![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Взаимодействия и силы в природе |
Взаимодействия и силы в природе Введение Современные достижения физики высоких энергий все больше укрепляют представление, что многообразие свойств Природы обусловлено взаимодействующими элементарными частицами. Дать неформальное определение элементарной частицы, по-видимому, невозможно, поскольку речь идет о самых первичных элементах материи. На качественном уровне можно говорить, что истинно элементарными частицами называются физические объекты, которые не имеют составных частей. Очевидно, что вопрос об элементарности физических объектов - это в первую очередь вопрос экспериментальный. Например, экспериментально установлено, что молекулы, атомы, атомные ядра имеют внутреннюю структуру, указывающую на наличие составных частей. Поэтому их нельзя считать элементарными частицами. Сравнительно недавно открыто, что такие частицы, как мезоны и барионы, также обладают внутренней структурой и, следовательно, не являются элементарными. В то же время у электрона внутренняя структура никогда не наблюдалась, и, значит, его можно отнести к элементарным частицам. Другим примером элементарной частицы является квант света - фотон. Современные экспериментальные данные свидетельствуют, что существует только четыре качественно различных вида взаимодействий, в которых участвуют элементарные частицы. Эти взаимодействия называются фундаментальными, то есть самыми основными, исходными, первичными. Если принять во внимание все многообразие свойств окружающего нас Мира, то кажется совершенно удивительным, что в Природе есть только четыре фундаментальных взаимодействия, ответственных за все явления Природы. Помимо качественных различий, фундаментальные взаимодействия отличаются в количественном отношении по силе воздействия, которая характеризуется термином интенсивность. По мере увеличения интенсивности фундаментальные взаимодействия располагаются в следующем порядке: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное. Каждое из этих взаимодействий характеризуется соответствующим параметром, называемым константой связи, численное значение которого определяет интенсивность взаимодействия. Каким образом физические объекты осуществляют фундаментальные взаимодействия между собой? На качественном уровне ответ на этот вопрос выглядит следующим образом. Фундаментальные взаимодействия переносятся квантами. При этом в квантовой области фундаментальным взаимодействиям отвечают соответствующие элементарные частицы, называемые элементарными частицами - переносчиками взаимодействий. В процессе взаимодействия физический объект испускает частицы - переносчики взаимодействия, которые поглощаются другим физическим объектом. Это ведет к тому, что объекты как бы чувствуют друг друга, их энергия, характер движения, состояние изменяются, то есть они испытывают взаимное влияние. В современной физике высоких энергий все большее значение приобретает идея объединения фундаментальных взаимодействий. Согласно идеям объединения, в Природе существует только одно единое фундаментальное взаимодействие, проявляющее себя в конкретных ситуациях как гравитационное, или как слабое, или как электромагнитное, или как сильное, или как их некоторая комбинация.
Успешной реализацией идей объединения послужило создание ставшей уже стандартной объединенной теории электромагнитных и слабых взаимодействий. Идет работа по развитию единой теории электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий, получившей название теории великого объединения. Предпринимаются попытки найти принцип объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий. Сила тяжести Силой тяжести называют равнодействующую двух сил - силы ньютоновского притяжения всей массой Земли и центробежной силы, возникающей вследствие суточного вращения Земли. Отнесенные к единице массы, эти силы характеризуются ускорениями силы тяжести g=F/m, ньютоновского притяжения f=Fн/m и центробежным P=P/m. Ускорение силы тяжести равно геометрической сумме ускорения притяжения и центробежного ускорения. Обычно в гравиметрии, когда говорят "сила тяжести", подразумевают именно ускорение силы тяжести. Гравитационное взаимодействие Это взаимодействие носит универсальный характер, в нем участвуют все виды материи, все объекты природы, все элементарные частицы! Общепринятой классической (не квантовой) теорией гравитационного взаимодействия является эйнштейновская общая теория относительности. Гравитация определяет движение планет в звездных системах, играет важную роль в процессах, протекающих в звездах, управляет эволюцией Вселенной, в земных условиях проявляет себя как сила взаимного притяжения. Конечно, мы перечислили только небольшое число примеров из огромного списка эффектов гравитации. Согласно общей теории относительности, гравитация связана с кривизной пространства-времени и описывается в терминах так называемой римановой геометрии. В настоящее время все экспериментальные и наблюдательные данные о гравитации укладываются в рамки общей теории относительности. Однако данные о сильных гравитационных полях по существу отсутствуют, поэтому экспериментальные аспекты этой теории содержат много вопросов. Такая ситуация порождает появление различных альтернативных теорий гравитации, предсказания которых практически неотличимы от предсказаний общей теории относительности для физических эффектов в Солнечной системе, но ведут к другим следствиям в сильных гравитационных полях. Если пренебречь всеми релятивистскими эффектами и ограничиться слабыми стационарными гравитационными полями, то общая теория относительности сводится к ньютоновской теории всемирного тяготения. В этом случае, как известно, потенциальная энергия взаимодействия двух точечных частиц с массами m1 и m2 дается соотношением где r - расстояние между частицами, G - ньютоновская гравитационная постоянная, играющая роль константы гравитационного взаимодействия. Данное соотношение показывает, что потенциальная энергия взаимодействия V(r) отлична от нуля при любом конечном r и спадает к нулю очень медленно. По этой причине говорят, что гравитационное взаимодействие является дальнодействующим. Из многих физических предсказаний общей теории относительности отметим три. Теоретически установлено, что гравитационные возмущения могут распространяться в пространстве в виде волн, называемых гравитационными.
Распространяющиеся слабые гравитационные возмущения во многом аналогичны электромагнитным волнам. Их скорость равна скорости света, они имеют два состояния поляризации, для них характерны явления интерференции и дифракции. Однако в силу чрезвычайно слабого взаимодействия гравитационных волн с веществом их прямое экспериментальное наблюдение до сих пор не было возможно. Тем не менее данные некоторых астрономических наблюдений по потере энергии в системах двойных звезд свидетельствуют о возможном существовании гравитационных волн в природе. Теоретическое исследование условий равновесия звезд в рамках общей теории относительности показывает, что при определенных условиях достаточно массивные звезды могут начать катастрофически сжиматься. Это оказывается возможным на достаточно поздних стадиях эволюции звезды, когда внутреннее давление, обусловленное процессами, ответственными за светимость звезды, не в состоянии уравновесить давление сил тяготения, стремящихся сжать звезду. В результате процесс сжатия уже ничем не может быть остановлен. Описанное физическое явление, предсказанное теоретически в рамках общей теории относительности, получило название гравитационного коллапса. Исследования показали, что если радиус звезды становится меньше так называемого гравитационного радиуса Rg = 2GM / c2, где M - масса звезды, а c - скорость света, то для внешнего наблюдателя звезда гаснет. Никакая информация о процессах, идущих в этой звезде, не может достичь внешнего наблюдателя. При этом тела, падающие на звезду, свободно пересекают гравитационный радиус. Если в качестве такого тела подразумевается наблюдатель, то ничего, кроме усиления гравитации, он не заметит. Таким образом, возникает область пространства, в которую можно попасть, но из которой ничего не может выйти, включая световой луч. Подобная область пространства называется черной дырой. Существование черных дыр является одним из теоретических предсказаний общей теории относительности, некоторые альтернативные теории гравитации построены именно так, что они запрещают такого типа явления. В связи с этим вопрос о реальности черных дыр имеет исключительно важное значение. В настоящее время имеются наблюдательные данные, свидетельствующие о наличии черных дыр во Вселенной. В рамках общей теории относительности впервые удалось сформулировать проблему эволюции Вселенной. Тем самым Вселенная в целом становится не предметом спекулятивных рассуждений, а объектом физической науки. Раздел физики, предметом которого является Вселенная в целом, называется космологией. В настоящее время считается твердо установленным, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Современная картина эволюции Вселенной основывается на представлении о том, что Вселенная, включая такие ее атрибуты, как пространство и время, возникла в результате особого физического явления, называемого Большой Взрыв, и с тех пор расширяется. Согласно теории эволюции Вселенной, расстояния между далекими галактиками должны увеличиваться со временем, и вся Вселенная должна быть заполнена тепловым излучением с температурой порядка 3 K.
Борьба за природные ресурсы неизбежно обострится и примет угрожающие формы, наносящие непоправимый ущерб Природе как таковой. В свою очередь, эта ситуация порождает своеобразный "экологический фундаментализм", ставший лозунгом многих движений "зеленых" в разных странах мира. Иначе говоря, для понимания путей выхода из этой ситуации необходим дальнейший анализ этапов взаимодействия человека и общества с природой. Человек, создавая новые средства овладения силами природы, утратил не только цель и смысл этого процесса, но и во многом инстинкт самосохранения. Следствием этого является разрушение биосферы планеты и среды обитания человека как вида. Необходимо изменить 303 сознание и поведение миллиардов людей, дабы этот источник саморазвития общества мог действовать и дальше. Второй источник развития общества связан с технологическими детерминантами, с ролью техники и процессом разделения труда в общественном устройстве. Т. Адорно (1903-1969) полагал, что вопрос о приоритете экономики или техники напоминает вопрос о том, что было раньше: курица или яйцо
2. Физика как источник теорем дифференциального исчисления
3. Занимательные материалы по физике как средство мотивации учебной деятельности учащихся
4. Физика как источник теорем дифференциального исчисления
10. Литература как вид искусства. Место литературы в ряду других искусств
11. Каким видит Лермонтов героя своего времени в романе "Герой нашего времени"
12. Смертельная казнь как вид наказания
14. Концепции устойчивого развития как выражение взаимоотношений "общество- природа"
15. Игра – как вид деятельности у детей дошкольного возраста
17. Понятие общества. Общество и природа. Взаимодействие основных сфер общественной жизни
18. Социальные роли как механизм взаимодействия личности и общества
19. Общество как сложная система. Сферы общественной жизни, их взаимосвязь. Важнейшие институты общества
20. Спорт как специфический вид человеческой деятельности
21. Природа и общество: взаимосвязь и взаимозависимость
25. В чем Некрасов видит свой долг перед народом и какие задачи ставит перед искусством своего времени?
26. Природа как герой в произведениях Фолкнера
27. Как выглядит сильная маркетинговая стратегия?
28. Причинность и взаимодействие в физике
29. Электромагнитогравитационное взаимодействие в природе и технике
30. Элементы проблемного обучения как метод и средство мотивации учения при изучении темы физики
31. Природа как средство эстетического воспитания в детском саду
32. Договор как основной вид сделок
33. Взаимосвязь территории и гражданства государства как фактор Российской геополитики
35. Сильная и слабая нервная система
36. Индивидуальный подход как средство повышения качества обучения на уроках физики
37. Социальная работа как особый вид деятельности
41. Взаимосвязь уровня спортивных достижений и методики тренировки сильнейших тяжелоатлетов КНР
42. Взаимосвязь онтологии и физики в атомизме Демокрита (на примере анализа понятия пустоты)
43. Система восточных единоборств как вид духовного искусства
44. Природа и общество: этапы взаимодействия
45. Взаимодействие человека и природы
46. Как охраняют природу в Германии
48. Матрица анализа слабых и сильных сторон
49. Маркетинг как вид экономической деятельности
50. Бизнес план на тему: Каким видом бизнеса вы хотели бы заниматься?
51. Источники по истории взаимодействия природы и человека на Обь-Иртышском Севере
53. Кинематограф как вид искусства
57. Аудит как вид предпринимательской деятельности
58. Микроклональное размножение Ириса Низкого путем изолирования зародыша как способ сохранения вида
59. Фундаментальные законы природы как основа формирования естественно-научной картины мира
60. Инфузория, как вид простейших организмов
61. Взаимодействие сил в природе
62. Социально-трудовая мобильность. Миграция как вид социально-трудовой мобильности
63. Аудиторские заключения и судебно-бухгалтерские экспертизы как вид правового контроля
64. Договор как основной вид сделки
65. Заключение под стражу как вид меры пресечения
66. Исполнительное производство как вид гражданского судопроизводства
67. Коррупция как вид социально-патологических явлений
69. Муниципальная служба как особый вид службы
73. Речевая коммуникация как основной фактор межличностного взаимодействия
74. Вклад Галилео Галилея как основоположника классической физики
75. Бальные танцы как вид искусства
77. Природа и культура как основа национального менталитета
78. Творчество И.Е. Репина. Костюм стиля "романтизм". Скульптура как вид изобразительного искусства
79. Хореография как вид искусства
80. Анализ сильных и слабых сторон ресторана Dolce People
81. Ожоговый шок как частный вид ожоговой болезни
82. Мировое хозяйство как арена взаимодействия глобальных и национальных факторов
83. Характеристика и анализ сильных и слабых сторон организационной структуры УП "ПСЗ ОПТРОН"
84. Внутренняя диагностика компании: определение сильных и слабых сторон
85. Качественный анализ музыки как вида искусства
89. Дидактическая игра как средство воспитания любви к природе родного края
91. Сравнение как метод анализа. Виды и уровни сравнительных исследований
92. Водород как альтернативный вид топлива
93. Взаимодействие, как основа эффективного делового общения
94. Проблемы исследования общения как взаимодействия
95. Сновидения, галлюцинации и грёзы как виды воображения
96. Эмоционально-личностное общение как вид деятельности в младенческом возрасте
97. Взаимодействие со сверстниками как фактор развития полоролевой идентичности в дошкольном возрасте
98. Реклама как вид социальной коммуникаций
99. Социализация как развитие человека во взаимодействии с окружающей средой