Zarah interaksi elektromagnet

Artikel ini akan melihat apa yang dipanggil kuasa alam - interaksi elektromagnet asas dan prinsip-prinsip di mana ia dibina. Terdapat juga akan diberitahu mengenai kemungkinan wujudnya pendekatan baru kepada kajian topik ini. Di sekolah dalam kelas fizik, pelajar berhadapan dengan penjelasan konsep "kuasa". Mereka mengetahui bahawa kuasa boleh menjadi sangat pelbagai - daya geseran, daya graviti, keanjalan dan kekuatan yang sama banyak. Tidak semua daripada mereka boleh dipanggil asas, seperti yang seringkali fenomena kuasa menengah (daya geseran, sebagai contoh, dengan interaksi molekul). Interaksi elektromagnet juga boleh menjadi sekunder - sebagai akibatnya. Fizik molekul memberikan contoh Van der Waals. Juga memberikan banyak contoh dan fizik zarah asas.

Secara semula jadi,

Saya ingin mendapatkan kepada intipati proses yang berlaku dalam alam semula jadi, kerana ia membuatkan kita bekerja interaksi elektromagnet. Apa sebenarnya adalah daya asas yang semua menentukan dibina tentera menengah? Semua orang tahu bahawa interaksi elektromagnet, atau, kerana ia dipanggil, kuasa elektrik adalah asas. Ini terbukti oleh undang-undang Coulomb, yang mempunyai generalisasi sendiri berpunca daripada persamaan Maxwell. Baru-baru ini menggambarkan semua kuasa-kuasa magnet dan elektrik yang berlaku secara semula jadi. Itulah sebabnya ia membuktikan bahawa interaksi medan elektromagnet - kuasa asas alam semula jadi. Contoh berikut - kuasa graviti. Malah kanak-kanak sekolah tahu tentang undang-undang graviti universal Isaaka Nyutona, yang juga baru-baru ini mendapat generalisasi yang betul persamaan Einstein, dan, menurut teori graviti, daya interaksi elektromagnet adalah asas dalam alam semula jadi, juga.

Pada suatu masa dahulu, ia dipercayai bahawa terdapat hanya dua kuasa asas, tetapi sains datang ke hadapan, secara beransur-ansur membuktikan bahawa ia tidak begitu. Sebagai contoh, dengan penemuan nukleus atom kami terpaksa memperkenalkan konsep kuasa nuklear, atau bagaimana untuk memahami prinsip pengekalan zarah di dalam nukleus, mengapa mereka tidak terbang dalam semua arah. Memahami bagaimana interaksi elektromagnet dalam alam semula jadi, telah membantu mengukur kuasa-kuasa nuklear, untuk mengkaji dan menerangkan. Selepas itu, bagaimanapun, para saintis membuat kesimpulan bahawa kuasa-kuasa nuklear adalah menengah dan dalam banyak manifestasi seperti Van der Waals. Malah, pasukan hanya benar-benar asas yang menyediakan kuark berinteraksi antara satu sama lain. Kemudian - kesan menengah - adalah interaksi antara medan elektromagnet daripada proton dan neutron dalam nukleus. Sesungguhnya asas adalah interaksi kuark, gluon ditukar. Oleh itu ditemui dalam alam semula jadi adalah benar-benar kuasa asas ketiga.

Kesinambungan cerita

zarah asas pereputan, berat - di lebih ringan, dan kerosakan mereka menerangkan kekuatan baru interaksi elektromagnet, yang juga dinamakan - kuasa interaksi yang lemah. Mengapa miskin? Kerana gangguan elektromagnet dalam alam semula jadi adalah lebih kuat. Dan sekali lagi, ia ternyata bahawa teori interaksi lemah, begitu anggun memulakan dalam gambar dunia dan asalnya sempurna menerangkan pereputan zarah asas, tidak mencerminkan postulat sama, jika tenaga bertambah. Itulah sebabnya teori lama telah direka semula untuk lain - teori interaksi lemah, kali ini terbukti menjadi universal. Walaupun ia dibina ia adalah pada prinsip yang sama seperti yang lain daripada teori yang menerangkan interaksi elektromagnet zarah. Pada zaman moden, terdapat empat dikaji dan terbukti interaksi asas, dan kelima - dalam perjalanan, mengenai beliau ia akan datang. Keempat-empat - graviti, kuat, lemah, elektromagnetik - dibina di atas prinsip tunggal: daya yang dijana antara zarah adalah hasil daripada pembawa perkongsian Dilaksanakan, atau sebaliknya - pengantara interaksi.

Apakah jenis pembantu? foton ini - tanpa jisim zarah, namun berjaya membina gangguan elektromagnet kerana bertukar-tukar kuantum gelombang elektromagnet atau kuantum cahaya. Interaksi elektromagnet dijalankan oleh foton dalam bidang zarah bercas, yang berkomunikasi dengan kuasa tertentu, kerana masa yang dan merawat undang-undang Coulomb. Terdapat satu tanpa jisim zarah - gluon, ia mempunyai lapan jenis, ia membantu berkomunikasi kuark. Interaksi elektromagnet merupakan tarikan antara pengecasan, dan dikatakan untuk menjadi kuat. Ya, dan interaksi yang lemah bukan tanpa perantara, yang keluli zarah dengan jisim yang lebih daripada itu, mereka adalah besar, iaitu berat. Ini perantaraan boson vektor. berat badan mereka dan berat badan adalah disebabkan oleh kelemahan interaksi. Graviti adalah bursa daya medan graviti kuantum. Ini menjadi tarikan interaksi elektromagnet zarah, ia masih tidak cukup belajar, walaupun Tarikan bumi uji kaji belum dikesan, dan graviti kuantum kita tidak cukup di sana, dan hanya kerana kita mempunyai untuk menggambarkan ia tidak boleh lagi.

kuasa kelima

Kami dianggap empat jenis interaksi asas: kuat, lemah, elektromagnetik, graviti. Interaksi - adalah satu tindakan pertukaran zarah, dan tidak tahu simetri tidak boleh lakukan, kerana tidak ada interaksi yang tidak berkaitan dengannya. Ia menentukan bilangan zarah dan mereka beramai-ramai. Dengan simetri yang tepat jisim sentiasa sifar. Jadi, foton dan jisim gluon tidak, ia adalah sama dengan sifar, tarikan bumi - terlalu. Jika simetri rosak, jisim terhenti menjadi sifar. Oleh itu, bison vektor perantaraan mempunyai jisim, kerana simetri yang rosak. Empat interaksi asas menguraikan segala sesuatu yang kita lihat dan rasa. Kuasa-kuasa selebihnya mengatakan bahawa gandingan elektromagnet mereka adalah menengah. Walau bagaimanapun, pada tahun 2012 terdapat satu kejayaan dalam bidang sains dan ditemui zarah lain, sekali dibuat terkenal. Satu revolusi dalam dunia saintifik telah mengadakan pembukaan Higgs boson, yang, kerana ia ternyata, juga berfungsi sebagai pembawa interaksi antara kuark dan lepton.

Itulah sebabnya saintis fizik sekarang mengatakan bahawa terdapat satu kuasa kelima, pengantara yang ternyata menjadi Higgs boson. Simetri rosak sini: dari Higgs boson mempunyai jisim. Oleh itu bilangan interaksi (perkataan dalam fizik zarah moden digantikan dengan perkataan "kuasa") telah mencapai lima. Mungkin kita sedang menunggu untuk penemuan baru, kerana kita tidak tahu jika ada malah selain daripada interaksi ini. Ia adalah sangat mungkin bahawa kami telah membina, dan hari ini model ini, ia akan kelihatan sempurna menjelaskan semua fenomena yang diperhatikan dalam dunia, dan tidak cukup lengkap. Dan mungkin, selepas beberapa ketika akan ada interaksi baru dan kekuatan baru. Kebarangkalian itu terdapat sekurang-kurangnya kerana kita secara beransur-ansur belajar bahawa terdapat kini dikenali interaksi asas - kuat, lemah, elektromagnetik, graviti. Lagipun, jika terdapat di dalam sifat zarah supersymmetric, yang dibincangkan dalam dunia saintifik, ia bermakna kewujudan simetri baru, dan simetri sentiasa memerlukan kemunculan zarah baru yang menjadi pengantara di antara mereka. Oleh itu, kita dengar kekerasan asas yang sebelum ini tidak diketahui, kerana sekali terkejut apabila mengetahui bahawa terdapat, sebagai contoh, elektromagnetik interaksi, lemah. Pengetahuan mengenai sifat kita sendiri sangat tidak lengkap.

kesalinghubungan

Perkara yang paling menarik ialah interaksi baru semestinya membawa kepada fenomena yang sama sekali tidak diketahui. Sebagai contoh, jika kita tidak belajar mengenai interaksi yang lemah, kita tidak akan pernah ditemui kejatuhan, dan jika ia tidak berada dalam pengetahuan kita tentang kerosakan, tiada kajian tindak balas nuklear akan menjadi mustahil. Dan jika kita tidak menyedari tindak balas nuklear, tidak akan memahami bagaimana matahari menyinari kita. Lagipun, jika ia tidak bersinar, dan kehidupan di bumi tidak akan terbentuk. Supaya kehadiran interaksi menunjukkan bahawa ia adalah amat penting. Jika interaksi kuat tidak wujud, dan nukleus atom tidak stabil. Kerana interaksi elektromagnet Bumi menerima tenaga daripada matahari dan sinaran cahaya yang datang dari beliau, memanaskan planet ini. Dan semua interaksi dikenali adalah penting. Di sini Higgs, sebagai contoh. Higgs boson menyediakan massa zarah dengan berinteraksi dengan bidang ini, kami tanpa ia tidak akan dapat diselamatkan. Dan bagaimana, tanpa interaksi graviti untuk kekal di permukaan planet ini? Ia akan menjadi mustahil bukan sahaja untuk kita, tetapi apa-apa.

Benar-benar semua interaksi, walaupun orang-orang yang kita masih belum tahu, adalah satu kemestian untuk semua yang manusia mengetahui, memahami dan suka di sana. Apa yang kita boleh tahu? Ya, banyak. Sebagai contoh, kita tahu bahawa proton adalah stabil dalam nukleus. Sangat, sangat penting bagi kami, ini kestabilan, jika tidak cara yang sama tidak akan ada kehidupan. Walau bagaimanapun, eksperimen menunjukkan bahawa kehidupan proton - nilai masa yang terhad. Panjang, sudah tentu, 10 ³⁴ tahun. Tetapi ia bermakna bahawa lambat laun jatuh selain, dan proton, dan ini akan memerlukan beberapa kuasa baru, iaitu interaksi baru. Terhadap proton pereputan sudah wujud teori yang mengambil alih baru, tahap lebih tinggi simetri, oleh itu, interaksi baru mungkin wujud di mana kami tidak tahu apa-apa.

Grand penyatuan

Kesatuan alam adalah satu-satunya prinsip pembinaan semua interaksi asas. Banyak persoalan timbul berhubung dengan bilangan mereka dan menjelaskan sebab-sebab untuk kuantiti tertentu. Versi dibina di sini seorang yang hebat, dan mereka adalah sangat berbeza dalam kesimpulan yang dicapai. Menjelaskan kehadiran hanya seperti beberapa interaksi asas dalam semua cara yang mungkin, tetapi mereka ialah suatu prinsip tunggal bangunan bukti. Sentiasa jenis yang paling berbeza interaksi, penyelidik cuba untuk bergabung menjadi satu. Oleh itu teori dan teori itu dipanggil Grand Unified. Seolah-olah dahan-dahan pokok dunia: kejamakan cawangan, dan batang adalah sentiasa sama.

Ini kerana terdapat pelbagai teori-teori ini menyatukan idea. Punca segala interaksi diketahui satu makan batang, yang adalah disebabkan oleh kehilangan simetri mula cawangan keluar dan membentuk pelbagai interaksi asas, yang kita dapat memerhatikan uji kaji. hipotesis ini tidak dapat disahkan lagi, kerana ia memerlukan fizik tenaga yang sangat tinggi, eksperimen tidak boleh diakses hari ini. Ia adalah sangat mungkin, dan ini adalah satu pilihan yang kita ada tidak pernah tidak memiliki tenaga ini. Tetapi di seluruh halangan ini agak mungkin.

selain

Kita mempunyai alam semesta, pemecut semula jadi, dan semua proses yang berlaku di dalamnya, membuat ia mungkin untuk mendaftar walaupun hipotesis yang paling berani tentang akar yang sama bagi semua interaksi diketahui. Satu lagi tugas yang menarik untuk memahami interaksi dalam alam semula jadi adalah mungkin lebih kompleks. Ia adalah perlu untuk memahami bagaimana untuk mengaitkan graviti dengan kuasa-kuasa semula jadi yang lain. Ini adalah interaksi asas berdiri sebagai secara berasingan, walaupun pada hakikatnya bahawa mengikut prinsip pembinaan teori ini adalah sama dengan yang lain.

Einstein mengkaji teori graviti, cuba mengaitkan dengan elektromagnetisme. Walaupun realiti yang dilihat untuk menyelesaikan masalah ini, maka teori itu masih tidak berlaku. Kini manusia tahu sedikit lebih, sekurang-kurangnya kita tahu tentang interaksi yang kuat dan lemah. Dan jika kini pembinaan lengkap teori bersatu, ia pasti akan menjejaskan lagi kekurangan pengetahuan. Sehingga kini gagal untuk meletakkan graviti setanding dengan interaksi yang lain, kerana semua mematuhi undang-undang yang ditetapkan oleh fizik kuantum dan graviti - tidak ada. Menurut teori kuantum, semua zarah adalah quanta daripada bidang tertentu. Tetapi graviti kuantum tidak wujud, sekurang-kurangnya belum lagi. Walau bagaimanapun, bilangan interaksi telah menemui mengulangi kuat tentang apa yang tidak boleh mana-mana skim tunggal.

medan elektrik

Kembali pada tahun 1860 hebat abad kesembilan belas fizik James Clerk Maxwell yang berjaya mencipta teori untuk menjelaskan induksi elektromagnet. Apabila perubahan dalam medan magnet di titik tertentu dalam ruang medan elektrik. Jika medan ini didapati konduktor tertutup, semasa induksi mengalir dalam medan elektrik. teori medan elektromagnet Maxwell membuktikan bahawa proses reverse mungkin: jika perubahan dalam masa medan elektrik di titik tertentu di angkasa akan diperlukan medan magnet. Jadi apa-apa perubahan boleh menyebabkan medan elektrik yang berbeza-beza, dan boleh mendapatkan perubahan dalam bidang seli elektrik magnet dalam masa medan magnet. Pembolehubah, menjana setiap bidang-bidang lain yang dianjurkan oleh medan bersatu - elektromagnet.

Keputusan yang paling penting yang berikut dari formula teori Maxwell - ramalan bahawa ada gelombang elektromagnet, iaitu menyebarkan medan elektromagnet dalam masa dan ruang. Sumber medan elektromagnet yang bergerak dengan caj pecutan elektrik. Tidak seperti akustik (elastik) gelombang elektromagnet boleh merambat dalam apa-apa bahan, walaupun dalam vacuo. gangguan elektromagnet dalam vacuo merambat dengan kelajuan cahaya (c = 299 792 kilometer sesaat). panjang gelombang yang mungkin berbeza. Gelombang elektromagnet dari sepuluh ribu meter kepada 0005 meter - ini adalah gelombang radio yang digunakan untuk menghantar maklumat kepada kami, iaitu isyarat untuk jarak tertentu tanpa wayar. gelombang radio dicipta pada arus frekuensi tinggi yang mengalir di antena.

Apakah gelombang

Jika panjang radiasi elektromagnet antara 0.005 mikrometer untuk 1 meter, iaitu orang-orang yang berada di dalam julat di antara gelombang cahaya dan radio dilihat - adalah sinaran inframerah. mengeluarkan semua badan beliau dipanaskan: bateri, dapur, lampu pijar. alat-alat khas menukar sinaran inframerah ke dalam cahaya yang boleh dilihat, untuk mendapatkan imej objek yang mengeluarkan ia, walaupun dalam kegelapan mutlak. cahaya yang boleh dilihat memancarkan panjang gelombang 770-380 nanometer - warna bertukar dari merah ke ungu. Ini sebahagian daripada spektrum mempunyai untuk kehidupan manusia paling penting, kerana sebahagian besar maklumat mengenai dunia yang kita terima melalui penglihatan.

Jika sinaran elektromagnet mempunyai panjang gelombang yang kurang daripada warna ungu adalah cahaya ultraungu yang membunuh bakteria. X-ray tidak dapat dilihat oleh mata. Mereka tidak menyerap cahaya yang boleh dilihat lapisan legap bahan. X-ray didiagnosis penyakit organ-organ dalaman manusia dan haiwan. Jika sinaran elektromagnet yang dihasilkan oleh interaksi zarah asas dan dipancarkan oleh nukleus teruja diperolehi oleh radiasi gamma. Ini adalah pelbagai yang paling luas dalam spektrum elektromagnet kerana ia tidak terhad kepada tenaga yang tinggi. radiasi gamma boleh menjadi lembut dan sukar: peralihan tenaga dalam nukleus atom - lembut, dan dalam tindak balas nuklear - tegar. sinar ini mudah tarik ke bawah molekul dan ciri-ciri biologi. kebahagiaan yang besar bahawa dalam suasana sinar gamma tidak boleh mendapatkan melalui. Perhatikan sinar gamma dari angkasa boleh. Pada tenaga yang sangat tinggi interaksi elektromagnet merambat pada kelajuan yang hampir dengan cahaya: gamma quanta atom menghancurkan nukleus, memecahkan mereka ke dalam zarah, berselerak di arah yang berbeza. Apabila brek, mereka memancarkan cahaya, boleh dilihat dalam teleskop khas.

Dari masa lalu - masa akan datang

gelombang elektromagnet, seperti yang telah berkata, diramalkan oleh Maxwell. Beliau belajar dengan teliti dan cuba untuk mempercayai dalam matematik gambar sedikit naif Faraday, di mana fenomena magnet dan elektrik telah digambarkan. Ia adalah Maxwell menemui kekurangan simetri. Dan bahawa dia dapat membuktikan beberapa persamaan yang seli medan elektrik menjana sebaliknya magnet dan maksiat. Ini membawa beliau untuk mempercayai bahawa bidang tersebut dan menanggalkan daripada konduktor dipindahkan melalui vakum dengan kelajuan beberapa gergasi. Dan dia menganggap ia. Kelajuan mendekat trohstam beribu-ribu kilometer sesaat.

Itulah teori interaksi dan eksperimen. Satu contoh ialah pembukaan di mana kita belajar tentang kewujudan gelombang elektromagnet. Di dalamnya datang bersama-sama dengan bantuan fizik konsep sememangnya heterogen - magnet dan elektrik, kerana ia adalah satu fenomena fizikal perintah yang sama, hanya dua pihak yang berbeza ia berada di dalam komunikasi. Teori disusun satu di belakang yang lain, dan semua mereka adalah berkait rapat antara satu sama lain: teori interaksi electroweak, sebagai contoh, di mana kedudukan yang sama digambarkan oleh kuasa lemah nuklear dan elektromagnet, dan lain-lain Semua ini menggabungkan chromodynamics kuantum, yang meliputi interaksi kuat dan electroweak (di sini, ketepatan manakala lebih rendah tetapi operasi terus). Intensif belajar bidang fizik seperti graviti kuantum dan teori string.

penemuan

Ia ternyata bahawa ruang sekeliling kita sepenuhnya meresap dengan sinaran elektromagnet: bintang-bintang dan matahari, bulan dan planet-planet lain, ia adalah bumi itu sendiri, dan setiap telefon di tangan manusia, dan stesen antena - semua ini mengeluarkan gelombang elektromagnet nama yang berbeza . Bergantung kepada kekerapan ayunan, yang memancarkan objek berbeza inframerah, radio, cahaya yang boleh dilihat, sinar bio-bidang, X-ray dan sebagainya.

Apabila medan elektromagnet diedarkan, ia menjadi gelombang elektromagnet. Ia adalah semata-sumber tidak habis-habis tenaga, bergetar caj elektrik di dalam molekul dan atom. Dan jika pertuduhan itu berayun, gerakannya dipercepatkan, dan oleh itu mengeluarkan gelombang elektromagnet. Jika perubahan medan magnet, medan teruja dengan vorteks elektrik yang, seterusnya, merangsang bidang vorteks magnet. Proses ini akan melalui ruang, memeluk satu mata demi satu.