ФИЗИКИЙН ҮНДСЭН ХУУЛИУД

[ Механик | Термодинамик | Цахилгаан | Оптик | Атомын физик]

ХАМГААЛАЛТЫН ЭРЧИМ ХӨӨРЧЛӨЛИЙН ХУУЛЬ - байгалийн ерөнхий хууль: аливаа энерги хаалттай системсистемд тохиолддог бүх процессын явцад тогтмол (хадгалагдсан) хэвээр байна. Эрчим хүчийг зөвхөн нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжүүлж, системийн хэсгүүдийн хооронд дахин хуваарилах боломжтой. Нээлттэй системийн хувьд түүний энергийн өсөлт (бууралт) нь түүнтэй харилцан үйлчилдэг бие ба физик талбайн энергийн бууралт (өсөлт)тэй тэнцүү байна.

1. МЕХАНИК

АРХИМЕДИЙН ХУУЛЬ - гидро- болон аэростатикийн хууль: шингэн эсвэл хийд дүрсэн биед босоо дээш чиглэсэн хөвөх хүч үйлчилж, биеийн хөдөлгөж буй шингэн эсвэл хийн жинтэй тоогоор тэнцүү бөгөөд төв хэсэгт үйлчилдэг. биеийн живсэн хэсгийн таталцлын . FA= gV, энд r нь шингэн буюу хийн нягт, V нь биеийн дүрсэн хэсгийн эзэлхүүн юм. Үгүй бол үүнийг дараах байдлаар томъёолж болно: шингэн эсвэл хийд дүрсэн бие нь түүнийг нүүлгэж буй шингэн (эсвэл хий) жинтэй адил жингээ алддаг. Дараа нь P= mg - FA Өөр нэг бүлэг нээлттэй байна. эрдэмтэн Архимед 212 онд. МЭӨ. Энэ нь хөвөгч биетүүдийн онолын үндэс юм.

БЭЛХИЙН Гравитацийн хууль - Ньютоны таталцлын хууль: бүх бие бие биендээ эдгээр биеийн массын үржвэртэй шууд пропорциональ ба тэдгээрийн хоорондын зайн квадраттай урвуу пропорциональ хүчээр татагддаг: , энд M ба m нь масс юм. харилцан үйлчлэх биетүүдийн R нь эдгээр биетүүдийн хоорондох зай, G нь таталцлын тогтмол (SI-д G=6.67.10-11 Н.м2/кг2.

ГАЛИЛЭО ХАРЬЦАН БАЙДЛЫН ЗАРЧИМ, харьцангуйн механик зарчим - сонгодог механикийн зарчим: дурын инерциал тооллын системд бүх механик үзэгдлүүд ижил нөхцөлд ижил замаар явагддаг. Лхагва. харьцангуйн зарчим.

ХҮҮКИЙН ХУУЛЬ - уян харимхай хэв гажилт нь түүнийг үүсгэдэг гадны нөлөөллөөс шууд хамааралтай байдаг хууль.

МОМЕНТУМ ХАМГААЛАХ ХУУЛЬ - механикийн хууль: аливаа хаалттай системийн импульс нь системд болж буй бүх процессын явцад тогтмол (хадгалагдсан) хэвээр байх бөгөөд зөвхөн тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд системийн хэсгүүдийн хооронд дахин хуваарилагдах боломжтой.

НЬЮТОНЫ ХУУЛЬ - Ньютоны сонгодог механикийн үндэс болсон гурван хууль. 1-р хууль (инерцийн хууль): Хэрэв бусад биетүүд үүн дээр ажиллахгүй эсвэл эдгээр биетүүдийн үйлдлийг нөхөн төлж байгаа бол материаллаг цэг нь шулуун, жигд хөдөлгөөн эсвэл тайван байдалд байна. 2-р хууль (динамикийн үндсэн хууль): Биеийн хүлээн авсан хурдатгал нь биед нөлөөлж буй бүх хүчний үр дүнд шууд пропорциональ, биеийн масстай урвуу пропорциональ байна (). 3-р хууль: Хоёр материаллаг цэг нь эдгээр цэгүүдийг холбосон шулуун шугамын дагуу ижил хэмжээтэй, эсрэг чиглэлд ижил шинж чанартай хүчээр харилцан үйлчилдэг ().

ХАРЬЦСАН БАЙДЛЫН ЗАРЧИМ - аливаа инерцийн жишиг системд ижил нөхцөлд байгаа бүх физик (механик, цахилгаан соронзон г.м) үзэгдлүүд ижил замаар явагддаг гэсэн харьцангуйн онолын нэг постулат юм. Энэ бол Галилейгийн бүх зүйлийн харьцангуйн зарчмын ерөнхий ойлголт юм физик үзэгдлүүд(таталцлаас бусад).

2. МОЛЕКУЛАР ФИЗИК БА ТЕРМОДИНАМИК

АВОГАДРОГИЙН ХУУЛЬ бол идеал хийн үндсэн хуулиудын нэг юм: ижил температур, даралттай ижил хэмжээтэй өөр өөр хий ижил тооны молекулыг агуулна. 1811 онд Италид нээгдсэн. физикч А.Авогадро (1776-1856).

БОЙЛ-МАРИОТТЫН ХУУЛЬ - идеал хийн хуулиудын нэг: тогтмол температурт өгөгдсөн хийн массын хувьд даралт ба эзэлхүүний бүтээгдэхүүн нь тогтмол утга юм. Томъёо: pV=const. Изотермийн процессыг дүрсэлдэг.

ТЕРМОДИНАМИКИЙН ХОЁРДУГААР ХУУЛЬ бол термодинамикийн үндсэн хуулиудын нэг бөгөөд үүний дагуу үечилсэн процесс явагдах боломжгүй бөгөөд үүний цорын ганц үр дүн нь халаагуураас хүлээн авсан дулааны хэмжээтэй тэнцэх ажлын гүйцэтгэл юм. Өөр нэг томъёолол: үйл явц нь боломжгүй бөгөөд цорын ганц үр дүн нь бага халсан биеэс илүү халсан бие рүү энергийг дулаан хэлбэрээр шилжүүлэх явдал юм. V.Z.T. олон тооны эмх замбараагүй хөдөлж буй бөөмсөөс бүрдэх системийн магадлал бага төлөвөөс илүү магадлалтай төлөв рүү аяндаа шилжих хүслийг илэрхийлдэг. Хоёр дахь төрлийн мөнхийн хөдөлгөөнт машин бүтээхийг хориглодог.

ГЕЙ-ЛУССАКИЙН ХУУЛЬ - хийн хууль: өгөгдсөн хийн тогтмол даралттай массын хувьд эзлэхүүний үнэмлэхүй температурын харьцаа нь тогтмол утга бөгөөд энд = 1/273 К-1 нь эзэлхүүний тэлэлтийн температурын коэффициент юм.

ДАЛТОНЫ ХУУЛЬ бол хийн үндсэн хуулиудын нэг юм: химийн харилцан үйлчлэлгүй идеал хийн хольцын даралт нь эдгээр хийн хэсэгчилсэн даралтын нийлбэртэй тэнцүү байна.

ПАСКАЛИЙН ХУУЛЬ бол гидростатикийн үндсэн хууль юм: шингэн эсвэл хийн гадаргуу дээр гадны хүчнээс үүссэн даралтыг бүх чиглэлд тэнцүү дамжуулдаг.

ТЕРМОДИНАМИКИЙН ЭХНИЙ ХУУЛЬ бол термодинамикийн үндсэн хуулиудын нэг бөгөөд энэ нь термодинамик системийн энерги хадгалагдах хууль юм: системд өгч буй Q дулааны хэмжээ нь U системийн дотоод энергийг өөрчлөх, ажил гүйцэтгэхэд зарцуулагддаг. Гадаад хүчний эсрэг системээр А. Томъёо: Q= U+A. Энэ нь дулааны хөдөлгүүрийн үйл ажиллагааны үндэс суурь болдог.

ЧАРЛЭЛИЙН ХУУЛЬ бол хийн үндсэн хуулиудын нэг юм: тогтмол эзэлхүүнтэй идеал хийн өгөгдсөн массын даралт нь температуртай шууд пропорциональ байна: энд p0 нь 00С-ийн даралт, =1/273.15 K-1 нь температурын коэффициент юм. дарамтаас.

3. ЦАХИЛГААН ЭРЧИМ ХҮЧ, СОРОНЗОН

АМПЕРИЙН ХУУЛЬ - гүйдэл бүхий хоёр дамжуулагчийн харилцан үйлчлэлийн хууль; Ижил чиглэлийн гүйдэлтэй параллель дамжуулагч нь таталцаж, эсрэг талын гүйдэл бүхий параллель дамжуулагч нь түлхэц болно. А.з. Гүйдэл дамжуулах дамжуулагчийн жижиг сегмент дээр соронзон орон дээр үйлчлэх хүчийг тодорхойлдог хууль гэж бас нэрлэдэг. 1820 онд нээгдсэн А.-М. Ампер.

JOULE-LENZ LAW - цахилгаан гүйдлийн дулааны нөлөөг тодорхойлсон хууль. Д.- Л.з-ийн хэлснээр. Тогтмол гүйдэл дамжин өнгөрөх үед дамжуулагчаас ялгарах дулааны хэмжээ нь гүйдлийн квадрат, дамжуулагчийн эсэргүүцэл ба дамжин өнгөрөх хугацаатай шууд пропорциональ байна.

Цэнэг ХАМГААЛАХ ХУУЛЬ бол байгалийн үндсэн хуулиудын нэг юм: цахилгаанаар тусгаарлагдсан аливаа системийн цахилгаан цэнэгийн алгебрийн нийлбэр өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Цахилгаанаар тусгаарлагдсан системд Z.s.z. Энэ нь шинэ цэнэглэгдсэн тоосонцор үүсэх боломжийг олгодог (жишээлбэл, электролитийн диссоциацийн үед, хийн иончлолын үед, бөөмс-эсрэг бөөмийн хос үүсгэх гэх мэт), гэхдээ гарч ирэх бөөмсийн нийт цахилгаан цэнэг үргэлж тэгтэй тэнцүү байх ёстой.

КУЛЛОМБЫН ХУУЛЬ бол хоёр суурин цэгийн цэнэгийн харилцан үйлчлэлийн хүч нь тэдгээрийн хоорондын зайнаас хамаарахыг илэрхийлдэг цахилгаан статикийн үндсэн хууль юм: хоёр суурин цэгийн цэнэг нь эдгээр цэнэгийн хэмжээнүүдийн үржвэртэй шууд пропорциональ ба урвуу пропорциональ хүчээр харилцан үйлчилдэг. тэдгээрийн хоорондох зай ба цэнэгүүд байрлах орчны диэлектрик тогтмолын квадрат хүртэл. SI-д энэ нь дараах хэлбэртэй байна. Энэ утга нь бие биенээсээ 1 м зайд вакуумд байрлах тус бүр нь 1 С хэмжээтэй хоёр суурин цэгийн цэнэгийн хооронд үйлчлэх хүчтэй тоон хувьд тэнцүү байна. K.z. нь электродинамикийн туршилтын үндэслэлүүдийн нэг юм.

ЗҮҮН ГАРЫН ДҮРЭМ - соронзон орон дотор байрлах гүйдэл дамжуулагч (эсвэл хөдөлж буй цэнэгтэй бөөмс) дээр үйлчлэх хүчний чиглэлийг тодорхойлох дүрэм. Үүнд: хэрэв зүүн гараа сунгасан хуруунууд нь гүйдлийн чиглэл (бөөмийн хурд), хүчний шугамыг харуулахаар байрлуулсан бол. соронзон орон(соронзон индукцийн шугамууд) далдуу мод руу орж, дараа нь сунгасан эрхий хуруу нь дамжуулагч дээр үйлчлэх хүчний чиглэлийг заана ( эерэг бөөмс; сөрөг бөөмийн хувьд хүчний чиглэл эсрэг байна).

LENZA RULE (хууль) - цахилгаан соронзон индукцийн үед үүсэх индукцийн гүйдлийн чиглэлийг тодорхойлдог дүрэм. L.p-ийн хэлснээр. өдөөгдсөн гүйдэл нь үргэлж ийм чиглэлтэй байдаг бөгөөд өөрийн соронзон урсгал нь энэ гүйдлийг үүсгэсэн гадаад соронзон урсгалын өөрчлөлтийг нөхдөг. Л.п. - энерги хадгалагдах хуулийн үр дагавар.

OMA LAW нь цахилгаан гүйдлийн үндсэн хуулиудын нэг юм: хэлхээний хэсэг дэх шууд цахилгаан гүйдлийн хүч нь энэ хэсгийн төгсгөлийн хүчдэлтэй шууд пропорциональ, эсэргүүцэлтэй урвуу хамааралтай. Температур нь тогтмол байдаг металл дамжуулагч ба электролитийн хувьд хүчинтэй. Бүрэн хэлхээний хувьд үүнийг дараах байдлаар томъёолсон: хэлхээн дэх шууд цахилгаан гүйдлийн хүч нь гүйдлийн эх үүсвэрийн EMF-тэй шууд пропорциональ ба цахилгаан хэлхээний нийт эсэргүүцэлтэй урвуу хамааралтай байна.

БАРУУН ГАРЫН ДҮРЭМ - 1) соронзон орон дотор хөдөлж буй дамжуулагч дахь индукцийн гүйдлийн чиглэлийг тодорхойлох дүрэм: хэрэв далдуу мод. баруун гарсоронзон индукцийн шугамууд орохоор байрлуулж, нугалсан эрхий хуруугаа хөдөлгөөний дагуу чиглүүлнэ.

дамжуулагч, дараа нь дөрвөн сунгасан хуруу нь индукцийн гүйдлийн чиглэлийг харуулах болно; 2) гүйдэл бүхий шулуун дамжуулагчийн соронзон индукцийн шугамын чиглэл: хэрэв баруун гарын эрхий хуруу нь гүйдлийн чиглэлд байрласан бол дамжуулагчийг дөрвөн хуруугаараа барих чиглэл нь соронзон индукцийн чиглэлийг харуулна. шугамууд.

ФАРАДЭЙИЙН ХУУЛЬ - электролизийн үндсэн хуулиуд. Фарадейгийн анхны хууль: цахилгаан гүйдэл дамжих үед электрод дээр ялгарах бодисын масс нь электролитээр дамжин өнгөрөх цахилгаан (цэнэг) хэмжээтэй шууд пропорциональ байна (m=kq=kIt). Хоёрдахь F.Z.: электролитээр ижил цахилгаан цэнэг дамжих үед электродууд дээр химийн хувиргаж буй янз бүрийн бодисын массын харьцаа нь химийн эквивалентуудын харьцаатай тэнцүү байна. 1833-34 онд М.Фарадей суулгасан. Электролизийн ерөнхий хууль нь дараах хэлбэртэй байна: M нь молийн (атомын) масс, z нь валент, F нь Фарадей тогтмол. F.p. нь энгийн цахилгаан цэнэг ба Авогадро тогтмолын үржвэртэй тэнцүү байна. F=e.NA. Электролитоор дамжих нь электрод дээр 1 моль моновалент бодис ялгарахад хүргэдэг цэнэгийг тодорхойлдог. F=(96484.56 0.27) Эс/моль. М.Фарадейгийн хүндэтгэлд нэрлэгдсэн.

ЦАХИЛГААН СОРОНГОНЫ ИНДУКЦИЙН ХУУЛЬ - соронзон орон өөрчлөгдөх үед цахилгаан орон үүсэх үзэгдлийг тодорхойлсон хууль (цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдэл): индукцийн цахилгаан хөдөлгөгч хүч нь соронзон урсгалын өөрчлөлтийн хурдтай шууд пропорциональ байна. Пропорциональ коэффициентийг нэгжийн системээр тодорхойлдог бөгөөд тэмдэг нь Ленцийн дүрэм юм. SI дахь томьёо: , Ф нь соронзон урсгалын өөрчлөлт, t нь энэ өөрчлөлт гарсан хугацаа юм. М.Фарадей нээсэн.

4. ОПТИК

ХЮЙГЕНИЙН ЗАРЧИМ бол долгионы фронтын байрлалыг ямар ч үед тодорхойлох боломжийг олгодог арга юм. g.p-ийн дагуу. t үед долгионы фронт өнгөрдөг бүх цэгүүд нь хоёрдогч бөмбөрцөг долгионы эх үүсвэр бөгөөд t t үеийн долгионы фронтын хүссэн байрлал нь бүх хоёрдогч долгионыг бүрхсэн гадаргуутай давхцдаг. Гэрлийн тусгал, хугарлын хуулиудыг тайлбарлах боломжийг танд олгоно.

HUYGENS - FRESNEL - ЗАРЧИМ - долгионы тархалтын асуудлыг шийдэх ойролцоо арга. Г.-Ф. p.: гэрлийн цэгийн эх үүсвэрийг бүрхсэн дурын хаалттай гадаргуугийн гадна байрлах аль ч цэг дээр энэ эх үүсвэрээс өдөөгдсөн гэрлийн долгионыг заасан хаалттай гадаргуугийн бүх цэгүүдээс ялгарах хоёрдогч долгионы хөндлөнгийн үр дүнд дүрсэлж болно. Гэрлийн дифракцийн хамгийн энгийн асуудлыг шийдэх боломжийг танд олгоно.

ДОЛГОО ТУСГАЛЫН ХУУЛЬ - туссан цацраг, ойсон туяа ба перпендикуляр, цацрагийн тусах цэг хүртэл сэргээгдсэн нь нэг хавтгайд хэвтэж, тусах өнцөг нь хугарлын өнцөгтэй тэнцүү байна. Толин тусгалын хувьд хууль хүчинтэй.

ГЭРЛИЙН ХУГРААЛ - нэг орчноос нөгөөд шилжих үед гэрлийн тархалтын чиглэлийн өөрчлөлт (цахилгаан соронзон долгион) нь хугарлын илтгэгчээр эхнийхээс ялгаатай. Хугарлын хувьд хугарлын хувьд хууль хангагдсан: туссан туяа, хугарсан туяа, туяа тусах цэг хүртэл сэргээгдсэн перпендикуляр нь нэг хавтгайд байрладаг бөгөөд эдгээр хоёр зөөвөрлөгчийн хувьд тусгалын өнцгийн синусын харьцаа. Хугарлын өнцгийн синус нь тогтмол утга бөгөөд үүнийг эхнийхтэй харьцуулахад хоёр дахь орчны хугарлын илтгэгч гэж нэрлэдэг.

ГЭРЛИЙН Шулуун шугаман тархалтын тухай хууль - нэгэн төрлийн орчинд гэрэл шулуун шугамаар тархдаг тухай геометрийн оптикийн хууль. Жишээ нь, сүүдэр, сүүдэр үүсэхийг тайлбарладаг.

6. АТОМ БА ЦӨМИЙН ФИЗИК.

БОХРЫН ПОСТУЛАТ - Н.Борын нотолгоогүйгээр дэвшүүлсэн, БОХРЫН ОНОЛЫН үндэс болсон үндсэн таамаглалууд: 1) Атомын систем нь атомын энергийн утгын салангид дараалалд тохирсон хөдөлгөөнгүй төлөвт л тогтвортой байдаг. Энэ энергийн өөрчлөлт бүр нь атомын нэг суурин төлөвөөс нөгөөд шилжих бүрэн шилжилттэй холбоотой байдаг. 2) Атомын энергийг шингээх, ялгаруулах нь хуулийн дагуу явагддаг бөгөөд үүний дагуу шилжилттэй холбоотой цацраг нь монохромат бөгөөд давтамжтай байдаг: h = Ei-Ek, энд h нь Планкийн тогтмол, Ei ба Ek хөдөлгөөнгүй төлөвт байгаа атомын энерги юм

1.1. Тэмдэглэл.Харьцангуйн хуулиуд ба квант механик, үүний дагуу материйн энгийн хэсгүүдийн хөдөлгөөн, харилцан үйлчлэл нь янз бүрийн байгалийн шинжлэх ухааны судалдаг өргөн хүрээний үзэгдлийн хэв маяг үүсэх, үүсэхийг урьдчилан тодорхойлдог. Эдгээр хуулиуд нь орчин үеийн өндөр технологийн үндэс суурь болж, манай соёл иргэншлийн төлөв байдал, хөгжлийг ихээхэн тодорхойлдог. Тиймээс суурь физикийн үндсийг мэддэг байх нь зөвхөн оюутнуудад төдийгүй сургуулийн сурагчдад зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Амьдралд орж буй хүн энэ ертөнцөд өөрийн байр сууриа олж, боловсролоо амжилттай үргэлжлүүлэхийн тулд дэлхийн бүтцийн талаархи үндсэн мэдлэгийг идэвхтэй эзэмшсэн байх шаардлагатай.

1.2. Энэ тайлангийн гол бэрхшээл юу вэ?Энэ нь бөөмийн физикийн салбарын мэргэжилтнүүд болон илүү өргөн хүрээний хүмүүст зориулагдсан болно: бөөмс бус физикч, математикч, химич, биологич, эрчим хүч судлаач, эдийн засагч, философич, хэл шинжлэгч, ... Хангалттай нарийвчлалтай байхын тулд би ашиглах ёстой. суурь физикийн нэр томъёо, томьёо. Ойлгомжтой байхын тулд би эдгээр нэр томъёо, томъёог байнга тайлбарлах ёстой. Хэрэв бөөмийн физик нь таны мэргэжил биш бол эхлээд зөвхөн гарчиг нь одоор тэмдэглэгдээгүй хэсгүүдийг уншина уу. Дараа нь нэг од *, хоёр **, эцэст нь гурван *** бүхий хэсгүүдийг уншиж үзээрэй. Тайлангийн үеэр би ихэнх хэсгүүдийн талаар одгүй ярьж чадсан ч үлдсэн хэсэг нь надад байсангүй.

1.3. Энгийн бөөмсийн физик.Бөөмийн физик бол бүх байгалийн шинжлэх ухааны үндэс суурь юм. Тэрээр материйн хамгийн жижиг хэсгүүд, тэдгээрийн хөдөлгөөн, харилцан үйлчлэлийн үндсэн хэлбэрийг судалдаг. Эцсийн эцэст, дэлхий болон тэнгэрт байгаа бүх объектын зан төлөвийг тодорхойлдог эдгээр хэв маяг юм. Бөөмийн физик нь орон зай, цаг хугацаа зэрэг үндсэн ойлголтуудыг авч үздэг; асуудал; энерги, импульс ба масс; эргүүлэх. (Ихэнх уншигчид орон зай, цаг хугацааны талаархи ойлголттой байдаг, масс ба энергийн хоорондын уялдаа холбоог сонссон байж магадгүй бөгөөд үүнтэй импульс ямар холбоотой болохыг мэдэхгүй, физикт эргэлтийн хамгийн чухал үүргийг ойлгохгүй байх магадлалтай. Тэр ч байтугай. Тэд бие биенээ материйн шинжээч гэж нэрлэх талаар тохиролцож чадахгүй байна.) Бөөмийн физикийг 20-р зуунд бий болгосон. Үүнийг бүтээх нь харьцангуйн онол ба квант механик гэсэн хүн төрөлхтний түүхэн дэх хамгийн агуу хоёр онолыг бий болгосонтой салшгүй холбоотой юм. Эдгээр онолын гол тогтмолууд нь гэрлийн хурд юм вба Планкийн тогтмол h.

1.4. Харьцангуйн онол. 20-р зууны эхэн үед үүссэн харьцангуйн тусгай онол нь цахилгаан, соронзон, оптик зэрэг сонгодог үзэгдлүүдийг судалж, гэрлийн хурдтай харьцуулахуйц биетүүдийн хурдаар механикийг бий болгосон хэд хэдэн шинжлэх ухааны нийлэгжилтийг хийж дуусгасан. (Ньютоны харьцангуй харьцангуй бус сонгодог механик хурдыг авч үзсэн v<<в.) Дараа нь 1915 онд харьцангуйн ерөнхий онолыг бүтээсэн бөгөөд энэ нь гэрлийн хязгаарлагдмал хурдыг харгалзан таталцлын харилцан үйлчлэлийг дүрслэх зорилготой байв. в.

1.5. Квант механик. 1920-иод онд бий болсон квант механик нь электронуудын хос долгион-бөөмсийн шинж чанарт үндэслэн атомын бүтэц, шинж чанарыг тайлбарласан. Тэрээр атом ба молекулуудын харилцан үйлчлэлтэй холбоотой асар том химийн үзэгдлүүдийг тайлбарлав. Мөн энэ нь тэдгээрийн гэрлийн ялгарал, шингээлтийн үйл явцыг дүрслэх боломжийг олгосон. Нар, оддын гэрэл бидэнд авчирдаг мэдээллийг ойлгоорой.

1.6. Квант талбайн онол.Харьцангуйн онол ба квант механикийн хослол нь квант талбайн онолыг бий болгоход хүргэсэн бөгөөд энэ нь материйн хамгийн чухал шинж чанарыг өндөр нарийвчлалтайгаар дүрслэх боломжийг олгодог. Мэдээжийн хэрэг квант талбайн онол нь сургуулийн хүүхдүүдэд тайлбарлахад хэтэрхий төвөгтэй байдаг. Гэвч 20-р зууны дундуур Фейнманы диаграммуудын харааны хэл гарч ирсэн нь квант талбайн онолын олон талын ойлголтыг эрс хялбаршуулсан юм. Энэхүү ярианы гол зорилгын нэг нь Фейнманы диаграммыг хэрхэн өргөн хүрээний үзэгдлийг хялбархан ойлгоход ашиглаж болохыг харуулах явдал юм. Үүний зэрэгцээ, би квант талбайн онолын бүх мэргэжилтнүүдэд мэдэгддэггүй асуудлуудын талаар илүү дэлгэрэнгүй ярих болно (жишээлбэл, сонгодог ба квант таталцлын хоорондын уялдаа холбоо гэх мэт), зөвхөн энэ сэдвээр өргөн хүрээнд яригдаж буй асуудлуудыг товч тоймлох болно. алдартай шинжлэх ухааны уран зохиол.

1.7. Энгийн тоосонцорыг тодорхойлох.Элементар бөөмс бол бүхэл бүтэн ертөнцийг бий болгосон материйн хамгийн жижиг хуваагдашгүй хэсгүүд юм. Эдгээр бөөмсийг энгийн элемент бус бөөмс, жишээлбэл, элс эсвэл бөмбөлгүүдийн үр тарианаас ялгаж өгдөг хамгийн гайхалтай шинж чанар нь ижил төрлийн бүх энгийн бөөмс, жишээлбэл, Орчлон ертөнцийн бүх электронууд туйлын (!) ижил байдаг - адилхан. Үүний үр дүнд тэдгээрийн хамгийн энгийн холбогдсон төлөвүүд - атом ба хамгийн энгийн молекулууд нь бие биентэйгээ ижил байна.

1.8. Зургаан энгийн бөөмс.Дэлхий ба наран дээр болж буй үндсэн үйл явцыг ойлгохын тулд эхлээд зургаан бөөмсийн оролцдог процессыг ойлгоход хангалттай: электрон д, протон х, нейтрон nба электрон нейтрино ν e, түүнчлэн фотон γ ба гравитон g̃. Эхний дөрвөн бөөмийн спин 1/2, фотон 1, гравитон 2 спинтэй байна. (Бүхэл спинтэй бөөмсийг бозон, хагас бүхэл спинтэй бөөмсийг фермион гэнэ. Спин болно. Дараа нь илүү дэлгэрэнгүй авч үзэх болно.) Протон ба нейтроныг ихэвчлэн нуклон гэж нэрлэдэг, учир нь атомын цөмүүд нь тэдгээрээс бүрддэг бөгөөд англиар nucleus нь nucleus юм. Электрон ба нейтриноыг лептон гэж нэрлэдэг. Тэд хүчтэй цөмийн харилцан үйлчлэлтэй байдаггүй.

Гравитонуудын маш сул харилцан үйлчлэлийн улмаас бие даасан гравитонуудыг ажиглах боломжгүй боловч эдгээр бөөмсөөр дамжуулан таталцлыг байгальд хэрэгжүүлдэг. Яг л цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь фотоноор дамждаг шиг.

1.9. Эсрэг бөөмс.Электрон, протон, нейтрон нь эсрэг бөөмстэй байдаг: позитрон, антипротон, антинейтрон. Тэд ердийн материйн нэг хэсэг биш, учир нь тэдгээр нь харгалзах тоосонцортой уулзахдаа харилцан устгах урвалд ордог - устгах. Ийнхүү электрон ба позитрон хоёр эсвэл гурван фотон болж устдаг. Фотон ба гравитон нь үнэхээр төвийг сахисан бөөмс юм: тэдгээр нь эсрэг бөөмстэй давхцдаг. Нейтрино нь үнэхээр төвийг сахисан бөөмс мөн эсэх нь одоогоор тодорхойгүй байна.

1.10. Нуклон ба кваркууд. 20-р зууны дунд үед нуклонууд нь өөрөө илүү энгийн бөөмсөөс бүрддэг болох нь тогтоогдсон - хоёр төрлийн кваркууд нь үүнийг илэрхийлдэг. уТэгээд г: х = үүд, n = дду. Кваркуудын харилцан үйлчлэлийг глюонууд гүйцэтгэдэг. Антинуклонууд нь антикваркуудаас тогтдог.

1.11. Гурван үеийн фермионууд.-тай хамт у, г, д, ν eкварк ба лептонуудын өөр хоёр бүлгийг (эсвэл тэдний хэлснээр үе дамжсан) олж, судалжээ. в, с, μ, ν μ ба т, б, τ, ν τ. Эдгээр хэсгүүд нь тогтворгүй бөгөөд эхний үеийн хөнгөн хэсгүүдэд хурдан задардаг тул энгийн бодисын найрлагад ордоггүй. Гэвч тэд Орчлон ертөнцийн оршин тогтнох эхний мөчүүдэд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн.

Байгалийн талаар илүү бүрэн, гүн гүнзгий ойлголттой болохын тулд бидэнд бүр ч ер бусын шинж чанартай илүү олон тоосонцор хэрэгтэй. Гэхдээ ирээдүйд энэ олон янз байдал нь цөөн хэдэн энгийн, үзэсгэлэнтэй мөн чанар болж буурах болно.

1.12. Адронууд.Кварк ба/эсвэл антикварк ба глюонуудаас бүрдсэн бөөмсийн том гэр бүлийг адрон гэж нэрлэдэг. Нуклонуудаас бусад бүх адронууд тогтворгүй байдаг тул энгийн материйн нэг хэсэг биш юм.

Ихэнхдээ адронуудыг чөлөөт кварк ба глюон болгон задлах боломжгүй тул энгийн бөөмс гэж ангилдаг. (Би үүнтэй адил зүйл хийж, протон, нейтроныг эхний зургаан элементийн бөөм гэж ангилсан.) Хэрэв бүх адроныг элементар гэж үзвэл элементийн тоо хэдэн зуугаар хэмжигдэнэ.

1.13. Стандарт загвар ба дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэл.Доор тайлбарлах болно, дээр дурдсан энгийн бөөмсүүд нь "Элементар бөөмсийн стандарт загвар"-ын хүрээнд таталцал, цахилгаан соронзон, сул, сул доройтлын үр дүнд байгальд болж буй өнөөг хүртэл мэдэгдэж байсан бүх үйл явцыг дүрслэх боломжийг олгодог. хүчтэй харилцан үйлчлэл. Гэхдээ эхний хоёр нь хэрхэн ажилладагийг ойлгохын тулд фотон, гравитон, электрон, протон гэсэн дөрвөн бөөмс хангалттай. Түүнээс гадна протон нь үүнээс бүрддэг у- Тэгээд г-кварк ба глюонууд ач холбогдолгүй болж хувирдаг. Мэдээжийн хэрэг, сул, хүчтэй харилцан үйлчлэлгүйгээр атомын цөмүүд хэрхэн бүтэцтэй, манай Нар хэрхэн ажилладагийг ойлгох боломжгүй юм. Гэхдээ элементүүдийн бүх химийн шинж чанарыг тодорхойлдог атомын бүрхүүлүүд хэрхэн бүтэцтэй, цахилгаан хэрхэн ажилладаг, галактикууд хэрхэн бүтэцтэй болохыг ойлгох боломжтой.

1.14. Мэдэгдэж байгаагаас гадна.Стандарт загварын тоосонцор, харилцан үйлчлэл нь байгалийн баялагийг шавхдаггүй гэдгийг бид өнөөдөр аль хэдийн мэддэг болсон.

Ердийн атом, ионууд нь орчлон ертөнцийн бүх материйн дөнгөж 20 хүрэхгүй хувийг бүрдүүлдэг бөгөөд 80 гаруй хувь нь мөн чанар нь одоог хүртэл тодорхойгүй байгаа харанхуй бодис гэж нэрлэгддэг болохыг тогтоожээ. Хамгийн түгээмэл итгэл бол харанхуй матери нь супер бөөмсөөс бүрддэг гэсэн итгэл юм. Энэ нь толин тусгал хэсгүүдээс бүрдэх боломжтой.

Хамгийн гайхалтай нь харагдахуйц (гэрэл) болон харанхуй бүх матер нь Орчлон ертөнцийн нийт энергийн дөрөвний нэгийг л авч явдаг. Дөрөвний гурав нь хар энерги гэж нэрлэгддэг.

1.15. Анхан шатны бөөмс "д зэрэг” нь үндсэн юм.Миний багш Исаак Яковлевич Померанчук асуултын ач холбогдлыг онцлохыг хүсэхдээ энэ асуулт тодорхой хэмжээгээр чухал гэж хэлсэн. Мэдээжийн хэрэг, зөвхөн бөөмийн физик гэлтгүй байгалийн шинжлэх ухааны ихэнх нь суурь шинж чанартай байдаг. Жишээлбэл, конденсацийн физик нь бөөмийн физикийн хуулиас хэрхэн дагаж мөрддөгийг ойлгохгүйгээр ашиглаж болох үндсэн хуулиудад захирагддаг. Харин харьцангуйн онол ба квант механикийн хуулиуд " д"тодорхой хэмжээгээр суурь" гэсэн утгаараа тэдгээр нь бага ерөнхий хуультай зөрчилдөж болохгүй.

1.16. Үндсэн хуулиуд.Байгалийн бүх үйл явц нь орон нутгийн харилцан үйлчлэл, энгийн бөөмсийн хөдөлгөөний (тархалтын) үр дүнд үүсдэг. Эдгээр хөдөлгөөн, харилцан үйлчлэлийн үндсэн хуулиуд нь маш ер бусын бөгөөд маш энгийн байдаг. Эдгээр нь тэгш хэмийн тухай ойлголт, тэгш хэмтэй зөрчилддөггүй бүх зүйл тохиолдож болно, болох ёстой гэсэн зарчим дээр суурилдаг. Доор бид Фейнманы диаграмын хэлийг ашиглан таталцал, цахилгаан соронзон, сул ба хүчтэй бөөмсийн харилцан үйлчлэлд хэрхэн хэрэгжиж байгааг судлах болно.

2. Бөөм ба амьдрал

2.1. Соёл иргэншил, соёлын тухай. RAS-ийн гадаад гишүүн Валентин Телегди (1922–2006) "Хэрэв ариун цэврийн өрөө (усны шүүгээ) нь соёл иргэншил юм бол түүнийг ашиглах чадвар нь соёл юм" гэж тайлбарлав.

ITEP-ийн ажилтан А.А.Абрикосов Жр. саяхан надад бичсэн: "Таны илтгэлийн нэг зорилго бол орчин үеийн физикийн хичээлийг илүү өргөн хүрээнд заах шаардлагатайг олон нийтэд ойлгуулах явдал юм. Хэрэв тийм бол өдөр тутмын цөөн хэдэн жишээг өгөх нь зүйтэй болов уу. Би юу хэлэх гээд байна вэ гэвэл:

Бид өдөр тутмын түвшинд ч гэсэн квант механик (QM) болон харьцангуйн онол (TR)гүйгээр төсөөлөхийн аргагүй ертөнцөд амьдарч байна. Гар утас, компьютер, орчин үеийн бүх электрон хэрэгсэл, тэр ч байтугай LED гэрэл, хагас дамжуулагч лазер (заагчийг оруулаад), LCD дэлгэц нь үндсэндээ квант төхөөрөмж юм. CM-ийн үндсэн ойлголтгүйгээр тэд хэрхэн ажилладагийг тайлбарлах боломжгүй юм. Туннелийн тухай дурдахгүй бол та тэдгээрийг хэрхэн тайлбарлах вэ?

Хоёрдахь жишээ бол би чамаас мэдэж байгаа байх. Хиймэл дагуулын навигаторыг 10 дахь машин бүрт аль хэдийн суулгасан байдаг. Хиймэл дагуулын сүлжээнд цагны синхрончлолын нарийвчлал нь 10-8-аас багагүй байна (энэ нь дэлхийн гадаргуу дээрх объектыг нутагшуулахдаа тоолуурын дарааллын алдаатай тохирч байна). Ийм нарийвчлал нь хөдөлж буй хиймэл дагуулын цагийн хурдыг засварлах засварыг харгалзан үзэхийг шаарддаг. Инженерүүд үүнд итгэхгүй байсан тул эхний төхөөрөмжүүд нь засвартай, засваргүй давхар програмтай байсан гэж тэд хэлэв. Эндээс харахад эхний програм илүү сайн ажилладаг. Харьцангуйн онолын өдөр тутмын хэрэглээний тестийг энд оруулав.

Мэдээжийн хэрэг, утсаар чатлах, машин жолоодох, компьютерийн товчлуурыг дарах зэрэг нь өндөр шинжлэх ухаангүйгээр боломжтой юм. Гэхдээ академичид хүмүүсийг газарзүй судлахгүй байхыг уриалах ёсгүй, учир нь "такси байдаг".

Дараа нь сургуулийн сурагчид, дараа нь оюутнууд материаллаг цэгүүд болон Галилейн харьцангуйн онолын талаар таван жилийн турш ярьж байсан бөгөөд гэнэт ямар ч тодорхой шалтгаангүйгээр энэ нь "бүрэн үнэн биш" гэж мэдэгдэв.

Физик, технологийн хувьд ч Ньютоны харааны ертөнцөөс квант ертөнц рүү шилжихэд хэцүү байдаг. Таны, ААА."

2.2. Суурь физик, боловсролын тухай.Харамсалтай нь орчин үеийн боловсролын систем орчин үеийн суурь физикээс нэг зуун хоцорч байна. Мөн ихэнх хүмүүс (түүний дотор ихэнх эрдэмтэд) бөөмийн физикийн бүтээсэн ертөнцийн гайхалтай тод бөгөөд энгийн дүр зургийг (газрын зураг) огт мэддэггүй. Энэхүү газрын зураг нь бүх байгалийн шинжлэх ухааныг чиглүүлэхэд илүү хялбар болгодог. Миний илтгэлийн зорилго бол анхан шатны бөөмийн физик, харьцангуйн онол, квант онолын зарим элемент (үзэл баримтлал) нь байгалийн шинжлэх ухааны бүх хичээлийг зөвхөн дээд түвшинд төдийгүй дунд, бүр заах үндэс суурь болж чадна, мөн байх ёстой гэдэгт итгүүлэхэд оршино. бага сургуулиуд. Эцсийн эцэст, үндсэндээ шинэ ухагдахууныг бага наснаасаа хамгийн амархан эзэмшдэг. Хүүхэд хэлээ амархан эзэмшиж, гар утас хэрэглэж хэвшдэг. Олон хүүхэд Рубик шоог хэдхэн секундын дотор анхны байдалд нь оруулдаг ч надад нэг өдөр ч хүрэлцдэггүй.

Ирээдүйд тааламжгүй гэнэтийн зүйлээс зайлсхийхийн тулд цэцэрлэгт хангалттай ертөнцийг үзэх үзлийг бий болгох ёстой. Тогтмолууд вТэгээд hхүүхдийн танин мэдэхүйн хэрэгсэл болох ёстой.

2.3. Математикийн тухай.Математик - бүх шинжлэх ухааны хатан хаан, үйлчлэгч нь мэдлэгийн гол хэрэгсэл байх ёстой. Энэ нь үнэн, гоо үзэсгэлэн, тэгш хэм, дэг журам гэх мэт үндсэн ойлголтуудыг өгдөг. Тэг ба хязгааргүй байдлын тухай ойлголт. Математик нь бодох, тоолохыг заадаг. Суурь физикийг математикгүйгээр төсөөлөхийн аргагүй. Математикгүйгээр боловсролыг төсөөлөхийн аргагүй. Мэдээжийн хэрэг, сургуульд бүлгийн онолыг судлах нь эрт байж болох ч үнэн, гоо үзэсгэлэн, тэгш хэм, дэг журмыг (мөн зарим эмгэгийг) үнэлж сургах шаардлагатай.

Бодит (бодит) тооноос (энгийн, оновчтой, иррациональ) төсөөлөл, нийлмэл тоо руу шилжихийг ойлгох нь маш чухал юм. Математик, онолын физикийн чиглэлээр ажиллах хүсэлтэй оюутнууд л гиперкомплекс тоо (квартернион, октонион) судлах ёстой. Жишээ нь би ажилдаа октонион хэрэглэж байгаагүй. Гэхдээ тэдгээр нь олон онолын физикчдийн хамгийн ирээдүйтэй, онцгой тэгш хэмийн бүлэг болох Е 8 гэж үздэгийг ойлгоход хялбар болгодог гэдгийг би мэднэ.

2.4. Ертөнцийг үзэх үзэл, байгалийн ухааны тухай.Дэлхийг удирдаж буй үндсэн хуулиудын талаархи санаа нь бүх байгалийн шинжлэх ухаанд зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Мэдээж хатуу биетийн физик, хими, биологи, дэлхийн шинжлэх ухаан, одон орон судлалд өөрийн гэсэн тодорхой ойлголт, арга, асуудал бий. Гэхдээ дэлхийн ерөнхий газрын зураг, энэ газрын зураг дээр үл мэдэгдэх олон хоосон толбо байдаг гэдгийг ойлгох нь маш чухал юм. Шинжлэх ухаан бол ясжуулсан догма биш, харин дэлхийн газрын зургийн олон цэг дээр үнэнд ойртох амьд үйл явц гэдгийг ойлгох нь маш чухал юм. Үнэнд ойртох нь асимптотик процесс юм.

2.5. Үнэн ба бүдүүлэг редукционизмын тухай.Байгаль дахь илүү төвөгтэй бүтэц нь бага төвөгтэй бүтэцтэй, эцэст нь энгийн элементүүдээс бүрддэг гэсэн санааг ихэвчлэн редукционизм гэж нэрлэдэг. Энэ утгаараа миний танд итгүүлэх гэж байгаа зүйл бол редукционизм юм. Гэхдээ бүх шинжлэх ухааныг энгийн бөөмсийн физик болгон бууруулж болно гэж үздэг бүдүүлэг редукционизмыг огт хүлээн зөвшөөрөх боломжгүй юм. Нарийн төвөгтэй байдлын улам бүр өндөр түвшинд өөрийн гэсэн хэв маяг бий болж, гарч ирдэг. Сайн биологич болохын тулд бөөмийн физикийг мэдэх шаардлагагүй. Харин шинжлэх ухааны систем дэх түүний байр суурь, үүргийг ойлгох, тогтмолуудын гол үүргийг ойлгох вТэгээд hшаардлагатай. Эцсийн эцэст шинжлэх ухаан бүхэлдээ нэг организм юм.

2.6. Хүмүүнлэгийн болон нийгмийн шинжлэх ухааны талаар.Дэлхийн бүтцийн талаархи ерөнхий ойлголт нь эдийн засаг, түүх, танин мэдэхүйн шинжлэх ухаан, тухайлбал хэлний шинжлэх ухаан, философи зэрэгт маш чухал юм. Мөн эсрэгээр - эдгээр шинжлэх ухаан нь суурь физикийн хувьд маш чухал бөгөөд түүний үндсэн ойлголтыг байнга сайжруулдаг. Энэ нь одоо миний ярих харьцангуйн онолын хэлэлцүүлгээс тодорхой болно. Би ялангуяа байгалийн шинжлэх ухааны хөгжил цэцэглэлтэд (амьдрах нь бүү хэл) маш чухал ач холбогдолтой хууль зүйн шинжлэх ухааны талаар хэлэх болно. Нийгмийн хууль тогтоомж нь байгалийн суурь хуулиудтай зөрчилдөх ёсгүй гэдэгт би итгэлтэй байна. Хүний хуулиуд нь байгалийн тэнгэрлэг хуулиудтай зөрчилдөх ёсгүй.

2.7. Микро-, Макро-, Космо-.Бидний ердийн том, гэхдээ аварга биш юмс ертөнцийг ихэвчлэн макро ертөнц гэж нэрлэдэг. Тэнгэрийн биетүүдийн ертөнцийг сансрын ертөнц гэж нэрлэж болно, атом ба атомын доорх бөөмсийн ертөнцийг бичил ертөнц гэж нэрлэж болно. (Атомын хэмжээ 10−10 м-ийн дарааллаар байдаг тул бичил ертөнц гэдэг нь микрометрээс дор хаяж 4, бүр 10 дарааллаар бага багаар, нанометрээс 1-7 дахин бага хэмжээтэй биетүүдийг хэлдэг. Загварлаг нано Энэ бүс нутаг нь микрооос макро хүртэлх замд байрладаг.) ​​20-р зуунд бичил хуулиудад суурилсан макро болон сансар огторгуйн олон хуулийг энгийн бөгөөд тодорхой ойлгох боломжийг олгодог энгийн бөөмсийн Стандарт загвар гэж нэрлэгддэг загвар бүтээгдсэн.

2.8. Манай загварууд.Онолын физикийн загварууд нь хамааралгүй нөхцөл байдлыг үгүйсгэх замаар бүтээгддэг. Жишээлбэл, атомын болон цөмийн физикийн хувьд бөөмсийн таталцлын харилцан үйлчлэлийг үл тоомсорлож болно. Дэлхийн энэ загвар нь харьцангуйн тусгай онолд нийцдэг. Энэ загварт атом, молекул, өтгөрүүлсэн бие,... хурдасгуур, мөргөлдүүлэгч байдаг боловч нар, од байхгүй.

Ийм загвар нь таталцал чухал ач холбогдолтой маш том хэмжээний хувьд буруу байх нь дамжиггүй.

Мэдээжийн хэрэг, CERN оршин тогтнохын тулд дэлхийн оршин тогтнох (тиймээс таталцал) зайлшгүй шаардлагатай боловч CERN-д хийсэн туршилтуудын дийлэнх хэсгийг (мөргөлдөгч дээр микроскопийн "хар нүх" хайхаас бусад) ойлгохын тулд таталцлыг ач холбогдолгүй юм.

2.9. Хэмжээний захиалга.Элемент бөөмсийн шинж чанарыг ойлгоход тулгардаг бэрхшээлүүдийн нэг нь тэдгээр нь маш жижиг бөгөөд маш олон байдагтай холбоотой юм. Нэг халбага усанд асар олон тооны атомууд байдаг (ойролцоогоор 10 23). Орчлон ертөнцийн харагдах хэсэг дэх оддын тоо тийм ч бага биш юм. Олон тооноос айх шаардлагагүй. Эцсийн эцэст, тэдгээрийг зохицуулах нь тийм ч хэцүү биш, учир нь тоог үржүүлэх нь тэдгээрийн дарааллыг нэмэхэд хүргэдэг: 1 = 10 0, 10 = 10 1, 100 = 10 2. 10-ыг 100-аар үржүүлбэл 10 1+2 = 10 3 = 1000 болно.

2.10. Нэг дусал тос.Усны гадаргуу дээр 1 миллилитр эзэлхүүнтэй тос дусвал хэдэн квадрат метр талбайтай, зуун нанометр зузаантай солонго өнгөтэй толбо болж бүдгэрнэ. Энэ нь атомын хэмжээнээс ердөө гурав дахин том хэмжээ юм. Мөн хамгийн нимгэн газруудад савангийн бөмбөлөгний хальсны зузаан нь молекулуудын хэмжээтэй тохирч байна.

2.11. Жоуль.Ердийн АА батерей нь 1.5 вольт (V) хүчдэлтэй бөгөөд 10 4 джоуль (J) цахилгаан энерги агуулдаг. 1 J = 1 кулон × 1 В, мөн 1 Ж = кг м 2 / с 2, таталцлын хурдатгал нь ойролцоогоор 10 м / с 2 гэдгийг сануулъя. Тиймээс 1 joule нь 1 кг жинг 10 см өндөрт өргөх боломжийг олгодог бөгөөд 10 4 J нь 100 кг-ыг 10 метр хүртэл өргөх болно. Сургуулийн хүүхдийг аравдугаар давхарт хүргэхэд лифт хичнээн их эрчим хүч зарцуулдаг вэ. Энэ нь батерейнд хичнээн хэмжээний энерги агуулагдаж байгааг харуулж байна.

2.12. Электровольт.Бөөмийн физикийн энергийн нэгж нь электронвольт (эВ) юм: 1 эВ-ийн энергийг 1 вольтын потенциалын зөрүүгээр дамжин өнгөрөх 1 электрон авдаг. Нэг кулонд 6.24 × 10 18 электрон байгаа тул 1 J = 6.24 × 10 18 эВ байна.

1 кеВ =10 3 эВ, 1 МэВ =10 6 эВ, 1 ГэВ =10 9 эВ, 1 ТеВ =10 12 эВ.

CERN-ийн том адрон коллайдер дахь нэг протоны энерги 7 TeV-тэй тэнцүү байх ёстойг сануулъя.

3. Харьцангуйн онолын тухай

3.1. Лавлах хүрээ.Бид бүх туршилтуудаа нэг юм уу өөр хүрээнд тайлбарладаг. Лавлах систем нь лаборатори, галт тэрэг, дэлхийн хиймэл дагуул, галактикийн төв... . Лавлах систем нь бөөмийн хурдасгуурт нисдэг аливаа бөөмс байж болно. Эдгээр бүх системүүд хоорондоо харьцангуй хөдөлж байгаа тул бүх туршилтууд тэдгээрт адилхан харагдахгүй. Нэмж дурдахад, ойролцоох асар том биетүүдийн таталцлын нөлөө бас өөр байдаг. Эдгээр ялгааг харгалзан үзэх нь харьцангуйн онолын үндсэн агуулгыг бүрдүүлдэг.

3.2. Галилеогийн хөлөг онгоц.Галилео харьцангуйн онолын зарчмыг боловсруулж, гөлгөр дарвуулт хөлөг онгоцны бүхээгт хийсэн бүх төрлийн туршилтуудыг өнгөлөг дүрсэлсэн. Хэрвээ цонхнууд нь хөшигтэй бол хөлөг онгоц хэр хурдан хөдөлж, хөдөлгөөнгүй байгаа эсэхийг эдгээр туршилтуудын тусламжтайгаар олж мэдэх боломжгүй юм. Эйнштейн энэ бүхээгт гэрлийн хязгаарлагдмал хурдтай туршилтуудыг нэмсэн. Хэрэв та цонхоор харахгүй бол хөлөг онгоцны хурдыг ялгаж чадахгүй. Гэхдээ эрэг рүү харвал та чадна.

3.3. Алсын одод*.Хүмүүс хаана байгаагаас үл хамааран туршилтынхаа үр дүнг томъёолж чадах лавлах хүрээг өгөх нь зүйтэй юм. Ийм бүх нийтийн лавлах системийг хөдөлгөөнгүй систем гэж аль эртнээс авч ирсэн алс холын одод. Харьцангуй саяхан (хагас зуун жилийн өмнө) бүр ч илүү алслагдсан квазарууд нээгдсэн бөгөөд энэ системд реликт богино долгионы дэвсгэр нь изотроп байх ёстой болох нь тогтоогджээ.

3.4. Бүх нийтийн лавлагааны системийг хайж байна*.Үндсэндээ одон орон судлалын бүх түүх бол улам бүр түгээмэл болж буй лавлах хүрээ рүү чиглэсэн дэвшил юм. Хүн төвд байдаг антропоцентрикээс Дэлхий төвд байрладаг геоцентрик хүртэл (Птолемей, 87–165), Нар төвд байрладаг гелиоцентрик хүртэл (Коперник, 1473–1543), галацентрик хүртэл. Манай Галактикийн төв нь мананцар, галактикийн бөөгнөрөлүүдийн систем байрладаг мананцар хүртэл, арын хэсэгт сансрын богино долгионы дэвсгэр изотроп байдаг. Гэсэн хэдий ч эдгээр лавлах системийн хурд нь гэрлийн хурдтай харьцуулахад бага байх нь чухал юм.

3.5. Коперник, Кеплер, Галилео, Ньютон*. 1543 онд хэвлэгдсэн Николай Коперникийн "Тэнгэрийн бөмбөрцгийн эргэлтийн тухай" номонд: "Наранд ажиглагдаж буй бүх хөдөлгөөн нь түүнд өвөрмөц биш, харин Дэлхий болон манай бөмбөрцөгт хамаардаг. бид бусад гаригуудын нэгэн адил Нарыг тойрон эргэдэг; Тиймээс Дэлхий хэд хэдэн хөдөлгөөнтэй байдаг. Гаригуудын илэрхий урагш болон хойшхи хөдөлгөөн нь тэдэнд хамаарахгүй, харин Дэлхийд хамаатай. Тиймээс энэ хөдөлгөөн нь тэнгэрт харагдах олон тооны гажуудлыг тайлбарлахад хангалттай юм."

Коперник, Кеплер (1571-1630) нар эдгээр хөдөлгөөний кинематикийн энгийн үзэгдэл зүйн тайлбарыг өгсөн. Галилео (1564-1642), Ньютон (1643-1727) нар динамикийг тайлбарлав.

3.6. Бүх нийтийн орон зай ба цаг хугацаа*.Бүх нийтийн лавлагааны системд хамаарах орон зайн координат ба цаг хугацааг харьцангуйн онолтой бүрэн нийцүүлэн бүх нийтийн буюу үнэмлэхүй гэж нэрлэж болно. Гагцхүү энэ тогтолцооны сонголтыг орон нутгийн ажиглагчид хийж, зөвшилцсөн гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Бүх нийтийн системтэй харьцуулахад аажмаар хөдөлж буй аливаа лавлах систем нь инерциал юм: түүний дотор чөлөөт хөдөлгөөн жигд бөгөөд шулуун байна.

3.7. "Хувьсалтгүй байдлын онол"*. Альберт Эйнштейн (1879-1955), Макс Планк (1858-1947) хоёулаа (1907 онд "харьцангуйн онол" гэсэн нэр томъёог анхлан гаргасан бөгөөд 1905 онд Эйнштейний дэвшүүлсэн онолыг иш татсан) хоёулаа "онол өөрчлөгдөөгүй" гэсэн нэр томъёог итгэдэг байсныг анхаарна уу. түүний мөн чанарыг илүү нарийвчлалтай тусгаж чадна. Гэхдээ 20-р зууны эхэн үед эдгээр системүүдийн аль нэгийг онцлохоос илүүтэй тэнцүү инерцийн лавлагааны систем дэх цаг хугацаа, нэгэн зэрэг зэрэг ойлголтуудын харьцангуй байдлыг онцлон тэмдэглэх нь илүү чухал байсан бололтой. Хамгийн гол нь Галилеогийн бүхээгийн цонхнууд хөшигтэй байсан тул хөлөг онгоцны хурдыг тодорхойлох боломжгүй байв. Харин одоо хөшгөө онгойлгоод эрэг рүү харах цаг болжээ. Мэдээжийн хэрэг, энэ тохиолдолд хөшигний хаалтаар тогтоосон бүх хэв маяг нь хөдлөшгүй хэвээр байх болно.

3.8. Чиммерт бичсэн захидал*. 1921 онд Эйнштейн “Философийн захидлууд” номын зохиогч Э.Чиммерт бичсэн захидалдаа: “Харьцангуйн онол” гэдэг нэр томьёоны хувьд энэ нь харамсалтай бөгөөд гүн ухааны үл ойлголцолд хүргэдэг гэдгийг би хүлээн зөвшөөрч байна” гэж бичжээ. Гэхдээ Эйнштейний хэлснээр үүнийг өөрчлөхөд хэтэрхий оройтсон, ялангуяа энэ нь өргөн тархсан байдаг. Энэхүү захидал нь 2009 оны намар Принстонд хэвлэгдсэн 25 боть "Эйнштейний түүвэр бүтээл"-ийн 12-р ботид хэвлэгджээ.

3.9. Байгалийн хамгийн дээд хурд.Харьцангуйн онолын гол тогтмол үзүүлэлт бол гэрлийн хурд юм в= 300,000 км/с = 3 × 10 8 м/с. (Илүү нарийвчлалтай, в= 299,792,458 м/с. Мөн энэ тоо нь одоо тоолуурын тодорхойлолтын үндэс болж байна.) Энэ хурд нь байгаль дээрх аливаа дохионы тархалтын хамгийн дээд хурд юм. Энэ нь бидний өдөр бүр харьцдаг асар том биетүүдийн хурдыг хэд хэдэн удаа давдаг. Чухамхүү түүний ер бусын том үнэ цэнэ нь харьцангуйн онолын үндсэн агуулгыг ойлгоход саад болж байна. Гэрлийн хурдны дарааллаар хурдтай хөдөлж буй бөөмсийг харьцангуй гэж нэрлэдэг.

3.10. Эрчим хүч, эрч хүч, хурд.Бөөмийн чөлөөт хөдөлгөөн нь бөөмийн эрчим хүчээр тодорхойлогддог Эба түүний импульс х. Харьцангуйн онолоор бөөмийн хурд vтомъёогоор тодорхойлно

Сект дээр хэлэлцсэн нэр томъёоны төөрөгдлийн гол шалтгаануудын нэг. 3.14, харьцангуйн онолыг бүтээхдээ тэд импульс ба хурдны хоорондох Ньютоны холбоог хадгалахыг оролдсон явдал юм. х = мv, энэ нь харьцангуйн онолтой зөрчилддөг.

3.11. Жин.Бөөмийн масс мтомъёогоор тодорхойлно

Бөөмийн энерги ба импульс нь жишиг хүрээнээс хамаардаг бол массын хэмжээнээс хамаардаг млавлагааны системээс хамаарахгүй. Энэ нь өөрчлөгддөггүй. Формула (1) ба (2) нь харьцангуйн онолын үндсэн суурь юм.

Хачирхалтай нь, харьцангуйн онолын тухай томьёо (2) гарсан анхны монографи нь зөвхөн 1941 онд хэвлэгдсэн. Энэ нь Л.Ландау (1908–1968), Э.Лифшиц (1915–1985) нарын “Хээрийн онолууд” юм. . Би үүнийг Эйнштейний ямар ч бүтээлээс олсонгүй. Энэ нь 1921 онд хэвлэгдсэн В.Паулигийн (1900–1958) "Харьцангуйн онол" хэмээх гайхалтай номонд байдаггүй. Гэхдээ энэ томьёог агуулсан харьцангуй долгионы тэгшитгэл нь П.Диракийн "Квантын механикийн зарчмууд" номонд байсан. , 1930 онд хэвлэгдсэн (1902–1984), тэр ч байтугай өмнө нь О.Клейн (1894–1977), В.Фок (1898–1974) нарын 1926 оны нийтлэлүүдэд хэвлэгдсэн.

3.12. Массгүй фотон.Хэрэв бөөмийн масс тэг бол, өөрөөр хэлбэл бөөм нь массгүй бол (1) ба (2) томъёоноос харахад түүний хурд нь дурын жишиг системд тэнцүү байна. в. Гэрлийн бөөмс болох фотон маш жижиг тул түүнийг илрүүлэх боломжгүй тул үүнийг тэгтэй тэнцүү гэж ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрдөг. в- энэ бол гэрлийн хурд юм.

3.13. Амрах энерги.Хэрэв бөөмийн масс тэгээс ялгаатай бол чөлөөт бөөмс тайван байх ба жишиг хүрээг авч үзье. v = 0, х= 0. Ийм жишиг хүрээг бөөмийн амралтын хүрээ гэж нэрлэдэг ба энэ хүрээн дэх бөөмийн энергийг тайван энерги гэж нэрлээд тэмдэглэнэ. E 0. Томъёо (2)-аас ийм байна

Энэ томьёо нь 1905 онд Эйнштейн нээсэн асар том бөөмийн тайван энерги ба түүний массын хоорондын хамаарлыг илэрхийлдэг.

3.14. "Хамгийн алдартай томъёо."Харамсалтай нь Эйнштейний томъёог "хамгийн алдартай томъёо" хэлбэрээр бичдэг E = mc 2”, амрах энергийн тэг индексийг орхигдуулсан нь олон тооны үл ойлголцол, төөрөгдөл үүсгэдэг. Эцсийн эцэст энэхүү "алдартай томьёо" нь харьцангуйн онол, ялангуяа (2) томъёотой зөрчилддөг энерги ба массыг тодорхойлдог. Үүнээс үүдэн харьцангуйн онолын дагуу биеийн масс хурд нэмэгдэх тусам нэмэгддэг гэсэн буруу ойлголт бий. Сүүлийн жилүүдэд Оросын Боловсролын Академи энэ буруу ойлголтыг арилгахын тулд маш их зүйлийг хийсэн.

3.15. Хурдны нэгж*. Гэрлийн хурдтай дүйцэхүйц хурдыг авч үздэг харьцангуйн онолд сонгох нь зүйн хэрэг. вхурдны нэгж болгон. Энэ сонголт нь бүх томъёог хялбаршуулдаг, учир нь в/в= 1 бөгөөд тэдгээрийг тавих ёстой в= 1. Энэ тохиолдолд хурд нь хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн болж, зай нь цаг хугацааны, масс нь энергийн хэмжээстэй байна.

Бөөмийн физикийн хувьд бөөмийн массыг ихэвчлэн электронвольтоор хэмждэг - eV ба тэдгээрийн деривативууд (2.14-р хэсгийг үз). Электроны масс ойролцоогоор 0.5 МэВ, протоны масс 1 ГэВ орчим, хамгийн хүнд кваркийн масс 170 ГэВ, нейтриногийн масс эВ-ийн нэг хэсэг орчим байна.

3.16. Одон орны зай*. Одон орон судлалд зайг гэрлийн жилээр хэмждэг. Орчлон ертөнцийн харагдах хэсгийн хэмжээ нь ойролцоогоор 14 тэрбум гэрлийн жил юм. Энэ тоо нь 10-24 секундын хугацаатай харьцуулахад илүү гайхалтай юм, энэ хугацаанд гэрэл протоны хэмжээтэй дарааллаар хол зайд явдаг. Мөн энэ асар том хүрээнд харьцангуйн онол ажилладаг.

3.17. Минковскийн ертөнц. 1908 онд Герман Минковски (1864-1909) цаг бусаар нас барахаасаа хэдхэн сарын өмнө зөгнөн хэлсэн үгэндээ: "Таны өмнө миний хөгжүүлэхийг зорьж буй орон зай, цаг хугацааны талаархи үзэл бодол туршилтын үндсэн дээр үүссэн. Энэ бол тэдний хүч чадал юм. Тэдний хандлага нь радикал юм. Одооноос эхлэн орон зай өөрөө, цаг хугацаа өөрөө уран зохиол болон хувирч, зөвхөн аль алиныг нь хослуулсан нь бие даасан байдлаа хадгалах ёстой."

Зуун зууны дараа бид цаг хугацаа, орон зай нь уран зохиол болоогүй гэдгийг мэддэг ч Минковскигийн санаа нь материйн бөөмсийн хөдөлгөөн, харилцан үйлчлэлийг маш энгийнээр дүрслэх боломжийг олгосон юм.

3.18. Дөрвөн хэмжээст ертөнц*. Ямар нэгжид в= 1, цаг хугацаа, гурван хэмжээст орон зайг нэг дөрвөн хэмжээст ертөнц болгон нэгтгэсэн Минковскигийн ертөнцийн санаа онцгой үзэсгэлэнтэй харагдаж байна. Эрчим хүч ба импульс нь нэг дөрвөн хэмжээст векторт нийлдэг бөгөөд (2) тэгшитгэлийн дагуу масс нь энэхүү энерги-момент 4-векторын псевдо-евклидийн урт болж үйлчилнэ. х = Э, х:

Минковскийн ертөнц дэх дөрвөн хэмжээст траекторийг дэлхийн шугам гэж нэрлэдэг ба бие даасан цэгүүдийг дэлхийн цэг гэж нэрлэдэг.

3.19. Цагийн хурднаас хамаарах хамаарал**. Олон тооны ажиглалтаас үзэхэд цаг нь инерцийн хүрээтэй харьцуулахад тайван байх үед хамгийн хурдан ажилладаг. Инерцийн лавлагааны систем дэх хязгаарлагдмал хөдөлгөөн нь тэдний явцыг удаашруулдаг. Тэд сансар огторгуйд хэдий чинээ хурдан хөдөлнө, төдий чинээ цаг хугацааны хувьд удаан явдаг. Бүх нийтийн жишиг системд удаашрал нь үнэмлэхүй юм (3.1-3.8-р хэсгийг үзнэ үү). Түүний хэмжүүр нь харьцаа юм E/m, энэ нь ихэвчлэн γ үсгээр тэмдэглэгдсэн байдаг.

3.20. Бөгжний хурдасгуур болон амарч буй мюонууд**. Энэхүү удаашрал байгаа эсэхийг тайван байдалд байгаа мюон ба цагираг хурдасгуурт эргэлдэж буй мюоны амьдралын хугацааг харьцуулж үзэх замаар хамгийн тодорхой харж болно. Хурдасгуурт мюон бүрэн чөлөөтэй хөдөлдөггүй, харин төв рүү чиглэсэн хурдатгалтай байдаг. ω 2 R, Хаана ω нь эргэлтийн радиаль давтамж, ба Р- тойрог замын радиус нь зөвхөн өчүүхэн засварыг өгдөг, учир нь E/ω 2 R = ER>> 1. Эргэдэг мюоныг хөдөлгөөнгүйтэй шууд харьцуулахад шулуун биш тойрог доторх хөдөлгөөн зайлшгүй чухал. Гэхдээ хөдөлж буй мюоны хөгшрөлтийн хурдны хувьд хангалттай том радиустай дугуй нум нь шулуун шугамаас ялгагдахгүй. Энэ хурдыг харьцаагаар тодорхойлно E/m. (Харьцангуйн тусгай онолын дагуу эргэлдэж буй мюон амарч буй жишиг хүрээ нь инерциал биш гэдгийг би онцолж байна.)

3.21. Нуман ба хөвч**. Инерцийн лавлагааны системд амарч буй ажиглагчийн үүднээс харахад хангалттай том радиустай дугуй нум ба түүний хөвч нь бараг ялгагдахгүй: нумын дагуух хөдөлгөөн бараг инерциал юм. Тойрог дотор нисч буй мюонтой харьцуулахад тайван байдалд байгаа ажиглагчийн үүднээс авч үзвэл түүний хөдөлгөөн үндсэндээ инерцийн бус байдаг. Эцсийн эцэст түүний хурд нь хагас эргэлтэнд тэмдэг өөрчлөгддөг. (Хөдөлгөөнт ажиглагчийн хувьд алс холын одод ямар ч хөдөлгөөнгүй байдаггүй. Түүний хувьд орчлон ертөнц бүхэлдээ тэгш хэмтэй байдаггүй: урд талын одод цэнхэр, ард нь улаан өнгөтэй байдаг. Бидний хувьд тэд бүгд адилхан - алтан, учир нь хурд нь нарны системжижиг.) Мөн энэ ажиглагчийн инерциал бус байдал нь мюон цагираган хурдасгуурт шилжих үед урд болон арын одны ордууд өөрчлөгддөгт илэрдэг. Эхнийх нь ямар ч хурдатгал мэдрэхгүй, харин хоёр дахь нь уулзах газар руу буцахын тулд үүнийг мэдрэх ёстой тул бид амарч байгаа ажиглагч ба хөдөлгөөнт ажиглагчдыг тэнцүү гэж үзэж болохгүй.

3.22. GTO**. Хэлэнд дассан онолын физикчид Ерөнхий онолхарьцангуйн онол (GR), бүх лавлагаа системүүд тэнцүү байхыг шаарддаг. Зөвхөн инерцийн төдийгүй хурдасгасан. Тэр орон зай цаг хугацаа өөрөө муруй байна. Энэ тохиолдолд таталцлын харилцан үйлчлэл нь цахилгаан соронзон, сул, хүчтэй физик харилцан үйлчлэл байхаа больсон боловч муруй орон зайн онцгой илрэл болдог. Үүний үр дүнд тэдний хувьд бүх физик хоёр хэсэгт хуваагдсан мэт харагдаж байна. Хэрэв бид хурдатгал нь харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үргэлж холбоотой байдаг, энэ нь харьцангуй биш, харин үнэмлэхүй байдаг гэж үзвэл физик нэгдмэл бөгөөд энгийн болно.

3.23. "Ленком".“Харьцангуй”, “харьцангуй” гэсэн үгсийг гэрлийн хурдтай холбон хэрэглэж байгаа нь “Ленком” театр эсвэл “Московский комсомолец” сонины нэрийг санагдуулж, зөвхөн удамшлын хувьд комсомолтой холбоотой. Эдгээр нь хэлний парадокс юм. Вакуум дахь гэрлийн хурд харьцангуй биш юм. Тэр бол үнэмлэхүй. Физикчдэд хэл шинжлэлийн мэргэжилтнүүдийн тусламж л хэрэгтэй.

4. Квантын онолын тухай

4.1. Планкийн тогтмол.Хэрэв харьцангуйн онолын гол тогтмол нь гэрлийн хурд юм в, тэгвэл квант механикт гол тогтмол нь байна h= 6.63·10 −34 J· s, 1900 онд Макс Планк нээсэн. Энэ тогтмолын физик утга нь дараагийн танилцуулгаас тодорхой болно. Ихэнх тохиолдолд багассан Планк тогтмол гэж нэрлэгддэг квант механикийн томъёонд гарч ирдэг.

ħ = h/2π= 1.05 10 −34 J × в= 6.58·10 −22 МэВ·c.

Олон үзэгдлийн хувьд тоо хэмжээ нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг ħc= 1.97·10−11 МэВ см.

4.2. Электрон эргэлт.Атомыг гаригийн системтэй харьцуулах бидний сайн мэдэх гэнэн харьцуулалтаас эхэлье. Гаригууд нар болон өөрсдийн тэнхлэгийг тойрон эргэдэг. Үүний нэгэн адил электронууд цөм болон өөрийн тэнхлэгийг тойрон эргэдэг. Орбит дахь электрон эргэлт нь тойрог замын өнцгийн импульсээр тодорхойлогддог Л(энэ нь ихэвчлэн тойрог замын өнцгийн импульс гэж нэрлэгддэггүй). Электроныг өөрийн тэнхлэгийн эргэн тойронд эргүүлэх нь өөрийн өнцгийн импульс - спинээр тодорхойлогддог С. Дэлхий дээрх бүх электронууд (1/2) ээрэх чадвартай болох нь тогтоогдсон. ħ . Харьцуулбал дэлхийн "эргэлт" нь 6 10 33 м 2 кг / с = 6 10 67 гэдгийг тэмдэглэж байна. ħ .

4.3. Устөрөгчийн атом.Үнэн хэрэгтээ атом бол гаригийн систем биш, электрон бол тойрог замд хөдөлдөг энгийн бөөмс биш юм. Электрон нь бусад бүх энгийн бөөмсийн нэгэн адил өдөр тутмын утгаараа бөөмс биш бөгөөд энэ нь бөөмс нь тодорхой траекторийн дагуу хөдлөх ёстой гэсэн үг юм. Хамгийн энгийн атом - устөрөгчийн атом, хэрэв энэ нь үндсэн төлөвт байгаа бол өөрөөр хэлбэл өдөөгддөггүй бол электрон нь 0.5 × 10 -10 м-ийн радиустай бөмбөрцөг үүлтэй төстэй байдаг.Атомыг өдөөх үед электрон улам бүр их ордог өндөр мужууд, улам том хэмжээтэй болж байна.

4.4. Электронуудын квант тоо.Спинийг харгалзахгүйгээр атом дахь электроны хөдөлгөөнийг хоёр квант тоогоор тодорхойлдог: үндсэн квант тоо. nба тойрог замын квант тоо л, ба n ≥ л. Хэрэв л= 0 бол электрон нь бөмбөрцөг тэгш хэмтэй үүл юм. n нь том байх тусам энэ үүлний хэмжээ том болно. Илүү их л, электроны хөдөлгөөн нь тойрог зам дахь сонгодог бөөмийн хөдөлгөөнтэй илүү төстэй байх тусам. Квантын тоо бүхий бүрхүүл дээрх устөрөгчийн атомд байрлах электроныг холбох энерги n, тэнцүү байна

Хаана α =д 2/ħc≈ 1/137, a д- электрон цэнэг.

4.5. Олон электрон атомууд.Спин нь олон электрон атомын электрон бүрхүүлийг дүүргэхэд гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Баримт нь ижил чиглэлтэй өөрийгөө эргүүлэх (ижил эргэлт) бүхий хоёр электрон эдгээр утгуудтай нэг бүрхүүл дээр байж болохгүй. nТэгээд л. Үүнийг Паули хэмээх зарчим (1900–1958) хориглодог. Үндсэндээ Паули зарчим нь Менделеевийн элементүүдийн үелэх систем (1834-1907) -ийн үеийг тодорхойлдог.

4.6. Бозон ба фермионууд.Бүх энгийн бөөмс эргэлддэг. Тэгэхээр фотоны эргэлт нь нэгжээр 1 байна ħ , гравитоны эргэлт нь 2. Нэгжээр бүхэл спинтэй бөөмс ħ бозон гэж нэрлэдэг. Хагас бүхэл тоо спинтэй бөөмсийг фермион гэж нэрлэдэг. Бозонууд бол нэгдэлчид юм: "тэд бүгд нэг өрөөнд амьдрахыг эрмэлздэг", нэг квант төлөвт байхыг хичээдэг. Лазер нь фотонуудын энэ шинж чанар дээр суурилдаг: лазер туяанд байгаа бүх фотонууд яг ижил импульстэй байдаг. Фермионууд хувь хүн байдаг: "Тэд тус бүрт тусдаа орон сууц хэрэгтэй." Электронуудын энэ шинж чанар нь атомын электрон бүрхүүлийг дүүргэх хэв маягийг тодорхойлдог.

4.7. "Квант Кентаврууд".Элементар бөөмс нь квант кентавртай адил: хагас бөөмс нь хагас долгион юм. Долгионы шинж чанараараа квант кентаврууд нь сонгодог бөөмсөөс ялгаатай нь хоёр ангархайг нэгэн зэрэг дайран өнгөрч, ард нь дэлгэцэн дээр интерференцийн загвар үүсгэдэг. Квант кентавруудыг сонгодог физикийн үзэл баримтлалын Прокрастын давхаргад оруулах гэсэн бүх оролдлого үр дүнгүй болсон.

4.8. Тодорхой бус байдлын харилцаа.Тогтмол ħ нь зөвхөн эргэлтийн төдийгүй энгийн хэсгүүдийн хөрвүүлэх хөдөлгөөний онцлогийг тодорхойлдог. Бөөмийн байрлал ба импульсийн тодорхойгүй байдал нь Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын хамаарлыг (1901-1976) хангах ёстой.

Эрчим хүч, цаг хугацааны хувьд ижил төстэй хамаарал байдаг:

4.9. Квант механик.Спин квантчлал ба тодорхойгүй байдлын хамаарал нь 20-р зууны 20-иод онд бий болсон квант механикийн ерөнхий хуулиудын тодорхой илрэл юм. Квант механикийн дагуу аливаа энгийн бөөмс, жишээлбэл, электрон нь аль аль нь энгийн бөөм ба элемент (нэг бөөмс) долгион юм. Түүгээр ч барахгүй асар их тооны бөөмсийн үечилсэн хөдөлгөөн болох энгийн долгионоос ялгаатай нь энгийн долгион нь бие даасан бөөмийн урьд өмнө мэдэгдээгүй шинэ төрлийн хөдөлгөөн юм. Импульс бүхий бөөмийн элементийн долгионы урт λ хλ =-тэй тэнцүү h/|х|, мөн энгийн давтамж ν , энергитэй харгалзах Э, тэнцүү байна ν = E/h.

4.10. Квант талбайн онол.Тиймээс эхлээд бид бөөмс нь дур зоргоороо хөнгөн, бүр массгүй байж болох ба тэдгээрийн хурд нь хэмжээнээс хэтэрч болохгүй гэдгийг хүлээн зөвшөөрөхөөс өөр аргагүй болсон. в. Дараа нь бид бөөмс нь бөөмс биш, харин зан төлөвийг квантаар нэгтгэдэг бөөмс ба долгионы өвөрмөц эрлийз гэдгийг хүлээн зөвшөөрөхөөс өөр аргагүй болсон. h. Харьцангуйн онол ба квант механикийг нэгтгэх ажлыг 1930 онд Дирак (1902–1984) хийж, квант талбайн онол хэмээх онолыг бий болгоход хүргэсэн. Чухамхүү энэ онол нь материйн үндсэн шинж чанарыг тодорхойлдог.

4.11. Үүнд багтсан нэгжүүд в, ħ = 1. Дараахь зүйлд, дүрмээр, бид хурдны нэгжийг авсан нэгжийг ашиглана в, ба өнцгийн импульсийн нэгжид (үйлдэл) - ħ . Эдгээр нэгжүүдэд бүх томьёог ихээхэн хялбаршуулсан болно. Тэдгээрийн дотор эрчим хүч, масс, давтамжийн хэмжээсүүд ижил байдаг. Эдгээр нэгжийг өндөр энергийн физикт хүлээн зөвшөөрдөг, учир нь үүнд квант болон харьцангуй үзэгдлүүд чухал байдаг. Тодорхой үзэгдлийн квант шинж чанарыг онцлон тэмдэглэх шаардлагатай тохиолдолд бид үүнийг тодорхой бичих болно. ħ . Бид ижил зүйлийг хийх болно в.

4.12. Эйнштейн ба квант механик*.Эйнштейн нэг ёсондоо квант механикийг төрүүлсэн ч үүнтэй эвлэрээгүй. Тэрээр амьдралынхаа эцэс хүртэл сонгодог талбайн онол дээр суурилсан "бүх зүйлийн нэгдмэл онолыг" бүтээхийг хичээсэн. ħ . Эйнштейн сонгодог детерминизм, санамсаргүй байдлыг хүлээн зөвшөөрөх боломжгүй гэдэгт итгэдэг байв. Тэрээр Бурханы тухай: "Тэр шоо тоглодоггүй" гэж давтан хэлэв. Квант механикийн хүрээнд тодорхой төрлийн бөөмийн дундаж наслалтыг урьд өмнө байгаагүй нарийвчлалтайгаар урьдчилан таамаглаж байсан ч бие даасан бөөмийн задралын агшинг зарчмын хувьд урьдчилан таамаглах боломжгүй гэдэгтэй тэрээр эвлэрч чадахгүй байв. Харамсалтай нь түүний өрөөсгөл хандлага хэт олон хүний ​​үзэл бодлыг тодорхойлсон.

5. Фейнманы диаграм

5.1. Хамгийн энгийн диаграмм.Бөөмийн харилцан үйлчлэлийг 1949 онд Ричард Фейнманы (1918–1988) санал болгосон диаграммыг ашиглан хялбархан харж болно. Зураг дээр. Фотон солилцох замаар электрон ба протоны харилцан үйлчлэлийг дүрсэлсэн хамгийн энгийн Фейнманы диаграммыг Зураг 1-д үзүүлэв.

Зураг дээрх сумнууд нь бөөм бүрийн цаг хугацааны урсгалын чиглэлийг заана.

5.2. Бодит тоосонцор.Процесс бүрийг нэг буюу хэд хэдэн Фейнманы диаграмаар төлөөлдөг. Диаграмм дахь гаднах шугамууд нь ирж буй (харилцаж эхлэхээс өмнө) болон гарч буй (харилцааны дараа) хэсгүүдтэй тохирч байна. Тэдний 4 момент p нь тэгшитгэлийг хангана

Тэдгээрийг жинхэнэ бөөмс гэж нэрлэдэг бөгөөд массын гадаргуу дээр байдаг гэж үздэг.

5.3. Виртуал бөөмс.Диаграммын дотоод шугамууд нь виртуал төлөвт байгаа бөөмстэй тохирч байна. Тэдэнд

Тэдгээрийг виртуал бөөмс гэж нэрлэдэг бөгөөд бүрхүүлээс гадуур гэж нэрлэдэг. Виртуал бөөмийн тархалтыг түгээгч гэж нэрлэгддэг математикийн хэмжигдэхүүнээр тодорхойлдог.

Энэхүү нийтлэг нэр томъёо нь шинэхэн хүмүүст виртуал бөөмс нь бодит бөөмсөөс бага материаллаг байдаг гэж итгэхэд хүргэдэг. Бодит байдал дээр тэдгээр нь адилхан материаллаг боловч бид бодит бөөмсийг матер, цацраг, виртуал хэсгүүдийг голчлон хүчний талбар гэж ойлгодог боловч энэ ялгаа нь ихэвчлэн дур зоргоороо байдаг. Ижил бөөмс, жишээлбэл, фотон эсвэл электрон нь зарим нөхцөлд бодит, зарим тохиолдолд виртуал байж болох нь чухал юм.

5.4. Оргилууд.Диаграммын оройнууд нь бөөмс хоорондын энгийн харилцан үйлчлэлийн орон нутгийн үйлдлийг дүрсэлдэг. Орой бүрт 4-ийн момент хадгалагдана. Тогтвортой хэсгүүдийн гурван шугам нэг орой дээр нийлбэл тэдгээрийн ядаж нэг нь виртуаль байх ёстой, өөрөөр хэлбэл массын гадаргуугаас гадуур байх ёстой: "Боливар гурвыг нурааж чадахгүй." (Жишээ нь, чөлөөт электрон чөлөөт фотоныг ялгаруулж чадахгүй ч чөлөөт электрон хэвээр үлдэнэ.)

Хоёр бодит бөөмс хол зайд харилцан үйлчилж, нэг буюу хэд хэдэн виртуал бөөмсийг солилцдог.

5.5. Тархаж байна.Хэрэв бодит бөөмс хөдөлдөг гэж хэлбэл виртуал бөөмс тархдаг гэж хэлдэг. "Тархалт" гэсэн нэр томъёо нь виртуал бөөмс нь олон замналтай байж болохыг онцлон тэмдэглэдэг бөгөөд эдгээрийн аль нь ч тэг энергитэй, 0 биш импульс бүхий виртуал фотон шиг сонгодог биш байж болох юм.

5.6. Эсрэг бөөмс.Фейнманы диаграмын гайхалтай шинж чанар нь тэдгээр нь бөөмс болон тэдгээрийн эсрэг хэсгүүдийг нэгдмэл байдлаар дүрсэлсэн явдал юм. Энэ тохиолдолд эсрэг бөөм нь цаг хугацааны хувьд ухарч байгаа бөөмс шиг харагдана. Зураг дээр. 2-р зурагт электрон ба позитроныг устгах явцад протон ба антипротон үүсэхийг харуулсан диаграммыг үзүүлэв.

Цаг хугацаагаар ухрах нь фермион болон бозонд адилхан хамаатай. Энэ нь 1930 онд Дирак эсрэг бөөмийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлэхдээ ашигласан сөрөг энерги бүхий электрон далай дахь позитроныг дүүргэгдээгүй төлөв гэж тайлбарлах шаардлагагүй болгож байна.

5.7. Швингер ба Фейнман диаграм.Тооцооллын бэрхшээлийг үл тоомсорлодог Швингер (1918-1994) Фейнманы диаграмд ​​дургүй байсан бөгөөд тэдгээрийн талаар бага зэрэг гутаан доромжилсон байдлаар бичжээ: "Сүүлийн жилүүдэд компьютерийн чип шиг Фейнманы диаграм нь тооцооллыг олон нийтэд хүргэсэн." Харамсалтай нь чипээс ялгаатай нь Фейнманы диаграммууд хамгийн өргөн хүрээний массад хүрч чадаагүй юм.

5.8. Фейнман ба Фейнман диаграм.Үл мэдэгдэх шалтгааны улмаас Фейнманы диаграммууд алдарт Фейнманы физикийн лекцэд ч хүрч чадаагүй юм. Тэднийг оюутнуудад авчрах хэрэгтэй гэдэгт би итгэлтэй байна ахлах сургууль, тэдэнд бөөмийн физикийн үндсэн санааг тайлбарлах. Энэ бол бичил ертөнц болон ертөнцийг бүхэлд нь үзэх хамгийн энгийн үзэл бодол юм. Хэрэв оюутан боломжит энергийн тухай ойлголтыг мэддэг бол (жишээлбэл, Ньютоны хууль эсвэл Кулоны хууль) Фейнманы диаграм нь түүнд энэ боломжит энергийн илэрхийлэлийг олж авах боломжийг олгодог.

5.9. Виртуал бөөмс ба физик хүчний талбарууд.Фейнманы диаграм бол квант талбайн онолын хамгийн энгийн хэл юм. (Наад зах нь харилцан үйлчлэл тийм ч хүчтэй биш, цочролын онолыг ашиглаж болно.) Квантын талбайн онолын ихэнх номуудад бөөмсийг талбайн квант өдөөлт гэж үздэг бөгөөд энэ нь хоёрдогч квантчлалын формализмыг мэддэг байхыг шаарддаг. Фейнманы диаграмын хэлээр талбаруудыг виртуал бөөмсөөр сольдог.

Элементар бөөмс нь корпускуляр ба долгионы шинж чанартай байдаг. Түүгээр ч барахгүй бодит байдалд тэдгээр нь материйн бөөмс бөгөөд виртуал төлөвт материаллаг биетүүдийн хоорондох хүчийг зөөвөрлөгч болдог. Виртуал бөөмсийг нэвтрүүлсний дараа хүчний тухай ойлголт шаардлагагүй болж, хэрэв та өмнө нь үүнийг сайн мэддэггүй байсан бол виртуал бөөмсийн тухай ойлголтыг эзэмшсэний дараа талбарын тухай ойлголтыг нэвтрүүлэх хэрэгтэй.

5.10. Анхан шатны харилцан үйлчлэл*. Виртуал бөөмс (орой) ялгаруулалт ба шингээлтийн үндсэн үйлдлүүд нь фотоны үед цахилгаан цэнэг e, сул цэнэг зэрэг харилцан үйлчлэлийн тогтмолуудаар тодорхойлогддог. e/sin θ Wтохиолдолд W бозоны болон e/sin θ W cos θ W Z бозоны хувьд (эндээ θ В- Вайнбергийн өнцөг), өнгөний цэнэг gглюонуудын хувьд, мөн тоо хэмжээ √Gгравитоны хувьд хаана Г- Ньютоны тогтмол. (Бүлэг 6–10-ыг үзнэ үү.) Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн талаар доор дурдсан. 7. Сул харилцан үйлчлэл - Ч. 8. Хүчтэй - ch. 9.

Бид дараагийн бүлгээс эхэлнэ. 6 таталцлын харилцан үйлчлэлтэй.

6. Таталцлын харилцан үйлчлэл

6.1. Гравитонууд.Би хараахан нээгээгүй, ойрын ирээдүйд олдохгүй бөөмсүүдээс эхлэх болно. Эдгээр нь таталцлын талбайн хэсгүүд - гравитонууд юм. Зөвхөн гравитонууд хараахан нээгдээгүй байгаа төдийгүй таталцлын долгион (мөн энэ нь цахилгаан соронзон долгион бидний амьдралд шууд нэвтэрч байгаа цаг үе юм). Энэ нь бага энергитэй үед таталцлын харилцан үйлчлэл маш сул байдагтай холбоотой юм. Бидний харж байгаагаар гравитоны онол нь таталцлын харилцан үйлчлэлийн бүх мэдэгдэж буй шинж чанарыг ойлгох боломжийг бидэнд олгодог.

6.2. Гравитонуудын солилцоо.Фейнманы диаграмын хэлээр хоёр биеийн таталцлын харилцан үйлчлэл нь эдгээр биетүүдийг бүрдүүлдэг энгийн хэсгүүдийн хооронд виртуал гравитонуудын солилцоогоор явагддаг. Зураг дээр. 3-т, гравитоныг 4 импульс p 1-тэй бөөмөөс ялгаруулж, 4 импульс p 2-тэй өөр бөөмсийг шингээдэг. 4 импульс хадгалагдах учир q=p 1 − p′ 1 =p′ 2 −p 2 , энд q нь таталцлын 4 момент юм.

Виртуал таталцлын тархалтыг (ямар ч виртуал бөөмийн нэгэн адил дэлгэрүүлэгчтэй) пүршээр дүрсэлсэн болно.

6.3. Дэлхийн таталцлын талбар дахь устөрөгчийн атом.Зураг дээр. Зураг 4-т 4 импульс бүхий устөрөгчийн атом р 1 нийт 4 импульс бүхий p 2 дэлхийн бүх атомуудтай гравитон солилцох диаграммуудын нийлбэрийг үзүүлэв. Мөн энэ тохиолдолд q = p 1 - p' 1 = p' 2 - p 2, энд q нь виртуал гравитонуудын нийт 4 момент юм.

6.4. Атомын массын тухай.Ирээдүйд таталцлын харилцан үйлчлэлийн талаар бодохдоо бид протоны масстай харьцуулахад электроны массыг үл тоомсорлож, протон ба нейтроны массын ялгаа, атомын цөм дэх нуклонуудын холболтын энергийг үл тоомсорлох болно. Тэгэхээр атомын масс нь ойролцоогоор атомын цөм дэх нуклонуудын массын нийлбэр юм.

6.5. Олз*. Дэлхийн нуклонуудын тоо N E ≈ 3.6 10 51 нь нэг грамм дахь нуклонуудын тооны үржвэртэй тэнцүү байна. дэлхийн бодис, өөрөөр хэлбэл Авогадрогийн тоо N A ≈ 6·10 23, дэлхийн нэг массын граммаар ≈ 6·10 27. Тиймээс, Зураг дээрх диаграмм. 4 нь Зураг дээрх 3.6 10 51 диаграмын нийлбэрийг илэрхийлнэ. 3-р зурагт дэлхийн шугам, виртуал гравитонууд зузаарснаар тэмдэглэгдсэн байна. 4. Нэмж дурдахад, нэг гравитоныг түгээгчээс ялгаатай нь "гравитон пүрш" -ийг Зураг дээр үзүүлэв. 4 саарал. Энэ нь 3.6·10 51 гравитон агуулдаг бололтой.

6.6. Дэлхийн таталцлын талбар дахь Ньютоны алим.Зураг дээр. 5, нийт 4 импульс p 1 бүхий алимны бүх атомууд нь нийт 4 импульс p 2 бүхий дэлхийн бүх атомуудтай харилцан үйлчилдэг.

6.7. Графикийн тоо*. Нэг грамм энгийн бодис N A = 6·10 23 нуклон агуулдаг гэдгийг сануулъя. 100 грамм алим дахь нуклонуудын тоо N a = 100N A = 6·10 25. Дэлхийн масс 6·10 27 г, тиймээс дэлхийн нуклонуудын тоо N E = 3.6·10 51. Мэдээжийн хэрэг, зурган дээрх зураасыг зузаатгах. 5 нь N a алимны нуклонуудын асар их тоо, дэлхийн нуклонууд N E ба түүнээс хамаагүй том, зүгээр л гайхалтай тооны Фейнманы диаграмм N d = N a N E = 2.2·10 77-тай ямар ч байдлаар тохирохгүй. Эцсийн эцэст, алимны нуклон бүр дэлхийн бүх нуклонтой харилцан үйлчилдэг. Асар их тооны диаграммыг онцлон тэмдэглэхийн тулд Зураг дээрх хавар. 5 нь харанхуй болсон.

Хэдийгээр гравитон бие даасан энгийн бөөмстэй харилцан үйлчлэлцэх нь маш бага боловч дэлхийн бүх нуклонуудын диаграммуудын нийлбэр нь бидний мэдэрдэг чухал таталцлыг бий болгодог. Бүх нийтийн таталцал нь Сарыг дэлхий рүү, хоёулаа нар руу, манай Галактикийн бүх одод, бүх галактикуудыг бие бие рүүгээ татдаг.

6.8. Фейнманы далайц ба түүний Фурье хувиргалт***.

m 1 ба m 2 масстай хоёр удаан биеийн таталцлын харилцан үйлчлэлийн Фейнманы диаграм нь Фейнманы далайцтай тохирч байна.

Хаана Г- Ньютоны тогтмол, a q- Виртуал гравитоноор дамждаг 3 момент. (Үнэ цэнэ 1/q 2, Хаана q- 4-импульс, гравитон тараагч гэж нэрлэдэг. Удаан биетүүдийн хувьд энерги бараг шилждэггүй тул тиймээс q 2 = −q 2 .)

Импульсийн орон зайгаас тохиргооны (координатын) орон зайд шилжихийн тулд бид далайцын A() Фурье хувирлыг авах хэрэгтэй. q)

Утга А( r) харьцангуй бус бөөмсийн таталцлын харилцан үйлчлэлийн потенциал энергийг өгч, статик гравитацийн талбар дахь релятивист бөөмийн хөдөлгөөнийг тодорхойлно.

6.9. Ньютоны боломж*. m 1 ба m 2 масстай хоёр биеийн потенциал энерги нь тэнцүү байна

Хаана Г- Ньютоны тогтмол, a r- биеийн хоорондын зай.

Энэ энерги нь Зураг дээрх виртуал гравитонуудын "хавар" -д агуулагддаг. 5. Потенциал нь 1/-ээр буурдаг харилцан үйлчлэл r, холын зай гэж нэрлэдэг. Фурье хувиргалтыг ашигласнаар таталцал нь массгүй тул таталцал хол зайд байдгийг харж болно.

6.10. Юкава төрлийн боломж**. Үнэхээр, хэрэв гравитон нь тэг биш масстай байсан бол м, тэгвэл түүний солилцооны Фейнманы далайц нь хэлбэртэй байх болно

мөн үйл ажиллагааны далайц бүхий Юкавагийн потенциалтай адил боломж түүнд тохирно r ≈ 1/м:

6.11. Боломжит энергийн тухай**. Ньютоны харьцангуй бус механикийн хувьд бөөмийн кинетик энерги нь түүний хурд (момент), потенциал энерги нь зөвхөн координатаас, өөрөөр хэлбэл орон зай дахь байрлалаас хамаардаг. Харьцангуй механикийн хувьд ийм шаардлагыг хадгалах боломжгүй, учир нь бөөмсийн харилцан үйлчлэл нь ихэвчлэн тэдгээрийн хурд (момент) ба улмаар кинетик энергиэс хамаардаг. Гэсэн хэдий ч энгийн, нэлээд сул таталцлын талбайн хувьд бөөмийн кинетик энергийн өөрчлөлт нь нийт энергитэй харьцуулахад бага байдаг тул энэ өөрчлөлтийг үл тоомсорлож болно. Таталцлын сул талбар дахь харьцангуй бус бөөмийн нийт энергийг ε = гэж бичиж болно Эхамаатан садан + Э 0 + У.

6.12. Таталцлын түгээмэл байдал.Бусад бүх харилцан үйлчлэлээс ялгаатай нь таталцал нь бүх нийтийн шинж чанартай байдаг. Гравитон ямар ч бөөмстэй харилцан үйлчлэх нь энэ бөөмийн шинж чанараас хамаардаггүй бөгөөд зөвхөн бөөмийн эзэмшиж буй энергийн хэмжээнээс хамаарна. Хэрэв энэ бөөмс удаан байвал түүний амрах энерги Э 0 = mc 2, түүний массад агуулагдах нь кинетик энергиэсээ хол давж гардаг. Тиймээс түүний таталцлын харилцан үйлчлэл нь түүний масстай пропорциональ байна. Гэхдээ хангалттай хурдан бөөмийн хувьд кинетик энерги нь массаас хамаагүй их байдаг. Энэ тохиолдолд таталцлын харилцан үйлчлэл нь массаас бараг хамааралгүй бөгөөд кинетик энергитэй пропорциональ байна.

6.13. Гравитоны эргэлт ба таталцлын түгээмэл байдал**. Илүү нарийвчлалтай хэлэхэд, гравитоны ялгаралт нь энгийн энергитэй пропорциональ биш, харин бөөмийн энерги-моментын тензортой пропорциональ байна. Энэ нь эргээд гравитоны эргэлт хоёртой тэнцүү байгаатай холбоотой юм. Гравитон ялгарахаас өмнөх бөөмийн 4 импульс байг х 1 ба ялгаралтын дараа х 2. Дараа нь таталцлын импульс тэнцүү байна q = х 1 − х 2. Хэрэв та тэмдэглэгээг оруулбал х = х 1 + х 2, тэгвэл таталцлын цацрагийн орой нь хэлбэртэй болно

h αβ нь гравитон долгионы функц юм.

6.14. Фотонтой гравитоны харилцан үйлчлэл**. Энэ нь ялангуяа масс нь тэгтэй тэнцүү фотоны жишээн дээр тод харагдаж байна. Фотон нь барилгын доод давхраас дээд давхарт нисэх үед дэлхийн таталцлын нөлөөгөөр түүний импульс багасдаг нь туршилтаар батлагдсан. Мөн гэрлийн туяа гэдэг нь батлагдсан алс холын однарны таталцлын нөлөөгөөр хазайсан.

6.15. Дэлхийтэй фотонуудын харилцан үйлчлэл**. Зураг дээр. Зураг 6-д дэлхий ба фотоны хоорондох гравитоны солилцоог харуулав. Энэ зураг нь дэлхийн бүх нуклонуудтай фотоны гравитон солилцооны тоонуудын нийлбэрийг ердийн байдлаар илэрхийлдэг. Үүн дээр дэлхийн оройг дэлхийн нуклонуудын тоогоор N E үржүүлж, нуклонын 4 моментыг дэлхийн 4 моментоор солих замаар дэлхийн оройг олж авна (3-р зургийг үз).

6.16. Гравитон ба гравитоны харилцан үйлчлэл***. Гравитонууд энерги зөөдөг тул өөрсдөө гравитон ялгаруулж, шингээх ёстой. Бид бие даасан бодит гравитонуудыг хэзээ ч харж байгаагүй бөгөөд хэзээ ч харахгүй. Гэсэн хэдий ч виртуал гравитонуудын харилцан үйлчлэл нь ажиглагдахуйц нөлөөллийг бий болгодог.Анхны харцаар хоёр нуклонуудын таталцлын харилцан үйлчлэлд гурван виртуаль гравитоны оруулсан хувь нэмэр хэтэрхий бага байна (7-р зургийг үз).

6.17. Мөнгөн усны секуляр прецесс**. Гэсэн хэдий ч энэ хувь нэмэр нь Мөнгөн усны тойрог замын перигелионы прецессоор илэрдэг. Мөнгөн усны секуляр прецессийг наранд татах мөнгөн усны нэг гогцоо гравитон диаграммуудын нийлбэрээр тодорхойлогддог (Зураг 8).

6.18. Мөнгөн усны ашиг**. Мөнгөн ус ба дэлхийн массын харьцаа 0.055 байна. Тэгэхээр Мөнгөн ус дахь нуклонуудын тоо Н М = 0,055 Н Э= 2·10 50 . Нарны масс М С= 2·10 33 г.Тэгэхээр нарны нуклонуудын тоо N S = N A M S= 1.2·10 57 . Мөнгөн ус ба нарны нуклонуудын таталцлын харилцан үйлчлэлийг дүрсэлсэн диаграммын тоо, Н дМ= 2.4·10 107 .

Мөнгөн усыг наранд татах боломжит энерги нь тэнцүү бол У = GM S M M/r, дараа нь виртуал гравитонуудын харилцан үйлчлэлийн талаар хэлэлцсэн засварыг харгалзан үзсэний дараа үүнийг 1 - 3 коэффициентоор үржүүлнэ. GM С/r. Боломжит энергийн залруулга −3 байгааг бид харж байна G 2 M S 2 M M /r 2.

6.19. Мөнгөн усны тойрог зам**. Мөнгөн усны тойрог замын радиус а= 58·10 6 км. Орбитын хугацаа нь дэлхийн 88 хоног юм. Орбитын хазгай д= 0.21. Хэлэлцсэн залруулгын улмаас нэг эргэлтийн үед тойрог замын хагас том тэнхлэг нь 6π өнцгөөр эргэлддэг. GM С/а(1 − д 2), өөрөөр хэлбэл, нумын секундын аравны нэг орчим бөгөөд дэлхийн 100 жилд 43 "" эргэдэг.

6.20. Таталцлын хурганы шилжилт**. Квантын электродинамикийг судалсан хэн бүхэн Зураг дээрх диаграммыг шууд харах болно. 7 нь 2-р түвшний давтамж (энергийн) шилжилтийг дүрсэлсэн гурвалжин диаграмтай төстэй юм. С 2-р түвшинтэй харьцуулахад 1/2 ПУстөрөгчийн атом дахь 1/2 (гурвалжин нь нэг фотон ба хоёр электрон шугамаас бүрддэг). Энэ шилжилтийг 1947 онд Ламб, Рутерфорд нар хэмжсэн бөгөөд 1060 МГц (1.06 ГГц) болохыг тогтоожээ.

Энэхүү хэмжилт нь эхлэлийг тавьсан юм гинжин урвалквант электродинамик ба Фейнманы диаграмыг бий болгоход хүргэсэн онолын болон туршилтын ажил. Мөнгөн усны прецессийн давтамж 25 дахин бага байна.

6.21. Сонгодог эсвэл квант нөлөө? **. Хурганы түвшний энергийн шилжилт нь цэвэр квант эффект, харин Мөнгөн усны прецесс нь цэвэр сонгодог нөлөө гэдгийг сайн мэддэг. Тэдгээрийг ижил төстэй Фейнманы диаграмаар хэрхэн дүрслэх вэ?

Энэ асуултад хариулахын тулд бид харилцааг санах хэрэгтэй Э = ħω ба Сект дэх импульсийн орон зайгаас тохиргооны орон зай руу шилжихэд Фурье хувирдаг гэдгийг анхаарч үзээрэй. 6.8-д e биqr / ħ . Нэмж дурдахад цахилгаан соронзон Хурганы шилжилтийн гурвалжинд массгүй бөөмийн (фотон) зөвхөн нэг шугам, нөгөө хоёр нь электрон тараагч гэдгийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Тиймээс түүний доторх шинж чанарын зайг электроны массаар (электронын Комптон долгионы урт) тодорхойлно. Мөнгөн усны прецессийн гурвалжинд массгүй бөөмсийг (гравитон) хоёр тараагч байдаг. Гурван таталцлын оройтой холбоотой энэхүү нөхцөл байдал нь таталцлын гурвалжин нь цахилгаан соронзон гурвалжинтай харьцуулашгүй хол зайд хувь нэмэр оруулахад хүргэдэг. Энэхүү харьцуулалт нь Фейнманы диаграмын аргад квант талбайн онолын хүчийг харуулсан бөгөөд энэ нь квант болон сонгодог аль алиных нь аль алиных нь өргөн хүрээний үзэгдлийг хялбархан ойлгож, тооцоолох боломжийг олгодог.

7. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл

7.1. Цахилгаан харилцан үйлчлэл.Бөөмийн цахилгаан харилцан үйлчлэлийг Зураг дээр үзүүлсэн шиг виртуал фотонуудын солилцоогоор гүйцэтгэдэг. 19.

Фотонууд нь гравитонууд шиг массгүй бөөмс юм. Тиймээс цахилгааны харилцан үйлчлэл нь мөн урт хугацааны:

Яагаад энэ нь таталцлын хүч шиг түгээмэл биш юм бэ?

7.2. Эерэг ба сөрөг цэнэгүүд.Нэгдүгээрт, хоёр тэмдгийн цахилгаан цэнэгүүд байдаг. Хоёрдугаарт, цахилгаан цэнэггүй саармаг хэсгүүд байдаг (нейтрон, нейтрино, фотон...). Электрон ба протон гэх мэт эсрэг тэсрэг цэнэгтэй бөөмсүүд бие биенээ татдаг. Ижил цэнэгтэй тоосонцор бие биенээ түлхэнэ. Үүний үр дүнд атомууд болон тэдгээрээс бүрдэх бие нь үндсэндээ цахилгаан саармаг байдаг.

7.3. Төвийг сахисан хэсгүүд.Нейтрон агуулдаг у-+2 цэнэгтэй кварк д/3 ба хоёр г-цэнэгтэй кварк − д/3. Тэгэхээр нейтроны нийт цэнэг тэг болно. (Протонд хоёр байдаг гэдгийг санаарай у- кварк ба нэг г-кварк.) Үнэхээр цахилгаан цэнэггүй энгийн бөөмс бол фотон, гравитон, нейтрино, З-бозон ба Хиггс бозон.

7.4. Кулоны боломж.Алсын зайд байрлах электрон ба протоны хоорондох таталцлын боломжит энерги rбие биенээсээ, тэнцүү

7.5. Соронзон харилцан үйлчлэл.Соронзон харилцан үйлчлэл нь цахилгаан харилцан үйлчлэлтэй адил хол зайд байдаггүй. 1/ шиг унадаг r 3. Энэ нь зөвхөн хоёр соронзны хоорондох зайгаас гадна тэдгээрийн харьцангуй чиглэлээс хамаарна. Алдартай жишээ бол луужингийн зүү нь дэлхийн соронзон диполийн оронтой харилцан үйлчлэлцэх явдал юм. Хоёр соронзон диполын харилцан үйлчлэлийн боломжит энерги μ 1 ба μ 2 тэнцүү байна

Хаана n = r/r.

7.6. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл. 19-р зууны хамгийн том ололт бол цахилгаан ба соронзон хүч нь нэг цахилгаан соронзон хүчний хоёр өөр илрэл гэдгийг олж мэдсэн явдал юм. 1821 онд М.Фарадей (1791–1867) соронзон ба дамжуулагч хоёрын гүйдэлтэй харилцан үйлчлэлийг судалжээ. Арван жилийн дараа тэрээр хоёр дамжуулагч харилцан үйлчлэх үед цахилгаан соронзон индукцийн хуулийг тогтоожээ. Дараагийн жилүүдэд тэрээр цахилгаан соронзон орны тухай ойлголтыг гаргаж, гэрлийн цахилгаан соронзон шинж чанарын тухай санааг илэрхийлэв. 1870-аад онд Ж.Максвелл (1831–1879) цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь гэрлийн ялгаралт, хувиралт, шингээлт зэрэг өргөн хүрээний оптик үзэгдлүүдийг хариуцдаг болохыг ойлгож, цахилгаан соронзон орныг тодорхойлсон тэгшитгэлүүдийг бичсэн. Удалгүй Г.Герц (1857–1894) радио долгионыг, В.Рентген (1845–1923) рентген туяаг нээжээ. Манай соёл иргэншил бүхэлдээ цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн илрэл дээр суурилдаг.

7.7. Харьцангуйн онол ба квант механикийг хослуулсан.Физикийн хөгжлийн хамгийн чухал үе шат бол 1928 онд П.Дирак (1902–1984) электроны квант ба харьцангуй тэгшитгэлийг санал болгосон нийтлэл гарчээ. Энэ тэгшитгэл нь электроны соронзон моментийг агуулж байсан бөгөөд хэдэн жилийн дараа нээсэн электроны эсрэг бөөмс - позитрон байгааг харуулж байна. Үүний дараа квант механик ба харьцангуйн онолыг квант талбайн онол болгон нэгтгэсэн.

Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь виртуал фотонуудын ялгарал, шингээлтийн улмаас үүсдэг нь 20-р зууны дундуур Фейнманы диаграм гарч ирснээр, өөрөөр хэлбэл виртуал бөөмийн тухай ойлголт тодорхой үүссэний дараа бүрэн тодорхой болсон.

8. Сул харилцан үйлчлэл

8.1. Цөмийн харилцан үйлчлэл. 20-р зууны эхээр атом ба түүний цөмийг нээсэн ба α -, β - Тэгээд γ - цацраг идэвхт цөмөөс ялгарах туяа. Үүнээс харахад, γ - цацраг нь маш өндөр энергитэй фотонууд; β - цацраг нь өндөр энергитэй электронууд; α -цацраг - гелийн цөм. Энэ нь хүчтэй ба сул гэсэн хоёр шинэ төрлийн харилцан үйлчлэлийг нээхэд хүргэсэн. Таталцлын болон цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлээс ялгаатай нь хүчтэй ба сул харилцан үйлчлэл нь богино зайд байдаг.

Хожим нь тэд манай Нар болон бусад оддын устөрөгчийг гелий болгон хувиргах үүрэгтэй болох нь тогтоогдсон.

8.2. Цэнэглэгдсэн гүйдэл*. Сул харилцан үйлчлэл нь электрон ба электрон антинейтрино ялгаруулж нейтроныг протон болгон хувиргах үүрэгтэй. Сул харилцан үйлчлэлийн том анги нь виртуал ялгаралт (эсвэл шингээлт) бүхий нэг төрлийн кваркуудыг өөр төрлийн кварк болгон хувиргахад суурилдаг. В- бозонууд: у, в, т ↔ г, с, б. Үүний нэгэн адил ялгаралт ба шингээлтийн хувьд ВБозонууд, цэнэгтэй лептонууд болон харгалзах нейтриноуудын хооронд шилжилт үүсдэг.

д ↔ ν э, μ ↔ ν μ , τ ↔ ν τ. Энэ төрлийн шилжилт нь мөн адил тохиолддог dˉu ↔ Вба eˉν e ↔ В. Эдгээр бүх шилжилтийг хамарсан В-бозонуудад лептон ба кваркуудын цэнэгийг нэгээр өөрчилдөг цэнэгтэй гүйдэл гэж нэрлэгддэг. Цэнэглэгдсэн гүйдлийн сул харилцан үйлчлэл нь богино зайнх бөгөөд Юкава потенциалаар тодорхойлогддог e−mWr/r, тэгэхээр түүний үр дүнтэй радиус байна r ≈ 1/мВт.

8.3. Төвийг сахисан гүйдэл*. 1970-аад онд төвийг сахисан гүйдэл гэж нэрлэгддэг нейтрино, электрон ба нуклонуудын хоорондын сул харилцан үйлчлэлийн процессыг илрүүлсэн. 1980-аад онд цэнэглэгдсэн гүйдлийн харилцан үйлчлэл нь солилцоогоор дамждаг болохыг туршилтаар тогтоосон. В-бозонууд, мөн төвийг сахисан гүйдлийн харилцан үйлчлэл - солилцоогоор З- бозонууд.

8.4. Зөрчил П- Тэгээд C.P.- паритет*. 1950-иад оны хоёрдугаар хагаст орон зайн паритетийн зөрчил илэрсэн Пба цэнэгийн паритет Cсул харилцан үйлчлэлд. 1964 онд хамгаалалтыг зөрчсөн сул доройтлыг илрүүлсэн C.P.- тэгш хэм. Одоогоор зөрчлийн механизм C.P.-тэгш хэмийг агуулсан мезонуудын задралд судалдаг б- кваркууд.

8.5. Нейтрино хэлбэлзэл*. Сүүлийн хорин жилийн хугацаанд физикчдийн анхаарлыг Камиока (Япон), Садбери (Канад) дахь газар доорхи килотоны детекторуудад хийсэн хэмжилтэд төвлөрүүлсэн. Эдгээр хэмжилтүүд нь гурван төрлийн нейтриногийн хооронд байгааг харуулсан ν e , ν μ , ν τВакуум орчинд харилцан шилжилт (хэлбэлзэл) үүсдэг. Эдгээр хэлбэлзлийн мөн чанарыг тодруулж байна.

8.6. Electrowweak харилцан үйлчлэл. 1960-аад онд цахилгаан соронзон ба сул хүч нь нэг цахилгаан сул хүчний өөр өөр илрэл гэсэн онолыг томъёолсон. Хэрэв хатуу цахилгаан сул тэгш хэм байсан бол масс В- Тэгээд З-бозонууд нь фотоны масс шиг тэгтэй тэнцүү байх болно.

8.7. Electrowweak тэгш хэмийн эвдрэл.Стандарт загварт Хиггс бозон нь цахилгаан сул тэгш хэмийг эвдэж, фотон яагаад массгүй, сул бозонууд масстай болохыг тайлбарладаг. Тэрээр мөн лептон, кварк болон өөртөө масс өгдөг.

8.8. Хиггсийн талаар юу мэдэх хэрэгтэй вэ. LHC Large Adron Collider-ийн гол зорилгын нэг нь Хиггс бозоныг (хүний ​​нэрээр нэрлэгдэх Хиггс гэж нэрлэдэг) нээх явдал юм. hэсвэл Х) болон түүний шинж чанарыг дараа нь тогтоох. Юуны өмнө түүний харилцан үйлчлэлийг хэмжих В- Тэгээд З-фотонтой бозонууд, түүнчлэн түүний бие даасан харилцан үйлчлэл, өөрөөр хэлбэл, гурав ба дөрвөн Хигг агуулсан оройг судлах: h 3 ба h 4, лептон ба кваркуудтай, ялангуяа дээд кварктай харьцах. Стандарт загварт эдгээр бүх харилцан үйлчлэлийн талаар тодорхой таамаглал байдаг. Тэдний туршилтын баталгаажуулалт нь Стандарт загвараас гадна "шинэ физик" хайх үүднээс ихээхэн сонирхол татаж байна.

8.9. Хиггс байхгүй бол яах вэ?Хэдэн зуун ГеВ дарааллын массын мужид Хиггс байдаггүй нь тогтоогдвол энэ нь TeV-ээс дээш энергид харилцан үйлчлэлийн шинэ, огт үл мэдэгдэх муж байдаг гэсэн үг юм. В- Тэгээд ЗБозонууд цочромтгой бус хүчтэй болдог, өөрөөр хэлбэл тэдгээрийг цочролын онолоор тайлбарлах боломжгүй байдаг. Энэ чиглэлийн судалгаа олон сюрприз авчрах болно.

8.10. Ирээдүйн Лептон мөргөлдөөгчид.Энэхүү судалгааны хөтөлбөрийг бүхэлд нь хэрэгжүүлэхийн тулд LHC-ээс гадна лептон коллайдеруудыг барих шаардлагатай байж магадгүй юм.

0.5 ТеВ-ийн мөргөлдөөний энергитэй ILC (International Linear Collider),

эсвэл CLIC (Compact Linear Collider) 1 TeV-ийн мөргөлдөх энергитэй,

эсвэл 3 TeV-ийн мөргөлдөх энергитэй MC (Муон Коллайдер).

8.11. Шугаман электрон-позитрон мөргөлдөөгчид. ILC - Олон улсын шугаман коллайдер, электроныг позитронтой, мөн фотонуудтай фотонуудтай мөргөлдүүлдэг. Хиггс оршин байгаа эсэх, масс нь ямар байх нь тодорхой болсны дараа л түүнийг барих шийдвэрийг гаргах боломжтой. Санал болгож буй ILC барилгын талбайн нэг нь Дубна хотын ойролцоо байдаг. CLIC - Компакт шугаман электрон-позитрон коллайдер. Төслийг CERN-д боловсруулж байна.

8.12. Муон мөргөлдүүлэгч.МС - Мюон мөргөлдөөнийг анх G. I. Budker (1918–1977) зохион бүтээжээ. 1999 онд Сан Франциско хотод "Мюон коллайдер ба нейтрино үйлдвэрүүдийн физик боломж ба хөгжил" олон улсын тав дахь бага хурал болсон. MS төслийг одоогоор Ферми үндэсний лабораторид боловсруулж байгаа бөгөөд 20 жилийн дараа хэрэгжүүлэх боломжтой.

9. Хүчтэй харилцан үйлчлэл

9.1. Глюон ба кваркууд.Хүчтэй хүч нь нуклонуудыг (протон ба нейтрон) цөм дотор байлгадаг. Энэ нь глюонуудын кваркуудын харилцан үйлчлэл, глюонуудын глюонуудын харилцан үйлчлэлд суурилдаг. Глюонуудын харилцан үйлчлэл нь глюоны масс тэг боловч фотон ба гравитоны масс 0-тэй тэнцүү байдагтай адил глюонуудын солилцоо нь глюон урт болоход хүргэдэггүй. - фотон ба гравитонтой төстэй хүрээний харилцан үйлчлэл. Түүнээс гадна энэ нь чөлөөт глюон, кварк байхгүй болоход хүргэдэг. Энэ нь нэг глюоны солилцооны нийлбэр нь глюон хоолой эсвэл утасаар солигдсонтой холбоотой юм. Цөм дэх нуклонуудын харилцан үйлчлэл нь төвийг сахисан атомуудын хоорондох ван дер Ваалсын хүчтэй төстэй.

9.2. Хоригдол ба асимптот эрх чөлөө.Глюон ба кваркууд адроноос гарахгүй байх үзэгдлийг хорих гэж нэрлэдэг. Хоригдолд хүргэдэг динамикийн сул тал нь адронуудын гүнд маш бага зайд глюон ба кваркуудын харилцан үйлчлэл аажмаар задардаг явдал юм. Кваркууд ойрын зайд чөлөөтэй болдог бололтой. Энэ үзэгдлийг асимптотик эрх чөлөө гэж нэрлэдэг.

9.3. Кварк өнгө.Хоригдох үзэгдэл нь зургаан кварк тус ​​бүр нь гурван "өнгөт" сортын хэлбэрээр оршдогийн үр дагавар юм. Кваркууд ихэвчлэн "өнгөт" шар, цэнхэр, улаан өнгөтэй байдаг. Эртний эдлэлийг нэмэлт өнгөөр ​​будсан: нил ягаан, улбар шар, ногоон. Эдгээр бүх өнгө нь кваркуудын өвөрмөц цэнэгийг илэрхийлдэг - хүчтэй харилцан үйлчлэлийг хариуцдаг цахилгаан цэнэгийн "олон хэмжээст аналог" юм. Мэдээжийн хэрэг, кваркуудын өнгө ба энгийн оптик өнгө хооронд зүйрлэлээс өөр ямар ч холбоо байхгүй.

9.4. Глюон өнгө.Өнгөт глюонуудын гэр бүл бүр ч олон байдаг: тэдгээрийн найм нь байдаг бөгөөд үүнээс хоёр нь эсрэг бөөмстэй ижил, үлдсэн зургаа нь тийм биш юм. Өнгөний цэнэгийн харилцан үйлчлэлийг квант хромодинамикаар дүрсэлж, протон, нейтрон, бүх атомын цөм, бүх адронуудын шинж чанарыг тодорхойлдог. Глюонууд өнгөт цэнэгтэй байдаг нь глюон ба кваркуудыг хорих үзэгдэлд хүргэдэг бөгөөд энэ нь өнгөт глюон ба кваркууд адроноос зугтаж чадахгүй гэсэн үг юм. Өнгөгүй (цагаан) адронуудын хоорондох цөмийн хүч нь адрон доторх өнгөний хүчтэй харилцан үйлчлэлийн бүдэг цуурай юм. Энэ нь интраатомтой харьцуулахад молекулын холбоо багатай төстэй юм.

9.5. Адроны масс.Адрон, ялангуяа нуклонуудын масс нь глюоны өөрийн үйлдлээр тодорхойлогддог. Ийнхүү Орчлон ертөнцийн энергийн 4-5% -ийг бүрдүүлдэг бүх харагдахуйц бодисын масс нь глюонуудын өөрөө үйлчилдэгтэй холбоотой юм.

10. Стандарт загвар ба түүнээс дээш

10.1. 18 Стандарт загвар бөөмс.Мэдэгдэж буй бүх үндсэн бөөмс нь байгалийн жамаар гурван бүлэгт хуваагддаг:

6 лептон(1/2 эргэх):
3 нейтрино: ν э, ν μ , ν τ ;
3 цэнэглэгдсэн лептон: д, μ , τ ;
6 кварк(1/2 эргэх):
у,в, т,
г, с, б;
6 бозон:
g̃ - гравитон (эргэлт 2),
γ , В, З, g- глюонууд (1 эргэх),
h- Хиггс (0 эргэх).

10.2. Стандарт загвараас гадна.Орчлон ертөнцийн энергийн 96% нь Стандарт загвараас гадуур оршдог бөгөөд нээгдэж, судлахыг хүлээж байна. Шинэ физик хэрхэн харагдах талаар хэд хэдэн үндсэн таамаглал байдаг (доорх 10.3-10.6-г үзнэ үү).

10.3. Их нэгдэл.Хүчтэй ба цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийг нэгтгэхэд онолын олон тооны бүтээлүүд зориулагдсан болно. Ихэнх нь энэ нь 10 16 ГэВ-ийн дарааллын энергид тохиолддог гэж үздэг. Ийм нэгдэл нь протоны задралд хүргэх ёстой.

10.4. Хэт тэгш хэмтэй тоосонцор.Лебедевийн нэрэмжит физикийн хүрээлэнд анх үүссэн супер симметрийн үзэл баримтлалын дагуу "манай" бөөмс бүр нь спирал нь 1/2-оор ялгаатай супер түнштэй байдаг: 6 скварк ба 6 слептон 0, хиггсино, фотино, дарс, зино. 1/2 эргэлттэй, 3/2 эргэлттэй гравитино. Эдгээр супер түншүүдийн масс нь бидний бөөмсийн массаас хамаагүй их байх ёстой. Тэгэхгүй бол аль эрт нээгдэх байсан. Зарим супер түншүүд нь Том Адрон Коллайдер ажиллаж эхлэх үед нээгдэж магадгүй юм.

10.5. Superstrings.Хэт тэгш хэмийн таамаглал нь маш богино зайд 10-33 см, харгалзах энерги нь 10 19 ГеВ-т амьдардаг супер утаснууд байдаг гэсэн таамаглалаар бий болсон. Олон тооны онолын физикчид супер утаснуудын талаархи санаан дээр үндэслэн чөлөөт параметрүүдийг агуулаагүй бүх харилцан үйлчлэлийн нэгдсэн онолыг бий болгож чадна гэж найдаж байна.

10.6. Толин тусгал хэсгүүд. ITEP-д анх үүссэн толин тусгал материйн санааны дагуу бидний тоосонцор бүр нь толин тусгал ихэртэй бөгөөд бидний ертөнцтэй маш сул холбоотой толин тусгал ертөнц байдаг.

10.7. Хар бодис.Орчлон ертөнцийн нийт энергийн ердөө 4-5% нь энгийн материйн масс хэлбэрээр оршдог. Орчлон ертөнцийн энергийн 20 орчим хувь нь харанхуй матери гэж нэрлэгддэг бодист агуулагддаг бөгөөд энэ нь супер бөөмс, толин тусгал эсвэл бусад үл мэдэгдэх хэсгүүдээс бүрддэг гэж үздэг. Хэрэв харанхуй материйн бөөмс нь энгийн бөөмсөөс хамаагүй хүнд бөгөөд сансарт бие биетэйгээ мөргөлдөхдөө энгийн фотон болж устдаг бол эдгээр өндөр энергитэй фотонуудыг сансарт болон дэлхий дээрх тусгай детекторууд илрүүлж болно. Харанхуй материйн мөн чанарыг олж мэдэх нь физикийн гол ажлуудын нэг юм.

10.8. Хар энерги.Гэвч орчлон ертөнцийн энергийн дийлэнх нь (ойролцоогоор 75%) нь хар энерги гэж нэрлэгддэг энергитэй холбоотой байдаг. Энэ нь вакуумаар "асгарч" галактикуудын бөөгнөрөлүүдийг хооронд нь түлхэж өгдөг. Түүний мөн чанар нь тодорхойгүй хэвээр байна.

11. Орос ба дэлхийн элементийн тоосонцор

11.1. ОХУ-ын Ерөнхийлөгчийн зарлиг. 2009 оны 9-р сарын 30-нд ОХУ-ын Ерөнхийлөгчийн "Курчатовын хүрээлэн" үндэсний судалгааны төвийг байгуулах туршилтын төслийг хэрэгжүүлэх нэмэлт арга хэмжээний тухай" зарлигийг гаргасан. Төсөлд дараах байгууллагуудыг оролцуулахаар тогтоолд тусгасан: Санкт-Петербургийн Цөмийн физикийн хүрээлэн, Өндөр энергийн физикийн хүрээлэн, Онолын болон туршилтын физикийн хүрээлэн. Уг тогтоолд мөн "заасан байгууллагыг хамгийн чухал шинжлэх ухааны байгууллага болгон холбооны төсвийн зардлын хэлтсийн бүтцэд төсвийн хөрөнгийн үндсэн менежерээр оруулах" тухай заасан. Энэхүү тогтоол нь анхан шатны бөөмийн физикийг манай улсын шинжлэх ухааныг хөгжүүлэх тэргүүлэх чиглэлүүдийн тоонд эргүүлэн оруулахад хувь нэмэр оруулах боломжтой.

11.2. АНУ-ын Конгрессын сонсгол 1. 2009 оны 10 дугаар сарын 1-ний өдөр АНУ-ын Конгрессын Төлөөлөгчдийн танхимын Шинжлэх ухаан, технологийн хорооны Эрчим хүч, байгаль орчны дэд хороонд “Матери, эрчим хүч, орон зай, цаг хугацааны мөн чанарыг судлах нь” сэдвээр сонсгол зохион байгуулав. Эрчим хүчний яамны 2009 онд энэ хөтөлбөрт 795.7 сая ам. Харвардын их сургуулийн профессор Лиза Рэндалл матери, энерги, орчлон ертөнцийн гарал үүслийн талаарх үзэл бодлыг ирээдүйн утсан онолын үүднээс танилцуулав. Ферми үндэсний лабораторийн (Батавиа) захирал Пьер Оддоне АНУ-ын бөөмийн физикийн төлөв байдлын талаар, ялангуяа Теватроныг барьж дуусгах гэж буй тухай, FNAL болон газар доорхи DUSEL лабораторийн шинж чанарыг судлах хамтарсан ажлын эхлэлийн талаар хэлэв. нейтрино ба ховор процессуудын . Тэрээр Европ (LHC), Япон (JPARC), Хятад (PERC) дахь өндөр энергийн физикийн төслүүд болон олон улсын сансрын төсөл (GLAST, саяхан Фермигийн нэрэмжит болсон) зэрэгт Америкийн физикчдийн оролцоо чухал гэдгийг онцлон тэмдэглэв.

11.3. АНУ-ын Конгрессын сонсгол 2.Жефферсоны үндэсний лабораторийн захирал Хью Монтгомери тус лабораторийн цөмийн физик, хурдасгуурын технологи, болон боловсролын хөтөлбөрүүд. Эрчим хүчний яамны Өндөр энергийн физикийн шинжлэх ухааны хэлтсийн захирал Деннис Ковар өндөр энергийн физикийн гурван үндсэн чиглэлийн талаар ярилаа.

1) хамгийн их энергийн хурдасгуурын судалгаа;

2) хурдасгуурын судалгааг хамгийн их эрчимтэйгээр хийх;

3) харанхуй бодис, харанхуй энергийн мөн чанарыг тодруулах зорилгоор сансрын болон хиймэл дагуулын судалгаа;

мөн цөмийн физикийн гурван үндсэн чиглэл:

1) кварк ба глюонуудын хүчтэй харилцан үйлчлэлийг судлах;

2) протон ба нейтроноос атомын цөм хэрхэн үүссэнийг судлах,

3) нейтринотой холбоотой сул харилцан үйлчлэлийн судалгаа.

12. Суурь шинжлэх ухааны тухай

12.1. Суурь шинжлэх ухаан гэж юу вэ?Дээрх бичвэрээс би ихэнх эрдэмтдийн нэгэн адил байгалийн хамгийн суурь хуулиудыг тогтоодог шинжлэх ухааны нэг хэсгийг суурь шинжлэх ухаан гэж нэрлэдэг нь тодорхой байна. Эдгээр хуулиуд нь шинжлэх ухааны пирамид эсвэл түүний бие даасан давхрын суурь дээр байдаг. Тэд соёл иргэншлийн урт хугацааны хөгжлийг тодорхойлдог. Гэсэн хэдий ч соёл иргэншлийн хөгжилд түр зуурын ололт амжилтад шууд нөлөөлдөг шинжлэх ухааны салбаруудыг суурь шинжлэх ухаан гэж нэрлэдэг хүмүүс байдаг. Эдгээр хэсэг, чиглэлүүдийг хэрэглээний шинжлэх ухаан гэж нэрлэсэн нь дээр гэж би хувьдаа боддог.

12.2. Үндэс ба жимс.Суурь шинжлэх ухааныг модны үндэстэй зүйрлэж болох юм бол хэрэглээний шинжлэх ухааныг түүний үр жимстэй зүйрлэж болно. Гар утас, шилэн кабель зэрэг технологийн томоохон нээлтүүд нь шинжлэх ухааны үр дүн юм.

12.3. А.И.Герцен шинжлэх ухааны тухай. 1845 онд Александр Иванович Герцен (1812-1870) "Отечественные записки" сэтгүүлд "Байгалийг судлах тухай захидал" хэмээх гайхалтай бүтээлээ нийтлүүлсэн. Тэрээр анхны захидлынхаа төгсгөлд: “Шинжлэх ухаан үнэхээр хэцүү учраас биш, харин шууд харахад саад болж буй бэлэн ойлголтуудын харанхуйг задлахаас өөрөөр энгийн байдалд хүрч чадахгүй учраас хэцүү мэт санагддаг. Схоластикизмаас бидэнд өвлөж авсан зэвэрсэн, үнэ цэнэгүй багаж хэрэгсэл тэр чигтээ үнэ цэнэгүй, шинжлэх ухаанаас гадуур бий болсон үзэл бодлоо золиослох, бүгдийг хаяхгүйгээр хийх хэрэгтэй гэдгийг гарч ирсэн хүмүүст мэдэгдээрэй. хагас худлаа, тодорхой болгохын тулд тэд хувцасладаг хагас үнэн"Чи шинжлэх ухаанд орж чадахгүй, бүх үнэнд хүрч чадахгүй."

12.4. Сургуулийн хөтөлбөрийг багасгах тухай.Сургуулийн орчин үеийн физикийн хөтөлбөрүүд нь үндсэн бөөмсийн онол, харьцангуйн онол, квант механикийн элементүүдийг идэвхтэй эзэмшсэн байх боломжтой, хэрэв тэдгээр нь үндсэндээ дүрслэх шинж чанартай хэсгүүдийг багасгаж, ертөнцийг ойлгохын оронд хүүхдийн "эрудици" -ийг нэмэгдүүлэх юм бол Тэдний эргэн тойронд болон амьдрах, бүтээх чадвар.

12.5. Дүгнэлт.Харьцангуйн онол, квант механикийн ололтод суурилсан ертөнцийг үзэх үзэлтэй залуучуудыг эртнээс таниулах нь чухал болохыг Оросын ШУА-ийн Тэргүүлэгчид тэмдэглэж, Оросын ШУА-ийн Тэргүүлэгчдийн комиссуудад даалгах нь зөв байх. Шинжлэх ухааны академи сурах бичиг (дэд ерөнхийлөгч В.В. Козлов тэргүүлдэг), боловсролын тухай (дэд ерөнхийлөгч - ерөнхийлөгч В. А. Садовничий тэргүүлдэг) дунд болон дээд сургуулиудад орчин үеийн суурь физикийн хичээлийг сайжруулах талаар санал боловсруулах.

1. "зөвхөн физик, зөвхөн хардкор! Мансарда", Побединский Д
.

Цаг хэд болж байгааг та мэдэх үү? Утасны онолыг та яаж гаргасан бэ? Дэлхийн хамгийн том химийн элемент юу вэ? Гэхдээ Дмитрий Побединский, физикч, алдартай видеоблогчин, "Мансарда" номын байнгын зохиолч, мэддэг - бас хэлж чадна! Зэрэгцээ ертөнц байдаг уу? Жинхэнэ гэрлийн сэлэм бүтээх боломжтой юу? Анхны үнсэлтэд хиймэл оюун ухаан ямар мэдрэмж төрүүлэх вэ? Хар нүх хэрхэн ажилладаг вэ? Дмитрий бидний хэнийг ч төөрөлдүүлж болох эдгээр болон бусад асуултуудад хариулдаг - бидний хүн нэг бүрд хялбар бөгөөд хүртээмжтэй байдаг. Мансарда: шинжлэх ухаан, технологи, ирээдүй" бол Оросын хамгийн том мэдээллийн агентлаг болох ТАСС-ын шинжлэх ухаан, боловсролын төсөл юм. Тэд 100,000 уншигчдад зориулж өдөр бүр зөвхөн орос хэлээр зогсохгүй шинжлэх ухааны талаар бичдэг бөгөөд шинжлэх ухааны сонирхолтой лекц, үзэсгэлэн, ном, кино театр, туршилтуудыг үзүүлж, хүрээлэн буй бодит байдлын талаархи шинжлэх ухааны (мөн тийм ч шинжлэх ухааны бус) асуултуудад хариулна.
2. "Богино өгүүллэгцаг. Их тэсрэлтээс хар нүх хүртэл", Хокинг х.
Сонирхолтой, хүртээмжтэй. Английн нэрт физикч Стивен Хокинг бидэнд орон зай, цаг хугацааны мөн чанар, орчлон ертөнцийн үүсэл, түүний боломжит хувь заяаны тухай өгүүлдэг.
3. "Мэдээж та хошигнож байна, ноён Фейнман!", Фейнман Р.
Тэрээр хошигнол, онигоонд дуртай, гайхалтай хөрөг зурж, чамин дүрд тоглодог гэдгээрээ алдартай байв Хөгжмийн зэмсэг. Маш сайн илтгэгч тэрээр лекц бүрээ сэтгэл хөдөлгөм оюуны тоглоом болгон хувиргасан. Түүний хэлсэн үгэнд зөвхөн шавь нар, хамт олон төдийгүй физикийн хичээлд дуртай хүмүүс оролцохыг эрмэлздэг байв. Агуу эрдэмтний намтар нь адал явдалт зохиолоос илүү сэтгэл хөдөлгөм. Уншсан хүн бүрийн ой санамжинд үүрд үлдэх цөөн хэдэн номын нэг нь энэ юм.
4. “Боломжгүй зүйлийн физик”, Каку М.
Алдарт физикч Мичио Каку өнөөдөр боломжгүй мэт санагдах технологи, үзэгдэл, төхөөрөмжийг ирээдүйд хэрэгжүүлэх боломжийн үүднээс судалж байна. Бидний ойрын ирээдүйн тухай ярьж байна, эрдэмтэн хүртээмжтэй хэлорчлон ертөнц хэрхэн ажилладаг талаар ярьдаг. Их тэсрэлт ба хар нүх, фазер ба антиматер гэж юу вэ. “Боломжгүй физик” номноос та аль хэдийн 21-р зуунд, бидний амьдралд хүчний талбарууд, үл үзэгдэх байдал, оюун ухааныг унших, харь гаригийн соёл иргэншилтэй харилцах, тэр ч байтугай телепортац, од хоорондын аялал биелэх магадлалтай гэдгийг мэдэх болно.
Ном яагаад унших нь зүйтэй вэ? Саяхан бидэнд танил зүйлсийн өнөөгийн ертөнцийг төсөөлөхөд ч хэцүү байсан. Гар утас, интернет боломжгүй мэт санагдсан. Шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиолч, кино зохиолчдын ирээдүйн тухай ямар зоримог таамаглал бидний нүдний өмнө биелэх боломж байгааг та олж мэдэх болно. Америкийн физикч, шинжлэх ухааныг сурталчлагч Мичио Какугийн номноос та хамгийн нарийн төвөгтэй үзэгдлүүд болон сүүлийн үеийн ололт амжилтуудын талаар мэдэх болно. орчин үеийн шинжлэх ухаанболон технологи. Та зөвхөн хүн төрөлхтний ирээдүйг харахаас гадна орчлон ертөнцийн үндсэн хуулиудыг ойлгох болно. Энэ дэлхий дээр боломжгүй зүйл байхгүй гэдэгт та итгэлтэй байх болно!
5. "Физикийн гоо үзэсгэлэн. Байгалийн бүтцийг ойлгох нь", Вильчек Ф.
Гоо сайхан дэлхийг захирдаг гэж үнэн үү? Энэ асуултыг хүн төрөлхтний түүхийн туршид сэтгэгчид, уран бүтээлчид, эрдэмтэд асуусаар ирсэн. Сайхан зурагтай номын хуудсан дээр тэрээр орчлон ертөнцийн гоо үзэсгэлэн, шинжлэх ухааны санаагаа хуваалцдаг. Нобелийн шагналтанФрэнк Вилчек. Грекийн гүн ухаантнуудын үзэл санаанаас эхлээд харилцан үйлчлэлийн нэгдмэл байдлын орчин үеийн үндсэн онол, түүний хөгжлийн чиг хандлагыг үе шаттайгаар зохиогч физикийн үзэл баримтлалын үндэс болсон гоо үзэсгэлэн, тэгш хэмийн санааг харуулж байна. Түүний судалгааны баатрууд нь Пифагор, Платон, Ньютон, Максвелл, Эйнштейн нар юм. Эцэст нь, тэгш хэмээс хамгааллын хуулийг гаргаж авсан Эмми Ноетер, 20-р зууны физикчдийн агуу галактик юм.
Олон алдартай хүмүүсээс ялгаатай нь Фрэнк Вилчек томъёоноос айдаггүй бөгөөд хамгийн төвөгтэй зүйлийг "хуруугаараа" хэрхэн харуулахыг мэддэг бөгөөд биднийг хошин шог, гайхамшгийн мэдрэмжээр халдварладаг.
6. "Яагаад E=mc2? Тэгээд бид яагаад анхаарах ёстой вэ", Кокс Б., Форшоу Д.
Энэхүү ном нь харьцангуйн онолыг ойлгож, дэлхийн хамгийн алдартай тэгшитгэлийн утгыг ойлгоход тань туслах болно. Эйнштейн орон зай, цаг хугацааны онолоороо орчин үеийн бүх физикийн үндэс суурийг тавьсан юм. Физикчид байгалийг ойлгохыг хичээж, өнөөдрийг хүртэл заримдаа бидний амьдралыг эрс өөрчилдөг онолыг бий болгодог. Тэд үүнийг хэрхэн яаж хийхийг энэ номонд тайлбарласан болно.
Энэхүү ном нь дэлхийн бүтцийг сонирхдог хэн бүхэнд хэрэг болно.
7. "Квантын ертөнц", Кокс Б., Форшоу Ж.
Бидний харж чадахгүй байгаа зүйлс хэрхэн ажилладаг.
Энэхүү номонд нэр хүндтэй эрдэмтэд Брайан Кокс, Жефф Форшоу нар уншигчдад дэлхий хэрхэн ажилладагийн үндсэн загвар болох квант механикийн талаар танилцуулж байна. Тэд физикчдийг ямар ажиглалтаар квант онол руу хөтөлсөн, түүнийг хэрхэн хөгжүүлсэн, яагаад эрдэмтэд хачин жигтэй байсан ч үүнд итгэлтэй байдгийг өгүүлдэг.
Энэхүү ном нь сонирхогч хүн бүрт зориулагдсан болно квант физикба орчлон ертөнцийн бүтэц.
8. "Физик. Комик дахь байгалийн шинжлэх ухаан", Гоник Л., Хаффман А.
Фейнман, Ландау зэрэг томъёоны хэлээр ярьж эхлэхээсээ өмнө үндсийг нь сурах хэрэгтэй. Энэхүү ном нь физикийн үндсэн үзэгдэл, хуулиудыг хөгжилтэй байдлаар танилцуулдаг. Аристотель, Галилео, Ньютон ба Максвелл, Эйнштейн, Фейнман нар бол физикийн хөгжилд асар их хувь нэмэр оруулсан хүн төрөлхтний суут ухаантнууд бөгөөд энэхүү өвөрмөц гарын авлагад тэднийг юу болохыг тайлбарласан болно. Энэ нь өргөн хүрээний сэдвүүдийг хамардаг: механик, цахилгаан, харьцангуйн, квант электродинамик. Хүртээмжийг өндөртэй хослуулсан шинжлэх ухааны түвшинИлтгэл нь бусад салбартай нягт холбоотой, юуны түрүүнд технологитой холбоотой хамгийн сонирхолтой салбаруудын нэгийг сурахад амжилтанд хүрэх баталгаа юм.
9. “Утасны онол ба орчлон ертөнцийн далд хэмжээсүүд”, Яу Ш., надис х.
Хувьсгалт утсан онол нь бид арван хэмжээст орчлонд амьдардаг гэж заасан боловч эдгээр хэмжээсүүдийн зөвхөн дөрөв нь хүний ​​ойлголтод хүрдэг. Хэрэв орчин үеийн эрдэмтдийн үзэж байгаагаар үлдсэн зургаан хэмжээс нь Калаби-Яу олон талт гэж нэрлэгддэг гайхалтай бүтэцтэй эвхэгддэг.

Физикийн хэдэн хууль байдаг вэ? ФИЗИКИЙН ҮНДСЭН ХУУЛИУД.

Биеийн энерги хэзээ ч алга болдоггүй, дахин гарч ирдэггүй, зөвхөн нэг төрлөөс нөгөөд шилжиж болно гэж энерги хадгалагдах хуульд заасан байдаг. Энэ хууль бүх нийтийнх. Энэ нь физикийн янз бүрийн салбаруудад өөрийн гэсэн томъёололтой байдаг. Сонгодог механик нь механик энерги хадгалагдах хуулийг авч үздэг.

Консерватив хүчнүүд ажилладаг биетүүдийн хаалттай системийн нийт механик энерги нь тогтмол утга юм. Ньютоны энерги хадгалагдах хуулийг ингэж томъёолдог.

Хаалттай буюу тусгаарлагдсан физик системийг гадны хүчний нөлөөнд автдаггүй гэж үздэг. Хүрээлэн буй орон зайтай энергийн солилцоо байхгүй бөгөөд түүний эзэмшдэг өөрийн энерги өөрчлөгдөөгүй, өөрөөр хэлбэл хадгалагдана. Ийм системд зөвхөн дотоод хүч л үйлчилдэг бөгөөд бие биетэйгээ харилцан үйлчилдэг. Зөвхөн потенциал энергийг кинетик энерги болгон хувиргах ба эсрэгээр нь үүн дотор тохиолдож болно.

Хаалттай системийн хамгийн энгийн жишээ бол мэргэн буудагч буу, сум юм.

Хүн бүрийн мэдэх ёстой ФИЗИКИЙН хуулиуд. ФИЗИКИЙН ҮНДСЭН ХУУЛЬ (сургуулийн курс).

ЭРЧИМ ХАМГААЛАХ, ХӨРЧЛӨЛТИЙН ХУУЛЬ - байгалийн ерөнхий хууль: аливаа хаалттай системийн энерги нь системд болж буй бүх процессын явцад тогтмол (хадгалагдсан) хэвээр байна. Эрчим хүчийг зөвхөн нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжүүлж, системийн хэсгүүдийн хооронд дахин хуваарилах боломжтой. Нээлттэй системийн хувьд түүний энергийн өсөлт (бууралт) нь түүнтэй харилцан үйлчилдэг бие ба физик талбайн энергийн бууралт (өсөлт)тэй тэнцүү байна.

АРХИМЕДИЙН ХУУЛЬ - гидро- болон аэростатикийн хууль: шингэн эсвэл хийд дүрсэн биед босоо дээш чиглэсэн хөвөх хүч үйлчилж, биеийн хөдөлгөж буй шингэн эсвэл хийн жинтэй тоогоор тэнцүү бөгөөд төв хэсэгт үйлчилдэг. биеийн живсэн хэсгийн таталцлын . FA= gV, энд r нь шингэн буюу хийн нягт, V нь биеийн дүрсэн хэсгийн эзэлхүүн юм. Үгүй бол үүнийг дараах байдлаар томъёолж болно: шингэн эсвэл хийд дүрсэн бие нь түүнийг нүүлгэж буй шингэн (эсвэл хий) жинтэй адил жингээ алддаг. Дараа нь P= mg - FAAӨөр бүлэг нээлттэй байна. эрдэмтэн Архимед 212 онд. МЭӨ. Энэ нь хөвөгч биетүүдийн онолын үндэс юм.

БЭЛХИЙН Гравитацийн хууль - Ньютоны таталцлын хууль: бүх бие бие биендээ эдгээр биеийн массын үржвэртэй шууд пропорциональ ба тэдгээрийн хоорондох зайн квадраттай урвуу пропорциональ хүчээр татагддаг: M ба m нь масс юм. харилцан үйлчлэгч биетүүд, R нь эдгээр биетүүдийн хоорондох зай, G нь таталцлын тогтмол (SI-д G=6.67.10-11Н.м2/кг2.

ГАЛИЛЭО ХАРЬЦАН БАЙДЛЫН ЗАРЧИМ, харьцангуйн механик зарчим - сонгодог механикийн зарчим: дурын инерциал тооллын системд бүх механик үзэгдлүүд ижил нөхцөлд ижил замаар явагддаг. Лхагва. харьцангуйн зарчим.

ХҮҮКИЙН ХУУЛЬ - уян харимхай хэв гажилт нь түүнийг үүсгэдэг гадны нөлөөллөөс шууд хамааралтай байдаг хууль.

МОМЕНТУМ ХАМГААЛАХ ХУУЛЬ - механикийн хууль: аливаа хаалттай системийн импульс нь системд болж буй бүх процессын явцад тогтмол (хадгалагдсан) хэвээр байх бөгөөд зөвхөн тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд системийн хэсгүүдийн хооронд дахин хуваарилагдах боломжтой.

НЬЮТОНЫ ХУУЛЬ - Ньютоны сонгодог механикийн үндэс болсон гурван хууль. 1-р хууль (инерцийн хууль): Хэрэв бусад биетүүд үүн дээр ажиллахгүй эсвэл эдгээр биетүүдийн үйлдлийг нөхөн төлж байгаа бол материаллаг цэг нь шулуун, жигд хөдөлгөөн эсвэл тайван байдалд байна. 2-р хууль (динамикийн үндсэн хууль): Биеийн хүлээн авсан хурдатгал нь биед нөлөөлж буй бүх хүчний үр дүнд шууд пропорциональ, биеийн масстай урвуу пропорциональ байна (). 3-р хууль: Хоёр материаллаг цэг нь эдгээр цэгүүдийг холбосон шулуун шугамын дагуу ижил хэмжээтэй, эсрэг чиглэлд ижил шинж чанартай хүчээр харилцан үйлчилдэг ().

ХАРЬЦСАН БАЙДЛЫН ЗАРЧИМ - аливаа инерцийн жишиг системд ижил нөхцөлд байгаа бүх физик (механик, цахилгаан соронзон г.м) үзэгдлүүд ижил замаар явагддаг гэсэн харьцангуйн онолын нэг постулат юм. Энэ бол Галилейгийн харьцангуйн зарчмын бүх физик үзэгдлийн (таталцлаас бусад) ерөнхий ойлголт юм.

Материйн найрлагын тогтмол байдлын хууль.

Найрлагын тогтвортой байдлын хууль (J. L. Proust, 1801 - 1808) - ямар нэгэн тодорхой химийн цэвэр нэгдэл нь түүнийг бэлтгэх аргаас үл хамааран ижил бодисоос бүрдэнэ. химийн элементүүд, мөн тэдгээрийн массын харьцаа тогтмол байх ба атомуудын харьцангуй тоог бүхэл тоогоор илэрхийлнэ. Энэ бол химийн үндсэн хуулиудын нэг юм.

Тогтмол найрлагын хууль нь бертоллидын хувьд (хувьсах найрлагатай нэгдлүүд) хангагддаггүй. Гэхдээ энгийн байх үүднээс олон Бертоллидын найрлагыг тогтмол гэж бичжээ. Жишээлбэл, төмрийн (II) оксидын найрлагыг FeO гэж бичдэг (илүү нарийвчлалтай Fe томъёоны оронд).

Бүх нийтийн таталцлын хууль. Бүх нийтийн таталцлын хуулийн тодорхойлолт

Коэффициент нь таталцлын тогтмол юм. SI системд таталцлын тогтмол нь дараахь утгатай.

Эндээс харахад энэ тогтмол нь маш бага тул жижиг масстай биетүүдийн хоорондох таталцлын хүч нь бас бага бөгөөд бараг мэдрэгддэггүй. Гэсэн хэдий ч сансрын биетүүдийн хөдөлгөөнийг таталцлын хүчээр бүрэн тодорхойлдог. Бүх нийтийн таталцал буюу өөрөөр хэлбэл таталцлын харилцан үйлчлэл байгаа нь Дэлхий ба гаригууд юугаар "дэмжлэгддэг", яагаад тэд нарны эргэн тойронд тодорхой траекторийн дагуу хөдөлж, түүнээс холдохгүй байгааг тайлбарладаг. Бүх нийтийн таталцлын хууль нь олон шинж чанарыг тодорхойлох боломжийг олгодог селестиел биетүүд– гариг, од, галактик, тэр ч байтугай хар нүхний масс. Энэ хууль нь гаригуудын тойрог замыг маш нарийн тооцоолж, Орчлон ертөнцийн математик загварыг бий болгох боломжийг олгодог.

Бүх нийтийн таталцлын хуулийг ашиглан сансрын хурдыг мөн тооцоолж болно. Жишээлбэл, дэлхийн гадаргуугаас дээш хэвтээ хөдөлж буй бие түүн дээр унахгүй, харин тойрог тойрог замд шилжих хамгийн бага хурд нь 7.9 км / с (эхний зугтах хурд) юм. Дэлхийг орхихын тулд, өөрөөр хэлбэл. Таталцлын таталцлыг даван туулахын тулд бие нь 11.2 км/с хурдтай байх ёстой (хоёр дахь зугтах хурд).

Таталцал бол байгалийн хамгийн гайхалтай үзэгдлүүдийн нэг юм. Хэрэв таталцлын хүч байхгүй бол Орчлон ертөнц оршин тогтнох боломжгүй, Орчлон ертөнц бүрэлдэж ч чадахгүй. Таталцал нь орчлон ертөнц дэх олон үйл явцыг хариуцдаг - түүний төрөлт, эмх замбараагүй байдлын оронд дэг журам оршин тогтнох. Таталцлын мөн чанарыг бүрэн ойлгоогүй хэвээр байна. Өнөөг хүртэл хэн ч таталцлын харилцан үйлчлэлийн зохистой механизм, загварыг боловсруулж чадаагүй байна.

Архимедийн хууль (хүч) - Шингэн эсвэл хийд дүрсэн бие нь энэ биеээс хөдөлсөн шингэн эсвэл хийн жинтэй тэнцэх хөвөх хүчний үйлчлэлд өртдөг.

Интеграл хэлбэрээр

Архимедийн хүч нь үргэлж таталцлын хүчний эсрэг чиглэгддэг тул шингэн эсвэл хий дэх биеийн жин нь вакуум дахь биеийн жингээс үргэлж бага байдаг.

Хэрэв бие гадаргуу дээр хөвж эсвэл жигд дээш доош хөдөлж байвал хөвөх хүч (мөн Архимедийн хүч ч гэж нэрлэдэг) нь шилжсэн шингэний (хий) эзэлхүүн дээр үйлчлэх таталцлын хүчтэй хэмжээтэй тэнцүү (мөн чиглэлийн эсрэг) байна. биеээр, мөн энэ эзлэхүүний хүндийн төвд хэрэглэнэ.

Хийн, жишээлбэл, агаарт байгаа биетүүдийн хувьд өргөх хүчийг (Архимедийн хүч) олохын тулд шингэний нягтыг хийн нягтаар солих хэрэгтэй. Жишээлбэл, гелийн нягт нь агаарын нягтаас бага байдаг тул гелийн бөмбөлөг дээшээ нисдэг.

Таталцлын талбар (Таталцал) байхгүй, өөрөөр хэлбэл жингүйдлийн байдалд Архимедийн хууль ажиллахгүй. Сансрын нисэгчид энэ үзэгдлийг нэлээд сайн мэддэг. Ялангуяа тэг таталцлын үед конвекцийн үзэгдэл (сансар дахь агаарын байгалийн хөдөлгөөн) байдаггүй тул жишээлбэл, агаар хөргөх, амьдрах тасалгааны агааржуулалт. сансрын хөлөгшүтэн бишрэгчид хүчээр үйлдвэрлэсэн

Бөөмийн физикийн өнөөгийн стандарт загвар нь өчүүхэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрдэх идэвхгүй механизм юм. Гэсэн хэдий ч бидний орчлон ертөнц нь өвөрмөц онцлогтой хэдий ч тоо томшгүй олон боломжит ертөнцүүдийн зөвхөн нэг нь юм. Бөөмсүүдийн энэхүү тодорхой тохиргоо болон тэдгээрт үйлчилж буй хүчнүүд яагаад бидний дэлхийн дэг журамд үндэслэж байгааг бид мэдэхгүй.

Яагаад кваркуудын зургаан "амт", нейтриногийн гурван "үе", нэг Хиггсийн бөөмс байдаг вэ? Үүнээс гадна стандарт загварт арван есөн үндсэн физик тогтмол (жишээлбэл, электроны масс ба цэнэг) багтдаг. Эдгээр "чөлөөт параметрүүдийн" утгууд нь ямар ч гүн гүнзгий утга агуулаагүй юм шиг санагддаг. Нэг талаас бөөмийн физик бол дэгжин байдлын загвар юм. Нөгөө талаар энэ бол зүгээр л сайхан онол юм.

Хэрэв манай ертөнц олон ертөнцийн нэг юм бол бид өөр ертөнцийг яах ёстой вэ? Өнөөгийн үзэл бодол бол Эйнштейний өвөрмөц ертөнцийн тухай санааны туйлын эсрэг юм. Орчин үеийн физикчидасар том магадлалын орон зайг хамарч, түүний харилцааны логикийг ойлгохыг хичээ. Тэд алт олборлогчдоос эхлээд газарзүйч, геологич болж, ландшафтын зураглал хийж, түүнийг дүрсэлсэн хүчийг нарийвчлан судалжээ.

Энэ үйл явцын чухал үе бол утсан онол үүссэн явдал юм. Одоогийн байдлаар энэ нь "бүх зүйлийн онол" цолны цорын ганц нэр дэвшигч юм. Сайн мэдээ гэвэл мөрний онолд чөлөөт параметр байдаггүй. Манай орчлон ертөнцийг ямар чавхдаст онол тайлбарлах нь эргэлзээгүй, учир нь энэ бол цорын ганц юм. Ямар ч дутмаг нэмэлт функцуудэрс үр дагаварт хүргэдэг. Байгаль дээрх бүх тоог физик өөрөө тодорхойлох ёстой. Эдгээр нь "байгалийн тогтмолууд" биш, зүгээр л тэгшитгэлээс олж авсан хувьсагчид (заримдаа гайхалтай төвөгтэй байдаг).

Муу мэдээ байна, ноёд оо. Мөрний онолын шийдлийн орон зай нь асар том бөгөөд нарийн төвөгтэй юм. Энэ нь физикийн хувьд хэвийн үзэгдэл юм. Уламжлал ёсоор математикийн тэгшитгэлд суурилсан суурь хуулиуд болон эдгээр тэгшитгэлийн шийдлүүдийг хооронд нь ялгадаг. Ихэвчлэн хэд хэдэн хууль, хязгааргүй олон шийдэл байдаг. Ньютоны хуулиудыг авч үзье. Тэдгээр нь тод, дэгжин боловч унаж буй алимаас эхлээд сарны тойрог зам хүртэл гайхалтай өргөн хүрээний үзэгдлүүдийг дүрсэлдэг. Системийн анхны төлөвийг мэдэж, эдгээр хуулиудыг ашиглан бид дараагийн мөчид түүний төлөвийг дүрсэлж болно. Бид бүх зүйлийг хамарсан бүх нийтийн шийдлийг хүлээхгүй, шаарддаггүй.

Улсын нэгдсэн шалгалтанд зориулсан физикийн томьёо бүхий хуурамч хуудас

ба түүнээс дээш (7, 8, 9, 10, 11-р ангид шаардлагатай байж болно).

Нэгдүгээрт, авсаархан хэлбэрээр хэвлэх боломжтой зураг.

Механик

1. Даралт P=F/S
2. Нягт ρ=м/V
3. Шингэний гүн дэх даралт P=ρ∙g∙h
4. Хүндийн хүч Ft=мг
5. 5. Архимедийн хүч Fa=ρ f ∙g∙Vt
6. Нэг жигд хурдасгасан хөдөлгөөний хөдөлгөөний тэгшитгэл

X=X 0 + υ 0 ∙t+(a∙t 2)/2 S=( υ 2 -υ 0 2) /2a S=( υ +υ 0) ∙t /2

1. Нэг жигд хурдасгасан хөдөлгөөний хурдны тэгшитгэл υ =υ 0 +a∙t
2. Хурдатгал a=( υ -υ 0)/т
3. Тойрог хурд υ =2πR/T
4. Төв рүү чиглэсэн хурдатгал a= υ 2/Р
5. Хугацаа ба давтамж хоорондын хамаарал ν=1/T=ω/2π
6. Ньютоны II хууль F=ma
7. Хукийн хууль Fy=-kx
8. Таталцлын хууль F=G∙M∙m/R 2
9. a P=m(g+a) хурдатгалтай хөдөлж буй биеийн жин
10. А↓ Р=m(g-a) хурдатгалтай хөдөлж буй биеийн жин
11. Үрэлтийн хүч Ftr=µN
12. Биеийн импульс p=m υ
13. Хүчний импульс Ft=∆p
14. Хүчний момент M=F∙ℓ
15. Газрын гадаргуугаас дээш өргөгдсөн биеийн потенциал энерги Ep=mgh
16. Уян гажигтай биеийн потенциал энерги Ep=kx 2 /2
17. Биеийн кинетик энерги Ek=m υ 2 /2
18. Ажил A=F∙S∙cosα
19. Хүч N=A/t=F∙ υ
20. Үр ашиг η=Ap/Az
21. Математик дүүжингийн хэлбэлзлийн хугацаа T=2π√ℓ/г
22. Пүршний дүүжингийн хэлбэлзлийн хугацаа T=2 π √m/k
23. Гармоник чичиргээний тэгшитгэл Х=Хmax∙cos ωt
24. Долгионы урт, түүний хурд ба хугацааны хоорондын хамаарал λ= υ Т

Молекулын физик ба термодинамик

1. Бодисын хэмжээ ν=N/Na
2. Моляр масс M=m/ν
3. Лхагва. хамаатан садан. нэг атомын хийн молекулуудын энерги Эк=3/2∙кТ
4. MKT-ийн үндсэн тэгшитгэл P=nkT=1/3nm 0 υ 2
5. Гей-Луссакийн хууль ( изобар процесс) V/T =const
6. Чарльзын хууль (изохорын процесс) P/T =const
7. Харьцангуй чийгшил φ=P/P 0 ∙100%
8. Int. эрчим хүчний хамгийн тохиромжтой. нэг атомын хий U=3/2∙M/µ∙RT
9. Хийн ажил A=P∙ΔV
10. Бойл-Мариотын хууль (изотерм процесс) PV=const
11. Халаах үеийн дулааны хэмжээ Q=Cm(T 2 -T 1)
12. Хайлах үеийн дулааны хэмжээ Q=λm
13. Ууршилтын үеийн дулааны хэмжээ Q=Lm
14. Түлшний шаталтын үеийн дулааны хэмжээ Q=qm
15. Идеал хийн төлөвийн тэгшитгэл PV=m/M∙RT
16. Термодинамикийн нэгдүгээр хууль ΔU=A+Q
17. Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг η= (Q 1 - Q 2)/ Q 1
18. Үр ашиг нь хамгийн тохиромжтой. хөдөлгүүрүүд (Карногийн цикл) η= (T 1 - T 2)/ T 1

Электростатик ба электродинамик - физикийн томъёо

1. Кулоны хууль F=k∙q 1 ∙q 2 /R 2
2. Цахилгаан орны хүч E=F/q
3. Цахилгаан хүчдэл цэгийн цэнэгийн талбар E=k∙q/R 2
4. Гадаргуугийн цэнэгийн нягт σ = q/S
5. Цахилгаан хүчдэл хязгааргүй хавтгайн талбарууд E=2πkσ
6. Диэлектрик тогтмол ε=E 0 /E
7. Харилцааны боломжит энерги. цэнэгүүд W= k∙q 1 q 2 /R
8. Боломжит φ=W/q
9. Цэгийн цэнэгийн потенциал φ=k∙q/R
10. Хүчдэл U=A/q
11. Нэг жигд цахилгаан орны хувьд U=E∙d
12. Цахилгаан багтаамж C=q/U
13. Цахилгаан хүчин чадал хавтгай конденсатор C=S∙ ε ∙ε 0 /d
14. Цэнэглэгдсэн конденсаторын энерги W=qU/2=q²/2С=CU²/2
15. Гүйдлийн хүч I=q/t
16. Дамжуулагчийн эсэргүүцэл R=ρ∙ℓ/S
17. I=U/R хэлхээний хэсгийн Ом-ын хууль
18. Сүүлийн үеийн хуулиуд. холболтууд I 1 =I 2 =I, U 1 +U 2 =U, R 1 +R 2 =R
19. Хууль зэрэгцээ. холбогч. U 1 =U 2 =U, I 1 +I 2 =I, 1/R 1 +1/R 2 =1/R
20. Цахилгаан гүйдлийн хүч P=I∙U
21. Жоуль-Ленцийн хууль Q=I 2 Rt
22. Бүрэн хэлхээний Ом-ын хууль I=ε/(R+r)
23. Богино залгааны гүйдэл (R=0) I=ε/r
24. Соронзон индукцийн вектор B=Fmax/ℓ∙I
25. Амперын чадал Fa=IBℓsin α
26. Лоренцын хүч Fl=Bqυsin α
27. Соронзон урсгал Ф=BSсos α Ф=LI
28. Цахилгаан соронзон индукцийн хууль Ei=ΔФ/Δt
29. Хөдөлгөөнт дамжуулагч дахь индукцийн Ei=Вℓ υ sinα
30. Өөрөө индукцийн EMF Esi=-L∙ΔI/Δt
31. Ороомгийн соронзон орны энерги Wm=LI 2 /2
32. Хэлбэлзлийн хугацаа №. хэлхээ T=2π ∙√LC
33. Индуктив урвал X L =ωL=2πLν
34. Багтаамж Xc=1/ωC
35. Эффектийн одоогийн утга Id=Imax/√2,
36. Эффектийн хүчдэлийн утга Uд=Umax/√2
37. Эсэргүүцэл Z=√(Xc-X L) 2 +R 2

Оптик

1. Гэрлийн хугарлын хууль n 21 =n 2 /n 1 = υ 1 / υ 2
2. Хугарлын илтгэгч n 21 =sin α/sin γ
3. Нимгэн линзийн томъёо 1/F=1/d + 1/f
4. Линзний оптик хүч D=1/F
5. хамгийн их хөндлөнгийн оролцоо: Δd=kλ,
6. мин интерференц: Δd=(2k+1)λ/2
7. Дифференциал тор d∙sin φ=k λ

Квантын физик

1. Фотоэлектрик эффектийн Эйнштейний томъёо hν=Aout+Ek, Ek=U z e
2. Фотоэлектрик эффектийн улаан хил ν k = Aout/h
3. Фотоны импульс P=mc=h/ λ=E/s

Атомын цөмийн физик

Хурал ойртож, онолоос практикт шилжих цаг болжээ. Амралтын өдрүүдээр бид суугаад олон оюутнууд хурууны үзүүрт физикийн үндсэн томъёоны цуглуулгатай байх нь ашигтай байх болно гэж бодсон. Тайлбартай хуурай томъёо: товч, товч, илүүдэхгүй. Асуудлыг шийдэхэд их хэрэгтэй зүйл ш дээ. Шалгалтын үеэр яг өмнөх өдөр нь цээжилсэн зүйл нь "толгойноосоо үсрэх" үед ийм сонголт нь маш сайн зорилготой байх болно.

Физикийн хамгийн алдартай гурван хэсэгт хамгийн олон асуудлыг ихэвчлэн асуудаг. Энэ Механик, термодинамикТэгээд Молекулын физик, цахилгаан. Тэднийг авцгаая!

Физикийн динамик, кинематик, статикийн үндсэн томъёо

Хамгийн энгийнээс эхэлцгээе. Сайн хуучин дуртай шулуун, жигд хөдөлгөөн.

Кинематикийн томъёо:

Мэдээжийн хэрэг, тойрог доторх хөдөлгөөнийг мартаж болохгүй, дараа нь бид динамик болон Ньютоны хуулиуд руу шилжих болно.

Динамикийн дараа бие ба шингэний тэнцвэрт байдлын нөхцлийг авч үзэх цаг болжээ, жишээлбэл. статик ба гидростатик

Одоо бид "Ажил ба эрчим хүч" сэдвээр үндсэн томъёог танилцуулж байна. Тэдэнгүйгээр бид хаана байх байсан бэ?

Молекулын физик ба термодинамикийн үндсэн томьёо

Механикийн хэсгийг хэлбэлзэл, долгионы томъёогоор дуусгаад цааш явцгаая молекулын физикба термодинамик.

Үр ашгийн хүчин зүйл, Гей-Люссакийн хууль, Клапейрон-Менделеевийн тэгшитгэл - зүрхэнд хайртай эдгээр бүх томъёог доор цуглуулав.

Дашрамд хэлэхэд! Манай бүх уншигчдад хямдрал зарлалаа 10% дээр ямар ч төрлийн ажил.

Физикийн үндсэн томъёо: цахилгаан

Хэдийгээр термодинамикаас бага алдартай ч гэсэн цахилгаан эрчим хүч рүү шилжих цаг болжээ. Электростатикаас эхэлье.

Бөмбөрийн цохилтоор бид Ом-ын хууль, цахилгаан соронзон индукц, цахилгаан соронзон хэлбэлзлийн томъёогоор төгсдөг.

Тэгээд л болоо. Мэдээжийн хэрэг, бүхэл бүтэн уулын томьёог дурдаж болох ч энэ нь ашиггүй юм. Хэт их томьёотой бол та амархан төөрөлдөж, тархиа хайлуулж болно. Физикийн үндсэн томъёоны алдааны хуудас нь таны дуртай асуудлуудыг илүү хурдан бөгөөд үр дүнтэй шийдвэрлэхэд тусална гэж найдаж байна. Хэрэв та ямар нэг зүйлийг тодруулахыг хүсч байгаа эсвэл зөв томъёог олж чадаагүй бол мэргэжилтнүүдээс асуугаарай оюутны үйлчилгээ. Манай зохиолчид хэдэн зуун томьёо толгойдоо хадгалж, самар шиг асуудлыг хагардаг. Бидэнтэй холбоо бариарай, удахгүй ямар ч ажил танаас хамаарна.