga att observera, men exakt av dessa partiklar utförs i naturens gravitation. Precis som elektromagnetiska interaktioner utförs med hjälp av fotoner.

1,9. Anticascies.Elektron, proton och neutroner har så kallade antipartiklar: positron, antiproton och antineutron. I kompositionen av den konventionella substansen ingår de inte, eftersom de har stött på motsvarande partiklar, kommer in med dem i reaktionen av ömsesidig förstörelse - förintelse. Så, elektronen och positronen är utplånad i två eller tre fotoner. Photon och grusiton är verkligen neutrala partiklar: de sammanfaller med sina anti-collies. Är en riktigt neutral partikelneutrino, medan den är okänd.

1,10. Nukleoner och kvarker.I mitten av 20-talet visade det sig att kärnorna själva består av mer elementära partiklar - kvarker av två typer som betecknar u. och d.: p. = uud., n. = ddu.. Samspelet mellan kvarkerna utförs av gluoner. Antinaclons består av antikvaror.

1,11. Tre generationer av fermioner.Såväl som u., d., e., v E.två andra grupper öppnades och studerades (eller, som de säger, generationer) kvarkar och leptoner: c., s., μ, v μ och t., b., τ, ν τ. I kompositionen av ett konventionellt ämne ingår inte dessa partiklar, eftersom de är instabila och snabbt sönderdelas till de mer lungpartiklar i den första generationen. Men de spelade en viktig roll i de första ögonblicken av universums existens.

För en ännu mer fullständig och djup förståelse av naturen behövs ännu fler partiklar med ännu mer ovanliga egenskaper. Men i framtiden kommer allt detta sortiment att kunna minska flera enkla och utmärkta enheter.

1.12. Hadron.Den många familjen av partiklar som består av kvarker och / eller antikvarker och gluoner kallas adrones. Alla hadrons, med undantag av nukleoner, är instabila och är därför inte en del av det konventionella ämnet.

Ofta refererar nålarna också till elementära partiklar, eftersom de inte kan delas upp i fria kvarker och gluoner. (Jag gjorde också proton och neutron till de första sex elementära partiklarna.) Om alla hadroner anses vara elementära, kommer antalet elementära partiklar att mätas av hundratals.

1,13. Standardmodell och fyra typer av interaktioner.Såsom kommer att förklaras nedan möjliggör de ovan angivna elementära partiklarna inom ramen för den så kallade "standard elementära partikelmodellen" beskriva alla processer som fortfarande är kända som ett resultat av gravitations-, elektromagnetiska, svaga och starka interaktioner. Men för att förstå hur de första två av dem fungerar, finns det tillräckligt med fyra partiklar: foton, graviton, elektron och proton. Samtidigt består proton av u.- I. d.Svetsarna och gluonsna visar sig vara obetydliga. Naturligtvis, utan svaga och starka interaktioner, är det omöjligt att förstå hur atomkärnorna är ordnad eller hur vår sol fungerar. Men hur de atomskal är anordnade, vilket bestämmer alla de kemiska egenskaperna hos element, hur elverk och hur galaxerna är ordnade, är det möjligt att förstå.

1,14. Utanför den berömda.Vi vet redan idag att partiklarna och interaktionen mellan standardmodellen inte uttömmer naturskattet.

Det har fastställts att vanliga atomer och joner är bara mindre än 20% av hela saken i universum, och mer än 80% är den så kallade mörka materia, vars natur fortfarande är okänd. Utsikten är vanligast att mörk materia består av superchaster. Det är möjligt att det består av spegelpartiklar.

Ännu mer slående är att all materia, både synliga (ljus) och mörkret, bär bara en fjärdedel av hela universums energi. Tre fjärdedelar tillhör den så kallade mörka energin.

1,15. Elementära partiklar "e. i examen, "grundläggande.När min lärare Isaac Yakovlevich Pomeranchuk ville betona vikten av någon fråga, sa han att frågan E är viktigt. Naturligtvis, de flesta naturvetenskap, och inte bara fysiken hos elementära partiklar, grundläggande. Fysik av kondenserat media, till exempel, obeys de grundläggande lagar som kan användas utan att ta reda på hur de följer av fysikens lagar. Men lagarna i teorin om relativitet och kvantmekanik " e. Graden av grundläggande "i den meningen att de inte kan motsäga ingen av de mindre allmänna lagarna.

1,16. Grundläggande lagar.Alla processer i naturen uppstår som ett resultat av lokala interaktioner och rörelser (fördelningar) av elementära partiklar. De viktigaste lagarna som hanterar dessa rörelser och interaktioner är mycket ovanliga och mycket enkla. De är baserade på begreppet symmetri och principen att allt som inte motsäger symmetri kan och bör uppstå. Nedan kommer vi att använda språket i Feynman-diagrammen, som realiseras i gravitations-, elektromagnetiska, svaga och starka interaktioner av partiklar.

2. Partiklar och liv

2.1. Om civilisation och kultur.Utländsk medlem av den ryska akademin av vetenskap Valentin Tegady (1922-2006) Förklarade: "Om WC (WaterCloset) är en civilisation, då är förmågan att använda den kultur."

Anställd ITEF A. A. Apricos ML. Jag skrev till mig nyligen: "Ett av målen i din rapport är att övertyga den höga publiken som behövs för att i stor utsträckning undervisa modern fysik. Om så är fallet skulle det vara möjligt att ge några inhemska exempel. Jag menar följande:

Vi lever i en värld, som även på hushållsnivån är otänkbar utan kvantmekanik (km) och relativitetsteori (MOT). Mobiltelefoner, datorer, alla moderna elektronik, för att inte tala om LED-lampor, halvledarlaser (inklusive pekare), LCD-skärmar är i huvudsak kvantinstruktioner. Förklara hur de fungerar är omöjligt utan de grundläggande begreppen Km. Och hur förklarar de dem, inte nämner om tunnelering?

Det andra exemplet kan veta från dig. Satellitnavigatörer finns redan i varje 10: e bil. Noggrannheten i klocksynkroniseringen i satellitnätet är inte mindre än 10-8 (detta motsvarar mätarens fel vid lokaliseringen av objektet på markytan). Liknande noggrannhet kräver att man tar hänsyn till ändringarna på klockan på en rörlig satellit. De säger att ingenjörerna inte kunde tro det, så de första instrumenten hade ett dubbelprogram: med och exklusive ändringar. Som det visade sig fungerar det första programmet bättre. Här är en kontroll av teorin om relativitet på hushållsnivån.

Naturligtvis, chattar på telefonen, kör bilen och knackar på datortangenterna och utan hög vetenskap. Men knappast akademiker bör uppmana att inte lära sig geografi, för "cabulings är".

Och sedan skolbarn, och då är studenterna fem år gamla taldycht om materiella prickar och galileisk relativitet, och plötsligt förklarar ingen av detta att det är "inte riktigt sant."

Reborn med en visuell newtonisk värld på en kvant även på Fiztech är svårt. Din, AAA.

2,2. Om grundläggande fysik och utbildning.Tyvärr har det moderna utbildningssystemet fallit bakom den moderna grundläggande fysiken i ett hel århundrade. Och de flesta (inklusive majoriteten av forskarna) har inte tanken på världens överraskande klara och enkla bild (karta), som skapades av fysiken i elementära partiklar. Detta kort gör det möjligt att navigera mycket lättare att navigera i alla naturvetenskapliga vetenskaper. Syftet med min rapport är att övertyga om att vissa element (begrepp) av fysiken hos elementära partiklar, teorin om relativitet och kvantteori kan och bör vara grunden för att undervisa alla naturvetenskapliga saker inte bara i det högsta, men också i mitten och till och med i grundskolan. Trots allt är fundamentalt nya koncept enklaste att vara behärskade i barndomen. Barnet masterar lätt tungan, är behärskat med en mobiltelefon. Många barn på några sekunder återvänder Rubiks kub till sitt ursprungliga tillstånd, och jag har inte tillräckligt med dag.

Så att det inte finns några obehagliga överraskningar i framtiden är det nödvändigt att lägga tillräcklig världsutsikt i dagis. Konstant c. och h. Måste bli för barnkunskapsverktyg.

2,3. Om matematik.Matematik - Drottningen och Haid of All Sciences - kommer säkert att fungera som huvudverktyg av kunskap. Det ger sådana grundläggande begrepp som sanning, skönhet, symmetri, ordning. Begreppen noll och oändlighet. Matematik lär sig att tänka och räkna. Grundläggande fysik är otänkbar utan matematik. Utbildning är otänkbar utan matematik. Självklart, för att studera teorin om grupper i skolan, kanske tidigt, men att undervisa att uppskatta sanningen, skönhet, symmetri och ordning (och samtidigt viss förvirring).

Det är mycket viktigt att förstå övergången från riktiga (reella) nummer (enkelt, rationellt, irrationellt) mot imaginärt och komplext. Studera hypercomplexnummer (kvaternioner och oktonioner) bör förmodligen bara de studenter som vill arbeta inom matematik och teoretisk fysik. I mitt arbete använde jag till exempel oktonioner. Men jag vet att de förenklar förståelsen för det mest lovande, enligt många teoretiska fysiker, den exklusiva gruppen av symmetri E 8.

2,4. På världsvetenskap och naturvetenskap.Tanken med de grundläggande lagarna som styr världen är nödvändig i alla naturvetenskap. Naturligtvis, fysiken i solid kropp, kemi, biologi, jordvetenskap, astronomi har sina egna specifika begrepp, metoder, problem. Men det är väldigt viktigt att ha en vanlig karta över världen och förstå att det finns många vita fläckar av det okända på den här kartan. Det är väldigt viktigt att förstå att vetenskapen inte är en oändlig dogma, utan en levnadsprocess att närma sig sanningen i en mängd olika punkter på världskartan. Tillvägagångssätt för sanning är en asymptotisk process.

2,5. Om sann och vulgär reduktion.Tanken att mer komplexa strukturer i naturen består av mindre komplexa strukturer och i slutändan från de enklaste elementen är vanligt att kallas reduktion. I den meningen, vad jag försöker övertyga dig, är det reduktion. Men absolut oacceptabel vulgär reduktion som gäller för det faktum att alla vetenskaper kan reduceras till fysiken hos elementära partiklar. Vid varje, även en högre nivå av komplexitet, bildas deras mönster och uppstår. För att vara en bra biolog behöver du inte känna till fysiken hos elementära partiklar. Men förstå hennes plats och roll i vetenskapssystemet, förstå konstantens nodala roll c. och h. nödvändig. Trots allt är vetenskap som helhet en enda organism.

2,6. Om humanitära och samhällsvetenskap.Den allmänna tanken på världens enhet är mycket viktig för ekonomin, och för historia, och för kognitiva vetenskaper, såsom språkvetenskap, och för filosofi. Omvänt - dessa vetenskap är extremt viktiga för den mest grundläggande fysiken, som ständigt förtydligar sina grundläggande begrepp. Det kommer att ses av hänsyn till teorin om relativitet som jag ska gå nu. Jag kommer särskilt att säga om vetenskapen om lagligt, extremt viktigt för välstånd (för att inte tala om överlevnaden) av naturvetenskap. Jag är övertygad om att offentliga lagar inte bör motsäga naturens grundläggande lagar. Mänskliga lagar bör inte motsäga naturens gudomliga lagar.

2,7. Micro, Macro, Cosm.Vår vanliga värld av stora, men inte gigantiska, saker kallas macromir. Världen av himmelska föremål kan kallas Cosmomir, och världens atom- och subatomiska partiklar kallas en mikroworome. (Eftersom storleken på atomer på ca 10 -10 m, då micromeren betyder minst 4 och sedan 10 storleksordningar mindre än mikrometer och 1-7 beställningar av mindre än nanometern. Moderitetsområde Nano är belägen på nanometern. Vägen från mikro till makroen.) I 20-talet konstruerades den så kallade standardmodellen av elementära partiklar, vilket gör det möjligt för oss att helt enkelt och tydligt förstå många makro- och kosmosmönster baserat på mikroens lagar.

2,8. Våra modeller.Modeller i teoretisk fysik är byggda genom att kassera obetydliga omständigheter. Till exempel, i atom- och kärnfysik, är gravitativa interaktioner av partiklar försumbar, och de kan inte beaktas. En sådan modell av världen passar in i en speciell teori om relativitet. I den här modellen finns atomer, molekyler, kondenserade kroppar, ... Acceleratorer och kollidrar, men ingen sol och stjärnor.

En sådan modell kommer säkert att vara felaktig i stor skala, där gravitationen är väsentlig.

Naturligtvis behövs förekomsten av jorden (och följaktligen tyngdkraften), men för att förstå den överväldigande majoriteten av experiment i CERN (förutom sökningar efter kollider av mikroskopiska "svarta hål"), Gravity är obetydlig.

2,9. Storleksordningar.En av svårigheterna att förstå egenskaperna hos elementära partiklar är kopplad till det faktum att de är mycket små och det finns många av dem. I vattenskeden, ett stort antal atomer (ca 10 23). Inte mycket mindre än antalet stjärnor i den synliga delen av universum. Stora tal behöver inte vara rädda. Det är trots allt lätt att vända med dem, eftersom multiplikationen av tal reduceras huvudsakligen till tillsatsen av sina beställningar: 1 \u003d 10 0, 10 \u003d 10 1, 100 \u003d 10 2. Multiplicera 10 per 100, vi får 10 1 + 2 \u003d 10 3 \u003d 1000.

2,10. Droppe olja.Om en droppe olja med en volym av 1 milliliter att falla till ytan av vattnet, bryter den in i en regnbågens fläckyta på cirka flera kvadratmeter och en tjocklek av ordning hundratals nanometer. Det är bara tre storleksordningar mer än storleken på atomen. Och tjockleken på filmbubblafilmen på de mest subtila platserna i storleksordningen av molekylerna.

2,11. Jouley.Det vanliga AA-batteriet har en 1,5 volt (b) spänning (B) och innehåller en elektrisk strömförsörjning på 10 4 Joule (J). Låt mig påminna dig om att 1 j \u003d 1 hänge × 1 v, och också den 1 j \u003d kg m 2 / s 2 och att accelerationen av jordens attraktion är ca 10 m / s 2. Så 1 Joul tillåter dig att höja 1 kilo till en höjd av 10 cm, och 10 4 jr kommer att höja 100 kg 10 meter. Så mycket energi förbrukar hissen för att höja en skolpojke för tionde våningen. Det är så mycket energi i batteriet.

2,12. Elektroniskt innehåll.Enheten av energi i fysik hos elementära partiklar är elektronrull (EV): 1 elektron förvärvas med 1 elektron, som har passerat skillnaden i 1 voltpotentialer. Eftersom i ett hängsmycke 6.24 · 10 18 elektroner, då 1 j \u003d 6,24 · × 10 18 eV.

1 KEV \u003d 10 3 EV, 1 MeV \u003d 10 6 EV, 1 GeV \u003d 10 9 EV, 1 TEV \u003d 10 12 EV.

Låt mig påminna dig om att energin i en proton i den stora Hadron Collider Cern ska vara 7 Tev.

3. På teorin om relativitet

3.1. Referenssystem.Vi beskriver alla våra experiment i vissa referenssystem. Referenssystemet kan vara ett laboratorium, ett tåg, en jord-satellit, centrum av galaxen .... Referenssystemet kan också vara någon partikelflygning, till exempel i partikelaccelerator. Eftersom alla dessa system rör sig i förhållande till varandra, kommer inte alla erfarenheter att se i dem samma. Dessutom är de olika och gravitationseffekten av närmaste massiva kroppar. Det står för dessa skillnader som utgör det viktigaste innehållet i relativitetsteorin.

3.2. Ship Galileo.Galiley formulerade principen om relativitet, som bildligt beskriver alla typer av experiment i kabinen smidigt flytande fartyg. Om Windows gardineras är det omöjligt med dessa experiment att ta reda på hur mycket fartyget rör sig och om det är värt det. Einstein tillsatte experiment till denna stuga med den slutliga hastigheten på ljuset. Om du inte tittar på fönstret är det omöjligt att ta reda på fartygets hastighet. Men om du tittar på stranden, så kan du.

3,3. Avlägsna stjärnor *.Det är rimligt att fördela ett sådant referenssystem om vilka människor som kan formulera resultaten av sina experiment, oavsett var de är. För ett sådant universellt referenssystem har ett system länge tagit lång tid i vilken avlägsna avlägsna stjärnor. Och relativt nyligen (ett halvt sekel sedan) var ännu mer avlägsna kvasar öppna och det visade sig att den relikala mikrovågsugnen skulle vara isotropisk i detta system.

3,4. På jakt efter ett universellt referenssystem *.I huvudsak är hela historien om astronomi främjandet av ett mer mångsidigt referenssystem. Från antropocentriska, där i mitten av mannen, till den geocentriska, där i mitten av viloläge (Ptolemy, 87-165), till heliocentric, där solen vilar i mitten (Copernicus, 1473-1543), Till Galacentric, där centrum av vår galax vilar till den galaktiska nebular, där nebulae-systemet vilar - galaxer kluster, till bakgrunden, där den kosmiska mikrovågsugnen är isotroped. I huvudsak är dock att hastigheten på dessa referenssystem är små jämfört med ljusets hastighet.

3,5. Copernicus, Kepler, Galilee, Newton *.I boken av Nikolai Copernicus "på de himmelska sfärernas rotationer", som publicerades år 1543, står det: "Alla märkbara vid solen är inte märklig för honom, men tillhör jorden och vårt fält, tillsammans med vilka vi roterar runt solen, som någon annan planet; Således har jorden flera rörelser. De till synes raka och inversa rörelserna av planeterna hör inte till dem, men jorden. Således är en sak dess rörelse är tillräcklig för att förklara det stora antalet oegentligheter som syns på himlen. "

Copernicus och Kepler (1571-1630) gav en enkel fenomenologisk beskrivning av kinematiken av dessa rörelser. Galileen (1564-1642) och Newton (1643-1727) förklarade sin dynamik.

3,6. Universellt utrymme och tid *.De rumsliga koordinaterna och tiden som tillskrivs det universella referenssystemet kan kallas universell eller absolut i fullständig harmoni med relativitetsteorin. Det är viktigt att bara betona att valet av detta system görs och samordnas av lokala observatörer. Varje referenssystem, som gradvis rör sig i förhållande till universalsystemet, är tröghet: det är likformigt och enkelt i det.

3,7. "Invariance teori"*. Observera att Albert Einstein (1879-1955) och Max Planck (1858-1947) (som introducerades 1907 trodde termen "relativitet" -teori, som uppmanade dem teorin fram emot Einstein 1905) att termen "teoriinvariance" kunde mer exakt reflektera sin väsen. Men tydligen, i början av 1900-talet, är det viktigt att betona relativiteten hos sådana begrepp som tid och samtidighet i lika olika referenssystem än att fördela ett av dessa system. Det var viktigt att när gardinfönster, Galileans stugor, ta reda på fartygets hastighet. Men nu är det dags att driva gardinerna och se i land. I det här fallet kommer naturligtvis att alla mönster som är installerade i slutna gardiner att förbli oskadliga.

3,8. Brevklimare*. År 1921 skrev Einstein i brevet E. Chimmer - författaren till boken "filosofiska bokstäver": "När det gäller termen" relativitetsteori "erkänner jag att han misslyckas och leder till filosofiska missförstånd." Men för att ändra det, enligt Einstein, är det redan sent, i synnerhet, eftersom det är utbrett. Denna skrivelse publicerades hösten 2009 under hösten av den 25: e volymen av den 25-Tomny "Einstein Labor Assembly" publicerad i Princeton.

3,9. Maximal hastighet i naturen.Den viktigaste konstanten av relativitetsteorin är ljusets hastighet c. \u003d 300.000 km / s \u003d 3 × 10 8 m / s. (Mer exakt, c. \u003d 299 792 458 m / s. Och det här numret är nu baserat på mätarens bestämning.) Denna hastighet är den maximala fördelningshastigheten av några signaler i naturen. Det är många storleksordningar som överstiger hastigheten på massiva föremål med vilka vi har varje dag. Det är dess ovanliga majoritet som förhindrar förståelsen av det viktigaste innehållet i relativitetsteorin. Partiklar som rör sig med hastigheter av ljushastigheten kallas relativistisk.

3,10. Energi, impuls och hastighet.Den fria rörelsen av partikeln kännetecknas av partikelenergin E. Och dess impuls p.. Enligt teorin om relativitet, partikelhastighet v. Formel bestäms

En av de viktigaste orsakerna till den terminologiska förvirringen, som anges i avsnittet. 3,14, ligger i det faktum att när man skapar teorin om relativitet försökte upprätthålla en newtonisk koppling mellan puls och hastighet p. = m.v.Vad motsäger relativitetsteorin.

3.11. Vikt.Mass av partiklar m. Formel bestäms

Medan partikelns energi och puls beror på referenssystemet, storleken på dess massa m. Referenssystemet beror inte. Hon är en invariant. Formler (1) och (2) är grundläggande i relativitetsteori.

Otroligt nog, den första monografen på relativitetsteorin, där formel uppträdde (2), kom ut endast 1941. Det var "Field Theory" L. Landau (1908-1968) och E. Lifshitsa (1915-1985) . Jag hittade henne inte i någon av Einsteins verk. Det finns ingen henne och i den anmärkningsvärda boken "relativitetsteori" V. Pauli (1900-1958), publicerad 1921, men den relativistiska vågekvationen som innehåller denna formel var i bokens principer för kvantmekanik "publicerad 1930 p. Dirac (1902-1984), och till och med tidigare i artiklarna 1926, O. Klein (1894-1977) och V. Foke (1898-1974).

3.12. Förstoringsfoton.Om partikelmassan är noll, d.v.s. partikeln är en massa, därefter från formlerna (1) och (2) följer det att i vilket referenssystem som helst är dess hastighet lika c.. Sedan massan av de lätta partiklarna - foton - så liten att den inte diskuteras, anses det att det är noll och det c. - Detta är ljusets hastighet.

3,13. Resten av vila.Om partikelmassan skiljer sig från noll, Tänk sedan på referenssystemet där den fria partikeln vilar och hon har v. = 0, p. \u003d 0. Ett sådant referenssystem kallas partikelstödsystemet, och partikelenergin i detta system kallas energi av vila och beteckna E 0. Från formel (2) följer det det

Denna formel uttrycker förhållandet mellan den massiva partikelns energi och dess massa, öppen av Einstein 1905.

3,14. "Den mest kända formeln."Tyvärr, ofta är Einstein-formeln inspelad i form av "den mest kända formeln E \u003d MC 2", Sänka nollindexet i vila, vilket leder till många missförstånd och förvirring. När allt kommer omkring identifierar denna "kända formel" energi och massa, vilket strider mot relativitetsteori i allmänhet och formel (2). Det följer den utbredda missuppfattningen att kroppsvikt, enligt teorin om relativitet, som påstås växa med tillväxten av sin hastighet. Under de senaste åren gjorde det ryska utbildningsakademin mycket för att skingra denna illusion.

3,15. Hastighetsenhet*. I teorin om relativitet, som hanterar hastigheter som är jämförbara med ljusets hastighet väljer naturligtvis c. Som en hastighetsenhet. Ett sådant val förenklar alla formler eftersom c./c.\u003d 1, och i dem bör sättas c. \u003d 1. Samtidigt blir hastigheten ett dimensionslöst värde, avståndet har en dimension av tiden, och massan har en dimension av energi.

I fysiken hos elementära partiklar mäts vanligen partiklarnas massa i elektron-slot - EV och deras derivat (se avsnitt 2.14). Elektronens massa är ca 0,5 MeV, protonmassan är ca 1 GeV, massan av den mycket tunga kvarken är cirka 170 GeV, och massorna av neutrinos av EV-ordern.

3,16. Astronomiska avstånd*. I astronomi mäts avståndet med ljusår. Dimensionerna för den synliga delen av universum cirka 14 miljarder ljusår. Detta nummer gör ett ännu starkare intryck om det jämför det med tid 10 -24 C, för vilket ljuset passerar avståndet för protonstorleken. Och i allt detta kolossala område arbetar teorin om relativitet.

3,17. Minkovskijs värld.År 1908, några månader före sin otroliga död, sade profetiorna (1864-1909): "Recensioner av rymden och tiden som jag avser att utveckla, uppstod på en experimentell fysisk grund. Detta är deras styrka. Deras tendens är radikal. Från och med nu bör utrymmet i sig och tiden i sig kontakta fiktionen, och bara en slags anslutning av båda borde fortfarande spara självständighet. "

Efter ett sekel vet vi att tiden och rymden inte blev fiktion, men tanken på Minkovsky tillät oss att helt enkelt beskriva rörelserna och interaktionerna av partiklar av materia.

3,18. Fyrdimensionell värld*. I enheter där c. \u003d 1, utsikten över Minkowski-världen ser särskilt vacker ut, vilket kombinerar tid och tredimensionellt utrymme i en enda fyrdimensionell värld. Energi och impuls kombineras i en enda fyrdimensionell vektor och massan i enlighet med ekvation (2) tjänar som en pseudo-chilid längd av denna 4-pulsenergyvektor p. = E., p.:

Den fyrdimensionella banan i Minkowski-världen kallas den globala linjen och separata punkter - världspoäng.

3,19. Beroendet av timmar från deras hastighet**. Många observationer tyder på att klockorna går snabbare än när de vilar i förhållande till det tröghetssystemet. Den ändliga rörelsen i det tröghetssystem saktar ner deras drag. Ju snabbare de rör sig i rymden, den långsammare går över i tid. Avmattningen är absolut i det universella referenssystemet (se avsnitt 3.1-3.8). Hans åtgärd är attityd E / M.som ofta betecknas med bokstaven γ.

3,20. Muons i den ringformiga acceleratorn och ensam**. I förekomsten av denna avmattning kan du se det bästa, jämföra de tider som resten av resten av Muon och Muon roterar i den ringformiga acceleratorn. Det faktum att i Muon Accelerator är inte helt gratis, men har en centripetal acceleration ω 2 R.var ω - Radiell cirkulationsfrekvens, och R. - Orbitens radie, ger endast ett försumbart litet ändringsförslag, sedan E / ω 2 r \u003d er \u003e\u003e 1. Rörelse runt omkretsen, och inte i en rak linje, är absolut nödvändig för den direkta jämförelsen av den roterande muonen med vilningen. Men med hänsyn till en rörlig muons åldrande takt är en cirkelbåge ganska stor radie från en rak linje. Denna takt bestäms av attityden. E / M.. (Jag betonar att enligt den speciella teorin om relativitet är referenssystemet där den roterande muon vilar, inte tröghet.)

3,21. Arc och ackord**. Ur observatörens synvinkel, som ser i det tröghetsreferenssystem, är cirkelns båge ganska stor radie och dess ackord är nästan oskiljaktigt: rörelsen på bågen är nästan oertaktivt. Ur observatörens synvinkel, som ligger på Miaon, som flyger runt omkretsen, är dess rörelse inte signifikant oerligt. När allt kommer omkring förändrar hans hastighet tecknet för halvvården. (För en rörlig observatör är avlägset stjärnor inte stationära. Hela universum är asymmetriska för honom: Stjärnorna framåt är blå, men bakom det röda. Medan vi är så småningom, eftersom solsystemets hastighet är liten. ) Och näsan av denna observatör manifesteras i det faktum att konstellationer framför och bakre förändringar när Muon rör sig i den ringformiga acceleratorn. Vi kan inte överväga att de vilande och rörliga observatörerna motsvarar, eftersom den första inte har någon acceleration, och den andra att återvända till mötesplatsen ska testa den.

3,22. Oto**. Teoretiska fysiker som är vana vid språket i den allmänna teorin om relativitet (OTO) insisterar på att alla referenssystem är lika. Inte bara tröghet, men accelererade också. Den rymdtiden i sig är en kurva. Samtidigt upphör gravitationsinteraktionen att vara samma fysiska interaktion som elektromagnetisk, svag och stark och blir den exceptionella manifestationen av kurvutrymmet. Som ett resultat visar sig all fysik för dem att vara uppdelad i två delar. Om du går från det faktum att accelerationen alltid beror på den interaktion som det inte är relativt, men absolut blir fysiken förenad och enkel.

3,23. "Lenk".Användningen av orden "relativitet" och "relativism" mot ljusets hastighet liknar teaterns namn "Lenk" eller tidningen Moskva Komsomolets, bara genealogiskt associerade med Komsomol. Sådana är språkparadoxer. Ljusets hastighet i tomhet är inte relativt. Hon är absolut. Bara fysiker behöver hjälp lingvister.

4. Om kvantteori

4.1. Planck konstant.Om i teorin om relativitet är nyckelkonstanten ljusets hastighet c.Sedan i kvantmekanik är nyckeln en konstant h. \u003d 6,63 · 10 -34 J · C, öppen av Max Plank 1900. Den fysiska betydelsen av denna konstant kommer att framgå av den efterföljande presentationen. För det mesta i formlerna av kvantmekanik, visas den så kallade reducerade plankkonstanten:

ħ = h / 2π. \u003d 1,05 · 10 -34 J × c. \u003d 6,58 · 10 -22 MeV · c.

I många fenomen spelar värdet en viktig roll ħc. \u003d 1,97 · 10 -11 MeV · cm.

4,2. Elektronspinn.Låt oss börja med en allmänt känt naiv jämförelse av en atom med ett planetariskt system. Planeter roterar runt solen och runt sin egen axel. Liksom detta roterar elektronerna runt kärnan och runt sin egen axel. Elektronrotation i omloppet kännetecknas av en orbital vinkelpuls L. (Det är ofta inte helt kallat ett orbitalvinkelmoment). Elektronens rotation runt sin egen axel kännetecknas av sin egen vinkelpuls - tillbaka S.. Det visade sig att alla elektroner i världsspinnet är lika (1/2) ħ . För jämförelse noterar vi att "spin" av marken är 6 · 10 33 m 2 · kg / c \u003d 6 · 10 67 ħ .

4,3. Väteatom.Faktum är att Atom inte är ett planetariskt system, men en elektron är inte en konventionell partikel som rör sig i omlopp. Elektronen, som alla andra elementära partiklar, är inte alls en partikel i ordets vardag, vilket innebär att partikeln ska röra sig på en viss bana. I den enklaste atomen-atomen av väte, om den är i huvudtillståndet, dvs inte upphetsad, liknar elektronen ett sfäriskt moln med en radie av ca 0,5 · 10 -10 m. När atomen är upphetsad, blir elektronen till ökande förhållanden som har en ökande storlek.

4.4. Quantum antal elektroner.Exkluderad spin Rörelsen av elektronen i atomen kännetecknas av två kvantnummer: huvudkvantumtalet n. och orbital kvantnummer L.Dessutom n. ≥ l.. Om en L. \u003d 0, elektronen är ett sfäriskt symmetriskt moln. Ju mer n, desto större storleken på detta moln. Desto större L.Vidare verkar elektronens rörelse flytta den klassiska partikeln i omloppsbana. Elektronkommunikationsenergi, belägen i en väteatom på ett skal med ett kvantnummer n., likvärdig

var α = E 2./ħc. ≈ 1/137, a e. - Elektronladdning.

4,5. Multielektroniska atomer.Spinnen spelar en nyckelroll för att fylla de elektroniska skalarna i multi-elektroniska atomer. Faktum är att två elektroner med lika riktad naturlig rotation (lika riktade bakstycken) kan inte vara på ett skal med data med värden n. och L.. Detta är förbjudet av den så kallade Powli-principen (1900-1958). I huvudsak bestämmer Pauli-principen periodiska periodiska tabeller av Mendeleev-element (1834-1907).

4,6. Bosons och fermioner.Alla elementära partiklar har snurr. Så, Photon Spin är 1 i enheter ħ , Graviton Spin är 2. Partiklar med en hel spinn i enheter ħ Få namnet på Bosons. Partiklar med halv heers spin kallas fermioner. Bosons - Collectivists: "De strävar efter att bo i ett rum," att vara i ett kvanttillstånd. På denna egenskap av Photons är lasern baserad: alla fotoner i laserstrålen har strängt identiska impulser. Fermioner är samma individualister: "Var och en av dem behöver en separat lägenhet." Denna egenskap av elektroner bestämmer mönstren att fylla de elektroniska skalorna av atomer.

4,7. "Quantum Centaurs."Elementära partiklar är som Quantum Centaurs: hämtning - halvvåg. På grund av sina vågegenskaper kan Quantum Centaurs, till skillnad från klassiska partiklar, ske omedelbart genom två sprickor, vilket skapar en interferensbild på skärmen bakom skärmen. Alla försök att placera Quantum-århundraden i Procrusteo-sängarna av begreppen klassisk fysik visade sig vara fruktlös.

4,8. Förhållandet mellan osäkerhet.Konstant ħ Bestämmer särdragen hos inte bara rotation, utan också den progressiva rörelsen av elementära partiklar. Osäkerheten hos partiklarna och pulsens puls måste uppfylla de så kallade Geisenbergs osäkerhetsförhållandena (1901-1976), såsom

Ett liknande förhållande finns för energi och tid:

4,9. Kvantmekanik.Och spinnkvantiseringen och förhållandet mellan osäkerhet är privata manifestationer av de allmänna mönstren för kvantmekanik som skapats under 20-talets 20-tal. Enligt kvantmekanik är varje elementär partikel, exempelvis en elektron, både en elementär partikel och en elementär (enkelpartikel) våg. I motsats till den vanliga vågen, som är den periodiska rörelsen av ett kolossalt antal partiklar, är den elementära vågen en ny, okänd syn på rörelse av en enskild partikel. Elementär våglängd λ partiklar med puls P. lika med λ \u003d. h./|p.| och elementär frekvens ν motsvarande energi E., likvärdig v \u003d e / h.

4,10. Quantum Field Theory.Så, först var vi tvungna att känna igen att partiklarna kan vara godtyckligt enkelt och till och med massfria, och att deras hastigheter inte kan överstiga c.. Då var vi tvungna att känna igen att partiklar inte är i alla partiklar, men märkliga hybrider av partiklar och vågor, vars beteende kombineras med kvantum h.. Enheten av teorin om relativitet och kvantmekanik producerades av Dirac (1902-1984) 1930 och ledde till skapandet av teorin, som heter Quantum Field Theory. Det är den här teorin som beskriver de grundläggande egenskaperna hos materia.

4.11. Enheter där c., ħ = 1. I framtiden använder vi vanligtvis sådana enheter där hastighetsenheten är accepterad c., och per enhet av vinkelmoment (åtgärder) - ħ . I dessa enheter förenklas alla formler betydligt. I dem är det i synnerhet dimensionationen av energin, massan och frekvensen densamma. Dessa enheter accepteras i hög energi fysik, eftersom det är betydande kvant- och relativistiska fenomen. I de fall där det är nödvändigt att betona kvantkartan hos ett eller ett annat fenomen, kommer vi uttryckligen skriva ut ħ . På samma sätt kommer vi att agera med c..

4,12. Einstein och Quantum Mechanics *.Einstein, i viss mening, uppfödde kvantmekaniken, inte fördömde henne. Och till slutet av livet försökte jag bygga en "enhetlig teori om allt" på grundval av den klassiska fältteorin, ignorerar ħ . Einstein trodde på klassisk determinism och i chansens otillåtlighet. Han upprepade om Gud: "Han spelar inte ben." Och det kunde inte försonas så att det aktuella förfallet av den enskilda partikeln i princip är omöjligt att förutsäga, även om den genomsnittliga livslängden för detta eller den typen av partiklar förutses inom kvantmekanik med oöverträffad noggrannhet. Tyvärr bestämde hans missbruk synpunkterna på många människor.

5. Faynman diagram

5.1. Det enklaste diagrammet.Partikelinteraktioner beaktas lämpligen med hjälp av diagram som föreslagits av Richard Feynman (1918-1988) 1949 i fig. 1 visar det enklaste Feynman-diagrammet som beskriver interaktionen mellan elektronen och proton genom att dela foton.

Pilarna i figuren indikerar tidens riktning för varje partikel.

5,2. Riktiga partiklar.Varje process besvaras av ett eller flera Feynman-diagram. Externa linjer på diagrammet motsvarar inkommande (före interaktion) och spännande (efter interaktion) partiklar som är fria. Deras 4-pulser p uppfyller ekvationen

De kallas riktiga partiklar och de säger att de är på massytan.

5.3. Virtuella partiklar.De interna linjerna av diagram motsvarar partiklar i virtuellt tillstånd. För dem

De kallas virtuella partiklar och de säger att de är utanför massytan. Förökningen av den virtuella partikeln beskrivs av det matematiska värdet som kallas propagalen.

Denna allmänt accepterade terminologi kan driva en nybörjare till tanken att virtuella partiklar är mindre material än de riktiga partiklarna. Faktum är att de är lika material, men de verkliga partiklarna vi uppfattar som ett ämne och strålning, och virtuella - mestadels som strömfält, även om denna skillnad i stor utsträckning är villkorad. Det är viktigt att samma partikel, till exempel, en foton eller elektron, kan vara verklig under vissa förhållanden och virtuella - i andra.

5.4. Vertikaler.Diagrammets hörn beskriver lokala handlingar av elementära interaktioner mellan partiklarna. I varje vertex sparas 4-puls. Det är lätt att se att om det finns tre linjer av stabila partiklar i ett vertex, bör åtminstone en av dem vara virtuella, dvs det måste vara utanför massytan: "Bolivar river inte tre." (Till exempel kan en fri elektron inte avge en fri foton och stanna hos en fri elektron.)

Två riktiga partiklar interagerar på avstånd, utbyte av en eller flera virtuella partiklar.

5,5. Spridning.Om de verkliga partiklarna säger att de rör sig, säger de virtuella partiklarna att de distribueras (propagera). Uttrycket "distribution" betonar det faktum att en virtuell partikel kan ha många banor, och det kan vara att ingen av dem är klassisk, som en virtuell foton med noll energi och en icke-nollpuls som beskriver den statiska Coulomb-interaktionen.

5,6. Anticascies.Den underbara egenskapen av Feynman Diagrams är att de är envis beskrivna både partiklar och lämpliga antipartiklar. Samtidigt ser antipartikeln ut som en partikel som rör sig tillbaka. I fig. 2 visar ett diagram som visar födelsen av en proton och antiproton vid förintelse av en elektron och en positron.

Förflyttningen att vända tiden gäller för fermioner lika och till bosoner. Det gör en onödig tolkning av Positrons som tomma stater i ett hav av elektroner med negativ energi till vilken Dirac sedgjordes när 1930 introducerade konceptet antipartikel.

5,7. Schwinger och Feynman diagrams.Schwinger (1918-1994), som beräkningsvårigheterna inte var nödvändiga, tyckte Fainmans diagram inte och hade en något tänkt på dem: "Som ett datorchip i de senaste åren har Feynmans diagram utfört beräkningar i massorna." Tyvärr, till de bredaste massorna, till skillnad från chip, nåde Feynman-diagrammen inte.

5,8. Feynman och Feynman diagrams.Av obegripliga skäl nåde Feynmans diagram inte ens den berömda "Fainman-föreläsningarna i fysik". Jag är övertygad om att de måste komma till gymnasieelever, vilket förklarar dem de viktigaste idéerna i fysiken hos elementära partiklar. Detta är det enklaste utseendet på mikrometer och världen som helhet. Om skolpojke äger begreppet potentiell energi (till exempel Newtons lag eller Coulon-lagen), så att Feynman-diagrammen kan få ett uttryck för denna potentiella energi.

5,9. Virtuella partiklar och fysiska styrka fält.Fainman-diagram är det enklaste språket i kvantfältet teori. (Åtminstone i de fall där interaktionen inte är mycket stark och du kan använda teorin om störningar.) I de flesta böcker om kvantteori betraktas partiklarna som kvantering av fält, vilket kräver bekant med sekundär kvantiseringsformalism. På språket i Fainman-diagrammen ersätts fälten av virtuella partiklar.

Elementära partiklar har både korpuskulära och vågegenskaper. Och i verklig stat är de partiklar av materia, och i ett virtuellt tillstånd är de bärare av krafter mellan materialobjekt. Efter introduktionen av virtuella partiklar blir tvångsbegreppet onödigt, och med begreppet fält, om det inte fanns någon datering med honom tidigare, kan det vara nödvändigt att bekanta sig efter att begreppet en virtuell partikel bör behärskas.

5,10. Elementära interaktioner*. Elementära handlingar av utsläpp och absorption av virtuella partiklar (vertikaler) kännetecknas av sådana interaktionskonstanter, som en elektrisk laddning E i fallet med en foton, svaga laddningar e / sin θ w I fallet med w-boson och e / sin θ w cos θ w i fallet med z-boson (var θ W. - Vainberg vinkel), färgavgift g. I fallet med gluoner och storlek √g. I fallet med graviton, var G. - Konstant Newton. (Se ch. 6-10.) Elektromagnetisk interaktion diskuteras nedan i CH. 7. Svag interaktion - i ch. 8. Stark - i ch. nio.

Och låt oss börja i nästa ch. 6 från gravitationell interaktion.

6. Gravitationell interaktion

6,1. Gravitoner.Jag börjar med partiklar som ännu inte är öppna och kommer säkert att upptäckas inom överskådlig framtid. Dessa är partiklar av gravitationsfältet - gravitoner. Inte bara gravitoner, men också gravitationsvågor är inte öppna (och det här, medan elektromagnetiska vågor har periodiskt genomtränger våra liv). Detta beror på det faktum att med låga energier är gravitationsinteraktion mycket svag. Som vi kommer att se, gör gravitons teori det möjligt att förstå alla kända egenskaper hos gravitationell interaktion.

6,2. Graviton Exchange.På språket i Feynman-diagrammen utförs gravitationssammanlagningen av de två kropparna genom utbyte av virtuella gravitoner mellan komponenterna i dessa kroppar av elementära partiklar. I fig. 3 graviton emitteras av en partikel med en 4-puls p 1 och absorberas av en annan partikel med en 4-puls P2. Genom bevarande av 4-pulsen, Q \u003d Pi-P '1 \u003d P' 2-P 2, där Q är 4-puls graviton.

Spridningen av virtuell graviton (till honom, som vilken virtuell partikel som helst, visas propagatorn) på ritningen av våren.

6.3. En väteatom i jordens gravitationsfält.I fig. 4 visar summan av diagrammen på vilka väteatomen med en 4-puls p 1 byts av gravitoner med alla jordatomer, som har en total 4-puls P2. Och i detta fall, q \u003d p 1 - p '1 \u003d p' 2 - p 2, där Q är den totala 4-puls av virtuella gravitoner.

6,4. På massa av atomen.I framtiden, när man överväger gravitationell interaktion, försummar vi elektronens massa jämfört med protonens massa, såväl som att försumma skillnaden mellan proton och neutron och nukleernas energi i atomkärnor. Så massan av atomen handlar om summan av massorna av nukleoner i atomkärnan.

6,5. Få*. Antalet nukleoner av jorden ne ^ 3,6 · 10 51 är lika med produkten av antalet nukleoner i ett gram av jordens ämne, dvs antalet Avogadro Na ≈ 6 · 10 23, på jordens massa i gram ≈ 6 · 10 27. Därför är diagrammet fig. 4 är en summa av 3,6 · 10 51 diagram. 3, som noteras av förtjockningen av jordens och virtuella gravitons linjer i fig. 4. Dessutom är "gravitonfjädern", i motsats till propagningen av en graviton, gjord i fig. 4 svavel. Det verkar innehålla 3,6 · 10 51 gravitoner.

6,6. Newtons äpple i jordens gravitationsfält.I fig. 5 Alla äppelatomer som har den totala 4-pulsen P 1 interagerar med alla jordatomer, som har en total 4-puls P2.

6,7. Antal diagram*. Låt mig påminna dig om att ett gram av det konventionella ämnet innehåller n A \u003d 6 · 10 23-nukleoner. Antalet nukleoner i ett 100-gram Apple N A \u003d 100N A \u003d 6 · 10 25. Jordmassa 6 · 10 27 g, och därför antalet nukleoner av jorden n e \u003d 3,6 · 10 51. Naturligtvis, förtjockning av linjerna i fig. 5 motsvarar åtminstone det stora antalet äppelkärnor N A, jordens nukle n E och mycket mer, helt enkelt ett fantastiskt antal Feynman-diagram n d \u003d n a n e \u003d 2,2 · 10 77. När allt kommer omkring interagerar varje kärna av äpplet med varje kärnor av jorden. För att betona det enorma antalet diagram, fjäder i fig. 5 är mörk.

Även om interaktionen av graviton med en separat elementär partikel är mycket liten, skapar mängden diagram för alla jordnära en betydande attraktion som vi känner. Universal gravitation lockar månen till marken, båda till solen, alla stjärnorna i vår galax och alla galaxer till varandra.

6,8. Fainman amplitude och hennes Fourier-bild***.

Faynman diagram av gravitationell interaktion av två långsamma kroppar med m 1 och m 2 massor motsvarar Faynman amplitud

var G. - Newton Constant, a q. - 3-puls som bär virtuell graviton. (Värde 1 / q 2var q. - 4-impuls, kallad en graviton propagator. När det gäller långsamma kroppar, är energi nästan inte överförd och därför q 2. = −q. 2 .)

För att flytta från pulsutrymmet till konfigurationen (koordinat) måste du ta Fourier-bilden av amplitud A ( q.)

Värde A ( r.) Ger den potentiella energin hos gravitationssammanlagningen av icke-relativa partiklar och bestämmer rörelsen av den relativistiska partikeln i det statiska gravitationsfältet.

6,9. Newtons potential*. Den potentiella energin hos två kroppar med en massa mi och m 2 är lika med

var G. - Newton Constant, a r. - Avstånd mellan kroppar.

Denna energi är innesluten i "fjädern" av virtuella gravitoner i fig. 5. Interaktion vars potential prydnader som 1 / r., kallad långdistans. Med Fourier Transform kan det ses att tyngdkraften är långsiktigt, eftersom gravitia av insatsiner.

6,10. Potentialen i potentialen i yukava**. Faktum är att om graviton hade en icke-noll massa m., då skulle Fainman amplitud för att dela dem ha en vy

och hon skulle ha besvarat den potential som Yukawa-potential med en radie av handling r. ≈ 1/m.:

6.11. Om potentiell energi**. I nonrelativistiska mekaniken hos Newton beror den kinetiska partikelenergin på sin hastighet (puls) och potentialen endast på dess koordinater, dvs från läget i rymden. I relativistisk mekanik är det omöjligt att upprätthålla ett sådant krav, eftersom interaktionen av partiklar ofta beror på sina hastigheter (pulser) och därmed från kinetisk energi. För vanliga, tillräckligt svaga gravitationsfält är förändringen i partikelns kinetiska energi inte tillräckligt jämfört med sin totala energi, och därför kan denna förändring försummas. Den totala energin hos den icke-relativistiska partikeln i ett svagt gravitationsfält kan skrivas som ε \u003d E. Kin +. E. 0 + U..

6,12. Universalitet av tyngdkraften.Till skillnad från alla andra interaktioner har gravitationen en underbar egenskap av universalitet. Samspelet mellan graviton med vilken som helst partikel beror inte på egenskaperna hos denna partikel, och beror endast på energivärdet, vilket partikeln har. Om den här partikeln är långsam, då vilarsenergi E. 0 = mC 2., innesluten i sin massa, mycket mer än sin kinetiska energi. Och därför är dess gravitationsinteraktion proportionell mot sin massa. Men för en ganska snabb partikel är dess kinetiska energi mycket större än sin massa. I det här fallet är dess gravitationsinteraktion på massan praktiskt taget oberoende och i proportion till sin kinetiska energi.

6,13. Spin graviton och universalitet av tyngdkraften**. Mer exakt är gravitons utsläpp i proportion till icke-energier, men en tensor av energipulspartiklar. Och detta, i bevarande, beror på det faktum att gravitons rotation är lika med två. Let4 pulsen av partiklarna innan emitterande av graviton var p. 1, och postil p. 2. Då är gravitonimpulsen lika q. = p. 1 − p. 2. Fråga p. = p. 1 + p. 2, då kommer toppen av gravitonens utsläpp att vara

där H αβ är en vågfunktion av graviton.

6,14. Samspelet mellan graviton med foton**. Detta är särskilt tydligt synligt på exempel på en foton, vars massa är noll. Det är experimentellt bevisat att när fotonen flyger från bottenvåningen i byggnaden till övervåningen, minskar dess impuls under jordens åtal. Det har också visat sig att den lilla ljusstrålen avböjer solens gravitationella attraktion.

6,15. Foton interaktion med jorden**. I fig. 6 visar utbytet av gravitoner mellan jorden och foton. Denna ritning betecknar summan av ritningarna av foton gravitonutbytena med alla jordens kärnor. På den erhålls jordens topp från en nukleonmultiplikation med antalet nukleoner i marken n E med motsvarande substitution av 4-puls-nukleon på 4-puls av jorden (se fig 3).

6,16. Gravitons interaktion med graviton***. Eftersom gravitoner bär energi måste de själva avge och absorbera gravitoner. Vi har inte sett enskilda riktiga gravitoner och aldrig se. Ändå leder interaktionen mellan ingripande graviton till de observerade effekterna. På den första vyn av bidraget av tre virtuella gravitoner i gravitationssammanlagningen av två nukleoner är för liten, så att det är att detektera det att detekteras (se fig 7 ).

6,17. Ageful precession av kvicksilver**. Detta bidrag manifesteras emellertid i precession Perihelia Orbit Mercury. Den åldersgamla precession av kvicksilver beskrivs av summan av enstänks gravitondiagram av attraktion av kvicksilver till solen (fig 8).

6,18. Amplifieringskoefficient för kvicksilver**. Förhållandet mellan massa av kvicksilver och jorden är 0,055. Så antalet nukleoner i kvicksilver N M. = 0,055 N E. \u003d 2 · 10 50. Massa av solen. FRÖKEN. \u003d 2 · 10 33 g. Så antalet nukleoner i solen N s \u003d n a m s \u003d 1,2 · 10 57. Och antalet diagram som beskriver gravitationsspelet mellan nukleon av kvicksilver och solen, N dm. \u003d 2,4 · 10 107.

Om den potentiella energi av kvicksilver attraktion mot solen är lika U. = Gm s m m/r., efter att ha tagit hänsyn till den diskuterade ändringen om interaktionen av virtuella gravitoner med varandra, multipliceras det med koefficienten 1 - 3 GM S./r.. Vi ser att korrigeringen till potentiell energi är -3 G 2 m s 2 m m / r 2.

6,19. Bana kvicksilver**. Radie av bana av kvicksilver a. \u003d 58 · 10 6 km. Perioden med cirkulation av 88 markbundna dagar. Excentricitetsbana e. \u003d 0,21. På grund av det ändringsförslag som diskuteras i en tur vänder den stora delen av omloppet till vinkeln 6π GM S./a.(1 − e. 2), dvs ungefär en tiondel vinkel andra, och för 100 markbundna år roteras av 43 "".

6,20. Gravitational lamvovsky shift**. Den som studerade Quantum Electrodynamics ser omedelbart att diagrammet FIG. 7 Det liknar ett triangulärt diagram som beskriver frekvensskiftet (energi) nivå 2 S. 1/2 i förhållande till nivå 2 P. 1/2 i väteatomen (där triangeln består av en foton och två elektroniska linjer). Denna skift mättes 1947. Lamm och Ryzerford och fann att det är 1060 MHz (1,06 GHz).

Denna mätning lade början på kedjereaktionen av teoretiskt och experimentellt arbete, vilket ledde till skapandet av kvantelektrodynamik och fainmandiagram. Frekvensen av precession av kvicksilver är 25 storleksordningar mindre.

6,21. Klassisk eller kvant effekt?**. Det är välkänt att Lambovsky-nivåenergiförskjutningen är en rent kvantseffekt, medan precisionen av kvicksilver är en rent klassisk effekt. Hur kan de beskriva liknande Feynman-diagram?

För att svara på den här frågan måste du komma ihåg förhållandet E. = ħω och överväga att Fourier-omvandlingen under övergången från pulsutrymmet till konfigurationen i avsnittet. 6.8 Innehåller E. Jag Qr / ħ . Dessutom bör det noteras att i Lambovs elektromagnetiska triangel skiftas endast en rad av den massa partikeln (foton), och de andra två är elektronpropagatorer. Därför bestäms de karakteristiska avstånden i den av elektronens massa (elektronens vägglängd). Och i triangelns precession av kvicksilver finns det två försvinnare av den massa partikeln (graviton). Denna omständighet orsakad av ett treväxande vertex, och leder till det faktum att gravitationstriangeln ger ett bidrag till ojämförligt långa avstånd än elektromagnetiska. I denna jämförelse, kraften i kvantfältet teori i metoden av Feynman-diagram, vilket enkelt kan förstå och beräkna en bred cirkel av fenomen, både kvant och klassisk.

7. Elektromagnetisk interaktion

7,1. Elektrisk interaktion.Den elektriska interaktionen mellan partiklarna utförs genom utbyte av virtuella fotoner, som i fig. nitton.

Fotoner, som gravitoner, även massfria partiklar. Så elektrisk interaktion är också långdistans:

Varför är det inte så universellt som tyngdkraften?

7,2. Positiva och negativa avgifter.Först, eftersom det finns elektriska laddningar av två tecken. För det andra, eftersom det finns neutrala partiklar som inte har en elektrisk laddning alls (neutron, neutrino, foton ...). Partiklar med laddningar av motsatta tecken, som elektron och proton, lockas till varandra. Partiklar med lika laddningar avvisas. Som ett resultat är atomer och kroppar som består av dem främst elektroniskt.

7,3. Neutrala partiklar.Neutron innehåller u.-Vill med avgift +2 e./ 3 och två d.- Svetsning med avgift - e./ 3. Så är den totala avgiften Neutron noll. (Minns att proton innehåller två u.Lager och en d.-breck.) Sann elementära partiklar som inte har en elektrisk laddning är foton, grusiton, neutrino, Z.- Zon och Boson Higgs.

7,4. Coulomb potential.Potentiell energi av attraktion av en elektron och proton belägen på avstånd r. från varandra, lika

7,5. Magnetisk interaktion.Magnetisk interaktion är inte så långvarigt som elektrisk. Det faller som 1 / r. 3. Det beror inte bara på avståndet mellan de två magneterna, men också på deras ömsesidiga orientering. Ett välkänt exempel är interaktionen mellan kompasspilarna med markmagnetiska dipolfältet. Den potentiella energin av interaktionen mellan två magnetiska dipoler μ 1 I. μ 2 lika

var n. = r./r..

7,6. Elektromagnetisk interaktion.Den största uppnåendet av XIX-talet var upptäckten att elektriska och magnetiska krafter är två olika manifestationer av samma elektromagnetiska kraft. År 1821 undersökte M. Faraday (1791-1867) samspelet mellan magneten och ledaren med en ström. Efter ett decennium etablerade han lagarna om elektromagnetisk induktion i samspelet mellan två ledare. Under de följande åren introducerade han begreppet ett elektromagnetiskt fält och uttryckte tanken på ljusets elektromagnetiska natur. År 1870 insåg J. Maxwell (1831-1879) att den elektromagnetiska interaktionen var ansvarig för den breda klassen av optiska fenomen: utsläpp, omvandling och absorption av ljus och skrev ekvationer som beskriver det elektromagnetiska fältet. Snart öppnade staden Herz (1857-1894) radiovågen och V. X-Ray (1845-1923) - röntgenstrålar. All vår civilisation är baserad på manifestationer av elektromagnetiska interaktioner.

7,7. Kombinera teorin om relativitet och kvantmekanik.Det viktigaste steget i utvecklingen av fysik var 1928, då artikeln P. Dirak uppträdde (1902-1984), där han föreslog en kvant och relativistisk ekvation för en elektron. Denna ekvation innehöll ett magnetiskt moment av elektronen indikerade förekomsten av en elektron anti-partikel-positron öppnades i flera år. Efter det kvantsmältning och teorin om relativitet var de förenade i fältkvantumet.

Det faktum att elektromagnetiska interaktioner orsakas av utsläpp och absorption av virtuella fotoner, blev det helt klart endast i mitten av XX-talet med tillkomsten av Feynman-diagrammen, dvs efter att konceptet av en virtuell partikel tydligt bildats.

8. Svag interaktion

8,1. Kärninteraktioner.I början av 1900-talet öppnades en atom och dess kärna och α -, β - I. γ - Luci, emitterad av radioaktiva kärnor. Som det visade sig, γ - Luchi - det här är fotoner av mycket hög energi, β -luts är hög-energikon, α -Luchi - Heliums kärnan. Detta ledde till upptäckten av två nya typer av interaktioner - stark och svag. I motsats till gravitations- och elektromagnetiska interaktioner är allvarliga och svaga interaktioner kortvariga.

I framtiden konstaterades att de är ansvariga för omvandling av väte i helium i vår sol och andra stjärnor.

8,2. Laddad toki.*. Svag interaktion är ansvarig för omvandlingen av neutronen i proton med elektronens och elektronantininoens utsläpp. Grunden för en stor klass av svaga interaktionsprocesser är omvandlingen av en typ av kvarker i en kvark av en annan typ med avgivande (eller absorption) av virtuella W.-Booner: u., c., t. ↔ d., s., b.. På samma sätt, vid tömning och övertagande W.-Bosoner uppstår övergångar mellan laddade leptoner och motsvarande neutrinor:

e. ↔ ν E, μ ↔ ν μ , τ ↔ ν τ. Lika förekommande typövergångar dˉu. ↔ W. och eˉν e ↔ W.. I alla dessa övergångar med deltagande W.-Bosoner deltar så kallade laddade strömmar, byte per enhetskostnader av leptoner och kvarker. Den svaga interaktionen mellan laddade strömmar är kortvarig, det beskrivs av Yukawas potential e-mwr / rså den effektiva radien av honom r. ≈ 1/m W..

8,3. Neutral Toki.*. På 1970-talet upptäcktes processerna med svag interaktion av neutrino, elektroner och nukleoner på grund av så kallade neutrala strömmar. På 1980-talet fastställdes experimentellt att interaktionen av laddade strömmar uppstår genom utbyte W.-Bosoner och interagerande neutrala strömmar - genom utbyte Z.-Bowers.

8,4. Överträdelse P.- I. Cp.-Hellity*. Under andra hälften av 1950-talet öppnades en överträdelse av rumslig tro P. och välgörenhet C. I svaga interaktioner. År 1964 upptäcktes svaga förfall, vilket bryter mot bevarandet Cp.-Symmetri. För närvarande, kränkningsmekanismen Cp.- Symmetri studeras i hopfällorna av mesonerna som innehåller b.- Svetsning.

8,5. Neutrinooscillationer*. Under de senaste två decennierna som är fästa vid mätningar utförda på underjordiska kilotiska detektorer i Kamioka (Japan) och Sudbury (Kanada). Dessa mätningar visade att mellan tre neutrino sorter v e, v μ, ν τ Ömsesidiga övergångar (oscillation) förekommer i vakuum. Naturen hos dessa oscillationer upptäcks.

8,6. Elektrisk interaktion.På 1960-talet formulerades teorin enligt vilken elektromagnetiska och svaga interaktioner är olika manifestationer av en enda elektriskt interaktion. Om det var en strikt elektrisk symmetri, då massorna W.- I. Z.-Boons skulle vara lika med noll som en massa av foton.

8,7. Brott mot elektrisk symmetri.Inom ramen för standardmodellen bryter Higgs Boson elektroweaksymmetrin och förklarar varför foton av masslöshet och svaga bosoner är massiva. Han ger också massor till leptons, kvarker och sig själv.

8,8. Vad du behöver lära dig om higgs.En av de huvudsakliga uppgifterna för Bolshoi Hadron Collider LHC är öppningen av Higgs Boson (som kallas bara Higgs och Beteckna h. eller H.) Och den efterföljande etableringen av dess egenskaper. Först och främst, mätningen av sina interaktioner med W.- I. Z.-Bowers, med fotoner, såväl som dess självförändring, dvs studien av vertikor som innehåller tre och fyra Higgs: H3 och H4 och dess interaktioner med leptoner och kvarker, speciellt med toppkvällen. Som en del av standardmodellen finns det tydliga förutsägelser för alla dessa interaktioner. Deras experimentella kontroll är mycket stort intresse ur sökningen efter "ny fysik" utanför standardmodellen.

8,9. Och om Higgs inte är?Om det visar sig att i storleksintervallet i storleksordningen av flera hundra GeV Higgs inte existerar, kommer det att innebära att det i energier ovanför med ett nytt, absolut oexplorerat område där interaktioner W.- I. Z.-Bosoner blir oerhört starka, dvs störningsteory inte kan beskrivas. Studier av detta område kommer att medföra många överraskningar.

8.10. Lepton-kollidrar i framtiden.För att uppfylla hela forskningsprogrammet, förutom LHC, är det möjligt att bygga Lepton Colliders:

ILC (International Linear Collider) med en kollisionsenergi på 0,5 TEV,

eller clic (kompakt linjär kollider) med en kollisionsenergi av 1 TEV,

eller MC (Muon Collider) med en kollisionsenergi av 3 TEV.

8.11. Linjära elektron positron colliders.ILC är en internationell linjär kollider i vilken elektroner med positron, liksom fotonfotoner. Beslutet att bygga det kan accepteras strax efter det att det blir klart om Higgs existerar och det finns en massa. En av de föreslagna platserna för byggandet av ILC är Dubna. Clic - kompakta linjära kolloikelektroner och positroner. Projektet utvecklas på CERN.

8,12. Misf collider.MS - MISF COLLLYDE var först uppfattad av G. I. Budkchom (1918-1977). År 1999 ägde den femte internationella konferensen "fysisk potential och utvecklingen av Muon-kolliderna och neutrinofabriker" i San Francisco. För närvarande utvecklas MS-projektet i det bondgårds laboratoriet och kan genomföras om 20 år.

9. Stark interaktion

9,1. Gluions och kvarker.Stark interaktion håller nukleoner (protoner och neutroner) inuti kärnan. Det är baserat på växelverkan av gluoner med kvarker och interaktionen mellan gluoner med gluoner. Det är självtillfredsställelsen av gluoner som leder till det faktum att även om gluens vikt är noll, lika lika med nollet av foton och graviton, leder gluons utbyte inte till en gluon lång- intervall, liknande foton och graviton. Dessutom leder det till frånvaro av fria gluoner och kvarker. Detta beror på det faktum att summan av endimensionella utbyten ersätts med ett gluonrör eller tråd. Samverkan mellan kärnor i kärnan liknar krafterna av van der Waals mellan neutrala atomer.

9,2. Inneslutning och asymptotisk frihet.Induktionsfenomenet gluoner och kvarker från Hadrons kallas ett ordförlopp. Den omvända sidan av dynamiken som leder till förlossningen är att vid mycket låga avstånd djupt inuti hadronsna, sänker samspelet mellan gluoner och kvarker gradvis. Quarks, som det var, blivit fria vid små avstånd. Detta fenomen kallas termen asymptotisk frihet.

9,3. Färger av kvarker.Fenomenet förfining är en följd av det faktum att var och en av de sex kvarkerna existerar som det var i form av tre "färg" sorter. Kvarks brukar "måla" i gula, blåa och röda färger. Antiquarka är målade i ytterligare färger: Lila, Orange, Grön. Alla dessa blommor indikerar speciella avgifter av kvarker - "multidimensionella analoger" av en elektrisk laddning med ansvar för starka interaktioner. Naturligtvis, ingen förbindelse, med undantag för den metaforiska, mellan färger av kvarker och de vanliga optiska färgerna.

9,4. Färger av gluoner.En ännu mer många familj av icke-järnhaltiga gluoner: deras åtta, varav två är identiska med sina anti-patchar och de återstående sex-nej. Interaktionerna av färgavgifter beskrivs genom kvantkromodynamik och bestämmer protonens, neutron, alla atomkärnor och egenskaperna hos alla hadron. Det faktum att gluoner bär färgavgifter leder till ett fenomen av gluoner och Quark Incinement och kvarker som färggluoner och kvarker inte kan fly från Hadrons. Kärnkrafter mellan färglösa (vita) stavar är svaga ekon av kraftfulla färginteraktioner inuti hadronerna. Detta liknar smälsen av molekyler jämfört med intraindustri.

9,5. Mass Hadrons.Mass av hadroner i allmänhet och i synnerhet nukleoner beror på gluon självkultur. Således beror massan av det synliga ämnet som utgör 4-5% av universums energi exakt gluerna.

10. Standardmodell och utomlands

10,1. 18 partiklar av standardmodellen.Alla kända grundläggande partiklar sönderdelas naturligt i tre grupper:

6 lepton (Spin 1/2):
3 NeutRino: ν E, ν μ , ν τ ;
Tre laddade Lepton: e., μ , τ ;
6 kvarker (Spin 1/2):
u., C., t.,
d., s., b.;
6 Bosons:
g - graviton (spin 2),
γ , W., Z., g. - gluoner (spin 1),
h. - Higgs (Spinn 0).

10,2. Utanför standardmodellen.96% av universets energi ligger utanför standardmodellen och väntar på att den öppnas och studeras. Det finns flera grundläggande antaganden om hur ny fysik kan se ut (se punkterna 10.3-10.6 nedan).

10,3. Stor förening.Det enorma antalet verk ägnas åt kombinationen av stark och elektrisk interaktion, främst teoretisk. I de flesta av dem antas att det förekommer vid energier på ca 10 16 GeV. En sådan förening bör leda till protonens kollaps.

10,4. Supermixymmetriska partiklar.Enligt tanken på supersymmetri, för första gången i Fianen, varje "vår" partikel har en superpartner, vars snurr är annorlunda på 1/2: 6 och 6 blindtoner med snurr 0, higgsino, fotinos, vin och Zino med tillbaka 1/2, gravitino med snurr 3/2. Massorna av dessa superpartiner bör vara betydligt mer än våra partiklar. Annars skulle de ha öppnat dem för länge sedan. Några av superpartisterna kan vara öppna när en stor Hadron-kollider går in.

10,5. Superstrum.Utvecklar en hypotes om supersymmetri av hypotesen om förekomsten av superstrun, som lever vid mycket små avstånd på ca 10 -33 cm och motsvarar dem med energier på 10 19 GeV. Många teoretiska fysiker hoppas att det bygger på de inlagor om superstunkar som kommer att kunna konstruera en enhetlig teori om alla interaktioner som inte innehåller fria parametrar.

10,6. Spegelpartiklar.Enligt tanken på speglingsfrågan, för första gången i ITEF, har varje partikel en spegel tvilling, och det finns en spegelvärld, som bara är mycket dåligt kopplad till vår värld.

10,7. Mörk materia.Endast 4-5% av all energi i universum finns i form av en massa konventionell substans. Ordern på 20% av universets energi avslutas i den så kallade mörka materia som består, som tanke, från superchast eller spegelpartiklar eller några andra okända partiklar. Om de mörka materiapartiklarna är mycket hårdare än vanliga partiklar och om de vetter mot varandra i rymden, är förintetade till vanliga fotoner, kan dessa hög-energilotoner registreras med speciella detektorer i rymden och på jorden. Förtydligande av karaktären av mörk materia är en av de viktigaste uppgifterna för fysik.

10,8. Mörk energi.Men den överväldigande delen av universets energi (ca 75%) beror på den så kallade mörka energin. Det är "spillt" med vakuum och sväller galaxernas kluster. Hennes natur är fortfarande oförståelig.

11. Elementära partiklar i Ryssland och världen

11,1. Dekret av Ryska federationens ordförande.Den 30 september 2009 utfärdades dekretet från Ryska federationens ordförande "om ytterligare åtgärder för att genomföra ett pilotprojekt om skapandet av det nationella forskningscentret" Kurchatov Institute ". Dekretet innebär deltagande i projektet av följande organisationer: St Petersburg Institute of Clearer Physics, Institutet för hög energifysik och institutet för teoretisk och experimentell fysik. Dekretet innehåller också införandet av den angivna institutionen som den viktigaste vetenskapliga institutionen, avdelningen för de federala budgetutgifterna som huvudberäkning av budgetfonder. " Denna dekret kan bidra till återlämnande av fysiken hos elementära partiklar till antalet prioriterade anvisningar för utveckling av vetenskap i vårt land.

11.2. Hörsel i USA: s kongress 1.Den 1 oktober 2009 hölls utfrågningar i underkommittén om energi och miljöutskottet för vetenskaps- och teknikkammaren för företrädare för Förenta staterna om ämnet "Studier av arten av materia, energi, utrymme och tid". Ersättning av energiavdelningen för detta program 2009 är 795,7 miljoner dollar. Professor Harvard University Lisa Rendal skisserade synpunkter på materia, energi och ursprung av universum ur den framtida strängteoriens synvinkel. Direktör för Fermi National Laboratory (Batavia) Pierre Oddonon talade om staten av partikelfysik i USA, och i synnerhet om den kommande slutförandet av Tavitrons arbete och början av det gemensamma arbetet i FNAL och tunnelbanan Laboratorie Dusel på studien av egenskaperna hos neutrino och sällsynta processer. Han betonade vikten av att amerikanska fysikernas deltagande i högkvalitativa fysikprojekt i Europa (LHC), Japan (Jparc), Kina (vers) och det internationella rymdprojektet (Glast, namngavs nyligen av Fermi).

11,3. Hörsel i USA: s kongress 2.Regissören för Jersonsonsson National Laboratory Hugh Montgomery talade om bidraget från detta laboratorium till kärnfysik, accelererande teknik och utbildningsprogram. Direktör för den vetenskapliga avdelningen för hög energifysikavdelning Dennis Kovar talade om tre huvudområden i hög energifysik:

1) Accelerationsstudier vid maximala energier,

2) Accelerationsstudier med maximala intensiteter,

3) Terrestrial och Satellite Cosmos studier för att klargöra karaktären av mörk materia och mörk energi,

och tre huvudriktningar på kärnfysik:

1) Studie av starka interaktioner av kvarker och gluoner,

2) Studien av hur atomkärnor bildades av protoner och neutroner,

3) Studien av svaga interaktioner som involverar neutrino.

12. På grundvetenskap

12.1. Vad är grundläggande vetenskap.Från ovanstående text är det uppenbart att jag, som de flesta forskare, kallar den grundläggande vetenskapen som en del av vetenskapen som etablerar de mest grundläggande lagarna i naturen. Dessa lagar ligger i grunden för pyramiden av vetenskap eller dess enskilda golv. De bestämmer den långsiktiga utvecklingen av civilisationen. Det finns emellertid människor som finns av grundläggande vetenskap är de delar av vetenskapen som har störst direkt inverkan på de tillfälliga prestationerna i utvecklingen av civilisationen. Jag tror personligen att dessa avsnitt och riktningar är bättre kallad tillämpad vetenskap.

12.2. Rötter och frukter.Om den grundläggande vetenskapen kan jämföras med trädens rötter, kan den applicerade jämföras med dess frukter. Sådana stora tekniska genombrott som skapar mobiltelefoner eller fiberoptisk kommunikation, dessa är frukter av vetenskapen.

12,3. A. I. Herzen om vetenskapen.År 1845 publicerade Alexander Ivanovich Herzen (1812-1870) en underbar "bokstäver för att studera naturens natur i tidningen" offentliga anteckningar ". I slutet av första bokstaven skrev han: "Vetenskapen verkar vara svårt, inte för att det är svårt, men för annars kan du inte nå sin enkelhet, hur man bryter igenom mörkret i de färdiga koncept som förhindrar att du direkt ser. Låt inkommande framåt veta att hela arsenalen av rostiga och misslyckade vapen som var ärvda från skolastik, det räcker inte att döda att offra av vetenskapen som sammanställts av utsikten, som utan att betala allt semillsom lärs silver, Du kan inte komma in i vetenskapen, du kan inte gå till hela sanningen. "

12,4. På reducerade skolprogram.Moderna fysikprogram i skolan kan väl inkludera aktiv besittning av element i teorin om elementära partiklar, relativitetsteori och kvantmekanik, om vi minskar de sektioner som huvudsakligen är beskrivande och ökar barnets "utmärkelse" och inte en Förståelse av världen och förmågan att leva och skapa.

12,5. Slutsats.Det skulle vara korrekt att presidiet i den ryska vetenskapsakademins vetenskapsademi noterade vikten av det tidiga förvärvet av ungdomar till världsutsikten, baserat på framkomsten av relativitet och kvantmekanik och instruerade kommissionerna av det ryska presidiet Academy of Sciences på läroböcker (ordförande - vice ordförande VV Kozlov) och utbildning (ordförande - vice -president V. A. SADOVNICHY) Förbereda förslag till förbättring av undervisningen i den moderna grundläggande fysik i centrala och högre skola.