Ushbu maqolada tabiat kuchlari deb ataladigan narsa - asosiy elektromagnit o'zaro ta'sir va u qurilgan tamoyillar ko'rib chiqiladi. Shuningdek, ushbu mavzuni o'rganishda yangi yondashuvlarning mavjudligi haqida gapiriladi. Hatto maktabda, fizika darslarida o'quvchilar "kuch" tushunchasini tushuntirishga duch kelishadi. Ular kuchlar juda xilma-xil bo'lishi mumkinligini o'rganadilar - ishqalanish kuchi, tortishish kuchi, egiluvchanlik kuchi va boshqalar. Ularning barchasini fundamental deb atash mumkin emas, chunki ko'pincha kuch hodisasi ikkilamchi (ishqalanish kuchi, masalan, molekulalarning o'zaro ta'siri bilan). Elektromagnit o'zaro ta'sir ham ikkilamchi bo'lishi mumkin - natijada. Molekulyar fizika Van der Vaals kuchini misol qilib keltiradi. Zarrachalar fizikasi ham koʻplab misollar keltiradi.
Tabiatda
Men tabiatda elektromagnit o'zaro ta'sirni amalga oshirishda sodir bo'ladigan jarayonlarning tubiga kirmoqchiman. U qurgan barcha ikkinchi darajali kuchlarni aniqlaydigan asosiy kuch nima?Har bir inson elektromagnit o'zaro ta'sir yoki, shuningdek, elektr kuchlari deb ataladigan narsa asosiy ekanligini biladi. Buni Maksvell tenglamalaridan kelib chiqqan holda o'ziga xos umumlashtirishga ega bo'lgan Kulon qonuni tasdiqlaydi. Ikkinchisi tabiatda mavjud bo'lgan barcha magnit va elektr kuchlarini tavsiflaydi. Shuning uchun ham elektromagnit maydonlarning o'zaro ta'siri tabiatning asosiy kuchi ekanligi isbotlangan. Keyingi misol tortishishdir. Hatto maktab o'quvchilari ham Isaak Nyutonning butun dunyo tortishish qonuni haqida bilishadi, u ham yaqinda Eynshteyn tenglamalari orqali o'zining umumlashmasini olgan va uning tortishish nazariyasiga ko'ra, tabiatdagi bu elektromagnit o'zaro ta'sir kuchi ham asosiy hisoblanadi.
Bir paytlar faqat mana shu ikki asosiy kuch bor deb oʻylashgan, ammo fan oldinga siljib, bu umuman bunday emasligini asta-sekin isbotladi. Masalan, atom yadrosining ochilishi bilan yadro kuchi tushunchasini kiritish zarur edi, aks holda zarralarni yadro ichida saqlash tamoyilini, nima uchun ular turli yo`nalishlarda uchib ketmasligini qanday tushunish kerak edi. Tabiatda elektromagnit kuchning qanday ishlashini tushunish yadro kuchlarini o'lchash, o'rganish va tavsiflashga yordam berdi. Biroq, keyinchalik olimlar yadro kuchlari ikkinchi darajali va ko'p jihatdan Van der Vaals kuchlariga o'xshash degan xulosaga kelishdi. Aslida, faqat kvarklarning bir-biri bilan o'zaro ta'sirida ta'minlaydigan kuchlar haqiqatan ham asosiy hisoblanadi. Keyin allaqachon - ikkilamchi ta'sir - yadrodagi neytronlar va protonlar orasidagi elektromagnit maydonlarning o'zaro ta'siri. Haqiqatan ham glyuonlar almashinadigan kvarklarning o'zaro ta'siri. Shunday bo'lditabiatda kashf etilgan uchinchi haqiqiy asosiy kuch.
Ushbu hikoyaning davomi
Elementar zarralar parchalanadi, og'ir zarralar engilroq bo'ladi va ularning parchalanishi elektromagnit o'zaro ta'sirning yangi kuchini tasvirlaydi, bu xuddi shunday deb ataladi - zaif o'zaro ta'sir kuchi. Nega zaif? Ha, chunki tabiatdagi elektromagnit o'zaro ta'sir ancha kuchli. Va yana ma'lum bo'lishicha, dunyo rasmiga juda uyg'un kirgan va dastlab elementar zarralarning parchalanishini mukammal tasvirlagan zaif o'zaro ta'sir nazariyasi, agar energiya oshsa, xuddi shunday postulatlarni aks ettirmaydi. Shuning uchun eski nazariya boshqasiga - zaif o'zaro ta'sir nazariyasiga qayta ishlandi, bu safar universal bo'lib chiqdi. Garchi u zarrachalarning elektromagnit o'zaro ta'sirini tasvirlaydigan boshqa nazariyalar bilan bir xil printsiplar asosida qurilgan bo'lsa-da. Zamonaviy davrda to'rtta o'rganilgan va tasdiqlangan fundamental o'zaro ta'sirlar mavjud va beshinchisi yo'lda, bu haqda keyinroq muhokama qilinadi. Barcha to'rtta - tortishish, kuchli, kuchsiz, elektromagnit - bitta printsip asosida qurilgan: zarralar o'rtasida paydo bo'ladigan kuch tashuvchi yoki boshqa yo'l bilan - o'zaro ta'sir vositachisi tomonidan amalga oshiriladigan qandaydir almashinuv natijasidir.
Bu qanaqa yordamchi? Bu foton - massasiz zarracha, ammo shunga qaramay elektromagnit to'lqinlar kvanti yoki yorug'lik kvantining almashinuvi tufayli elektromagnit o'zaro ta'sirni muvaffaqiyatli quradi. Elektromagnit o'zaro ta'sir amalga oshiriladima'lum bir kuch bilan aloqa qiladigan zaryadlangan zarralar sohasidagi fotonlar yordamida Kulon qonuni aynan shunday izohlaydi. Yana bir massasiz zarracha bor - glyuon, uning sakkiz xili bor, u kvarklarning muloqot qilishiga yordam beradi. Ushbu elektromagnit o'zaro ta'sir zaryadlar orasidagi tortishishdir va u kuchli deb ataladi. Ha, va zaif o'zaro ta'sir vositachilarsiz to'liq bo'lmaydi, ular massasi bo'lgan zarralar, bundan tashqari, ular massiv, ya'ni og'irdir. Bu oraliq vektor bozonlari. Ularning massasi va og'irligi o'zaro ta'sirning zaifligini tushuntiradi. Gravitatsion kuch tortishish maydonining kvant almashinuvini hosil qiladi. Bu elektromagnit oʻzaro taʼsir zarrachalarning tortishishi boʻlib, u hali yetarlicha oʻrganilmagan, graviton hali eksperimental ravishda aniqlanmagan, kvant tortishish esa bizda toʻliq sezilmagan, shuning uchun biz buni hali tasvirlay olmaymiz.
Beshinchi kuch
Biz asosiy oʻzaro taʼsirning toʻrt turini koʻrib chiqdik: kuchli, kuchsiz, elektromagnit, tortishish. O'zaro ta'sir zarrachalar almashinuvining ma'lum bir harakatidir va simmetriya tushunchasisiz amalga oshirib bo'lmaydi, chunki u bilan bog'liq bo'lmagan o'zaro ta'sir yo'q. Aynan u zarrachalar sonini va ularning massasini aniqlaydi. Aniq simmetriya bilan massa har doim nolga teng. Shunday qilib, foton va glyuonning massasi yo'q, u nolga teng, graviton esa yo'q. Va agar simmetriya buzilgan bo'lsa, massa nolga teng bo'lishni to'xtatadi. Shunday qilib, oraliq vektor bizon massaga ega, chunki simmetriya buzilgan. Ushbu to'rtta asosiy o'zaro ta'sir hamma narsani tushuntiradiko‘ramiz va his qilamiz. Qolgan kuchlar ularning elektromagnit o'zaro ta'siri ikkinchi darajali ekanligini ko'rsatadi. Biroq, 2012 yilda fanda yutuq bo'ldi va darhol mashhur bo'lgan yana bir zarracha topildi. Ilm-fan olamidagi inqilob Xiggs bozonining ochilishi bilan tashkil etilgan bo'lib, u, ma'lum bo'lishicha, leptonlar va kvarklar o'rtasidagi o'zaro ta'sirning tashuvchisi bo'lib ham xizmat qiladi.
Shuning uchun ham fiziklar hozirda Xiggs bozoni vositachiligida beshinchi kuch paydo boʻlganini aytishmoqda. Bu erda ham simmetriya buzilgan: Xiggs bozonining massasi bor. Shunday qilib, o'zaro ta'sirlar soni (zamonaviy zarralar fizikasida "kuch" so'zi ushbu so'z bilan almashtirilgan) beshtaga yetdi. Ehtimol, biz yangi kashfiyotlar kutayotgandirmiz, chunki bulardan tashqari boshqa o'zaro ta'sirlar mavjudligini aniq bilmaymiz. Ehtimol, biz allaqachon qurgan va biz ko'rib chiqayotgan, dunyoda kuzatilgan barcha hodisalarni mukammal tushuntirib beradigan model to'liq emas. Va, ehtimol, bir muncha vaqt o'tgach, yangi shovqinlar yoki yangi kuchlar paydo bo'ladi. Bunday ehtimollik, agar biz asta-sekinlik bilan bugungi kunda ma'lum bo'lgan fundamental o'zaro ta'sirlar - kuchli, zaif, elektromagnit, tortishish borligini bilib olganimiz uchun mavjud. Axir, agar tabiatda ilmiy dunyoda allaqachon gapirilayotgan supersimmetrik zarralar mavjud bo'lsa, bu yangi simmetriyaning mavjudligini anglatadi va simmetriya har doim yangi zarralar, ular orasidagi vositachilarning paydo bo'lishiga olib keladi. Shunday qilib, biz ilgari noma'lum bo'lgan asosiy kuch haqida eshitamiz, chunki biz buni bir marta hayrat bilan bilib oldikmasalan, elektromagnit, zaif o'zaro ta'sir mavjud. Bizning tabiatimiz haqidagi bilimimiz juda to'liq emas.
Ulanish
Eng qizig'i shundaki, har qanday yangi shovqin, albatta, mutlaqo noma'lum hodisaga olib kelishi kerak. Misol uchun, agar biz zaif o'zaro ta'sirni o'rganmaganimizda, biz hech qachon parchalanishni kashf qilmagan bo'lardik va agar bizning parchalanish haqidagi bilimimiz bo'lmaganida, yadro reaktsiyasini o'rganish mumkin bo'lmaydi. Va agar biz yadro reaktsiyalarini bilmaganimizda, quyosh biz uchun qanday porlashini tushunmagan bo'lardik. Axir, agar u porlamaganida, Yerda hayot shakllanmagan bo'lardi. Demak, o'zaro ta'sirning mavjudligi uning hayotiyligini aytadi. Agar kuchli o'zaro ta'sir bo'lmaganida, barqaror atom yadrolari bo'lmaydi. Elektromagnit o'zaro ta'sir tufayli Yer Quyoshdan energiya oladi va undan keladigan yorug'lik nurlari sayyorani isitadi. Va bizga ma'lum bo'lgan barcha shovqinlar mutlaqo zarurdir. Mana, masalan, Xiggs. Xiggs bozoni zarrachani maydon bilan o'zaro ta'sir qilish orqali massa bilan ta'minlaydi, ularsiz biz tirik qolmas edik. Va qanday qilib gravitatsiyaviy o'zaro ta'sirsiz sayyora yuzasida qolish kerak? Bu nafaqat biz uchun, balki hech narsa uchun ham imkonsiz bo'lar edi.
Albatta, barcha o'zaro ta'sirlar, hatto biz hali bilmaganlar ham, insoniyat biladigan, tushunadigan va mavjud bo'lishni yaxshi ko'radigan hamma narsa uchun zaruratdir. Biz nimani bilmasligimiz mumkin? Ha, juda ko'p. Masalan, proton yadroda barqaror ekanligini bilamiz. Bu biz uchun juda muhim.barqarorlik, aks holda hayot xuddi shunday mavjud bo'lmaydi. Biroq, tajribalar shuni ko'rsatadiki, protonning hayoti vaqt bilan cheklangan miqdordir. Uzoq, albatta, 1034 yil. Ammo bu shuni anglatadiki, ertami-kechmi proton ham parchalanadi va buning uchun qandaydir yangi kuch, ya'ni yangi o'zaro ta'sir kerak bo'ladi. Proton parchalanishiga kelsak, yangi, ancha yuqori darajadagi simmetriya qabul qilinadigan nazariyalar allaqachon mavjud, ya'ni biz haligacha hech narsa bilmaydigan yangi o'zaro ta'sir mavjud bo'lishi mumkin.
Grand Unification
Tabiatning birligida barcha fundamental oʻzaro taʼsirlarni qurishning yagona tamoyili. Ko'pchilikda ularning soni va bu aniq raqamning sabablarini tushuntirish haqida savollar bor. Bu erda juda ko'p versiyalar qurilgan va ular chiqarilgan xulosalar nuqtai nazaridan juda farq qiladi. Ular shunday bir qator fundamental o'zaro ta'sirlarning mavjudligini turli yo'llar bilan tushuntiradilar, ammo ularning barchasi dalillarni yaratishning yagona printsipi bilan chiqadi. Tadqiqotchilar har doim o'zaro ta'sirlarning eng xilma-xil turlarini birlashtirishga harakat qilishadi. Shuning uchun bunday nazariyalar Buyuk birlashish nazariyalari deb ataladi. Go'yo dunyo daraxti shoxlari: shoxlari ko'p, lekin tanasi doimo bitta.
Barcha bu nazariyalarni birlashtirgan g'oya borligi uchun. Barcha ma'lum bo'lgan o'zaro ta'sirlarning ildizi bir xil bo'lib, simmetriyani yo'qotish natijasida shoxlanishni boshlagan va turli xil fundamental o'zaro ta'sirlarni shakllantirgan bitta magistralni oziqlantirishdir, biz ularni eksperimental ravishda aniqlashimiz mumkin.kuzatish. Ushbu gipotezani hali sinab ko'rish mumkin emas, chunki u bugungi tajribalar uchun mavjud bo'lmagan juda yuqori energiyali fizikani talab qiladi. Bundan tashqari, biz bu energiyani hech qachon o'zlashtirmasligimiz mumkin. Ammo bu to'siqdan o'tish juda mumkin.
Kvartira
Bizda koinot bor, bu tabiiy tezlatgich va unda sodir bo'ladigan barcha jarayonlar barcha ma'lum bo'lgan o'zaro ta'sirlarning umumiy ildizi haqidagi eng jasur farazlarni ham sinab ko'rish imkonini beradi. Tabiatdagi o'zaro ta'sirlarni tushunishning yana bir qiziqarli vazifasi, ehtimol, undan ham qiyinroqdir. Gravitatsiya tabiatning qolgan kuchlari bilan qanday bog'liqligini tushunish kerak. Ushbu fundamental o'zaro ta'sir, go'yo bu nazariya qurilish printsipi bo'yicha boshqalarga o'xshashligiga qaramay, bir-biridan ajralib turadi.
Eynshteyn tortishish nazariyasi bilan shug'ullanib, uni elektromagnetizm bilan bog'lashga harakat qilgan. Ushbu muammoni hal qilishning haqiqatiga qaramay, nazariya o'sha paytda ishlamadi. Endi insoniyat biroz ko'proq narsani biladi, har holda, biz kuchli va zaif o'zaro ta'sirlar haqida bilamiz. Va agar hozir ushbu yagona nazariyani qurish tugallansa, unda bilim etishmasligi yana o'z ta'sirini ko'rsatadi. Hozirgacha tortishish kuchini boshqa o'zaro ta'sirlar bilan tenglashtirib bo'lmadi, chunki hamma kvant fizikasi tomonidan belgilab qo'yilgan qonunlarga bo'ysunadi, lekin tortishish emas. Kvant nazariyasiga ko'ra, barcha zarralar ma'lum bir sohaning kvantlaridir. Ammo kvant tortishish kuchi mavjud emas, hech bo'lmaganda hali yo'q. Biroq, allaqachon ochiq o'zaro ta'sirlar soni baland ovozda bu mumkin emasligini takrorlaydiqandaydir birlashtirilgan sxema bo'ling.
Elektr maydoni
1860 yilda XIX asrning buyuk fizigi Jeyms Maksvell elektromagnit induksiyani tushuntiruvchi nazariyani yaratishga muvaffaq bo'ldi. Vaqt o'tishi bilan magnit maydon o'zgarganda, fazoning ma'lum bir nuqtasida elektr maydoni hosil bo'ladi. Va agar bu sohada yopiq o'tkazgich topilsa, u holda elektr maydonida indüksiyon oqimi paydo bo'ladi. Maksvell o'zining elektromagnit maydonlar nazariyasi bilan teskari jarayon ham mumkinligini isbotlaydi: fazoning ma'lum bir nuqtasida elektr maydonini vaqtida o'zgartirsangiz, magnit maydon albatta paydo bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, magnit maydon vaqtining har qanday o'zgarishi o'zgaruvchan elektr maydonining paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin va elektr maydonining o'zgarishi o'zgaruvchan magnit maydonni keltirib chiqarishi mumkin. Bu oʻzgaruvchilar, bir-birini hosil qiluvchi maydonlar bitta maydonni tashkil qiladi - elektromagnit.
Maksvell nazariyasi formulalaridan kelib chiqadigan eng muhim natija elektromagnit toʻlqinlar, yaʼni vaqt va fazoda tarqaladigan elektromagnit maydonlar mavjudligini bashorat qilishdir. Elektromagnit maydonning manbai tezlanish bilan harakatlanuvchi elektr zaryadlaridir. Ovoz (elastik) to'lqinlardan farqli o'laroq, elektromagnit to'lqinlar har qanday moddada, hatto vakuumda ham tarqalishi mumkin. Vakuumdagi elektromagnit o'zaro ta'sir yorug'lik tezligida (c=sekundiga 299,792 kilometr) tarqaladi. To'lqin uzunligi boshqacha bo'lishi mumkin. O'n ming metrdan 0,005 metrgacha bo'lgan elektromagnit to'lqinlarbizga ma'lumot uzatish uchun xizmat qiluvchi radio to'lqinlar, ya'ni signallarni ma'lum masofaga hech qanday simlarsiz. Radio to'lqinlar antennada oqadigan yuqori chastotalardagi oqim tomonidan yaratiladi.
Toʻlqinlar nima
Agar elektromagnit nurlanishning to'lqin uzunligi 0,005 metrdan 1 mikrometrgacha bo'lsa, ya'ni radioto'lqinlar va ko'rinadigan yorug'lik oralig'ida joylashganlar infraqizil nurlanishdir. U barcha isitiladigan jismlar tomonidan chiqariladi: batareyalar, pechkalar, akkor lampalar. Maxsus qurilmalar infraqizil nurlanishni hatto mutlaq zulmatda ham uni chiqaradigan ob'ektlarning tasvirini olish uchun ko'rinadigan yorug'likka aylantiradi. Ko'rinadigan yorug'lik 770 dan 380 nanometrgacha bo'lgan to'lqin uzunligini chiqaradi - bu qizildan binafsha ranggacha bo'lgan rangga olib keladi. Spektrning bu qismi inson hayoti uchun juda muhim, chunki biz dunyo haqidagi maʼlumotlarning katta qismini koʻrish orqali olamiz.
Agar elektromagnit nurlanish toʻlqin uzunligi binafsha rangdan qisqaroq boʻlsa, u patogen bakteriyalarni oʻldiradigan ultrabinafshadir. Rentgen nurlari ko'zga ko'rinmaydi. Ular ko'rinadigan yorug'lik uchun shaffof bo'lmagan materiya qatlamlarini deyarli o'zlashtirmaydi. Rentgen nurlanishi inson va hayvonlarning ichki organlari kasalliklarini aniqlaydi. Agar elektromagnit nurlanish elementar zarrachalarning o'zaro ta'siridan kelib chiqsa va qo'zg'atilgan yadrolar tomonidan chiqarilsa, gamma nurlanish olinadi. Bu elektromagnit spektrdagi eng keng diapazondir, chunki u yuqori energiya bilan cheklanmaydi. Gamma nurlanishi yumshoq va qattiq bo'lishi mumkin: atom yadrolari ichidagi energiya o'tishlari -yumshoq, yadro reaksiyalarida esa qattiq. Bu kvantlar molekulalarni, ayniqsa, biologiklarni osongina yo'q qiladi. Yaxshiyamki, gamma-nurlanish atmosferadan o'tolmaydi. Gamma nurlarini kosmosdan kuzatish mumkin. O'ta yuqori energiyalarda elektromagnit o'zaro ta'sir yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda tarqaladi: gamma kvantlar atomlarning yadrolarini maydalab, ularni turli yo'nalishlarda uchadigan zarrachalarga aylantiradi. Tormozlashda ular maxsus teleskoplar orqali ko'rinadigan yorug'lik chiqaradi.
O'tmishdan kelajakka
Elektromagnit to'lqinlar, yuqorida aytib o'tilganidek, Maksvell tomonidan bashorat qilingan. U diqqat bilan o'rganib chiqdi va magnit va elektr hodisalari tasvirlangan Faradayning biroz sodda rasmlariga matematik ishonishga harakat qildi. Simmetriyaning yo'qligini Maksvell kashf etgan. Aynan u o'zgaruvchan elektr maydonlari magnit maydonlarni hosil qilishini va aksincha, bir qator tenglamalar bilan isbotlashga muvaffaq bo'ldi. Bu uni bunday maydonlar o'tkazgichlardan uzilib, vakuum orqali qandaydir ulkan tezlikda harakatlanishi haqidagi fikrga olib keldi. Va u buni aniqladi. Tezlik soniyasiga uch yuz ming kilometrga yaqin edi.
Nazariya va tajriba shunday oʻzaro taʼsir qiladi. Bunga misol qilib, biz elektromagnit to'lqinlarning mavjudligi haqida bilib olgan kashfiyotdir. Fizika yordamida unda mutlaqo heterojen tushunchalar - magnetizm va elektr birlashtirildi, chunki bu bir xil tartibdagi fizik hodisa, shunchaki uning turli tomonlari o'zaro ta'sirda. Nazariyalar birin-ketin quriladi va hammasiular bir-biri bilan chambarchas bog'liq: elektrozaif o'zaro ta'sir nazariyasi, masalan, zaif yadro va elektromagnit kuchlar bir xil pozitsiyalardan tasvirlangan bo'lsa, bularning barchasi kuchli va elektr kuchsiz o'zaro ta'sirlarni qamrab oluvchi kvant xromodinamikasi bilan birlashtirilgan (bu erda aniqlik hali ham pastroq, lekin ish davom etmoqda). Fizikaning kvant tortishish kuchi va simlar nazariyasi kabi sohalari jadal tadqiq qilinmoqda.
Xulosa
Ma'lum bo'lishicha, bizni o'rab turgan fazo butunlay elektromagnit nurlanish bilan qoplangan: bular yulduzlar va Quyosh, Oy va boshqa samoviy jismlar, bu Yerning o'zi va har bir telefon odamning qo'lida., va radiostansiya antennalari - bularning barchasi elektromagnit to'lqinlarni chiqaradi, boshqacha nomlanadi. Ob'ekt chiqaradigan tebranish chastotasiga qarab infraqizil nurlanish, radioto'lqinlar, ko'rinadigan yorug'lik, biofild nurlari, rentgen nurlari va shunga o'xshashlar ajratiladi.
Elektromagnit maydon tarqalganda, u elektromagnit to'lqinga aylanadi. Bu shunchaki tuganmas energiya manbai bo'lib, molekulalar va atomlarning elektr zaryadlarining o'zgarishiga olib keladi. Va agar zaryad tebransa, uning harakati tezlashadi va shuning uchun elektromagnit to'lqin chiqaradi. Agar magnit maydon o'zgarsa, vorteksli elektr maydoni qo'zg'aladi, bu esa o'z navbatida vorteks magnit maydonini qo'zg'atadi. Jarayon kosmosdan o'tib, bir nuqtani boshqasini qamrab oladi.
