რა არის ფიზიკის ძირითადი კანონები? ფიზიკა: ძირითადი ცნებები, ფორმულები, კანონები. ფიზიკის ძირითადი კანონები, რომლებიც ადამიანმა უნდა იცოდეს კლასიკური ფიზიკის ძირითადი კანონები

1.1. Ანოტაცია.ფარდობითობის თეორიისა და კვანტური მექანიკის კანონები, რომლის მიხედვითაც ხდება მატერიის ელემენტარული ნაწილაკების მოძრაობა და ურთიერთქმედება, წინასწარ განსაზღვრავს სხვადასხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერების მიერ შესწავლილი ფენომენების ფართო სპექტრის შაბლონების ფორმირებას და გაჩენას. ეს კანონები საფუძვლად უდევს თანამედროვე მაღალ ტექნოლოგიებს და დიდწილად განსაზღვრავს ჩვენი ცივილიზაციის მდგომარეობასა და განვითარებას. ამიტომ ფუნდამენტური ფიზიკის საფუძვლების გაცნობა აუცილებელია არა მხოლოდ სტუდენტებისთვის, არამედ სკოლის მოსწავლეებისთვისაც. სამყაროს სტრუქტურის შესახებ საბაზისო ცოდნის აქტიური ფლობა აუცილებელია ცხოვრებაში შესული ადამიანისთვის, რათა იპოვოს თავისი ადგილი ამ სამყაროში და წარმატებით გააგრძელოს განათლება.

1.2. რა არის ამ მოხსენების მთავარი სირთულე?ის მიმართულია როგორც ნაწილაკების ფიზიკის დარგის სპეციალისტებს, ასევე უფრო ფართო აუდიტორიას: არანაწილაკების ფიზიკოსებს, მათემატიკოსებს, ქიმიკოსებს, ბიოლოგებს, ენერგეტიკოსებს, ეკონომისტებს, ფილოსოფოსებს, ლინგვისტებს,... საკმარისად ზუსტი რომ ვიყო, უნდა გამოვიყენო. ფუნდამენტური ფიზიკის ტერმინები და ფორმულები. გასაგებად, მე მუდმივად უნდა ავხსნა ეს ტერმინები და ფორმულები. თუ ნაწილაკების ფიზიკა არ არის თქვენი სპეციალობა, წაიკითხეთ ჯერ მხოლოდ ის სექციები, რომელთა სათაურები არ არის მონიშნული ვარსკვლავით. შემდეგ სცადეთ წაიკითხოთ სექციები ერთი ვარსკვლავით *, ორი ** და ბოლოს სამი ***. მოხსენების დროს მოვახერხე ვარსკვლავების გარეშე სექციების უმეტესობაზე საუბარი, მაგრამ დანარჩენისთვის დრო არ მქონდა.

1.3. ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა.ნაწილაკების ფიზიკა არის ყველა საბუნებისმეტყველო მეცნიერების საფუძველი. ის სწავლობს მატერიის უმცირეს ნაწილაკებს და მათი მოძრაობისა და ურთიერთქმედების ძირითად ნიმუშებს. საბოლოო ჯამში, სწორედ ეს შაბლონები განსაზღვრავს ყველა ობიექტის ქცევას დედამიწაზე და ცაში. ნაწილაკების ფიზიკა ეხება ისეთ ფუნდამენტურ ცნებებს, როგორიცაა სივრცე და დრო; მატერია; ენერგია, იმპულსი და მასა; დატრიალება. (მკითხველთა უმეტესობას აქვს წარმოდგენა სივრცისა და დროის შესახებ, შეიძლება სმენია მასისა და ენერგიის კავშირზე და წარმოდგენა არ აქვს, რა კავშირი აქვს მას და ნაკლებად სავარაუდოა, რომ გააცნობიეროს სპინის ყველაზე მნიშვნელოვანი როლი ფიზიკაში. ერთმანეთში ჯერ ვერ შეთანხმდებიან, რას ეძახიან მატერიის ექსპერტებს.) ნაწილაკების ფიზიკა მე-20 საუკუნეში შეიქმნა. მისი შექმნა განუყოფლად არის დაკავშირებული კაცობრიობის ისტორიაში ორი უდიდესი თეორიის შექმნასთან: ფარდობითობის თეორიასთან და კვანტურ მექანიკასთან. ამ თეორიების ძირითადი მუდმივებია სინათლის სიჩქარე გდა პლანკის მუდმივი თ.

1.4. Ფარდობითობის თეორია.ფარდობითობის სპეციალურმა თეორიამ, რომელიც წარმოიშვა მე-20 საუკუნის დასაწყისში, დაასრულა რიგი მეცნიერებების სინთეზი, რომლებიც სწავლობდნენ ისეთ კლასიკურ მოვლენებს, როგორიცაა ელექტროენერგია, მაგნეტიზმი და ოპტიკა, ქმნიდნენ მექანიკას სხეულების სიჩქარით, სინათლის სიჩქარესთან შედარებით. (ნიუტონის კლასიკური არარელატივისტური მექანიკა ეხებოდა სიჩქარეებს ვ<<გ.) შემდეგ 1915 წელს შეიქმნა ფარდობითობის ზოგადი თეორია, რომელიც მიზნად ისახავდა გრავიტაციული ურთიერთქმედებების აღწერას, სინათლის სასრული სიჩქარის გათვალისწინებით. გ.

1.5. Კვანტური მექანიკა.კვანტური მექანიკა, რომელიც შეიქმნა 1920-იან წლებში, ხსნიდა ატომების სტრუქტურასა და თვისებებს ელექტრონების ორმაგი ტალღური ნაწილაკების თვისებებზე დაყრდნობით. მან ახსნა ქიმიური ფენომენების უზარმაზარი სპექტრი, რომლებიც დაკავშირებულია ატომებისა და მოლეკულების ურთიერთქმედებებთან. და ამან შესაძლებელი გახადა მათ მიერ სინათლის ემისიის და შთანთქმის პროცესების აღწერა. გაიგეთ ინფორმაცია, რომელსაც მზის და ვარსკვლავების შუქი მოაქვს.

1.6. ველის კვანტური თეორია.ფარდობითობის თეორიისა და კვანტური მექანიკის ერთობლიობამ გამოიწვია ველის კვანტური თეორიის შექმნა, რაც შესაძლებელს ხდის მატერიის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებების მაღალი სიზუსტით აღწერას. ველის კვანტური თეორია, რა თქმა უნდა, ზედმეტად რთულია სკოლის მოსწავლეებისთვის ასახსნელად. მაგრამ მე-20 საუკუნის შუა ხანებში გაჩნდა ფეინმანის დიაგრამების ვიზუალური ენა, რომელიც რადიკალურად ამარტივებს ველის კვანტური თეორიის მრავალი ასპექტის გაგებას. ამ საუბრის ერთ-ერთი მთავარი მიზანია აჩვენოს, თუ როგორ შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფეინმანის დიაგრამები ფენომენების ფართო სპექტრის ადვილად გასაგებად. ამავდროულად, მე უფრო დეტალურად ვისაუბრებ საკითხებზე, რომლებიც არ არის ცნობილი ველის კვანტური თეორიის ყველა ექსპერტისთვის (მაგალითად, კლასიკურ და კვანტურ გრავიტაციას შორის კავშირის შესახებ) და მხოლოდ მოკლედ გამოვყოფ საკითხებს, რომლებიც ფართოდ არის განხილული პოპულარული სამეცნიერო ლიტერატურა.

1.7. ელემენტარული ნაწილაკების იდენტურობა.ელემენტარული ნაწილაკები მატერიის ყველაზე პატარა განუყოფელი ნაწილაკებია, საიდანაც აგებულია მთელი სამყარო. ყველაზე საოცარი თვისება, რომელიც განასხვავებს ამ ნაწილაკებს ჩვეულებრივი არა ელემენტარული ნაწილაკებისგან, მაგალითად, ქვიშის მარცვლებისგან ან მძივებისგან, არის ის, რომ ერთი და იგივე ტიპის ყველა ელემენტარული ნაწილაკი, მაგალითად, სამყაროს ყველა ელექტრონი აბსოლუტურად (!) ერთნაირია - იდენტური. და შედეგად, მათი უმარტივესი შეკრული მდგომარეობები - ატომები და უმარტივესი მოლეკულები - ერთმანეთის იდენტურია.

1.8. ექვსი ელემენტარული ნაწილაკი.დედამიწასა და მზეზე მიმდინარე ძირითადი პროცესების გასაგებად, როგორც პირველი მიახლოება, საკმარისია გავიგოთ პროცესები, რომლებშიც ექვსი ნაწილაკი მონაწილეობს: ელექტრონი. ე, პროტონი გვ, ნეიტრონი ნდა ელექტრონული ნეიტრინო ν e , ასევე ფოტონი γ და გრავიტონი g̃. პირველ ოთხ ნაწილაკს აქვს სპინი 1/2, ფოტონს აქვს სპინი 1, გრავიტონს აქვს სპინი 2. (მთლიანი სპინის მქონე ნაწილაკებს ეწოდება ბოზონები, ნახევარმთლიანი სპინის მქონე ნაწილაკებს - ფერმიონები. სპინი იქნება. უფრო დეტალურად ქვემოთ იქნება განხილული.) პროტონებსა და ნეიტრონებს ჩვეულებრივ ნუკლეონებს უწოდებენ, რადგან მათგან ატომური ბირთვებია აგებული, ხოლო ბირთვი ინგლისურად არის ბირთვი. ელექტრონებს და ნეიტრინოებს ლეპტონებს უწოდებენ. მათ არ აქვთ ძლიერი ბირთვული ურთიერთქმედება.

გრავიტონების ძალიან სუსტი ურთიერთქმედების გამო შეუძლებელია ცალკეული გრავიტონების დაკვირვება, მაგრამ სწორედ ამ ნაწილაკების მეშვეობით ხდება ბუნებაში გრავიტაციის რეალიზება. ისევე, როგორც ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება ხორციელდება ფოტონების მეშვეობით.

1.9. ანტინაწილაკები.ელექტრონს, პროტონს და ნეიტრონს აქვთ ეგრეთ წოდებული ანტინაწილაკები: პოზიტრონი, ანტიპროტონი და ანტინეიტრონი. ისინი არ არიან ჩვეულებრივი მატერიის ნაწილი, ვინაიდან შესაბამის ნაწილაკებს ხვდებიან, ურთიერთგანადგურების - განადგურების რეაქციებში შედიან. ამრიგად, ელექტრონი და პოზიტრონი ანადგურებენ ორ ან სამ ფოტონს. ფოტონი და გრავიტონი მართლაც ნეიტრალური ნაწილაკებია: ისინი ემთხვევა მათ ანტინაწილაკებს. არის თუ არა ნეიტრინო ჭეშმარიტად ნეიტრალური ნაწილაკი ჯერ უცნობია.

1.10. ნუკლეონები და კვარკები.მე-20 საუკუნის შუა ხანებში გაირკვა, რომ თავად ნუკლეონები შედგება უფრო ელემენტარული ნაწილაკებისგან - ორი ტიპის კვარკებისგან, რომლებიც აღნიშნავენ uდა დ: გვ = უუდ, ნ = დდუ. კვარკებს შორის ურთიერთქმედება გლუონებით ხორციელდება. ანტინუკლეონები შედგება ანტიკვარკებისგან.

1.11. ფერმიონების სამი თაობა.Ერთად u, დ, ე, ν ეკვარკებისა და ლეპტონების კიდევ ორი ​​ჯგუფი (ან, როგორც ამბობენ, თაობა) აღმოაჩინეს და შეისწავლეს: გ, ს, μ, ν μ და ტ, ბ, τ , ν τ . ეს ნაწილაკები არ შედის ჩვეულებრივი მატერიის შემადგენლობაში, რადგან ისინი არასტაბილურია და სწრაფად იშლება პირველი თაობის მსუბუქ ნაწილაკებად. მაგრამ მათ მნიშვნელოვანი როლი ითამაშეს სამყაროს არსებობის პირველ მომენტებში.

ბუნების კიდევ უფრო სრულყოფილი და ღრმა გაგებისთვის, ჩვენ გვჭირდება კიდევ უფრო მეტი ნაწილაკი კიდევ უფრო უჩვეულო თვისებებით. მაგრამ, ალბათ, მომავალში მთელი ეს მრავალფეროვნება რამდენიმე მარტივ და ლამაზ არსებამდე დაიყვანება.

1.12. ჰადრონები.ნაწილაკების დიდ ოჯახს, რომელიც შედგება კვარკებისგან და/ან ანტიკვარკებისგან და გლუონებისგან, ჰადრონებს უწოდებენ. ყველა ჰადრონი, გარდა ნუკლეონებისა, არასტაბილურია და ამიტომ არ არის ჩვეულებრივი მატერიის ნაწილი.

ხშირად ჰადრონები ასევე კლასიფიცირდება როგორც ელემენტარული ნაწილაკები, რადგან მათი დაშლა შეუძლებელია თავისუფალ კვარკებად და გლუონებად. (მეც იგივე გავაკეთე, პროტონი და ნეიტრონი პირველ ექვს ელემენტარულ ნაწილებად დავახარისხე.) თუ ყველა ჰადრონები ელემენტარულად ჩაითვლება, მაშინ ელემენტარული ნაწილაკების რაოდენობა ასობით იქნება გაზომილი.

1.13. სტანდარტული მოდელი და ოთხი ტიპის ურთიერთქმედება.როგორც ქვემოთ იქნება ახსნილი, ზემოთ ჩამოთვლილი ელემენტარული ნაწილაკები საშუალებას იძლევა, ეგრეთ წოდებული „ ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელის“ ფარგლებში, აღწეროს ყველა აქამდე ცნობილი პროცესი, რომელიც ბუნებაში ხდება გრავიტაციული, ელექტრომაგნიტური, სუსტი და. ძლიერი ურთიერთქმედება. მაგრამ იმისათვის, რომ გავიგოთ, როგორ მუშაობს პირველი ორი მათგანი, საკმარისია ოთხი ნაწილაკი: ფოტონი, გრავიტონი, ელექტრონი და პროტონი. უფრო მეტიც, ის ფაქტი, რომ პროტონი შედგება u- და დ-კვარკები და გლუონები უმნიშვნელო გამოდის. რა თქმა უნდა, სუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედების გარეშე შეუძლებელია იმის გაგება, თუ როგორ არის აგებული ატომის ბირთვები და როგორ მუშაობს ჩვენი მზე. მაგრამ შესაძლებელია იმის გაგება, თუ როგორ არის აგებული ატომური ჭურვები, რომლებიც განსაზღვრავენ ელემენტების ყველა ქიმიურ თვისებას, როგორ მუშაობს ელექტროენერგია და როგორ არის აგებული გალაქტიკები.

1.14. ცნობილის მიღმა.დღეს უკვე ვიცით, რომ სტანდარტული მოდელის ნაწილაკები და ურთიერთქმედება არ ამოწურავს ბუნების საგანძურს.

დადგენილია, რომ ჩვეულებრივი ატომები და იონები შეადგენენ სამყაროში არსებული მატერიის მხოლოდ 20%-ზე ნაკლებს, ხოლო 80%-ზე მეტი ეგრეთ წოდებული ბნელი მატერიაა, რომლის ბუნება ჯერ კიდევ უცნობია. ყველაზე გავრცელებული რწმენაა, რომ ბნელი მატერია შედგება სუპერნაწილაკებისგან. შესაძლებელია, რომ ის სარკის ნაწილაკებისგან შედგებოდეს.

კიდევ უფრო გასაოცარი ის არის, რომ ყველა მატერია, როგორც ხილული (მსუბუქი) ასევე ბნელი, ატარებს სამყაროს მთლიანი ენერგიის მხოლოდ მეოთხედს. სამი მეოთხედი ეკუთვნის ეგრეთ წოდებულ ბნელ ენერგიას.

1.15. ელემენტარული ნაწილაკები "ე გარკვეულწილად“ ფუნდამენტურია.როდესაც ჩემმა მასწავლებელმა ისააკ იაკოვლევიჩ პომერანჩუკმა უნდოდა ხაზგასმით აღენიშნა შეკითხვის მნიშვნელობა, მან თქვა, რომ ეს კითხვა გარკვეულწილად მნიშვნელოვანია. რა თქმა უნდა, საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების უმეტესობა და არა მხოლოდ ნაწილაკების ფიზიკა, ფუნდამენტურია. შედედებული მატერიის ფიზიკა, მაგალითად, რეგულირდება ფუნდამენტური კანონებით, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმის გაგების გარეშე, თუ როგორ გამომდინარეობს ისინი ნაწილაკების ფიზიკის კანონებიდან. მაგრამ ფარდობითობის და კვანტური მექანიკის კანონები " ე„ფუნდამენტური ხარისხით“ იმ გაგებით, რომ მათ არ შეიძლება ეწინააღმდეგებოდეს არც ერთი ნაკლებად ზოგადი კანონი.

1.16. ძირითადი კანონები.ბუნებაში ყველა პროცესი ხდება ელემენტარული ნაწილაკების ადგილობრივი ურთიერთქმედების და მოძრაობის (გავრცელების) შედეგად. ძირითადი კანონები, რომლებიც მართავს ამ მოძრაობებს და ურთიერთქმედებებს, ძალიან უჩვეულო და ძალიან მარტივია. ისინი ეფუძნება სიმეტრიის კონცეფციას და პრინციპს, რომ ყველაფერი, რაც არ ეწინააღმდეგება სიმეტრიას, შეიძლება და უნდა მოხდეს. ქვემოთ, ფეინმანის დიაგრამების ენით, ჩვენ დავაკვირდებით, თუ როგორ ხდება ეს ნაწილაკების გრავიტაციულ, ელექტრომაგნიტურ, სუსტ და ძლიერ ურთიერთქმედებებში.

2. ნაწილაკები და სიცოცხლე

2.1. ცივილიზაციისა და კულტურის შესახებ. RAS-ის უცხოელმა წევრმა ვალენტინ თელეგდიმ (1922–2006) განმარტა: „თუ WC (წყლის კარადა) ცივილიზაციაა, მაშინ მისი გამოყენების შესაძლებლობა კულტურაა“.

ITEP-ის თანამშრომელი A.A. Abrikosov Jr. ცოტა ხნის წინ მომწერა: „თქვენი მოხსენების ერთ-ერთი მიზანია დაარწმუნოთ მაღალი აუდიტორია თანამედროვე ფიზიკის უფრო ფართო სწავლების აუცილებლობაში. თუ ასეა, მაშინ ალბათ ღირდა რამდენიმე ყოველდღიური მაგალითის მოყვანა. რასაც ვგულისხმობ არის ეს:

ჩვენ ვცხოვრობთ სამყაროში, რომელიც, თუნდაც ყოველდღიურ დონეზე, წარმოუდგენელია კვანტური მექანიკის (QM) და ფარდობითობის თეორიის (TR) გარეშე. მობილური ტელეფონები, კომპიუტერები, ყველა თანამედროვე ელექტრონიკა, რომ აღარაფერი ვთქვათ LED განათება, ნახევარგამტარული ლაზერები (მათ შორის მაჩვენებლები) და LCD დისპლეები არსებითად კვანტური მოწყობილობებია. შეუძლებელია იმის ახსნა, თუ როგორ მუშაობენ ისინი CM-ის ძირითადი ცნებების გარეშე. როგორ შეგიძლიათ ახსნათ ისინი გვირაბების ხსენების გარეშე?

მეორე მაგალითი, ალბათ, თქვენგან ვიცი. სატელიტური ნავიგატორები უკვე დამონტაჟებულია ყოველ მე-10 მანქანაში. სატელიტურ ქსელში საათის სინქრონიზაციის სიზუსტე არანაკლებ 10 -8 (ეს შეესაბამება მრიცხველის ბრძანების შეცდომას დედამიწის ზედაპირზე ობიექტის ლოკალიზაციისას). ასეთი სიზუსტე მოითხოვს მოძრავ თანამგზავრზე საათის სიჩქარის შენარჩუნების კორექტირების გათვალისწინებას. ისინი ამბობენ, რომ ინჟინრებს არ შეეძლოთ ამის დაჯერება, ამიტომ პირველ მოწყობილობებს ჰქონდათ ორმაგი პროგრამა: შესწორებებით და მის გარეშე. როგორც ირკვევა, პირველი პროგრამა უკეთ მუშაობს. აქ არის ფარდობითობის თეორიის ტესტი ყოველდღიურ დონეზე.

რა თქმა უნდა, ტელეფონზე საუბარი, მანქანის ტარება და კომპიუტერის გასაღებების დაჭერა შესაძლებელია მაღალი მეცნიერების გარეშე. მაგრამ აკადემიკოსებმა ძნელად უნდა მოუწოდონ ხალხს, არ შეისწავლონ გეოგრაფია, რადგან "არის კაბები".

შემდეგ კი სკოლის მოსწავლეები, შემდეგ კი სტუდენტები, უკვე ხუთი წელია საუბრობენ მატერიალურ წერტილებზე და გალილეის ფარდობითობაზე და მოულოდნელად, აშკარა მიზეზის გარეშე, აცხადებენ, რომ ეს "მთლიანად არ შეესაბამება სინამდვილეს".

ვიზუალური ნიუტონის სამყაროდან კვანტურზე გადასვლა რთულია ფიზიკასა და ტექნოლოგიაშიც კი. შენი, AAA."

2.2. ფუნდამენტური ფიზიკისა და განათლების შესახებ.სამწუხაროდ, თანამედროვე განათლების სისტემა საუკუნით ჩამორჩება თანამედროვე ფუნდამენტურ ფიზიკას. და ადამიანების უმეტესობას (მათ შორის მეცნიერთა უმეტესობას) წარმოდგენა არ აქვს სამყაროს საოცრად მკაფიო და მარტივ სურათზე (რუკაზე), რომელიც ნაწილაკების ფიზიკამ შექმნა. ეს რუკა ბევრად აადვილებს ნავიგაციას ყველა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებში. ჩემი მოხსენების მიზანია დაგარწმუნოთ, რომ ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის ზოგიერთი ელემენტი (კონცეფცია), ფარდობითობის თეორია და კვანტური თეორია შეიძლება და უნდა გახდეს საფუძველი ყველა საბუნებისმეტყველო საგნის სწავლებისთვის არა მხოლოდ უმაღლეს, არამედ საშუალო და თანაც. დაწყებითი სკოლები. ყოველივე ამის შემდეგ, ფუნდამენტურად ახალი ცნებები ყველაზე ადვილად აითვისება ბავშვობაში. ბავშვი ადვილად ითვისებს ენას და ეჩვევა მობილური ტელეფონის გამოყენებას. ბევრი ბავშვი რამდენიმე წამში აბრუნებს რუბიკის კუბს პირვანდელ მდგომარეობას, მაგრამ ერთი დღეც კი არ მეყოფა.

სამომავლოდ უსიამოვნო სიურპრიზების თავიდან ასაცილებლად, საბავშვო ბაღში უნდა ჩამოყალიბდეს ადეკვატური მსოფლმხედველობა. მუდმივები გდა თბავშვებისთვის შემეცნების იარაღად უნდა იქცეს.

2.3. მათემატიკის შესახებ.მათემატიკა - ყველა მეცნიერების დედოფალი და მსახური - აუცილებლად უნდა იყოს ცოდნის მთავარი ინსტრუმენტი. ის იძლევა ისეთ ძირითად ცნებებს, როგორიცაა სიმართლე, სილამაზე, სიმეტრია, წესრიგი. ნულისა და უსასრულობის ცნებები. მათემატიკა გასწავლის ფიქრს და დათვლას. ფუნდამენტური ფიზიკა მათემატიკის გარეშე წარმოუდგენელია. განათლება მათემატიკის გარეშე წარმოუდგენელია. რა თქმა უნდა, სკოლაში ჯგუფური თეორიის შესწავლა შეიძლება ნაადრევია, მაგრამ აუცილებელია სიმართლის, სილამაზის, სიმეტრიისა და წესრიგის (და ამავდროულად გარკვეული აშლილობის) დაფასება.

ძალიან მნიშვნელოვანია რეალური (რეალური) რიცხვებიდან (მარტივი, რაციონალური, ირაციონალური) წარმოსახვით და რთულზე გადასვლა. ჰიპერკომპლექსური რიცხვების (კვატერნიონები და ოქტონიონები) შესწავლა ალბათ მხოლოდ იმ სტუდენტებმა უნდა ისწავლონ, რომლებსაც მათემატიკისა და თეორიული ფიზიკის მიმართულებით უნდათ მუშაობა. მაგალითად, არასდროს გამომიყენებია ოქტონიონები ჩემს საქმიანობაში. მაგრამ მე ვიცი, რომ ისინი აადვილებენ იმის გარკვევას, რასაც ბევრი თეორიული ფიზიკოსი მიიჩნევს ყველაზე პერსპექტიულ და განსაკუთრებულ სიმეტრიულ ჯგუფად, E 8.

2.4. მსოფლმხედველობისა და საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების შესახებ.მსოფლიოს მარეგულირებელი ძირითადი კანონების იდეა აუცილებელია ყველა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებაში. რა თქმა უნდა, მყარი მდგომარეობის ფიზიკას, ქიმიას, ბიოლოგიას, დედამიწის შემსწავლელ მეცნიერებებსა და ასტრონომიას აქვთ საკუთარი სპეციფიკური ცნებები, მეთოდები და პრობლემები. მაგრამ ძალიან მნიშვნელოვანია გქონდეთ სამყაროს ზოგადი რუკა და იმის გაგება, რომ ამ რუკაზე არის უცნობის ბევრი ცარიელი ადგილი. ძალზე მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ მეცნიერება არ არის ოსიფიცირებული დოგმა, არამედ ცოცხალი პროცესია ჭეშმარიტებასთან მიახლოება მსოფლიო რუქის ბევრ წერტილში. ჭეშმარიტების მიახლოება ასიმპტომური პროცესია.

2.5. ჭეშმარიტ და ვულგარულ რედუქციონიზმის შესახებ.იდეას, რომ ბუნებაში უფრო რთული სტრუქტურები შედგება ნაკლებად რთული სტრუქტურებისგან და, საბოლოო ჯამში, უფრო მარტივი ელემენტებისაგან, ჩვეულებრივ რედუქციონიზმი ეწოდება. ამ თვალსაზრისით, რაშიც მე ვცდილობ დაგარწმუნოთ არის რედუქციონიზმი. მაგრამ ვულგარული რედუქციონიზმი, რომელიც ამტკიცებს, რომ ყველა მეცნიერება შეიძლება შემცირდეს ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკამდე, აბსოლუტურად მიუღებელია. სირთულის ყოველ უფრო მაღალ დონეზე ყალიბდება და ჩნდება საკუთარი შაბლონები. კარგი ბიოლოგი რომ იყოთ, არ გჭირდებათ ნაწილაკების ფიზიკის ცოდნა. მაგრამ გავიგოთ მისი ადგილი და როლი მეცნიერებათა სისტემაში, გავიგოთ მუდმივების ძირითადი როლი გდა თსაჭირო. ყოველივე ამის შემდეგ, მეცნიერება მთლიანობაში ერთი ორგანიზმია.

2.6. ჰუმანიტარულ და სოციალურ მეცნიერებათა შესახებ.სამყაროს სტრუქტურის ზოგადი გაგება ძალზე მნიშვნელოვანია ეკონომიკისთვის, ისტორიისთვის, შემეცნებითი მეცნიერებებისთვის, როგორიცაა ენისა და ფილოსოფიის მეცნიერებები. და პირიქით – ეს მეცნიერებები უაღრესად მნიშვნელოვანია თავად ფუნდამენტური ფიზიკისთვის, რომელიც მუდმივად აზუსტებს მის ფუნდამენტურ ცნებებს. ეს ნათელი გახდება ფარდობითობის თეორიის განხილვიდან, რომელსაც ახლა მივმართავ. განსაკუთრებით ვიტყვი იურიდიულ მეცნიერებებზე, რომლებიც უაღრესად მნიშვნელოვანია საბუნებისმეტყველო მეცნიერებების აყვავებისთვის (რომ აღარაფერი ვთქვათ გადარჩენისთვის). დარწმუნებული ვარ, რომ სოციალური კანონები არ უნდა ეწინააღმდეგებოდეს ბუნების ფუნდამენტურ კანონებს. ადამიანური კანონები არ უნდა ეწინააღმდეგებოდეს ბუნების ღვთაებრივ კანონებს.

2.7. მიკრო-, მაკრო-, კოსმო-.ჩვენს ჩვეულებრივ დიდ, მაგრამ არა გიგანტურ სამყაროს ჩვეულებრივ მაკროსამყაროს უწოდებენ. ციური ობიექტების სამყაროს შეიძლება ეწოდოს კოსმოსური სამყარო, ხოლო ატომური და სუბატომური ნაწილაკების სამყაროს - მიკროსამყარო. (რადგან ატომების ზომები 10–10 მ-ის ტოლია, მიკროკოსმოსი ნიშნავს ობიექტებს მინიმუმ 4, ან თუნდაც 10 რიგით მცირე ზომის მიკრომეტრზე და 1–7 რიგით მცირე ზომის ნანომეტრზე. მოდური ნანო. რეგიონი მდებარეობს მიკროდან მაკრომდე გზაზე.) მე-20 საუკუნეში აშენდა ელემენტარული ნაწილაკების ეგრეთ წოდებული სტანდარტული მოდელი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მარტივად და ნათლად გაიგოთ მრავალი მაკრო და კოსმოსური კანონი მიკრო კანონებზე დაფუძნებული.

2.8. ჩვენი მოდელები.თეორიულ ფიზიკაში მოდელები აგებულია შეუსაბამო გარემოებების გაუქმებით. მაგალითად, ატომურ და ბირთვულ ფიზიკაში ნაწილაკების გრავიტაციული ურთიერთქმედება უმნიშვნელოა და მათი იგნორირება შესაძლებელია. სამყაროს ეს მოდელი ჯდება ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში. ამ მოდელში არის ატომები, მოლეკულები, შედედებული სხეულები,... ამაჩქარებლები და კოლაიდერები, მაგრამ არ არის მზე და ვარსკვლავები.

ასეთი მოდელი, რა თქმა უნდა, არასწორი იქნება ძალიან დიდ მასშტაბებში, სადაც გრავიტაცია მნიშვნელოვანია.

რა თქმა უნდა, დედამიწის (და, შესაბამისად, გრავიტაციის) არსებობა აუცილებელია CERN-ის არსებობისთვის, მაგრამ CERN-ში ჩატარებული ექსპერიმენტების დიდი უმრავლესობის გასაგებად (გარდა კოლაიდერის მიკროსკოპული „შავი ხვრელების“ ძიებისა), გრავიტაცია. უმნიშვნელოა.

2.9. სიდიდის ბრძანებები.ელემენტარული ნაწილაკების თვისებების გაგების ერთ-ერთი სირთულე განპირობებულია იმით, რომ ისინი ძალიან მცირეა და ბევრია. კოვზ წყალში ატომების დიდი რაოდენობაა (დაახლოებით 10 23). ვარსკვლავების რაოდენობა სამყაროს ხილულ ნაწილში არ არის ბევრად ნაკლები. არ არის საჭირო დიდი რაოდენობის შიში. ყოველივე ამის შემდეგ, მათი დამუშავება არ არის რთული, რადგან რიცხვების გამრავლება ძირითადად მათი შეკვეთების დამატებაზე მოდის: 1 = 10 0, 10 = 10 1, 100 = 10 2. გავამრავლოთ 10 100-ზე, მივიღებთ 10 1+2 = 10 3 = 1000.

2.10. წვეთი ზეთი.თუ წყლის ზედაპირზე 1 მილილიტრი მოცულობის ზეთის წვეთი ჩამოვა, ის დაბინდდება ცისარტყელას ფერის ლაქად, რომლის ფართობია დაახლოებით რამდენიმე კვადრატული მეტრი და სისქე დაახლოებით ასი ნანომეტრია. ეს მხოლოდ სამი რიგით აღემატება ატომის ზომას. და საპნის ბუშტის ფილმის სისქე ყველაზე წვრილ ადგილებში არის მოლეკულების ზომის მიხედვით.

2.11. ჯოულები.ტიპიურ AA ბატარეას აქვს ძაბვა 1,5 ვოლტი (V) და შეიცავს 10 4 ჯოულს (J) ელექტრო ენერგიას. შეგახსენებთ, რომ 1 ჯ = 1 კულონი × 1 ვ, ასევე 1 ჯ = კგ მ 2 / წმ 2 და რომ გრავიტაციის აჩქარება არის დაახლოებით 10 მ / წმ 2. ასე რომ, 1 ჯოული საშუალებას გაძლევთ აწიოთ 1 კილოგრამი 10 სმ სიმაღლეზე, ხოლო 10 4 ჯ აწევს 100 კგ-ს 10 მეტრამდე. აი, რა ენერგიას ხარჯავს ლიფტი სკოლის მოსწავლის მეათე სართულზე ასასვლელად. ეს არის რამდენი ენერგია არის ბატარეაში.

2.12. ელექტროვოლტები.ნაწილაკების ფიზიკაში ენერგიის ერთეული არის ელექტრონვოლტი (eV): 1 ევ ენერგიას იძენს 1 ელექტრონი, რომელიც გადის 1 ვოლტის პოტენციურ განსხვავებაზე. ვინაიდან ერთ კულონში არის 6,24 × 10 18 ელექტრონი, მაშინ 1 J = 6,24 × 10 18 eV.

1 კევ = 10 3 ევ, 1 მევ = 10 6 ევ, 1 გევ = 10 9 ევ, 1 ტევ = 10 12 ევ.

შეგახსენებთ, რომ CERN-ის დიდ ადრონულ კოლაიდერში ერთი პროტონის ენერგია 7 ტევ-ის ტოლი უნდა იყოს.

3. ფარდობითობის თეორიის შესახებ

3.1. საცნობარო ჩარჩოები.ჩვენ აღვწერთ ყველა ჩვენს ექსპერიმენტს ამა თუ იმ ჩარჩოში. საცნობარო სისტემა შეიძლება იყოს ლაბორატორია, მატარებელი, დედამიწის თანამგზავრი, გალაქტიკის ცენტრი... . საცნობარო სისტემა შეიძლება იყოს ნებისმიერი ნაწილაკი, რომელიც მფრინავს, მაგალითად, ნაწილაკების ამაჩქარებელში. ვინაიდან ყველა ეს სისტემა ერთმანეთთან შედარებით მოძრაობს, ყველა ექსპერიმენტი მათში ერთნაირად არ გამოიყურება. გარდა ამისა, ახლომდებარე მასიური სხეულების გრავიტაციული გავლენა ასევე განსხვავებულია. სწორედ ამ განსხვავებების გათვალისწინება წარმოადგენს ფარდობითობის თეორიის მთავარ შინაარსს.

3.2. გალილეოს გემი.გალილეომ ჩამოაყალიბა ფარდობითობის პრინციპი, ფერადად აღწერდა ყველა სახის ექსპერიმენტს შეუფერხებლად მცურავი გემის სალონში. თუ ფანჯრები ფარდულია, ამ ექსპერიმენტების დახმარებით შეუძლებელია იმის გარკვევა, თუ რამდენად სწრაფად მოძრაობს გემი და არის თუ არა სტაციონარული. აინშტაინმა ამ სალონს დაამატა სინათლის სასრული სიჩქარის ექსპერიმენტები. თუ ფანჯრიდან არ გაიხედავ, გემის სიჩქარეს ვერ გეტყვი. მაგრამ თუ ნაპირს შეხედავ, შეგიძლია.

3.3. შორეული ვარსკვლავები*.გონივრულია საცნობარო ჩარჩოს მიწოდება, რომლითაც ადამიანებს შეეძლოთ თავიანთი ექსპერიმენტების შედეგების ჩამოყალიბება, მიუხედავად იმისა, თუ სად არიან ისინი. სისტემა, რომელშიც შორეული ვარსკვლავები უმოძრაოა, დიდი ხანია მიღებულია, როგორც ასეთი უნივერსალური საცნობარო სისტემა. და შედარებით ცოტა ხნის წინ (ნახევარი საუკუნის წინ) კიდევ უფრო შორეული კვაზარები აღმოაჩინეს და აღმოჩნდა, რომ ამ სისტემაში რელიქტური მიკროტალღური ფონი იზოტროპული უნდა იყოს.

3.4. უნივერსალური საცნობარო სისტემის ძიებაში*.არსებითად, ასტრონომიის მთელი ისტორია არის პროგრესი მზარდი უნივერსალური მითითების ჩარჩოსკენ. ანთროპოცენტრულიდან, სადაც ადამიანი ცენტრშია, გეოცენტრულამდე, სადაც დედამიწა დგას ცენტრში (პტოლემე, 87–165), ჰელიოცენტრულამდე, სადაც მზე დგას ცენტრში (კოპერნიკი, 1473–1543), გალაცენტრულამდე, სადაც ჩვენი გალაქტიკის ცენტრი ეყრდნობა ნისლეულს, სადაც ნისლეულების სისტემა - გალაქტიკათა გროვები დევს; ფონზე, სადაც კოსმოსური მიკროტალღური ფონი იზოტროპულია. თუმცა მნიშვნელოვანია, რომ ამ საცნობარო სისტემების სიჩქარე სინათლის სიჩქარესთან შედარებით მცირეა.

3.5. კოპერნიკი, კეპლერი, გალილეო, ნიუტონი*.ნიკოლოზ კოპერნიკის წიგნში "ციური სფეროების ბრუნვის შესახებ", რომელიც გამოქვეყნდა 1543 წელს, ნათქვამია: "მზეზე შესამჩნევი ყველა მოძრაობა არ არის მისთვის დამახასიათებელი, მაგრამ ეკუთვნის დედამიწას და ჩვენს სფეროს, რომელთანაც ერთად. ჩვენ ვტრიალებთ მზის გარშემო, როგორც ნებისმიერი სხვა პლანეტა; ამრიგად, დედამიწას აქვს რამდენიმე მოძრაობა. პლანეტების აშკარა წინ და უკან მოძრაობები მათ კი არ ეკუთვნის, არამედ დედამიწას. ამრიგად, მხოლოდ ეს მოძრაობა საკმარისია ცაზე ხილული დიდი რაოდენობის დარღვევების ასახსნელად“.

კოპერნიკმა და კეპლერმა (1571–1630) მისცეს ამ მოძრაობების კინემატიკის მარტივი ფენომენოლოგიური აღწერა. გალილეომ (1564–1642) და ნიუტონმა (1643–1727) განმარტეს მათი დინამიკა.

3.6. უნივერსალური სივრცე და დრო*.სივრცითი კოორდინატები და დრო, რომლებიც მოხსენიებულია უნივერსალურ საცნობარო სისტემაზე, შეიძლება ეწოდოს უნივერსალურ ან აბსოლუტურ ფარდობითობის თეორიასთან სრულ ჰარმონიაში. მნიშვნელოვანია მხოლოდ ხაზგასმით აღვნიშნო, რომ ამ სისტემის არჩევანი კეთდება და შეთანხმებულია ადგილობრივი დამკვირვებლების მიერ. ნებისმიერი საცნობარო სისტემა, რომელიც თანდათანობით მოძრაობს უნივერსალურ სისტემასთან შედარებით, ინერციულია: მასში თავისუფალი მოძრაობა არის ერთგვაროვანი და სწორხაზოვანი.

3.7. "უცვლელობის თეორია"*. გაითვალისწინეთ, რომ ალბერტ აინშტაინი (1879–1955) და მაქს პლანკი (1858–1947) (რომელმაც 1907 წელს დაასახელა ტერმინი „ფარდობითობის თეორია“ 1905 წელს აინშტაინის მიერ წამოყენებულ თეორიაზე მითითებით) თვლიდნენ, რომ ტერმინი „თეორიის უცვლელობა“ უფრო ზუსტად შეეძლო აესახა მისი არსი. მაგრამ, როგორც ჩანს, მე-20 საუკუნის დასაწყისში უფრო მნიშვნელოვანი იყო ისეთი ცნებების ფარდობითობის ხაზგასმა, როგორიცაა დრო და ერთდროულობა თანაბარ ინერციულ საცნობარო სისტემებში, ვიდრე რომელიმე ამ სისტემის გამოყოფა. ყველაზე მნიშვნელოვანი ის იყო, რომ გალილეოს სალონის ფანჯრებით ფარდული, შეუძლებელი იყო გემის სიჩქარის დადგენა. მაგრამ ახლა დროა გავხსნათ ფარდები და შევხედოთ ნაპირს. ამ შემთხვევაში, რა თქმა უნდა, დახურული ფარდებით ჩამოყალიბებული ყველა ნიმუში ურყევი დარჩება.

3.8. წერილი ჩიმერს*. 1921 წელს აინშტაინი წიგნის „ფილოსოფიური წერილების“ ავტორის ე.ჩიმერისადმი მიწერილ წერილში წერდა: „რაც შეეხება ტერმინს „ფარდობითობის თეორიას“, ვაღიარებ, რომ ის სამწუხაროა და ფილოსოფიურ გაუგებრობამდე მივყავართ“. მაგრამ, აინშტაინის აზრით, მისი შეცვლა უკვე გვიანია, განსაკუთრებით იმიტომ, რომ ის ფართოდ არის გავრცელებული. ეს წერილი გამოქვეყნდა 2009 წლის შემოდგომაზე გამოქვეყნებული პრინსტონში გამოქვეყნებული 25-ტომიანი „აინშტაინის კრებულის“ მე-12 ტომში.

3.9. მაქსიმალური სიჩქარე ბუნებაში.ფარდობითობის თეორიის მთავარი მუდმივია სინათლის სიჩქარე გ= 300000 კმ/წმ = 3 × 10 8 მ/წმ. (Უფრო ზუსტად, გ= 299,792,458 მ/წმ. და ეს რიცხვი ახლა ემყარება მრიცხველის განსაზღვრას.) ეს სიჩქარე არის ბუნებაში ნებისმიერი სიგნალის გავრცელების მაქსიმალური სიჩქარე. ის აღემატება მასიური ობიექტების სიჩქარეს, რომლებთანაც ყოველდღიურად გვაქვს საქმე, მასშტაბების მრავალი რიგით. სწორედ მისი უჩვეულოდ დიდი მნიშვნელობა აფერხებს ფარდობითობის თეორიის ძირითადი შინაარსის გაგებას. სინათლის სიჩქარით მოძრავ ნაწილაკებს რელატივისტური ეწოდება.

3.10. ენერგია, იმპულსი და სიჩქარე.ნაწილაკების თავისუფალი მოძრაობა ხასიათდება ნაწილაკების ენერგიით ედა მისი იმპულსი გვ. ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, ნაწილაკების სიჩქარე ვგანისაზღვრება ფორმულით

ტერმინოლოგიური აღრევის ერთ-ერთი მთავარი მიზეზი განხილული სექტ. 3.14 არის ის, რომ ფარდობითობის თეორიის შექმნისას ისინი ცდილობდნენ შეენარჩუნებინათ ნიუტონის კავშირი იმპულსსა და სიჩქარეს შორის. გვ = მვ, რაც ეწინააღმდეგება ფარდობითობის თეორიას.

3.11. წონა.ნაწილაკების მასა მგანისაზღვრება ფორმულით

მიუხედავად იმისა, რომ ნაწილაკების ენერგია და იმპულსი დამოკიდებულია მითითების სისტემაზე, მისი მასის სიდიდეზე მარ არის დამოკიდებული საცნობარო სისტემაზე. ეს არის უცვლელი. ფორმულები (1) და (2) ძირითადია ფარდობითობის თეორიაში.

უცნაურად საკმარისია, რომ ფარდობითობის თეორიის პირველი მონოგრაფია, რომელშიც გამოჩნდა ფორმულა (2), მხოლოდ 1941 წელს გამოიცა. ეს იყო ლ. ლანდაუს (1908-1968) და ე. ლიფშიცის (1915-1985) "ველის თეორიები" . აინშტაინის არცერთ ნაწარმოებში ვერ ვიპოვე. ის არ არის ნაპოვნი 1921 წელს გამოქვეყნებულ უ. პაულის (1900–1958) შესანიშნავ წიგნში „ფარდობითობის თეორია“. მაგრამ ამ ფორმულის შემცველი რელატივისტური ტალღის განტოლება იყო პ. დირაკის წიგნში „კვანტური მექანიკის პრინციპები“. , გამოქვეყნებული 1930 წელს (1902–1984) და კიდევ უფრო ადრე 1926 წლის სტატიებში O. Klein (1894–1977) და V. Fok (1898–1974).

3.12. უმასური ფოტონი.თუ ნაწილაკის მასა არის ნულოვანი, ანუ ნაწილაკი უმასურია, მაშინ (1) და (2) ფორმულებიდან გამომდინარეობს, რომ ნებისმიერ საანგარიშო სისტემაში მისი სიჩქარე უდრის გ. ვინაიდან სინათლის ნაწილაკის - ფოტონის მასა იმდენად მცირეა, რომ მისი აღმოჩენა შეუძლებელია, ზოგადად მიღებულია, რომ ის ნულის ტოლია და გ- ეს არის სინათლის სიჩქარე.

3.13. დასვენების ენერგია.თუ ნაწილაკის მასა განსხვავდება ნულიდან, მაშინ განიხილეთ საცნობარო სისტემა, რომელშიც თავისუფალი ნაწილაკი ისვენებს და ვ = 0, გვ= 0. ასეთ ათვლის სისტემას ეწოდება ნაწილაკის დასვენების ჩარჩო, ხოლო ნაწილაკების ენერგიას ამ ჩარჩოში დასვენების ენერგია და აღინიშნება. E 0. ფორმულიდან (2) გამომდინარეობს, რომ

ეს ფორმულა გამოხატავს ურთიერთობას მასიური ნაწილაკების დანარჩენ ენერგიასა და მის მასას შორის, რომელიც აღმოაჩინა აინშტაინმა 1905 წელს.

3.14. "ყველაზე ცნობილი ფორმულა."სამწუხაროდ, ძალიან ხშირად აინშტაინის ფორმულა იწერება „ყველაზე ცნობილი ფორმულის სახით E = mc 2”, დანარჩენი ენერგიის ნულოვანი ინდექსის გამოტოვება, რაც იწვევს უამრავ გაუგებრობას და დაბნეულობას. ყოველივე ამის შემდეგ, ეს "ცნობილი ფორმულა" განსაზღვრავს ენერგიას და მასას, რაც ეწინააღმდეგება ფარდობითობის თეორიას ზოგადად და ფორმულას (2) კონკრეტულად. აქედან გამომდინარეობს გავრცელებული მცდარი მოსაზრება, რომ სხეულის მასა, ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, სავარაუდოდ იზრდება სიჩქარის მატებასთან ერთად. ბოლო წლებში რუსეთის განათლების აკადემიამ ბევრი რამ გააკეთა ამ მცდარი წარმოდგენის გასაქრობად.

3.15. სიჩქარის ერთეული*. ფარდობითობის თეორიაში, რომელიც ეხება სინათლის სიჩქარესთან შედარებულ სიჩქარეებს, ბუნებრივია არჩევანის გაკეთება გროგორც სიჩქარის ერთეული. ეს არჩევანი ამარტივებს ყველა ფორმულას, ვინაიდან გ/გ= 1, და ისინი უნდა დააყენონ გ= 1. ამ შემთხვევაში სიჩქარე ხდება განზომილებიანი სიდიდე, მანძილს აქვს დროის განზომილება, ხოლო მასას აქვს ენერგიის განზომილება.

ნაწილაკების ფიზიკაში ნაწილაკების მასები ჩვეულებრივ იზომება ელექტრონვოლტებში - eV და მათი წარმოებულები (იხ. განყოფილება 2.14). ელექტრონის მასა დაახლოებით 0,5 მევ-ია, პროტონის მასა დაახლოებით 1 გევ-ია, უმძიმესი კვარკის მასა დაახლოებით 170 გევ-ია, ნეიტრინოს მასა კი ევ-ის წილადს შეადგენს.

3.16. ასტრონომიული დისტანციები*. ასტრონომიაში მანძილი იზომება სინათლის წლებით. სამყაროს ხილული ნაწილის ზომა დაახლოებით 14 მილიარდი სინათლის წელია. ეს რიცხვი კიდევ უფრო შთამბეჭდავია, როდესაც შევადარებთ 10 −24 წმ დროს, რომლის დროსაც სინათლე გადის მანძილს პროტონის ზომის მიხედვით. და მთელ ამ კოლოსალურ დიაპაზონში ფარდობითობის თეორია მუშაობს.

3.17. მინკოვსკის სამყარო. 1908 წელს, თავის ნაადრევ სიკვდილამდე რამდენიმე თვით ადრე, ჰერმან მინკოვსკიმ (1864–1909) წინასწარმეტყველურად თქვა: „სივრცისა და დროის შესახებ შეხედულებები, რომელთა განვითარებასაც ვაპირებ შენამდე, გაჩნდა ექსპერიმენტულ ფიზიკურ საფუძველზე. ეს მათი სიძლიერეა. მათი ტენდენცია რადიკალურია. ამიერიდან სივრცე თავისთავად და დრო თავისთავად უნდა გადაიქცეს ფიქციად და მხოლოდ ორივეს ერთგვარმა კომბინაციამ უნდა შეინარჩუნოს დამოუკიდებლობა“.

ერთი საუკუნის შემდეგ, ჩვენ ვიცით, რომ დრო და სივრცე არ გახდა ფიქცია, მაგრამ მინკოვსკის იდეამ შესაძლებელი გახადა ძალიან მარტივად აღეწერა მატერიის ნაწილაკების მოძრაობა და ურთიერთქმედება.

3.18. ოთხგანზომილებიანი სამყარო*. ერთეულებში, რომლებშიც გ= 1, მინკოვსკის სამყაროს იდეა, რომელიც აერთიანებს დროსა და სამგანზომილებიან სივრცეს ერთ ოთხგანზომილებიან სამყაროში, განსაკუთრებით ლამაზად გამოიყურება. ენერგია და იმპულსი გაერთიანებულია ერთ ოთხგანზომილებიან ვექტორში და მასა, განტოლების (2) შესაბამისად, ემსახურება როგორც ამ ენერგიის იმპულსის 4 ვექტორის ფსევდოევკლიდეს სიგრძეს. გვ = ე, გვ:

მინკოვსკის სამყაროში ოთხგანზომილებიან ტრაექტორიას მსოფლიო ხაზს უწოდებენ, ცალკეულ წერტილებს კი მსოფლიო წერტილებს.

3.19. საათის დამოკიდებულება მის სიჩქარეზე**. მრავალრიცხოვანი დაკვირვებები მიუთითებს იმაზე, რომ საათები ყველაზე სწრაფად მუშაობენ, როდესაც ისინი ისვენებენ ინერციულ ჩარჩოსთან შედარებით. სასრული მოძრაობა ინერციულ საცნობარო სისტემაში ანელებს მათ პროგრესს. რაც უფრო სწრაფად მოძრაობენ ისინი სივრცეში, მით უფრო ნელა მიდიან დროში. შენელება აბსოლუტურია უნივერსალური საცნობარო სისტემაში (იხ. განყოფილებები 3.1–3.8). მისი საზომი არის თანაფარდობა ე/მ, რომელსაც ხშირად აღნიშნავენ ასო γ.

3.20. მიონები რგოლის ამაჩქარებელში და მოსვენებულ მდგომარეობაში**. ამ შენელების არსებობა ყველაზე მკაფიოდ შეიძლება დავინახოთ დასვენების დროს მიონისა და რგოლის ამაჩქარებელში მბრუნავი მიონის სიცოცხლის ხანგრძლივობის შედარებით. ის ფაქტი, რომ ამაჩქარებელში მიონი არ მოძრაობს სრულიად თავისუფლად, მაგრამ აქვს ცენტრიდანული აჩქარება. ω 2 რ, სად ω არის ცირკულაციის რადიალური სიხშირე და რ- ორბიტალური რადიუსი, იძლევა მხოლოდ უმნიშვნელო კორექტირებას, ვინაიდან E/ω 2 R = ER>> 1. მოძრაობა წრეში და არა სწორ ხაზში, აბსოლუტურად აუცილებელია მბრუნავი მიონის პირდაპირი შედარებისთვის უძრავთან. მაგრამ მოძრავი მიონის დაბერების სიჩქარესთან დაკავშირებით, საკმარისად დიდი რადიუსის წრიული რკალი არ განსხვავდება სწორი ხაზისგან. ეს ტემპი განისაზღვრება თანაფარდობით ე/მ. (ხაზს ვუსვამ, რომ ფარდობითობის სპეციალური თეორიის მიხედვით, საცნობარო სისტემა, რომელშიც მბრუნავი მიონი ისვენებს, არ არის ინერციული.)

3.21. რკალი და აკორდი**. ინერციულ საცნობარო ჩარჩოში მოსვენებული დამკვირვებლის თვალსაზრისით, საკმარისად დიდი რადიუსის წრიული რკალი და მისი აკორდი პრაქტიკულად არ განსხვავდება: რკალის გასწვრივ მოძრაობა თითქმის ინერციულია. წრეში მფრინავი მიონის მიმართ მოსვენებულ დამკვირვებლის თვალსაზრისით, მისი მოძრაობა არსებითად არაინერციულია. ყოველივე ამის შემდეგ, მისი სიჩქარე იცვლის ნიშანს ნახევარ შემობრუნებით. (მოძრავი დამკვირვებლისთვის შორეული ვარსკვლავები სულაც არ არიან უმოძრაო. მისთვის მთელი სამყარო ასიმეტრიულია: ვარსკვლავები წინ არის ლურჯი, უკან კი წითელი. ჩვენთვის კი ისინი ყველა ერთნაირია - ოქროსფერი, რადგან მზის სიჩქარეა. სისტემა დაბალია.) და ამ დამკვირვებლის არაინერციულობა გამოიხატება იმით, რომ წინ და უკან თანავარსკვლავედები იცვლება რგოლის ამაჩქარებელში მიონის მოძრაობისას. დასვენების დროს დამკვირვებლები და მოძრაობის დამკვირვებლები ეკვივალენტად არ შეგვიძლია მივიჩნიოთ, რადგან პირველი არ განიცდის რაიმე აჩქარებას, ხოლო მეორე, რათა დაბრუნდეს შეხვედრის ადგილზე, უნდა განიცადოს.

3.22. GTO**. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის (GTR) ენას მიჩვეული თეორიული ფიზიკოსები ამტკიცებენ, რომ ყველა საცნობარო სისტემა თანაბარია. არა მხოლოდ ინერციული, არამედ აჩქარებულიც. თავად სივრცე-დრო არის მრუდი. ამ შემთხვევაში, გრავიტაციული ურთიერთქმედება წყვეტს იგივე ფიზიკურ ურთიერთქმედებას, როგორც ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი, მაგრამ ხდება მრუდი სივრცის ექსკლუზიური გამოვლინება. შედეგად, მათთვის მთელი ფიზიკა ორ ნაწილად იყოფა. თუ ჩვენ გამოვალთ იქიდან, რომ აჩქარება ყოველთვის ურთიერთქმედების გამო ხდება, რომ ის არ არის ფარდობითი, არამედ აბსოლუტური, მაშინ ფიზიკა ხდება ერთიანი და მარტივი.

3.23. "ლენკომ".სიტყვების "რელატიურობა" და "რელატივიზმი" სინათლის სიჩქარესთან მიმართებაში გამოყენება მოგვაგონებს ლენკომის თეატრის ან გაზეთ "მოსკოვსკის კომსომოლეტის" სახელს, მხოლოდ გენეალოგიურად დაკავშირებული კომსომოლთან. ეს არის ენის პარადოქსები. სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში არ არის შედარებითი. ის აბსოლუტურია. ფიზიკოსებს მხოლოდ ენათმეცნიერების დახმარება სჭირდებათ.

4. კვანტური თეორიის შესახებ

4.1. პლანკის მუდმივი.თუ ფარდობითობის თეორიაში მთავარი მუდმივია სინათლის სიჩქარე გ, მაშინ კვანტურ მექანიკაში მთავარი მუდმივია თ= 6,63·10 −34 J· s, აღმოჩენილი მაქს პლანკის მიერ 1900 წელს. ამ მუდმივის ფიზიკური მნიშვნელობა ნათელი გახდება შემდგომი პრეზენტაციიდან. უმეტესწილად, ეგრეთ წოდებული შემცირებული პლანკის მუდმივი ჩნდება კვანტური მექანიკის ფორმულებში:

ħ = სთ/2π= 1,05 10 −34 J × გ= 6,58·10 −22 MeV·c.

ბევრ მოვლენაში რაოდენობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ჩკ= 1,97·10−11 მევ სმ.

4.2. ელექტრონის სპინი.დავიწყოთ ატომის პლანეტარული სისტემის ცნობილი გულუბრყვილო შედარებით. პლანეტები ბრუნავენ მზის გარშემო და საკუთარი ღერძის გარშემო. ანალოგიურად, ელექტრონები ბრუნავენ ბირთვის გარშემო და საკუთარი ღერძის გარშემო. ელექტრონის ბრუნვას მის ორბიტაზე ახასიათებს ორბიტალური კუთხოვანი იმპულსი ლ(მას ხშირად და არც ისე სწორად უწოდებენ ორბიტალურ კუთხურ იმპულსს). ელექტრონის ბრუნვას საკუთარი ღერძის გარშემო ახასიათებს საკუთარი კუთხური იმპულსი - სპინი ს. აღმოჩნდა, რომ მსოფლიოში ყველა ელექტრონს აქვს სპინი ტოლი (1/2) ħ . შედარებისთვის აღვნიშნავთ, რომ დედამიწის „სპინი“ არის 6·10 33 მ 2 კგ/წმ = 6·10 67 ħ .

4.3. წყალბადის ატომი.სინამდვილეში, ატომი არ არის პლანეტარული სისტემა და ელექტრონი არ არის ორბიტაზე მოძრავი ჩვეულებრივი ნაწილაკი. ელექტრონი, ისევე როგორც ყველა სხვა ელემენტარული ნაწილაკი, საერთოდ არ არის ნაწილაკი ამ სიტყვის ყოველდღიური გაგებით, რაც გულისხმობს, რომ ნაწილაკი უნდა მოძრაობდეს გარკვეული ტრაექტორიის გასწვრივ. უმარტივეს ატომში - წყალბადის ატომში, თუ ის თავის ძირითად მდგომარეობაშია, ანუ არ არის აღგზნებული, ელექტრონი უფრო წააგავს სფერულ ღრუბელს 0,5 × 10 −10 მ რიგის რადიუსით. როგორც ატომი აღგზნებულია, ელექტრონი. გადადის სულ უფრო მაღალ შტატებში, აქვს უფრო დიდი ზომა.

4.4. ელექტრონების კვანტური რიცხვები.სპინის გათვალისწინების გარეშე, ელექტრონის მოძრაობა ატომში ხასიათდება ორი კვანტური რიცხვით: ძირითადი კვანტური რიცხვი. ნდა ორბიტალური კვანტური რიცხვი ლ, და ნ ≥ ლ. თუ ლ= 0, მაშინ ელექტრონი არის სფერული სიმეტრიული ღრუბელი. რაც უფრო დიდია n, მით უფრო დიდია ამ ღრუბლის ზომა. Უფრო ლ, მით უფრო ემსგავსება ელექტრონის მოძრაობა მის ორბიტაზე კლასიკური ნაწილაკების მოძრაობას. ელექტრონის შეკავშირების ენერგია, რომელიც მდებარეობს წყალბადის ატომში კვანტური რიცხვის მქონე გარსზე ნ, ტოლია

სად α =e 2/ჩკ≈ 1/137, ა ე- ელექტრონის მუხტი.

4.5. მრავალელექტრონული ატომები.სპინი მთავარ როლს ასრულებს მრავალელექტრონული ატომების ელექტრონული გარსების შევსებაში. ფაქტია, რომ ორი ელექტრონი იდენტურად მიმართული თვითბრუნვით (იდენტური სპინები) არ შეიძლება იყოს იმავე გარსზე ამ მნიშვნელობებით. ნდა ლ. ამას კრძალავს ე.წ პაულის პრინციპი (1900–1958). არსებითად, პაულის პრინციპი განსაზღვრავს მენდელეევის ელემენტების პერიოდული ცხრილის (1834–1907) პერიოდებს.

4.6. ბოზონები და ფერმიონები.ყველა ელემენტარულ ნაწილაკს აქვს სპინი. ასე რომ, ფოტონის სპინი არის 1 ერთეულში ħ გრავიტონის სპინი არის 2. ნაწილაკები მთელი რიცხვის სპინით ერთეულებში ħ ბოზონებს უწოდებენ. ნახევარმთლიანი სპინის მქონე ნაწილაკებს ფერმიონები ეწოდება. ბოზონები კოლექტივისტები არიან: „ისინი ცდილობენ ყველა იცხოვრონ ერთ ოთახში“, იყვნენ ერთსა და იმავე კვანტურ მდგომარეობაში. ლაზერი ემყარება ფოტონების ამ თვისებას: ლაზერის სხივის ყველა ფოტონს აქვს ზუსტად იგივე იმპულსები. ფერმიონები ინდივიდუალისტები არიან: „თითოეულ მათგანს ცალკე ბინა სჭირდება“. ელექტრონების ეს თვისება განსაზღვრავს ატომების ელექტრონული გარსების შევსების ნიმუშებს.

4.7. "კვანტური კენტავრები".ელემენტარული ნაწილაკები კვანტურ კენტავრებს ჰგავს: ნახევრად ნაწილაკები ნახევრად ტალღებია. მათი ტალღური თვისებების გამო, კვანტურ კენტავრებს, კლასიკური ნაწილაკებისგან განსხვავებით, შეუძლიათ ერთდროულად გაიარონ ორ ჭრილში, რაც იწვევს მათ უკან ეკრანზე ჩარევის შაბლონს. კვანტური კენტავრების კლასიკური ფიზიკის კონცეფციების პროკრუსტეს კალაპოტში მოთავსების ყველა მცდელობა უშედეგო აღმოჩნდა.

4.8. გაურკვევლობის ურთიერთობები.მუდმივი ħ განსაზღვრავს ელემენტარული ნაწილაკების არა მხოლოდ ბრუნვის, არამედ მთარგმნელობითი მოძრაობის მახასიათებლებს. ნაწილაკების პოზიციასა და იმპულსში გაურკვევლობა უნდა აკმაყოფილებდეს ე.წ.

მსგავსი ურთიერთობა არსებობს ენერგიისა და დროის მიმართ:

4.9. Კვანტური მექანიკა.როგორც სპინის კვანტიზაცია, ასევე გაურკვევლობის მიმართებები არის კვანტური მექანიკის ზოგადი კანონების განსაკუთრებული გამოვლინება, რომელიც შეიქმნა მე-20 საუკუნის 20-იან წლებში. კვანტური მექანიკის მიხედვით, ნებისმიერი ელემენტარული ნაწილაკი, მაგალითად, ელექტრონი, არის როგორც ელემენტარული ნაწილაკი, ასევე ელემენტარული (ერთნაწილაკიანი) ტალღა. უფრო მეტიც, ჩვეულებრივი ტალღისგან განსხვავებით, რომელიც არის ნაწილაკების კოლოსალური რაოდენობის პერიოდული მოძრაობა, ელემენტარული ტალღა არის ცალკეული ნაწილაკების მოძრაობის ახალი, მანამდე უცნობი ტიპი. ნაწილაკების ელემენტარული ტალღის სიგრძე λ იმპულსით გვტოლია λ = თ/|გვ|, და ელემენტარული სიხშირე ν ენერგეტიკის შესაბამისი ე, ტოლია ν = ე/სთ.

4.10. ველის კვანტური თეორია.ასე რომ, თავიდან ჩვენ იძულებული გავხდით გვეღიარებინა, რომ ნაწილაკები შეიძლება იყოს თვითნებურად მსუბუქი და თუნდაც უმასო, და რომ მათი სიჩქარე არ შეიძლება აღემატებოდეს გ. შემდეგ ჩვენ იძულებული გავხდით გვეღიარებინა, რომ ნაწილაკები საერთოდ არ არის ნაწილაკები, არამედ ნაწილაკებისა და ტალღების თავისებური ჰიბრიდები, რომელთა ქცევა გაერთიანებულია კვანტურით. თ. ფარდობითობისა და კვანტური მექანიკის გაერთიანება დირაკმა (1902–1984) განახორციელა 1930 წელს და გამოიწვია თეორიის შექმნა, რომელსაც ველის კვანტური თეორია ეწოდა. სწორედ ეს თეორია აღწერს მატერიის ძირითად თვისებებს.

4.11. ერთეულები, რომლებშიც გ, ħ = 1. შემდეგში, როგორც წესი, გამოვიყენებთ ერთეულებს, რომლებშიც სიჩქარის ერთეული აღებულია გდა კუთხოვანი იმპულსის ერთეულზე (მოქმედება) - ħ . ამ ერთეულებში, ყველა ფორმულა მნიშვნელოვნად გამარტივებულია. მათში, კერძოდ, ენერგიის, მასის და სიხშირის ზომები ერთნაირია. ეს ერთეულები მიღებულია მაღალი ენერგიის ფიზიკაში, რადგან მასში მნიშვნელოვანია კვანტური და რელატივისტური ფენომენები. იმ შემთხვევებში, როდესაც აუცილებელია ხაზგასმით აღვნიშნოთ კონკრეტული ფენომენის კვანტური ბუნება, ჩვენ ცალსახად დავწერთ ħ . ჩვენც იგივეს გავაკეთებთ გ.

4.12. აინშტაინი და კვანტური მექანიკა*.აინშტაინმა, გარკვეული გაგებით, კვანტური მექანიკის დაბადებიდან, არ შეურიგდა მას. და სიცოცხლის ბოლომდე ის ცდილობდა აეშენებინა „ყველაფერზე ერთიანი თეორია“ დაფუძნებული კლასიკური ველის თეორიაზე, უგულებელყო. ħ . აინშტაინს სჯეროდა კლასიკური დეტერმინიზმისა და შემთხვევითობის დაუშვებლობის. მან გაიმეორა ღმერთზე: "ის არ თამაშობს კამათელს". და ის ვერ შეეგუა იმ ფაქტს, რომ ცალკეული ნაწილაკების დაშლის მომენტი, პრინციპში, შეუძლებელია წინასწარმეტყველება, თუმცა კონკრეტული ტიპის ნაწილაკების საშუალო სიცოცხლის ხანგრძლივობა კვანტური მექანიკის ფარგლებში წინასწარმეტყველებს უპრეცედენტო სიზუსტით. სამწუხაროდ, მისმა მიკერძოებამ განსაზღვრა ძალიან ბევრი ადამიანის შეხედულებები.

5. ფეინმანის დიაგრამები

5.1. უმარტივესი დიაგრამა.ნაწილაკების ურთიერთქმედების მოხერხებულად ნახვა შესაძლებელია რიჩარდ ფეინმანის (1918–1988) მიერ შემოთავაზებული დიაგრამების გამოყენებით 1949 წელს. ნახ. სურათი 1 გვიჩვენებს ფეინმანის უმარტივეს დიაგრამას, რომელიც აღწერს ელექტრონისა და პროტონის ურთიერთქმედებას ფოტონის გაცვლის გზით.

ნახატზე ისრები მიუთითებს დროის დინების მიმართულებას თითოეული ნაწილაკისთვის.

5.2. ნამდვილი ნაწილაკები.თითოეული პროცესი წარმოდგენილია ერთი ან მეტი ფეინმანის დიაგრამით. დიაგრამაზე გარე ხაზები შეესაბამება შემომავალ (ურთიერთქმედების დაწყებამდე) და გამავალ (ურთიერთქმედების შემდეგ) ნაწილაკებს, რომლებიც თავისუფალია. მათი 4 მომენტი p აკმაყოფილებს განტოლებას

მათ ნამდვილ ნაწილაკებს უწოდებენ და ამბობენ, რომ ისინი მასის ზედაპირზე არიან.

5.3. ვირტუალური ნაწილაკები.დიაგრამების შიდა ხაზები შეესაბამება ნაწილაკებს ვირტუალურ მდგომარეობაში. Მათთვის

მათ უწოდებენ ვირტუალურ ნაწილაკებს და ამბობენ, რომ ისინი არ არიან გარსი. ვირტუალური ნაწილაკების გავრცელება აღწერილია მათემატიკური სიდიდით, რომელსაც ეწოდება გამრავლება.

ამ გავრცელებულმა ტერმინოლოგიამ შესაძლოა ახალბედა იფიქროს, რომ ვირტუალური ნაწილაკები რეალურ ნაწილაკებზე ნაკლები მატერიალურია. სინამდვილეში, ისინი თანაბრად მატერიალურია, მაგრამ რეალურ ნაწილაკებს ჩვენ აღვიქვამთ როგორც მატერიას და რადიაციას, ხოლო ვირტუალურს - ძირითადად, როგორც ძალის ველებს, თუმცა ეს განსხვავება დიდწილად თვითნებურია. მნიშვნელოვანია, რომ იგივე ნაწილაკი, მაგალითად, ფოტონი ან ელექტრონი, შეიძლება იყოს რეალური ზოგიერთ პირობებში და ვირტუალური სხვა პირობებში.

5.4. მწვერვალები.დიაგრამის წვეროები აღწერს ნაწილაკებს შორის ელემენტარული ურთიერთქმედების ადგილობრივ აქტებს. თითოეულ წვეროზე 4-იმპულსი შენარჩუნებულია. ადვილი მისახვედრია, რომ თუ სტაბილური ნაწილაკების სამი ხაზი ხვდება ერთ წვეროზე, მაშინ მათგან ერთი მაინც უნდა იყოს ვირტუალური, ანუ ის უნდა იყოს მასის ზედაპირის მიღმა: „ბოლივარს არ შეუძლია დაანგრიოს სამი“. (მაგალითად, თავისუფალ ელექტრონს არ შეუძლია ასხივოს თავისუფალი ფოტონი და მაინც რჩება თავისუფალ ელექტრონად.)

ორი რეალური ნაწილაკი ურთიერთქმედებს მანძილზე, ცვლის ერთ ან მეტ ვირტუალურ ნაწილაკს.

5.5. გავრცელება.თუ ამბობენ, რომ რეალური ნაწილაკები მოძრაობენ, მაშინ ამბობენ, რომ ვირტუალური ნაწილაკები მრავლდებიან. ტერმინი „გავრცელება“ ხაზს უსვამს იმ ფაქტს, რომ ვირტუალურ ნაწილაკს შეიძლება ჰქონდეს მრავალი ტრაექტორია და შესაძლოა არცერთი მათგანი არ იყოს კლასიკური, როგორც ვირტუალური ფოტონი ნულოვანი ენერგიით და არანულოვანი იმპულსით, რომელიც აღწერს სტატიკური კულონის ურთიერთქმედებას.

5.6. ანტინაწილაკები.ფეინმანის დიაგრამების შესანიშნავი თვისება ის არის, რომ ისინი აღწერენ ორივე ნაწილაკებს და მათ შესაბამის ანტინაწილაკებს ერთიანი გზით. ამ შემთხვევაში, ანტინაწილაკი ჰგავს ნაწილაკს, რომელიც დროში უკან მოძრაობს. ნახ. სურათი 2 გვიჩვენებს დიაგრამას, რომელიც ასახავს პროტონისა და ანტიპროტონის დაბადებას ელექტრონისა და პოზიტრონის განადგურების დროს.

დროში უკან გადაადგილება თანაბრად ეხება ფერმიონებსა და ბოზონებს. ეს არასაჭირო ხდის პოზიტრონების ინტერპრეტაციას, როგორც შეუვსებელ მდგომარეობებს ელექტრონების ზღვაში უარყოფითი ენერგიის მქონე, რასაც დირაკი მიმართა, როდესაც 1930 წელს ანტინაწილაკის კონცეფცია შემოიტანა.

5.7. შვინგერის და ფეინმანის დიაგრამები.შვინგერი (1918–1994), რომელსაც არ აინტერესებდა გამოთვლითი სირთულეები, არ მოსწონდა ფეინმანის დიაგრამები და გარკვეულწილად დამამცირებლად წერდა მათზე: „როგორც კომპიუტერის ჩიპი ბოლო წლებში, ფეინმანის დიაგრამამ გამოთვლები მოუტანა მასებს“. სამწუხაროდ, ჩიპისგან განსხვავებით, ფეინმანის დიაგრამები არ აღწევდა ფართო მასებს.

5.8. ფეინმანისა და ფეინმანის დიაგრამები.გაურკვეველი მიზეზების გამო, ფეინმანის დიაგრამები ვერც კი მოხვდა ცნობილ ფეინმანის ლექციებზე ფიზიკაზე. დარწმუნებული ვარ, რომ ისინი უნდა მივიტანოთ საშუალო სკოლის მოსწავლეებს ნაწილაკების ფიზიკის ძირითადი იდეების ახსნით. ეს არის მიკროკოსმოსისა და მთლიანად სამყაროს უმარტივესი ხედვა. თუ მოსწავლემ იცის პოტენციური ენერგიის ცნება (მაგალითად, ნიუტონის კანონი ან კულონის კანონი), მაშინ ფეინმანის დიაგრამები საშუალებას აძლევს მას მიიღოს გამოხატულება ამ პოტენციური ენერგიისთვის.

5.9. ვირტუალური ნაწილაკები და ფიზიკური ძალის ველები.ფეინმანის დიაგრამები ველის კვანტური თეორიის უმარტივესი ენაა. (ყოველ შემთხვევაში, იმ შემთხვევებში, როდესაც ურთიერთქმედება არ არის ძალიან ძლიერი და შეიძლება გამოვიყენოთ პერტურბაციის თეორია.) კვანტური ველის თეორიის შესახებ წიგნების უმეტესობა ნაწილაკებს განიხილავს, როგორც ველების კვანტურ აგზნებას, რაც მოითხოვს მეორადი კვანტიზაციის ფორმალიზმს. ფეინმანის დიაგრამების ენაზე, ველები იცვლება ვირტუალური ნაწილაკებით.

ელემენტარულ ნაწილაკებს აქვთ როგორც კორპუსკულური, ასევე ტალღური თვისებები. უფრო მეტიც, რეალურ მდგომარეობაში ისინი მატერიის ნაწილაკები არიან, ხოლო ვირტუალურ მდგომარეობაში ისინი ასევე ძალების მატარებლები არიან მატერიალურ ობიექტებს შორის. ვირტუალური ნაწილაკების შემოღების შემდეგ ძალის ცნება ზედმეტი ხდება და ველის ცნება, თუ აქამდე არ იცნობდით, შესაძლოა, ვირტუალური ნაწილაკის ცნების ათვისების შემდეგ უნდა დაინერგოს.

5.10. ელემენტარული ურთიერთქმედება*. ვირტუალური ნაწილაკების ემისია და შთანთქმის ელემენტარული აქტები (წვეროები) ხასიათდება ურთიერთქმედების ისეთი მუდმივებით, როგორიცაა ელექტრული მუხტი e ფოტონის შემთხვევაში, სუსტი მუხტები. ე/სინ θ W W ბოზონის შემთხვევაში და e/sin θ W cos θ W Z ბოზონის შემთხვევაში (სად θ ვ- ვაინბერგის კუთხე), ფერის მუხტი გგლუონების შემთხვევაში და რაოდენობა √გგრავიტონის შემთხვევაში, სადაც გ- ნიუტონის მუდმივი. (იხ. 6–10.) ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება განხილულია ქვემოთ ქ. 7. სუსტი ურთიერთქმედება - ჩვ. 8. ძლიერი - ჩვ. 9.

ჩვენ დავიწყებთ შემდეგ თავში. 6 გრავიტაციული ურთიერთქმედებით.

6. გრავიტაციული ურთიერთქმედება

6.1. გრავიტონები.დავიწყებ ნაწილაკებით, რომლებიც ჯერ არ არის აღმოჩენილი და, რა თქმა უნდა, არ იქნება აღმოჩენილი უახლოეს მომავალში. ეს არის გრავიტაციული ველის ნაწილაკები - გრავიტონები. ჯერ არ არის აღმოჩენილი არა მხოლოდ გრავიტონები, არამედ გრავიტაციული ტალღები (და ეს იმ დროს, როდესაც ელექტრომაგნიტური ტალღები ფაქტიურად გაჟღენთილია ჩვენს ცხოვრებაში). ეს გამოწვეულია იმით, რომ დაბალ ენერგიებზე გრავიტაციული ურთიერთქმედება ძალიან სუსტია. როგორც დავინახავთ, გრავიტონების თეორია საშუალებას გვაძლევს გავიგოთ გრავიტაციული ურთიერთქმედების ყველა ცნობილი თვისება.

6.2. გრავიტონების გაცვლა.ფეინმანის დიაგრამების ენაზე, ორი სხეულის გრავიტაციული ურთიერთქმედება ხორციელდება ვირტუალური გრავიტონების გაცვლით ელემენტარულ ნაწილაკებს შორის, რომლებიც ამ სხეულებს ქმნიან. ნახ. 3, გრავიტონს ასხივებს ნაწილაკი, რომელსაც აქვს 4 იმპულსი p 1 და შეიწოვება სხვა ნაწილაკი 4-იმპულსით p 2 . 4-იმპულსის შენარჩუნების გამო, q=p 1 − p′ 1 =p′ 2 −p 2, სადაც q არის გრავიტონის 4-იმპულსი.

ვირტუალური გრავიტონის გავრცელება (როგორც ნებისმიერ ვირტუალურ ნაწილაკს, მას აქვს გამავრცელებელი) ფიგურაში გამოსახულია ზამბარით.

6.3. წყალბადის ატომი დედამიწის გრავიტაციულ ველში.ნახ. სურათი 4 გვიჩვენებს დიაგრამების ჯამს, რომლებშიც წყალბადის ატომი 4 იმპულსით p 1 ცვლის გრავიტონებს დედამიწის ყველა ატომთან, რომელსაც აქვს საერთო 4 იმპულსი p 2. და ამ შემთხვევაში q = p 1 − p′ 1 = p′ 2 − p 2, სადაც q არის ვირტუალური გრავიტონების ჯამური 4 იმპულსი.

6.4. ატომის მასის შესახებ.მომავალში, გრავიტაციული ურთიერთქმედების განხილვისას, ჩვენ უგულებელყოფთ ელექტრონის მასას პროტონის მასასთან შედარებით, ასევე უგულებელყოფთ პროტონისა და ნეიტრონის მასების განსხვავებას და ნუკლეონების შეკავშირების ენერგიას ატომის ბირთვებში. ასე რომ, ატომის მასა არის დაახლოებით ატომის ბირთვში არსებული ნუკლეონების მასების ჯამი.

6.5. მოგება*. დედამიწის ნუკლეონების რაოდენობა N E ≈ 3,6·10 51 უდრის ნუკლეონების რაოდენობის ნამრავლს ერთ გრამ ხმელეთის მატერიაში, ანუ ავოგადროს რიცხვი N A ≈ 6·10 23, დედამიწის მასის გრამებში ≈ 6. · 10 27. ამიტომ, დიაგრამა ნახ. 4 წარმოადგენს 3.6 10 51 დიაგრამის ჯამს ნახ. 3, რომელიც აღინიშნება დედამიწის ხაზებისა და ვირტუალური გრავიტონების გასქელებით ნახ. 4. გარდა ამისა, „გრავიტონის წყარო“, ერთი გრავიტონის გამავრცელებლისგან განსხვავებით, ნაჩვენებია ნახ. 4 ნაცრისფერი. როგორც ჩანს, ის შეიცავს 3,6·10 51 გრავიტონს.

6.6. ნიუტონის ვაშლი დედამიწის გრავიტაციულ ველში.ნახ. 5, ვაშლის ყველა ატომი საერთო 4 იმპულსით p 1 ურთიერთქმედებს დედამიწის ყველა ატომთან საერთო 4 იმპულსით p 2.

6.7. სქემების რაოდენობა*. შეგახსენებთ, რომ ერთი გრამი ჩვეულებრივი მატერია შეიცავს N A = 6·10 23 ნუკლეონს. ნუკლეონების რაოდენობა 100 გრამიან ვაშლში N a = 100N A = 6·10 25. დედამიწის მასა არის 6·10 27 გ და, შესაბამისად, დედამიწის ნუკლეონების რაოდენობა N E = 3,6·10 51. რა თქმა უნდა, ხაზების გასქელება ნახ. 5 არანაირად არ შეესაბამება ვაშლის ნუკლეონების უზარმაზარ რაოდენობას N a, დედამიწის ნუკლეონებს N E და ფეინმანის დიაგრამების ბევრად უფრო დიდ, უბრალოდ ფანტასტიკურ რაოდენობას N d = N a N E = 2.2·10 77 . ყოველივე ამის შემდეგ, ვაშლის ყველა ნუკლეონი ურთიერთქმედებს დედამიწის ყველა ნუკლეონთან. დიაგრამების უზარმაზარი რაოდენობის ხაზგასასმელად, ზამბარა ნახ. 5 კეთდება მუქი.

მიუხედავად იმისა, რომ გრავიტონის ურთიერთქმედება ცალკეულ ელემენტარულ ნაწილაკთან ძალიან მცირეა, დედამიწის ყველა ნუკლეონის დიაგრამების ჯამი ქმნის მნიშვნელოვან მიზიდულობას, რომელსაც ჩვენ ვგრძნობთ. უნივერსალური გრავიტაცია მიზიდავს მთვარეს დედამიწისკენ, ორივე მათგანი მზისკენ, ჩვენი გალაქტიკის ყველა ვარსკვლავი და ყველა გალაქტიკა ერთმანეთისკენ.

6.8. ფეინმანის ამპლიტუდა და მისი ფურიეს ტრანსფორმაცია***.

ფეინმანის დიაგრამა ორი ნელი სხეულის გრავიტაციული ურთიერთქმედების შესახებ m 1 და m 2 მასებით შეესაბამება ფეინმანის ამპლიტუდას.

სად გ- ნიუტონის მუდმივი, ა ქ- 3-იმპულსი, რომელსაც ატარებს ვირტუალური გრავიტონები. (ღირებულება 1/q 2, სად ქ- 4-პულსი, რომელსაც უწოდებენ გრავიტონის გამრავლებას. ნელი სხეულების შემთხვევაში ენერგია პრაქტიკულად არ გადადის და ამიტომ q 2 = −ქ 2 .)

იმპულსური სივრციდან კონფიგურაციის (კოორდინატულ) სივრცეში გადასასვლელად, ჩვენ უნდა ავიღოთ ამპლიტუდის ფურიეს ტრანსფორმაცია A( ქ)

მნიშვნელობა A( რ) იძლევა არარელატივისტური ნაწილაკების გრავიტაციული ურთიერთქმედების პოტენციურ ენერგიას და განსაზღვრავს რელატივისტური ნაწილაკების მოძრაობას სტატიკურ გრავიტაციულ ველში.

6.9. ნიუტონის პოტენციალი*. m 1 და m 2 მასის მქონე ორი სხეულის პოტენციური ენერგია უდრის

სად გ- ნიუტონის მუდმივი, ა რ- მანძილი სხეულებს შორის.

ამ ენერგიას შეიცავს ვირტუალური გრავიტონების „გაზაფხული“ ნახ. 5. ურთიერთქმედება, რომლის პოტენციალი მცირდება 1/ რ, ეწოდება გრძელვადიანი. ფურიეს ტრანსფორმაციის გამოყენებით ჩვენ შეგვიძლია დავინახოთ, რომ გრავიტაცია შორ მანძილზეა, რადგან გრავიტონი მასობრივია.

6.10. იუკავას ტიპის პოტენციალი**. მართლაც, თუ გრავიტონს არ აქვს ნულოვანი მასა მ, მაშინ ფეინმანის ამპლიტუდა მისი გაცვლისთვის იქნებოდა ფორმა

და იუკავას პოტენციალის მსგავსი პოტენციალი მოქმედების დიაპაზონით შეესაბამებოდა მას რ ≈ 1/მ:

6.11. პოტენციური ენერგიის შესახებ**. ნიუტონის არარელატივისტურ მექანიკაში, ნაწილაკის კინეტიკური ენერგია დამოკიდებულია მის სიჩქარეზე (იმპულსზე), ხოლო პოტენციური ენერგია მხოლოდ მის კოორდინატებზე, ანუ მის პოზიციაზე სივრცეში. რელატივისტურ მექანიკაში ასეთი მოთხოვნის დაცვა შეუძლებელია, რადგან თავად ნაწილაკების ურთიერთქმედება ხშირად დამოკიდებულია მათ სიჩქარეზე (მომენტებზე) და, შესაბამისად, კინეტიკურ ენერგიაზე. თუმცა, ჩვეულებრივი, საკმაოდ სუსტი გრავიტაციული ველებისთვის, ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიის ცვლილება მის მთლიან ენერგიასთან შედარებით მცირეა და, შესაბამისად, ეს ცვლილება შეიძლება უგულებელყო. სუსტ გრავიტაციულ ველში არარელატივისტური ნაწილაკების ჯამური ენერგია შეიძლება დაიწეროს, როგორც ε = ენათესავი + ე 0 + უ.

6.12. გრავიტაციის უნივერსალურობა.ყველა სხვა ურთიერთქმედებისგან განსხვავებით, გრავიტაციას აქვს უნივერსალურობის შესანიშნავი თვისება. გრავიტონის ურთიერთქმედება რომელიმე ნაწილაკთან არ არის დამოკიდებული ამ ნაწილაკების თვისებებზე, არამედ დამოკიდებულია მხოლოდ ენერგიის რაოდენობაზე, რომელსაც ფლობს ნაწილაკი. თუ ეს ნაწილაკი ნელია, მაშინ მისი დასვენების ენერგია ე 0 = mc 2, რომელიც შეიცავს მის მასას, ბევრად აღემატება მის კინეტიკურ ენერგიას. და ამიტომ მისი გრავიტაციული ურთიერთქმედება მისი მასის პროპორციულია. მაგრამ საკმარისად სწრაფი ნაწილაკისთვის, მისი კინეტიკური ენერგია ბევრად აღემატება მის მასას. ამ შემთხვევაში, მისი გრავიტაციული ურთიერთქმედება პრაქტიკულად დამოუკიდებელია მასისგან და მისი კინეტიკური ენერგიის პროპორციულია.

6.13. გრავიტონის სპინი და გრავიტაციის უნივერსალურობა**. უფრო ზუსტად, გრავიტონის ემისია პროპორციულია არა მარტივი ენერგიის, არამედ ნაწილაკების ენერგეტიკული იმპულსის ტენსორის. და ეს, თავის მხრივ, განპირობებულია იმით, რომ გრავიტონის ტრიალი უდრის ორს. იყოს ნაწილაკების 4-იმპულსი გრავიტონის გამოსხივებამდე გვ 1 და ემისიის შემდეგ გვ 2. მაშინ გრავიტონის იმპულსი უდრის ქ = გვ 1 − გვ 2. თუ შეიყვანთ აღნიშვნას გვ = გვ 1 + გვ 2, მაშინ გრავიტონის ემისიის წვეროს ექნება ფორმა

სადაც h αβ არის გრავიტონის ტალღის ფუნქცია.

6.14. გრავიტონის ურთიერთქმედება ფოტონთან**. ეს განსაკუთრებით ნათლად ჩანს ფოტონის მაგალითზე, რომლის მასა ნულის ტოლია. ექსპერიმენტულად დადასტურდა, რომ როდესაც ფოტონი შენობის ქვედა სართულიდან ზედა სართულზე მიფრინავს, მისი იმპულსი დედამიწის მიზიდულობის გავლენით მცირდება. ასევე დადასტურდა, რომ შორეული ვარსკვლავის სინათლის სხივი გადახრილია მზის გრავიტაციული მიზიდულობით.

6.15. ფოტონის ურთიერთქმედება დედამიწასთან**. ნახ. სურათი 6 გვიჩვენებს გრავიტონების გაცვლას დედამიწასა და ფოტონს შორის. ეს ფიგურა პირობითად წარმოადგენს ფოტონის გრავიტონის გაცვლის ფიგურების ჯამს დედამიწის ყველა ნუკლეონთან. მასზე დედამიწის წვერო მიიღება ნუკლეონის წვეროდან დედამიწის N E ნუკლეონების რაოდენობაზე გამრავლებით ნუკლეონის 4-იმპულსის შესაბამისი ჩანაცვლებით დედამიწის 4-იმპულტით (იხ. სურ. 3).

6.16. გრავიტონის ურთიერთქმედება გრავიტონთან***. ვინაიდან გრავიტონები ატარებენ ენერგიას, ისინი თავად უნდა ასხივებენ და შთანთქავენ გრავიტონებს. ჩვენ არასდროს გვინახავს ინდივიდუალური რეალური გრავიტონები და ვერასდროს ვიხილავთ მათ. მიუხედავად ამისა, ვირტუალურ გრავიტონებს შორის ურთიერთქმედება იწვევს დაკვირვებად ეფექტებს.ერთი შეხედვით, სამი ვირტუალური გრავიტონის წვლილი ორი ნუკლეონის გრავიტაციულ ურთიერთქმედებაში ძალიან მცირეა გამოსავლენად (იხ. სურ. 7).

6.17. მერკურის საერო პრეცესია**. თუმცა ეს წვლილი მერკურის ორბიტის პერიჰელიონის პრეცესიაში გამოიხატება. მერკურის საერო პრეცესია აღწერილია მერკური მზეზე მიზიდულობის ერთმარყუჟიანი გრავიტონის დიაგრამების ჯამით (ნახ. 8).

6.18. მოგება მერკურისთვის**. მერკურის და დედამიწის მასის თანაფარდობა არის 0,055. ასე რომ, ნუკლეონების რაოდენობა მერკურიში ნ მ = 0,055 ნ ე= 2·10 50 . მზის მასა ᲥᲐᲚᲑᲐᲢᲝᲜᲘ= 2·10 33 გ ასე რომ, ნუკლეონების რაოდენობა მზეში N S = N A M S= 1,2·10 57 . და დიაგრამების რაოდენობა, რომლებიც აღწერს მერკურის და მზის ნუკლეონების გრავიტაციულ ურთიერთქმედებას, N dM= 2,4·10 107 .

თუ მერკურის მიზიდულობის პოტენციური ენერგია მზეზე უდრის უ = GM S M M/რ, შემდეგ ვირტუალური გრავიტონების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების განხილული კორექტირების გათვალისწინების შემდეგ ის მრავლდება 1 − 3-ზე. GM ს/რ. ჩვენ ვხედავთ, რომ პოტენციური ენერგიის კორექტირება არის -3 G 2 M S 2 M M /r 2.

6.19. მერკურის ორბიტა**. მერკურის ორბიტალური რადიუსი ა= 58·10 6 კმ. ორბიტალური პერიოდი 88 დედამიწის დღეა. ორბიტალური ექსცენტრიულობა ე= 0.21. განხილული კორექტირების გამო, ერთი ბრუნვის დროს ორბიტის ნახევრად მთავარი ღერძი ბრუნავს 6π კუთხით. GM ს/ა(1 − ე 2), ანუ წამის რკალის დაახლოებით მეათედი და დედამიწის 100 წელიწადში ის ბრუნავს 43 "-ით.

6.20. გრავიტაციული კრავის ცვლა**. ვინც შეისწავლა კვანტური ელექტროდინამიკა, მაშინვე დაინახავს, ​​რომ დიაგრამა ნახ. 7 ჰგავს სამკუთხა დიაგრამას, რომელიც აღწერს მე-2 დონის სიხშირის (ენერგიის) ცვლას ს 1/2 მე-2 დონესთან შედარებით პ 1/2 წყალბადის ატომში (სადაც სამკუთხედი შედგება ერთი ფოტონისა და ორი ელექტრონული ხაზისგან). ეს ცვლა გაზომეს 1947 წელს ლამბმა და რეზერფორდმა და აღმოჩნდა 1060 MHz (1.06 GHz).

ამ გაზომვამ დაიწყო თეორიული და ექსპერიმენტული სამუშაოების ჯაჭვური რეაქცია, რამაც გამოიწვია კვანტური ელექტროდინამიკისა და ფეინმანის დიაგრამების შექმნა. მერკურის პრეცესიის სიხშირე 25 ბრძანებით დაბალია.

6.21. კლასიკური თუ კვანტური ეფექტი?**. ცნობილია, რომ დონის ენერგიის ბატკნის ცვლა არის წმინდა კვანტური ეფექტი, ხოლო მერკურის პრეცესია არის წმინდა კლასიკური ეფექტი. როგორ შეიძლება მათი აღწერა ფეინმანის მსგავსი დიაგრამებით?

ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად უნდა გვახსოვდეს ურთიერთობა ე = ħω და გაითვალისწინეთ, რომ ფურიეს ტრანსფორმაცია იმპულსის სივრციდან კონფიგურაციის სივრცეში გადასვლისას სექტში. 6.8 შეიცავს ე მეqr / ħ . გარდა ამისა, გასათვალისწინებელია, რომ ელექტრომაგნიტურ ლამბის ცვლის სამკუთხედში არის უმასური ნაწილაკის მხოლოდ ერთი ხაზი (ფოტონი), ხოლო დანარჩენი ორი არის ელექტრონის გამავრცელებელი. აქედან გამომდინარე, მასში დამახასიათებელი მანძილები განისაზღვრება ელექტრონის მასით (ელექტრონის კომპტონის ტალღის სიგრძე). ხოლო მერკურის პრეცესიულ სამკუთხედში არის უმასური ნაწილაკის (გრავიტონის) ორი გამავრცელებელი. ეს გარემოება, სამ გრავიტონული წვეროდან გამომდინარე, მივყავართ იმ ფაქტს, რომ გრავიტაციული სამკუთხედი წვლილს შეიტანს ელექტრომაგნიტურ სამკუთხედზე შეუდარებლად დიდ მანძილზე. ეს შედარება აჩვენებს ველის კვანტური თეორიის ძალას ფეინმანის დიაგრამების მეთოდში, რაც შესაძლებელს ხდის ადვილად გავიგოთ და გამოვთვალოთ ფენომენების ფართო სპექტრი, როგორც კვანტური, ასევე კლასიკური.

7. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება

7.1. ელექტრული ურთიერთქმედება.ნაწილაკების ელექტრული ურთიერთქმედება ხორციელდება ვირტუალური ფოტონების გაცვლით, როგორც ნახ. 19.

ფოტონები, გრავიტონების მსგავსად, ასევე უმასურ ნაწილაკებს წარმოადგენენ. ასე რომ, ელექტრული ურთიერთქმედება ასევე გრძელვადიანია:

რატომ არ არის ის ისეთივე უნივერსალური, როგორც გრავიტაცია?

7.2. დადებითი და უარყოფითი მუხტები.ჯერ ერთი, იმიტომ, რომ არსებობს ორი ნიშნის ელექტრული მუხტი. და მეორეც, რადგან არის ნეიტრალური ნაწილაკები, რომლებსაც საერთოდ არ აქვთ ელექტრული მუხტი (ნეიტრონი, ნეიტრინო, ფოტონი...). საპირისპირო ნიშნების მუხტის მქონე ნაწილაკები, როგორიცაა ელექტრონი და პროტონი, იზიდავს ერთმანეთს. ერთი და იგივე მუხტის მქონე ნაწილაკები ერთმანეთს მოგერიებენ. შედეგად, ატომები და მათგან შემდგარი სხეულები ძირითადად ელექტრულად ნეიტრალურია.

7.3. ნეიტრალური ნაწილაკები.ნეიტრონი შეიცავს u-კვარკი მუხტით +2 ე/3 და ორი დ-კვარკი მუხტით − ე/3. ასე რომ, ნეიტრონის მთლიანი მუხტი ნულის ტოლია. (შეგახსენებთ, რომ პროტონი შეიცავს ორს u-კვარკი და ერთი დ-კვარკი.) ჭეშმარიტად ელემენტარული ნაწილაკები, რომლებსაც არ აქვთ ელექტრული მუხტი, არის ფოტონი, გრავიტონი, ნეიტრინო, ზ-ბოზონი და ჰიგსის ბოზონი.

7.4. კულონის პოტენციალი.მიზიდულობის პოტენციური ენერგია ელექტრონსა და პროტონს შორის, რომელიც მდებარეობს მანძილზე რერთმანეთისგან, თანაბარი

7.5. მაგნიტური ურთიერთქმედება.მაგნიტური ურთიერთქმედება არ არის ისეთი გრძელი, როგორც ელექტრული ურთიერთქმედება. ეცემა 1/ რ 3. ეს დამოკიდებულია არა მხოლოდ ორ მაგნიტს შორის მანძილზე, არამედ მათ შედარებით ორიენტაციაზეც. ცნობილი მაგალითია კომპასის ნემსის ურთიერთქმედება დედამიწის მაგნიტურ დიპოლურ ველთან. ორი მაგნიტური დიპოლის ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია μ 1 და μ 2 ტოლია

სად ნ = რ/რ.

7.6. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება.მე-19 საუკუნის უდიდესი მიღწევა იყო აღმოჩენა, რომ ელექტრული და მაგნიტური ძალები ერთი და იგივე ელექტრომაგნიტური ძალის ორი განსხვავებული გამოვლინებაა. 1821 წელს მ.ფარადეიმ (1791–1867) გამოიკვლია მაგნიტისა და გამტარის ურთიერთქმედება დენთან. ათი წლის შემდეგ მან დაადგინა ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონები, როდესაც ორი გამტარი ურთიერთქმედებს. მომდევნო წლებში მან გააცნო ელექტრომაგნიტური ველის კონცეფცია და გამოთქვა იდეა სინათლის ელექტრომაგნიტური ბუნების შესახებ. 1870-იან წლებში ჯ. მაქსველმა (1831-1879) გააცნობიერა, რომ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება პასუხისმგებელია ოპტიკური ფენომენების ფართო კლასზე: სინათლის ემისია, ტრანსფორმაცია და შთანთქმა, და დაწერა განტოლებები, რომლებიც აღწერს ელექტრომაგნიტურ ველს. მალე გ.ჰერცმა (1857–1894) აღმოაჩინა რადიოტალღები, ვ. რენტგენმა (1845–1923) – რენტგენის სხივები. მთელი ჩვენი ცივილიზაცია ეფუძნება ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების გამოვლინებებს.

7.7. ფარდობითობის თეორიისა და კვანტური მექანიკის შერწყმა.ფიზიკის განვითარების ყველაზე მნიშვნელოვანი ეტაპი იყო 1928 წელი, როდესაც გამოჩნდა პ. დირაკის (1902–1984) სტატია, რომელშიც მან შესთავაზა ელექტრონის კვანტური და რელატივისტური განტოლება. ეს განტოლება შეიცავდა ელექტრონის მაგნიტურ მომენტს და მიუთითებდა რამდენიმე წლის შემდეგ აღმოჩენილი ელექტრონის ანტინაწილაკის - პოზიტრონის არსებობაზე. ამის შემდეგ, კვანტური მექანიკა და ფარდობითობის თეორია გაერთიანდა ველის კვანტურ თეორიაში.

ის ფაქტი, რომ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება გამოწვეულია ვირტუალური ფოტონების ემისიით და შთანთქმით, სრულიად ნათელი გახდა მხოლოდ მე-20 საუკუნის შუა წლებში ფეინმანის დიაგრამების მოსვლასთან ერთად, ანუ მას შემდეგ, რაც აშკარად ჩამოყალიბდა ვირტუალური ნაწილაკების კონცეფცია.

8. სუსტი ურთიერთქმედება

8.1. ბირთვული ურთიერთქმედება.მე-20 საუკუნის დასაწყისში აღმოაჩინეს ატომი და მისი ბირთვი და α -, β - და γ - რადიოაქტიური ბირთვების მიერ გამოსხივებული სხივები. როგორც გაირკვა, γ - სხივები არის ძალიან მაღალი ენერგიის ფოტონები, β - სხივები მაღალი ენერგიის ელექტრონებია, α -სხივები - ჰელიუმის ბირთვები. ამან გამოიწვია ორი ახალი ტიპის ურთიერთქმედების აღმოჩენა - ძლიერი და სუსტი. გრავიტაციული და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებებისგან განსხვავებით, ძლიერი და სუსტი ურთიერთქმედება მოკლე დიაპაზონია.

მოგვიანებით დადგინდა, რომ ისინი პასუხისმგებელნი იყვნენ წყალბადის ჰელიუმად გარდაქმნაზე ჩვენს მზესა და სხვა ვარსკვლავებში.

8.2. დამუხტული დენები*. სუსტი ურთიერთქმედება პასუხისმგებელია ნეიტრონის პროტონად გარდაქმნაზე ელექტრონისა და ელექტრონული ანტინეიტრინოს გამოსხივებით. სუსტი ურთიერთქმედების პროცესების დიდი კლასი ემყარება ერთი ტიპის კვარკების სხვა ტიპის კვარკებად გარდაქმნას ვირტუალური ემისიის (ან შთანთქმის) გზით. ვ-ბოზონები: u, გ, ტ ↔ დ, ს, ბ. ანალოგიურად ემისიის და შთანთქმისთვის ვბოზონები, გადასვლები ხდება დამუხტულ ლეპტონებსა და შესაბამის ნეიტრინოებს შორის:

ე ↔ ν ე, μ ↔ ν μ , τ ↔ ν τ . ტიპის გადასვლები ასევე ხდება თანაბრად dˉu ↔ ვდა eˉν e ↔ ვ. ყველა ამ გადასვლაში, რომელიც მოიცავს ვ-ბოზონები მოიცავს ეგრეთ წოდებულ დამუხტულ დენებს, რომლებიც ცვლიან ლეპტონებისა და კვარკების მუხტს ერთით. დამუხტული დენების სუსტი ურთიერთქმედება მოკლე დიაპაზონია და აღწერილია იუკავას პოტენციალით e−mWr/r, ამიტომ მისი ეფექტური რადიუსი არის რ ≈ 1/მვტ.

8.3. ნეიტრალური დენები*. 1970-იან წლებში აღმოაჩინეს ნეიტრინოების, ელექტრონების და ნუკლეონების სუსტი ურთიერთქმედების პროცესები, რომლებიც გამოწვეული იყო ეგრეთ წოდებული ნეიტრალური დინებით. 1980-იან წლებში ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ დამუხტული დენების ურთიერთქმედება ხდება გაცვლის გზით. ვ-ბოზონები და ნეიტრალური დინების ურთიერთქმედება - გაცვლის გზით ზ- ბოზონები.

8.4. დარღვევა პ- და C.P.- პარიტეტი*. 1950-იანი წლების მეორე ნახევარში გამოვლინდა სივრცითი პარიტეტის დარღვევა პდა დააკისროს პარიტეტი Cსუსტ ურთიერთქმედებებში. 1964 წელს აღმოაჩინეს სუსტი დაშლა, რომელიც არღვევს კონსერვაციას C.P.-სიმეტრია. ამჟამად დარღვევის მექანიზმი C.P.-სიმეტრია შესწავლილია მეზონების შემცველობის დაშლაში ბ- კვარკები.

8.5. ნეიტრინოს რხევები*. ბოლო ორი ათწლეულის განმავლობაში, ფიზიკოსების ყურადღება გამახვილებულია გაზომვებზე, რომლებიც ჩატარდა მიწისქვეშა კილოტონის დეტექტორებზე კამიოკას (იაპონია) და სუდბერიში (კანადა). ამ გაზომვებმა აჩვენა, რომ ნეიტრინოს სამ ტიპს შორის ν e , ν μ , ν τორმხრივი გადასვლები (რხევები) ხდება ვაკუუმში. ამ რხევების ბუნება ზუსტდება.

8.6. ელექტროსუსტი ურთიერთქმედება. 1960-იან წლებში ჩამოყალიბდა თეორია, რომ ელექტრომაგნიტური და სუსტი ძალები ერთი ელექტროსუსტი ძალის სხვადასხვა გამოვლინებაა. თუ იყო მკაცრი ელექტროსუსტი სიმეტრია, მაშინ მასები ვ- და ზ-ბოზონები ნულის ტოლი იქნება ფოტონის მასის მსგავსად.

8.7. ელექტროსუსტი სიმეტრიის დარღვევა.სტანდარტულ მოდელში ჰიგსის ბოზონი არღვევს ელექტროსუსტ სიმეტრიას და ამით განმარტავს, თუ რატომ არის ფოტონი მასობრივი და სუსტი ბოზონები მასიური. ის ასევე აძლევს მასას ლეპტონებს, კვარკებს და საკუთარ თავს.

8.8. რა უნდა იცოდეთ ჰიგსის შესახებ. LHC დიდი ადრონული კოლაიდერის ერთ-ერთი მთავარი მიზანია ჰიგსის ბოზონის აღმოჩენა (ე.წ. უბრალოდ ჰიგსი და აღინიშნება თან ჰ) და მისი თვისებების შემდგომი დადგენა. უპირველეს ყოვლისა, მისი ურთიერთქმედების გაზომვა ვ- და ზ-ბოზონები, ფოტონებთან, ისევე როგორც მისი თვითურთიერთქმედება, ანუ სამი და ოთხი ჰიგსის შემცველი წვეროების შესწავლა: h 3 და h 4, და მისი ურთიერთქმედება ლეპტონებთან და კვარკებთან, განსაკუთრებით ზედა კვარკთან. სტანდარტული მოდელის ფარგლებში, არსებობს მკაფიო პროგნოზები ყველა ამ ურთიერთქმედებისთვის. მათი ექსპერიმენტული გადამოწმება დიდ ინტერესს იწვევს სტანდარტული მოდელის მიღმა „ახალი ფიზიკის“ ძიების თვალსაზრისით.

8.9. რა მოხდება, თუ ჰიგსი არ არის?თუ აღმოჩნდება, რომ რამდენიმე ასეული გევ-ს რიგის მასის დიაპაზონში ჰიგსი არ არსებობს, მაშინ ეს ნიშნავს, რომ TeV-ზე მაღლა ენერგიებში არის ახალი, სრულიად უცნობი რეგიონი, სადაც ურთიერთქმედებებია. ვ- და ზ-ბოზონები ხდებიან არაპერტურბაციურად ძლიერები, ანუ მათი აღწერა შეუძლებელია პერტურბაციის თეორიით. ამ სფეროში კვლევა ბევრ სიურპრიზს მოუტანს.

8.10. მომავლის ლეპტონის კოლაიდერები.მთელი ამ კვლევის პროგრამის განსახორციელებლად, LHC-ის გარდა, შესაძლოა საჭირო გახდეს ლეპტონის კოლაიდერების აგება:

ILC (საერთაშორისო ხაზოვანი კოლაიდერი) შეჯახების ენერგიით 0,5 ტევ,

ან CLIC (კომპაქტური ხაზოვანი კოლაიდერი) შეჯახების ენერგიით 1 ტევ,

ან MC (Muon Collider) შეჯახების ენერგიით 3 ტევ.

8.11. ხაზოვანი ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერები. ILC - საერთაშორისო ხაზოვანი კოლაიდერი, რომელიც ეჯახება ელექტრონებს პოზიტრონებს, ასევე ფოტონებს ფოტონებს. მისი აშენების გადაწყვეტილება მხოლოდ მას შემდეგ შეიძლება მივიღოთ, რაც გაირკვევა, არსებობს თუ არა ჰიგსი და რა მასა აქვს. ILC-ის ერთ-ერთი შემოთავაზებული სამშენებლო ობიექტი არის დუბნის სიახლოვეს. CLIC - კომპაქტური ხაზოვანი ელექტრონ-პოზიტრონის კოლაიდერი. პროექტი მუშავდება CERN-ში.

8.12. მიონის კოლაიდერი. MS - მიონის კოლაიდერი პირველად ჩაფიქრდა G. I. Budker-ის მიერ (1918–1977). 1999 წელს სან-ფრანცისკოში ჩატარდა მეხუთე საერთაშორისო კონფერენცია "ფიზიკური პოტენციალი და განვითარება მიონთა კოლაიდერებისა და ნეიტრინო ქარხნებისა". MS პროექტი ამჟამად მუშავდება ფერმის ეროვნულ ლაბორატორიაში და შეიძლება განხორციელდეს 20 წელიწადში.

9. ძლიერი ურთიერთქმედება

9.1. გლუონები და კვარკები.ძლიერი ძალა ინარჩუნებს ნუკლეონებს (პროტონები და ნეიტრონები) ბირთვის შიგნით. იგი ემყარება გლუონების ურთიერთქმედებას კვარკებთან და გლუონების გლუონებთან ურთიერთქმედებას. სწორედ გლუონების თვითურთიერთქმედება იწვევს იმ ფაქტს, რომ მიუხედავად იმისა, რომ გლუონის მასა არის ნულის ტოლი, ისევე როგორც ფოტონისა და გრავიტონის მასები ნულის ტოლია, გლუონების გაცვლა არ იწვევს გლუონ გრძელს. დიაპაზონის ურთიერთქმედება, ფოტონისა და გრავიტონის მსგავსი. უფრო მეტიც, ეს იწვევს თავისუფალი გლუონებისა და კვარკების არარსებობას. ეს განპირობებულია იმით, რომ ერთგლუონის გაცვლის ჯამი იცვლება გლუონის მილით ან ძაფით. ბირთვში ნუკლეონების ურთიერთქმედება მსგავსია ვან დერ ვაალის ძალების ნეიტრალურ ატომებს შორის.

9.2. ჩაკეტვა და ასიმპტომური თავისუფლება.გლუონებისა და კვარკების ფენომენს, რომლებიც არ გაურბიან ჰადრონებს, ეწოდება შეზღუდვა. შეზღუდვამდე მიმავალი დინამიკის უარყოფითი მხარე ის არის, რომ ჰადრონების სიღრმეში ძალიან მცირე მანძილზე გლუონებსა და კვარკებს შორის ურთიერთქმედება თანდათან იშლება. როგორც ჩანს, კვარკები თავისუფლდებიან მცირე დისტანციებზე. ამ ფენომენს ასიმპტომურ თავისუფლებას უწოდებენ.

9.3. კვარკის ფერები.შეზღუდვის ფენომენი იმის შედეგია, რომ ექვსი კვარკიდან თითოეული არსებობს, თითქოს სამი „ფერადი“ ჯიშის სახით. კვარკები, როგორც წესი, "ფერადი" ყვითელი, ლურჯი და წითელია. ანტიკვარიატი შეღებილია დამატებით ფერებში: იასამნისფერი, ნარინჯისფერი, მწვანე. ყველა ეს ფერი წარმოადგენს კვარკების თავისებურ მუხტს - ელექტრული მუხტის „მრავალგანზომილებიანი ანალოგები“, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან ძლიერ ურთიერთქმედებებზე. რა თქმა უნდა, არავითარი კავშირი, გარდა მეტაფორულისა, კვარკების ფერებსა და ჩვეულებრივ ოპტიკურ ფერებს შორის არ არსებობს.

9.4. გლუონის ფერები.ფერადი გლუონების ოჯახი კიდევ უფრო მრავალრიცხოვანია: მათგან რვაა, რომელთაგან ორი მათი ანტინაწილაკების იდენტურია, ხოლო დანარჩენი ექვსი არა. ფერის მუხტების ურთიერთქმედება აღწერილია კვანტური ქრომოდინამიკით და განსაზღვრავს პროტონის, ნეიტრონის, ყველა ატომის ბირთვის თვისებებს და ყველა ჰადრონის თვისებებს. ის ფაქტი, რომ გლუონები ატარებენ ფერთა მუხტებს, იწვევს გლუონებისა და კვარკების შეზღუდვის ფენომენს, რაც ნიშნავს, რომ ფერადი გლუონები და კვარკები ვერ გადიან ჰადრონებს. უფერო (თეთრ) ჰადრონებს შორის ბირთვული ძალები წარმოადგენენ ჰადრონებში მძლავრი ფერთა ურთიერთქმედების სუსტი გამოძახილს. ეს მოლეკულური ბმების სიმცირეს ჰგავს ინტრაატომურ ბმებთან შედარებით.

9.5. ადრონული მასები.ზოგადად ჰადრონების და კონკრეტულად ნუკლეონების მასები განისაზღვრება გლუონის თვითმოქმედებით. ამრიგად, ყველა ხილული მატერიის მასა, რომელიც შეადგენს სამყაროს ენერგიის 4-5%-ს, სწორედ გლუონების თვითმოქმედებით არის განპირობებული.

10. სტანდარტული მოდელი და მის ფარგლებს გარეთ

10.1. 18 სტანდარტული მოდელის ნაწილაკები.ყველა ცნობილი ფუნდამენტური ნაწილაკი ბუნებრივად იყოფა სამ ჯგუფად:

6 ლეპტონი(დატრიალება 1/2):
3 ნეიტრინო: ν ე, ν μ , ν τ ;
3 დამუხტული ლეპტონი: ე, μ , τ ;
6 კვარკი(დატრიალება 1/2):
u,გ, ტ,
დ, ს, ბ;
6 ბოზონი:
g̃ - გრავიტონი (სპინი 2),
γ , ვ, ზ, გ- გლუონები (სპინი 1),
თ- ჰიგსი (სპინი 0).

10.2. სტანდარტული მოდელის მიღმა.სამყაროში ენერგიის 96% დგას სტანდარტული მოდელის მიღმა, ელოდება აღმოჩენას და შესწავლას. არსებობს რამდენიმე ძირითადი ვარაუდი იმის შესახებ, თუ როგორი შეიძლება იყოს ახალი ფიზიკა (იხ. პუნქტები 10.3–10.6 ქვემოთ).

10.3. დიდი გაერთიანება.დიდი რაოდენობით ნაშრომები, ძირითადად თეორიული, ეძღვნება ძლიერი და ელექტროსუსტი ურთიერთქმედებების გაერთიანებას. მათი უმეტესობა ვარაუდობს, რომ ეს ხდება 10 16 გევ რიგის ენერგიებში. ასეთმა გაერთიანებამ უნდა გამოიწვიოს პროტონის დაშლა.

10.4. სუპერსიმეტრიული ნაწილაკები.სუპერსიმეტრიის იდეის მიხედვით, რომელიც პირველად წარმოიშვა ლებედევის ფიზიკურ ინსტიტუტში, თითოეულ „ჩვენს“ ნაწილაკს ჰყავს სუპერპარტნიორი, რომლის სპინი განსხვავდება 1/2-ით: 6 კვერკი და 6 ძილი სპინით 0, ჰიგსინო, ფოტინო, ღვინო და ზინო. სპინით 1/2, გრავიტინო სპინით 3/2. ამ სუპერპარტნიორების მასები მნიშვნელოვნად აღემატება ჩვენს ნაწილაკებს. თორემ დიდი ხნის წინ გაიხსნებოდნენ. ზოგიერთი სუპერპარტნიორი შეიძლება აღმოჩნდეს, როდესაც დიდი ადრონული კოლაიდერი ამოქმედდება.

10.5. სუპერსტრინგები.სუპერსიმეტრიის ჰიპოთეზა შემუშავებულია სუპერ სიმების არსებობის ჰიპოთეზის მიხედვით, რომლებიც ცხოვრობენ 10 −33 სმ რიგის ძალიან მცირე მანძილზე და შესაბამისი ენერგიებით 10 19 გევ. ბევრი თეორიული ფიზიკოსი იმედოვნებს, რომ სუპერსიმების შესახებ იდეების საფუძველზე შეძლებენ შექმნან ყველა ურთიერთქმედების ერთიანი თეორია, რომელიც არ შეიცავს თავისუფალ პარამეტრებს.

10.6. სარკის ნაწილაკები.სარკისებური მატერიის იდეის მიხედვით, რომელიც პირველად გაჩნდა ITEP-ზე, ჩვენს თითოეულ ნაწილაკს აქვს სარკისებური ტყუპი და არსებობს სარკის სამყარო, რომელიც მხოლოდ ძალიან თავისუფლად არის დაკავშირებული ჩვენს სამყაროსთან.

10.7. ბნელი მატერია.სამყაროში მთლიანი ენერგიის მხოლოდ 4-5% არის ჩვეულებრივი მატერიის მასის სახით. სამყაროს ენერგიის დაახლოებით 20% შეიცავს ეგრეთ წოდებულ ბნელ მატერიას, რომელიც, როგორც ვარაუდობენ, შედგება სუპერნაწილაკებისგან, სარკის ნაწილაკებისგან ან სხვა უცნობი ნაწილაკებისგან. თუ ბნელი მატერიის ნაწილაკები ბევრად უფრო მძიმეა, ვიდრე ჩვეულებრივი ნაწილაკები, და თუ კოსმოსში ერთმანეთს შეჯახებისას ისინი განადგურდებიან ჩვეულებრივ ფოტონებში, მაშინ ამ მაღალი ენერგიის ფოტონების აღმოჩენა შესაძლებელია კოსმოსში და დედამიწაზე სპეციალური დეტექტორებით. ბნელი მატერიის ბუნების გარკვევა ფიზიკის ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა.

10.8. ბნელი ენერგია.მაგრამ სამყაროს ენერგიის აბსოლუტური უმრავლესობა (დაახლოებით 75%) გამოწვეულია ეგრეთ წოდებული ბნელი ენერგიის გამო. ის „იღვრება“ ვაკუუმში და აშორებს გალაქტიკების გროვებს. მისი ბუნება ჯერ კიდევ გაურკვეველია.

11. ელემენტარული ნაწილაკები რუსეთში და მსოფლიოში

11.1. რუსეთის ფედერაციის პრეზიდენტის ბრძანებულება. 2009 წლის 30 სექტემბერს გამოიცა რუსეთის ფედერაციის პრეზიდენტის ბრძანებულება „კურჩატოვის ინსტიტუტის ეროვნული კვლევითი ცენტრის შექმნის საპილოტე პროექტის განხორციელების დამატებითი ღონისძიებების შესახებ“. დადგენილება ითვალისწინებს პროექტში შემდეგი ორგანიზაციების მონაწილეობას: სანქტ-პეტერბურგის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტი, მაღალი ენერგიის ფიზიკის ინსტიტუტი და თეორიული და ექსპერიმენტული ფიზიკის ინსტიტუტი. განკარგულება ასევე ითვალისწინებს „განსაკუთრებული დაწესებულების, როგორც ყველაზე მნიშვნელოვანი სამეცნიერო დაწესებულების ჩართვას ფედერალური ბიუჯეტის ხარჯების უწყებრივი სტრუქტურაში, როგორც ბიუჯეტის სახსრების მთავარი მენეჯერი“. ამ დადგენილებამ შეიძლება ხელი შეუწყოს ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის დაბრუნებას ჩვენს ქვეყანაში მეცნიერების განვითარების პრიორიტეტულ სფეროებში.

11.2. აშშ კონგრესის მოსმენები 1. 2009 წლის 1 ოქტომბერს აშშ-ს წარმომადგენელთა პალატის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების კომიტეტის ენერგეტიკისა და გარემოს დაცვის ქვეკომიტეტში გაიმართა მოსმენა თემაზე „მატერიის, ენერგიის, სივრცისა და დროის ბუნების გამოკვლევები“. ენერგეტიკის დეპარტამენტის 2009 წლის ასიგნება ამ პროგრამისთვის არის $795.7 მილიონი. ჰარვარდის უნივერსიტეტის პროფესორმა ლიზა რენდალმა წარმოადგინა შეხედულებები მატერიის, ენერგიისა და სამყაროს წარმოშობის შესახებ მომავალი სიმების თეორიის თვალსაზრისით. ფერმის ეროვნული ლაბორატორიის (ბატავია) დირექტორმა პიერ ოდდონმა ისაუბრა აშშ-ში ნაწილაკების ფიზიკის მდგომარეობაზე და კერძოდ, Tevatron-ის მოახლოებულ დასრულებაზე და FNAL-სა და მიწისქვეშა ლაბორატორიას DUSEL-ის ერთობლივი მუშაობის დაწყებაზე თვისებების შესასწავლად. ნეიტრინოები და იშვიათი პროცესები. მან ხაზი გაუსვა ამერიკელი ფიზიკოსების მონაწილეობის მნიშვნელობას მაღალი ენერგიის ფიზიკის პროექტებში ევროპაში (LHC), იაპონიაში (JPARC), ჩინეთში (PERC) და საერთაშორისო კოსმოსურ პროექტში (GLAST, ახლახანს დაერქვა ფერმის).

11.3. აშშ კონგრესის მოსმენები 2.ჯეფერსონის ეროვნული ლაბორატორიის დირექტორმა ჰიუ მონტგომერიმ ისაუბრა ლაბორატორიის წვლილის შესახებ ბირთვულ ფიზიკაში, ამაჩქარებლის ტექნოლოგიასა და საგანმანათლებლო პროგრამებში. ენერგეტიკის დეპარტამენტის მაღალი ენერგიის ფიზიკის მეცნიერების განყოფილების დირექტორმა, დენის კოვარმა ისაუბრა მაღალი ენერგიის ფიზიკის სამ ძირითად მიმართულებაზე:

1) ამაჩქარებლის კვლევა მაქსიმალური ენერგიებით,

2) ამაჩქარებლის შესწავლა მაქსიმალური ინტენსივობით,

3) სახმელეთო და თანამგზავრული კოსმოსური კვლევა ბნელი მატერიისა და ბნელი ენერგიის ბუნების გარკვევის მიზნით,

და სამი ძირითადი მიმართულება ბირთვულ ფიზიკაში:

1) კვარკებისა და გლუონების ძლიერი ურთიერთქმედების შესწავლა,

2) შესწავლა, თუ როგორ წარმოიქმნა ატომური ბირთვები პროტონებისა და ნეიტრონებისგან,

3) სუსტი ურთიერთქმედების შესწავლა ნეიტრინოების მონაწილეობით.

12. ფუნდამენტური მეცნიერების შესახებ

12.1. რა არის ფუნდამენტური მეცნიერება?ზემოთ მოყვანილი ტექსტიდან ირკვევა, რომ მე, ისევე როგორც მეცნიერთა უმეტესობა, ფუნდამენტურ მეცნიერებას ვუწოდებ მეცნიერების იმ ნაწილს, რომელიც ადგენს ბუნების ყველაზე ფუნდამენტურ კანონებს. ეს კანონები დევს მეცნიერების პირამიდის ან მისი ცალკეული სართულების საფუძველში. ისინი განსაზღვრავენ ცივილიზაციის გრძელვადიან განვითარებას. თუმცა არიან ადამიანები, რომლებიც ფუნდამენტურ მეცნიერებას უწოდებენ მეცნიერების იმ დარგებს, რომლებსაც აქვთ უდიდესი პირდაპირი გავლენა ცივილიზაციის განვითარების წამიერ მიღწევებზე. მე პირადად მიმაჩნია, რომ ამ სექციებსა და მიმართულებებს უკეთ ეძახიან გამოყენებითი მეცნიერება.

12.2. ფესვები და ნაყოფი.თუ ფუნდამენტური მეცნიერება შეიძლება შევადაროთ ხის ფესვებს, მაშინ გამოყენებითი მეცნიერება შეიძლება შევადაროთ მის ნაყოფებს. ძირითადი ტექნოლოგიური მიღწევები, როგორიცაა მობილური ტელეფონები ან ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციები, მეცნიერების ნაყოფია.

12.3. A. I. Herzen მეცნიერების შესახებ. 1845 წელს ალექსანდრე ივანოვიჩ ჰერცენმა (1812–1870) გამოაქვეყნა შესანიშნავი "წერილები ბუნების შესწავლის შესახებ" ჟურნალში Otechestvennye zapiski. პირველი წერილის ბოლოს მან დაწერა: „მეცნიერება რთული ჩანს არა იმიტომ, რომ ის მართლაც რთულია, არამედ იმიტომ, რომ მის სიმარტივეს სხვაგვარად ვერ მიაღწევ, გარდა მზა ცნებების სიბნელის გარღვევით, რომლებიც ხელს გიშლიან პირდაპირ ხედვაში. იცოდნენ მათ, ვინც წინ წამოიწია, რომ ჟანგიანი და უსარგებლო იარაღების მთელი არსენალი, რომელიც ჩვენ სქოლასტიციზმისგან მივიღეთ, უსარგებლოა, რომ აუცილებელია მეცნიერების მიღმა ჩამოყალიბებული შეხედულებების მსხვერპლად გაღება, რომ ყველაფრის გადაყრის გარეშე. ნახევარი ტყუილი, რომლითაც სიცხადისთვის იცვამენ ნახევრად სიმართლე”მეცნიერებაში ვერ შეხვალ, ვერ მიაღწევ მთელ ჭეშმარიტებას.”

12.4. სასკოლო პროგრამების შემცირების შესახებ.თანამედროვე ფიზიკის პროგრამები სკოლაში შეიძლება მოიცავდეს ელემენტარული ნაწილაკების თეორიის, ფარდობითობის თეორიისა და კვანტური მექანიკის ელემენტების აქტიურ დაუფლებას, თუ ისინი შეამცირებენ იმ მონაკვეთებს, რომლებიც ძირითადად აღწერითი ხასიათისაა და გაზრდის ბავშვის „ერუდიციას“ და არა სამყაროს გაგებას. მათ გარშემო და ცხოვრებისა და შექმნის უნარი.

12.5. დასკვნა.მართებული იქნებოდა, რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის პრეზიდიუმმა აღნიშნოს ახალგაზრდების მსოფლმხედველობის ადრეული გაცნობის მნიშვნელობა, რომელიც დაფუძნებულია ფარდობითობის თეორიისა და კვანტური მექანიკის მიღწევებზე და დაავალოს რუსეთის პრეზიდიუმის კომისიებს. მეცნიერებათა აკადემია სახელმძღვანელოებზე (თავმჯდომარე ვიცე-პრეზიდენტი ვ.ვ. კოზლოვი) და განათლება (თავმჯდომარე ვიცე-პრეზიდენტი - პრეზიდენტი ვ. ა. სადოვნიჩი) წინადადებების მომზადება საშუალო და უმაღლეს სკოლებში თანამედროვე ფუნდამენტური ფიზიკის სწავლების გასაუმჯობესებლად.

აღწერა

იმისათვის, რომ გარკვეულ კავშირს ეწოდოს ფიზიკური კანონი, ის უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგ მოთხოვნებს:

• ემპირიული დადასტურება. ფიზიკური კანონი ითვლება ჭეშმარიტად, თუ ის დადასტურებულია განმეორებითი ექსპერიმენტებით.
• მრავალმხრივობა. კანონი მოქმედი უნდა იყოს დიდი რაოდენობით ობიექტებზე. იდეალურია - სამყაროს ყველა ობიექტისთვის.
• მდგრადობა. ფიზიკური კანონები დროთა განმავლობაში არ იცვლება, თუმცა მათი აღიარება უფრო ზუსტი კანონების მიახლოებად შეიძლება.

ფიზიკური კანონები ჩვეულებრივ გამოიხატება როგორც მოკლე სიტყვიერი განცხადება ან კომპაქტური მათემატიკური ფორმულა:

მაგალითები

მთავარი სტატია: ფიზიკური კანონების სია

ზოგიერთი ყველაზე ცნობილი ფიზიკური კანონია:

კანონები-პრინციპები

ზოგიერთი ფიზიკური კანონი ბუნებით უნივერსალურია და არსებითად არის განმარტებები. ასეთ კანონებს ხშირად პრინციპებს უწოდებენ. ესენია, მაგალითად, ნიუტონის მეორე კანონი (ძალის განმარტება), ენერგიის შენარჩუნების კანონი (ენერგიის განმარტება), უმცირესი მოქმედების პრინციპი (მოქმედების განსაზღვრა) და ა.შ.

სიმეტრიის შედეგების კანონები

ზოგიერთი ფიზიკური კანონი სისტემაში არსებული გარკვეული სიმეტრიის მარტივი შედეგია. ამრიგად, ნოეთერის თეორემის მიხედვით კონსერვაციის კანონები სივრცისა და დროის სიმეტრიის შედეგია. და პაულის პრინციპი, მაგალითად, არის ელექტრონების იდენტურობის შედეგი (მათი ტალღის ფუნქციის ანტისიმეტრია ნაწილაკების გადალაგების მიმართ).

მიახლოებითი კანონები

ყველა ფიზიკური კანონი ემპირიული დაკვირვების შედეგია და ჭეშმარიტია იმ სიზუსტით, რომლითაც ჭეშმარიტია ექსპერიმენტული დაკვირვებები. ეს შეზღუდვა არ გვაძლევს იმის მტკიცებას, რომ რომელიმე კანონი აბსოლუტურია. ცნობილია, რომ ზოგიერთი კანონი აშკარად არ არის აბსოლუტურად ზუსტი, მაგრამ წარმოადგენს მიახლოებას უფრო ზუსტთან. ამრიგად, ნიუტონის კანონები მოქმედებს მხოლოდ საკმარისად მასიური სხეულებისთვის, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარეზე მნიშვნელოვნად დაბალი სიჩქარით. უფრო ზუსტია კვანტური მექანიკის და ფარდობითობის სპეციალური კანონები. თუმცა, ისინი, თავის მხრივ, არის კვანტური ველის თეორიის უფრო ზუსტი განტოლებების მიახლოებები.

იხილეთ ასევე

შენიშვნები

ფონდი ვიკიმედია. 2010 წელი.

ნახეთ, რა არის „კანონი (ფიზიკა)“ სხვა ლექსიკონებში:

ფიზიკა. 1. ფიზიკის საგანი და სტრუქტურა ფიზიკა არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს უმარტივესს და ამავდროულად ყველაზე მნიშვნელოვანს. ჩვენს გარშემო არსებული მატერიალური სამყაროს ობიექტების ზოგადი თვისებები და მოძრაობის კანონები. ამ საერთოობის შედეგად, არ არსებობს ბუნებრივი მოვლენები, რომლებსაც არ გააჩნიათ ფიზიკური თვისებები. თვისებები... ფიზიკური ენციკლოპედია

მეცნიერება, რომელიც სწავლობს ბუნებრივი ფენომენების უმარტივეს და ამავე დროს ყველაზე ზოგად ნიმუშებს, მატერიის წმინდა და სტრუქტურას და მისი მოძრაობის კანონებს. ფიზიოლოგიის ცნებები და მისი კანონები საფუძვლად უდევს ყველა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებას. ფ. მიეკუთვნება ზუსტ მეცნიერებებს და სწავლობს რაოდენობებს ... ფიზიკური ენციკლოპედია

სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი: გამჭვირვალე ერთგვაროვან გარემოში სინათლე მოძრაობს სწორი ხაზებით. სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონთან დაკავშირებით გაჩნდა სინათლის სხივის ცნება, რომელსაც აქვს გეომეტრიული მნიშვნელობა, როგორც ... ... ვიკიპედია

ფიზიკა- ფიზიკა, მეცნიერება, რომელიც ქიმიასთან ერთად სწავლობს ენერგიისა და მატერიის გარდაქმნის ზოგად კანონებს. ორივე მეცნიერება ეფუძნება საბუნებისმეტყველო მეცნიერების ორ ძირითად კანონს: მასის შენარჩუნების კანონს (ლომონოსოვის კანონი, ლავუაზიე) და ენერგიის შენარჩუნების კანონს (R. Mayer, Jaul... ... დიდი სამედიცინო ენციკლოპედია

ბოილ მარიოტის კანონი გაზის ერთ-ერთი ძირითადი კანონია. კანონს ეწოდა ირლანდიელი ფიზიკოსის, ქიმიკოსისა და ფილოსოფოსის რობერტ ბოილის (1627-1691) სახელი, რომელმაც აღმოაჩინა იგი 1662 წელს და ასევე ფრანგი ფიზიკოსის ედმე მარიოტის (1620-1684 წწ.), რომელმაც აღმოაჩინა... ... ვიკიპედია.

სტატისტიკური ფიზიკა თერმოდინამიკა მოლეკულური კინეტიკური თეორია სტატისტიკა ... ვიკიპედია

შეუმცირებელი ენტროპიის კანონი: „იზოლირებულ სისტემაში ენტროპია არ მცირდება“. თუ დროის რაღაც მომენტში დახურული სისტემა არის არათანაბარი მაკროსკოპულ მდგომარეობაში, მაშინ შემდგომ მომენტებში ყველაზე სავარაუდო შედეგია... ... ვიკიპედია

ცნების მოცულობასა და შინაარსს შორის შებრუნებული ურთიერთობის კანონი არის ფორმალური ლოგიკის კანონი კონცეფციის მოცულობისა და შინაარსის ცვლილებებს შორის ურთიერთობის შესახებ. თუ პირველი კონცეფცია უფრო ფართოა, ვიდრე მეორე, მაშინ ის უფრო ღარიბია შინაარსობრივად; თუ... ... ვიკიპედია

- (a. აფეთქების ფიზიკა; n. Physik der Explosion; f. physique de l explosion; i. fisica de explosion, fisica de estallido, fisica de detonacion) მეცნიერება, რომელიც სწავლობს აფეთქების ფენომენს და გარემოში მისი მოქმედების მექანიზმს. . მექანიკური გაუმართაობა....... გეოლოგიური ენციკლოპედია

- (მატერიის თხევადი მდგომარეობის ფიზიკა) ფიზიკის დარგი, რომელშიც შესწავლილია სითხეების მექანიკური და ფიზიკური თვისებები. სითხეების სტატისტიკური თეორია არის სტატისტიკური ფიზიკის ფილიალი. ყველაზე მნიშვნელოვანი შედეგი არის განტოლებების გამოყვანა... ... ვიკიპედია

ადამიანის საქმიანობის არც ერთ სფეროს არ შეუძლია ზუსტი მეცნიერებების გარეშე. და რაც არ უნდა რთული იყოს ადამიანური ურთიერთობები, ისინიც ამ კანონმდე მიდიან. გვთავაზობს გავიხსენოთ ფიზიკის კანონები, რომლებსაც ადამიანი ხვდება და განიცდის თავისი ცხოვრების ყოველ დღე.

ყველაზე მარტივი, მაგრამ ყველაზე მნიშვნელოვანი კანონია ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი.

ნებისმიერი დახურული სისტემის ენერგია მუდმივი რჩება სისტემაში მიმდინარე ყველა პროცესისთვის. და მე და შენ აღმოვჩნდებით სწორედ ასეთ დახურულ სისტემაში. იმათ. რამდენსაც გავცემთ, იმდენსაც მივიღებთ. თუ რაიმეს მიღება გვსურს, მანამდე ისევე უნდა მივცეთ. და მეტი არაფერი!

და ჩვენ, რა თქმა უნდა, გვინდა დიდი ხელფასი მივიღოთ სამსახურში წასვლის გარეშე. ხანდახან იქმნება ილუზია, რომ „სულელებს გაუმართლათ“ და ბედნიერება ბევრს ეცემა. წაიკითხეთ ნებისმიერი ზღაპარი. გმირებს მუდმივად უწევთ უზარმაზარი სირთულეების გადალახვა! ან ცივ წყალში ბანაობა, ან მდუღარე წყალში.

მამაკაცები ქალების ყურადღებას შეყვარებულობით იპყრობენ. ქალები, თავის მხრივ, ზრუნავენ ამ მამაკაცებსა და ბავშვებზე. Და ასე შემდეგ. ასე რომ, თუ რაიმეს მიღება გინდათ, ჯერ გაეცანით მის გაცემას.

მოქმედების ძალა რეაქციის ძალის ტოლია.

ფიზიკის ეს კანონი ასახავს წინას, პრინციპში. თუ ადამიანმა ჩაიდინა უარყოფითი ქმედება - შეგნებული თუ არა - და შემდეგ მიიღო პასუხი, ე.ი. ოპოზიცია. ზოგჯერ მიზეზი და შედეგი დროში იყოფა და შეიძლება მაშინვე ვერ გაიგოთ, რა მიმართულებით უბერავს ქარი. მთავარი, რაც უნდა გვახსოვდეს, არის ის, რომ არაფერი ხდება.

ბერკეტების კანონი.

არქიმედესმა წამოიძახა: მომეცი ფეხი და მე გადავძრავ დედამიწას!" ნებისმიერი წონის გადატანა შესაძლებელია, თუ სწორ ბერკეტს აირჩევთ. თქვენ ყოველთვის უნდა შეაფასოთ რამდენი ხანი დაგჭირდებათ ბერკეტი ამა თუ იმ მიზნის მისაღწევად და გამოიტანეთ დასკვნა თქვენთვის, დაადგინეთ პრიორიტეტები: გჭირდებათ ამდენი ძალისხმევა სწორი ბერკეტის შესაქმნელად და ამ წონის გადასატანად, თუ უფრო ადვილია? რომ თავი დაანებოს და სხვა საქმიანობით დაკავდეს.

გიმლეტის წესი.

წესი არის ის, რომ ის მიუთითებს მაგნიტური ველის მიმართულებაზე. ეს წესი პასუხობს მარადიულ კითხვას: ვინ არის დამნაშავე? და ეს მიუთითებს იმაზე, რომ ჩვენ თვითონ ვართ დამნაშავე ყველაფერში, რაც ხდება ჩვენს თავს. რაც არ უნდა შეურაცხმყოფელი იყოს, რა რთულიც არ უნდა იყოს, რაც არ უნდა უსამართლოდ მოგეჩვენოთ ერთი შეხედვით, ყოველთვის უნდა ვიცოდეთ, რომ პირველ რიგში ჩვენ თვითონ ვიყავით მიზეზი.

ფრჩხილის კანონი.

როდესაც ადამიანს უნდა ლურსმანი ჩაქუჩით, ის არ აკაკუნებს სადმე ლურსმანთან, ის ზუსტად აკაკუნებს ლურსმანზე. მაგრამ თავად ფრჩხილები კედლებში არ ცვივა. თქვენ ყოველთვის უნდა აირჩიოთ სწორი ჩაქუჩი, რათა თავიდან აიცილოთ ფრჩხილის გატეხვა სასხლეტით. ქულის გატანისას კი დარტყმა უნდა გამოთვალოთ, რომ თავი არ დაიხაროს. იყავით მარტივი, იზრუნეთ ერთმანეთზე. ისწავლეთ მეზობელზე ფიქრი.

და ბოლოს, ენტროპიის კანონი.

ენტროპია არის სისტემის არეულობის საზომი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, რაც მეტი ქაოსია სისტემაში, მით მეტია ენტროპია. უფრო ზუსტი ფორმულირება: სისტემებში მიმდინარე სპონტანური პროცესების დროს ენტროპია ყოველთვის იზრდება. როგორც წესი, ყველა სპონტანური პროცესი შეუქცევადია. ისინი იწვევს სისტემაში რეალურ ცვლილებებს და შეუძლებელია მისი პირვანდელ მდგომარეობაში დაბრუნება ენერგიის დახარჯვის გარეშე. ამ შემთხვევაში შეუძლებელია ზუსტად განმეორდეს (100%) მისი საწყისი მდგომარეობა.

უკეთ რომ გავიგოთ რა სახის წესრიგსა და აშლილობაზეა საუბარი, ჩავატაროთ ექსპერიმენტი. ჩაასხით შავი და თეთრი მარცვლები შუშის ქილაში. ჯერ დავამატებთ შავებს, შემდეგ თეთრებს. მარცვლები ორ ფენად იქნება განლაგებული: ქვემოთ შავი, ზემოდან თეთრი - ყველაფერი რიგზეა. შემდეგ რამდენჯერმე შეანჯღრიეთ ქილა. მარცვლები თანაბრად იქნება შერეული. და რამდენიც არ უნდა შევიძროთ ეს ქილა, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ მარცვლები კვლავ ორ ფენად დალაგდეს. აი, ენტროპია მოქმედებაში!

მდგომარეობა, როდესაც გრანულები ორ ფენად იყო დალაგებული, შეკვეთად ითვლება. მდგომარეობა, როდესაც მარცვლები თანაბრად არის შერეული, ითვლება მოუწესრიგებლად. მოწესრიგებულ მდგომარეობაში დაბრუნებას თითქმის სასწაული სჭირდება! ან განმეორებითი შრომატევადი მუშაობა მარცვლებით. და ბანკში ნგრევის მოხდენას თითქმის არანაირი ძალისხმევა არ სჭირდება.

მანქანის საჭე. როდესაც ის ამოტუმბავს, მას აქვს ჭარბი თავისუფალი ენერგია. ბორბალს შეუძლია მოძრაობა, რაც იმას ნიშნავს, რომ მუშაობს. ეს არის შეკვეთა. რა მოხდება, თუ საბურავი გახეხეთ? მასში წნევა დაიკლებს, თავისუფალი ენერგია გარემოში „გაქრება“ (გაიფანტება) და ასეთი ბორბალი ვეღარ იმუშავებს. ეს არის ქაოსი. სისტემის საწყის მდგომარეობაში დასაბრუნებლად, ე.ი. იმისათვის, რომ ყველაფერი მოწესრიგდეს, ბევრი სამუშაოა საჭირო: დალუქეთ შიდა მილი, დაამონტაჟეთ ბორბალი, გაბერეთ და ა.

სითბო ცხელი სხეულიდან ცივ სხეულზე გადადის და არა პირიქით. საპირისპირო პროცესი თეორიულად შესაძლებელია, მაგრამ პრაქტიკულად არავინ აიღებს ამის გაკეთებას, რადგან ეს მოითხოვს კოლოსალურ ძალისხმევას, სპეციალურ ინსტალაციას და აღჭურვილობას.

ასევე საზოგადოებაში. ხალხი ბერდება. სახლები ინგრევა. კლდეები ზღვაში იძირებიან. გალაქტიკები იფანტებიან. ყოველი რეალობა ჩვენს ირგვლივ სპონტანურად მიისწრაფვის არეულობისკენ.

თუმცა, ადამიანები ხშირად საუბრობენ უწესრიგობაზე, როგორც თავისუფლებაზე: ” არა, ჩვენ არ გვინდა წესრიგი! მოგვეცით ისეთი თავისუფლება, რომ ყველამ გააკეთოს ის, რაც უნდა!”მაგრამ როცა ყველა აკეთებს იმას, რაც სურს, ეს არ არის თავისუფლება - ეს არის ქაოსი. დღესდღეობით ბევრი აქებს უწესრიგობას, ხელს უწყობს ანარქიას - ერთი სიტყვით, ყველაფერს, რაც ანგრევს და ყოფს. მაგრამ თავისუფლება არ არის ქაოსში, თავისუფლება ზუსტად წესრიგშია.

თავისი ცხოვრების ორგანიზებით ადამიანი ქმნის უფასო ენერგიის მარაგს, რომელსაც შემდეგ იყენებს თავისი გეგმების განსახორციელებლად: სამუშაო, სწავლა, დასვენება, შემოქმედება, სპორტი და ა.შ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ის ეწინააღმდეგება ენტროპიას. თორემ როგორ შეგვეძლო ამ 250 წლის მანძილზე ამდენი მატერიალური სიმდიდრის დაგროვება?!

ენტროპია არის უწესრიგობის საზომი, ენერგიის შეუქცევადი გაფანტვის საზომი. რაც უფრო დიდია ენტროპია, მით მეტია უწესრიგობა. სახლი, რომელშიც არავინ ცხოვრობს, იშლება. დროთა განმავლობაში რკინა ჟანგდება და მანქანა ბერდება. ნადგურდება ურთიერთობები, რომლის შენარჩუნებაც არავინ ზრუნავს. ასეა ჩვენს ცხოვრებაში ყველაფერი, აბსოლუტურად ყველაფერი!

ბუნების ბუნებრივი მდგომარეობა არ არის წონასწორობა, არამედ ენტროპიის ზრდა. ეს კანონი უცვლელად მოქმედებს ერთი ადამიანის ცხოვრებაში. მას არაფრის გაკეთება არ სჭირდება, რომ მისი ენტროპია გაიზარდოს; ეს ხდება სპონტანურად, ბუნების კანონის მიხედვით. ენტროპიის (არეულობის) შესამცირებლად დიდი ძალისხმევაა საჭირო. ეს არის ერთგვარი შლაპი სულელურად პოზიტიური ადამიანებისთვის (წყალი არ მიედინება ქვის ქვეშ), რომელთაგან საკმაოდ ბევრია!

წარმატების შენარჩუნება მუდმივ ძალისხმევას მოითხოვს. თუ არ განვვითარდებით, მაშინ ვამცირებთ. და იმისათვის, რომ შევინარჩუნოთ ის, რაც ადრე გვქონდა, დღეს უფრო მეტი უნდა გავაკეთოთ, ვიდრე გუშინ. შეიძლება ნივთების მოწესრიგება და გაუმჯობესებაც კი: თუ სახლზე საღებავი გაცვეთილია, მისი შეღებვა შესაძლებელია და კიდევ უფრო ლამაზი, ვიდრე ადრე.

ადამიანებმა უნდა შეეცადონ „დაამშვიდონ“ თვითნებური დესტრუქციული ქცევა, რომელიც ყველგან ჭარბობს თანამედროვე მსოფლიოში, შეეცადონ შეამცირონ ქაოსის მდგომარეობა, რომელიც ჩვენ უზარმაზარ ზღვრებამდე დავაჩქარეთ. და ეს არის ფიზიკური კანონი და არა მხოლოდ დეპრესიისა და ნეგატიური აზროვნების შესახებ საუბარი. ყველაფერი ან ვითარდება ან უარესდება.

ცოცხალი ორგანიზმი იბადება, ვითარდება და კვდება და არავის უნახავს, ​​რომ სიკვდილის შემდეგ ცოცხლდება, ახალგაზრდავდება და ბრუნდება თესლში ან საშვილოსნოში. როცა ამბობენ, რომ წარსული არასოდეს ბრუნდება, მაშინ, რა თქმა უნდა, გულისხმობენ, პირველ რიგში, ცხოვრებისეულ ფენომენებს. ორგანიზმების განვითარება ადგენს დროის ისრის პოზიტიურ მიმართულებას და სისტემის ერთი მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლა ყოველთვის ერთი და იგივე მიმართულებით ხდება ყველა პროცესისთვის გამონაკლისის გარეშე.

ვალერიან ჩუპინი

ინფორმაციის წყარო: ჩაიკოვსკი.ნიუსი

კომენტარები (3)

თანამედროვე საზოგადოების სიმდიდრე იზრდება და გაგრძელდება კიდევ უფრო მეტად, უპირველეს ყოვლისა, უნივერსალური შრომით. ინდუსტრიული კაპიტალი იყო სოციალური წარმოების პირველი ისტორიული ფორმა, როდესაც დაიწყო საყოველთაო შრომის ინტენსიური ექსპლუატაცია. და პირველი, ის, რომელიც მან უფასოდ მიიღო. მეცნიერება, როგორც მარქსმა აღნიშნა, კაპიტალს არაფერი უჯდება. მართლაც, არც ერთ კაპიტალისტს არ გადაუხდია ანაზღაურება არქიმედეს, კარდანოს, გალილეოს, ჰაიგენსს ან ნიუტონს მათი იდეების პრაქტიკული გამოყენებისთვის. მაგრამ ეს არის ინდუსტრიული კაპიტალი მასობრივი მასშტაბით, რომელიც იწყებს მექანიკური ტექნოლოგიის ექსპლუატაციას და, შესაბამისად, მასში განსახიერებული ზოგადი შრომის გამოყენებას. Marx K, Engels F. Soch., ტ.25, ნაწილი 1, გვ. 116.

ფიზიკის ძირითადი კანონები

[ მექანიკა | თერმოდინამიკა | ელექტროენერგია | ოპტიკა | ატომური ფიზიკა]

კონსერვაციისა და ტრანსფორმაციის კანონის ენერგიები - ბუნების ზოგადი კანონი: ნებისმიერი დახურული სისტემის ენერგია რჩება მუდმივი (კონსერვირებული) სისტემაში მიმდინარე ყველა პროცესის დროს. ენერგიის მხოლოდ ერთი ფორმიდან მეორეში გადაქცევა და სისტემის ნაწილებს შორის გადანაწილება შესაძლებელია. ღია სისტემისთვის მისი ენერგიის ზრდა (კლება) უდრის მასთან ურთიერთქმედების სხეულებისა და ფიზიკური ველების ენერგიის შემცირებას (მატებას).

1. მექანიკა

არქიმედეს კანონი - ჰიდრო- და აეროსტატიკის კანონი: სითხეში ან აირში ჩაძირულ სხეულზე მოქმედებს ვერტიკალურად ზევით მიმართული მძლავრი ძალა, რომელიც რიცხობრივად უდრის სხეულის მიერ გადაადგილებული სითხის ან აირის წონას და გამოიყენება ცენტრში. სხეულის ჩაძირული ნაწილის სიმძიმის. FA= gV, სადაც r არის სითხის ან აირის სიმკვრივე, V არის სხეულის ჩაძირული ნაწილის მოცულობა. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ის შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: სითხეში ან აირში ჩაძირული სხეული კარგავს იმდენ წონას, რამდენსაც იწონის მის მიერ გადაადგილებული სითხე (ან აირი). შემდეგ P= მგ - FA სხვა ჯგუფი ღიაა. მეცნიერი არქიმედესი 212 წელს. ძვ.წ. ეს არის მცურავი სხეულების თეორიის საფუძველი.

უნივერსალური მიზიდულობის კანონი - ნიუტონის მიზიდულობის კანონი: ყველა სხეული მიზიდულია ერთმანეთთან ამ სხეულების მასების ნამრავლის პირდაპირპროპორციული ძალით და მათ შორის მანძილის კვადრატის უკუპროპორციული ძალით: , სადაც M და m არის მასები. ურთიერთმოქმედი სხეულების R არის მანძილი ამ სხეულებს შორის, G არის გრავიტაციული მუდმივი (SI G=6.67.10-11 N.m2/kg2.

ფარდობითობის გალილეოს პრინციპი, ფარდობითობის მექანიკური პრინციპი - კლასიკური მექანიკის პრინციპი: ნებისმიერ ინერციულ საცნობარო სისტემაში, ყველა მექანიკური ფენომენი ერთნაირად მიმდინარეობს იმავე პირობებში. Ოთხ. ფარდობითობის პრინციპი.

ჰუკის კანონი - კანონი, რომლის მიხედვითაც ელასტიური დეფორმაციები პირდაპირპროპორციულია მათ გამომწვევი გარე ზემოქმედებისა.

იმპულსის კონსერვაციის კანონი - მექანიკის კანონი: ნებისმიერი დახურული სისტემის იმპულსი, სისტემაში მიმდინარე ყველა პროცესის დროს, რჩება მუდმივი (კონსერვირებული) და შეიძლება გადანაწილდეს მხოლოდ სისტემის ნაწილებს შორის მათი ურთიერთქმედების შედეგად.

ნიუტონის კანონები - სამი კანონი, რომელიც ეფუძნება ნიუტონის კლასიკურ მექანიკას. 1 კანონი (ინერციის კანონი): მატერიალური წერტილი არის სწორხაზოვანი და ერთგვაროვანი მოძრაობის ან დასვენების მდგომარეობაში, თუ მასზე სხვა სხეულები არ მოქმედებენ ან ამ სხეულების მოქმედება კომპენსირდება. მე-2 კანონი (დინამიკის ძირითადი კანონი): სხეულის მიერ მიღებული აჩქარება პირდაპირპროპორციულია სხეულზე მოქმედი ყველა ძალის შედეგისა და სხეულის მასის უკუპროპორციულია (). მე-3 კანონი: ორი მატერიალური წერტილი ურთიერთქმედებს ერთმანეთზე იმავე ბუნების ძალებით, რომლებიც ტოლია სიდიდით და საპირისპირო მიმართულებით ამ წერტილების დამაკავშირებელი სწორი ხაზის გასწვრივ ().

ფარდობითობის პრინციპი - ფარდობითობის თეორიის ერთ-ერთი პოსტულატი, რომელიც ამბობს, რომ ნებისმიერ ინერციულ საცნობარო სისტემაში ყველა ფიზიკური (მექანიკური, ელექტრომაგნიტური და ა.შ.) ფენომენი ერთსა და იმავე პირობებში ერთნაირად მიმდინარეობს. ეს არის გალილეოს ფარდობითობის პრინციპის განზოგადება ყველა ფიზიკურ მოვლენაზე (გარდა გრავიტაციისა).

2. მოლეკულური ფიზიკა და თერმოდინამიკა

ავოგადროს კანონი იდეალური აირების ერთ-ერთი ძირითადი კანონია: სხვადასხვა გაზების თანაბარი მოცულობა იმავე ტემპერატურასა და წნევაზე შეიცავს მოლეკულების ერთსა და იმავე რაოდენობას. გაიხსნა 1811 წელს იტალიაში. ფიზიკოსი ა.ავოგადრო (1776-1856).

ბოილ-მარიოტის კანონი - იდეალური აირის ერთ-ერთი კანონი: მოცემული აირის მოცემული მასისთვის მუდმივ ტემპერატურაზე, წნევისა და მოცულობის პროდუქტი არის მუდმივი მნიშვნელობა. ფორმულა: pV=const. აღწერს იზოთერმული პროცესს.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი თერმოდინამიკის ერთ-ერთი ძირითადი კანონია, რომლის მიხედვითაც შეუძლებელია პერიოდული პროცესი, რომლის ერთადერთი შედეგია სამუშაოს შესრულება, რომელიც ექვივალენტურია გამათბობელიდან მიღებული სითბოს რაოდენობით. სხვა ფორმულირება: შეუძლებელია პროცესი, რომლის ერთადერთი შედეგია ენერგიის გადაცემა სითბოს სახით ნაკლებად გახურებული სხეულიდან უფრო გახურებულზე. ვ.ზ.ტ. გამოხატავს სისტემის სურვილს, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით ქაოტურად მოძრავი ნაწილაკებისგან, სპონტანურად გადავიდეს ნაკლებად სავარაუდო მდგომარეობიდან უფრო სავარაუდო მდგომარეობებზე. კრძალავს მეორე სახის მუდმივი მოძრაობის აპარატის შექმნას.

გეი-ლუსაკის კანონი - გაზის კანონი: მოცემული გაზის მოცემული მასისთვის მუდმივი წნევის დროს, მოცულობის შეფარდება აბსოლუტურ ტემპერატურასთან არის მუდმივი მნიშვნელობა, სადაც = 1/273 K-1 არის მოცულობითი გაფართოების ტემპერატურული კოეფიციენტი.

დალტონის კანონი გაზის ერთ-ერთი ძირითადი კანონია: ქიმიურად შეუთავსებელი იდეალური აირების ნარევის წნევა უდრის ამ გაზების ნაწილობრივი წნევის ჯამს.

პასკალის კანონი არის ჰიდროსტატიკის ძირითადი კანონი: სითხის ან აირის ზედაპირზე გარე ძალების მიერ წარმოქმნილი წნევა თანაბრად გადადის ყველა მიმართულებით.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი არის თერმოდინამიკის ერთ-ერთი ძირითადი კანონი, რომელიც არის თერმოდინამიკური სისტემის ენერგიის შენარჩუნების კანონი: სისტემაში გადაცემული სითბოს რაოდენობა Q იხარჯება U სისტემის შიდა ენერგიის შეცვლაზე და სამუშაოს შესრულებაზე. A სისტემის მიერ გარე ძალების წინააღმდეგ. ფორმულა: Q= U+A. იგი ემყარება სითბოს ძრავების მუშაობას.

ჩარლის კანონი გაზის ერთ-ერთი ძირითადი კანონია: იდეალური აირის მოცემული მასის წნევა მუდმივ მოცულობაზე პირდაპირპროპორციულია ტემპერატურისა: სადაც p0 არის წნევა 00C ტემპერატურაზე, =1/273.15 K-1 არის ტემპერატურის კოეფიციენტი. წნევის.

3. ელექტროენერგია და მაგნიტიზმი

AMPERE LAW - ორი გამტარის დენებთან ურთიერთქმედების კანონი; პარალელური დირიჟორები იმავე მიმართულებით დენებით იზიდავენ, ხოლო პარალელური გამტარები საპირისპირო მიმართულებით დენებით იზიდავენ. ა.ზ. ასევე უწოდებენ კანონს, რომელიც განსაზღვრავს ძალას, რომელიც მოქმედებს მაგნიტურ ველში დირიჟორის მცირე სეგმენტზე, რომელიც ატარებს დენს. გაიხსნა 1820 წელს ᲕᲐᲠ. ამპერი.

JOULE-LENZ LAW - კანონი, რომელიც აღწერს ელექტრული დენის თერმულ ეფექტს. დ.-ს მიხედვით - ლ.ზ. გამტარში გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა, როდესაც მასში პირდაპირი დენი გადის, პირდაპირპროპორციულია დენის კვადრატის, გამტარის წინააღმდეგობისა და ტრანზიტის დროისა.

დამუხტვის კონსერვაციის კანონი ბუნების ერთ-ერთი ფუნდამენტური კანონია: ნებისმიერი ელექტრულად იზოლირებული სისტემის ელექტრული მუხტების ალგებრული ჯამი უცვლელი რჩება. ელექტრო იზოლირებულ სისტემაში ზ.ს.ზ. საშუალებას იძლევა გამოჩნდეს ახალი დამუხტული ნაწილაკები (მაგალითად, ელექტროლიტური დისოციაციის დროს, აირების იონიზაცია, ნაწილაკ-ანტინაწილაკების წყვილების შექმნა და ა.შ.), მაგრამ წარმოქმნილი ნაწილაკების მთლიანი ელექტრული მუხტი ყოველთვის უნდა იყოს ნულის ტოლი.

კულომის კანონი ელექტროსტატიკის ძირითადი კანონია, რომელიც გამოხატავს ურთიერთქმედების ძალის დამოკიდებულებას ორ სტაციონარული წერტილის მუხტს შორის მათ შორის მანძილზე: ორი სტაციონარული წერტილის მუხტი ურთიერთქმედებს ძალასთან, რომელიც პირდაპირპროპორციულია ამ მუხტების სიდიდის ნამრავლისა და უკუპროპორციული. მათ შორის მანძილის კვადრატამდე და იმ გარემოს დიელექტრიკულ მუდმივებამდე, რომელშიც განლაგებულია მუხტები. SI-ში მას აქვს ფორმა: . მნიშვნელობა რიცხობრივად უდრის ძალას, რომელიც მოქმედებს ორ სტაციონალურ წერტილოვან მუხტს შორის თითო 1 C, რომლებიც მდებარეობს ვაკუუმში ერთმანეთისგან 1 მ მანძილზე. კ.ზ. ელექტროდინამიკის ერთ-ერთი ექსპერიმენტული დასაბუთებაა.

მარცხენა ხელის წესი - წესი, რომელიც განსაზღვრავს იმ ძალის მიმართულებას, რომელიც მოქმედებს მაგნიტურ ველში მდებარე დენის გამტარზე (ან მოძრავ დამუხტულ ნაწილაკზე). ნათქვამია: თუ მარცხენა ხელი ისეა განლაგებული, რომ გაშლილი თითები მიუთითებს დენის მიმართულებაზე (ნაწილაკების სიჩქარე), ხოლო მაგნიტური ველის ხაზები (მაგნიტური ინდუქციის ხაზები) შედის ხელისგულში, მაშინ გაშლილი ცერა თითი მიუთითებს ძალის მიმართულებას. მოქმედებს გამტარზე (დადებითი ნაწილაკი; უარყოფითი ნაწილაკების შემთხვევაში ძალის მიმართულება საპირისპიროა).

LENZA RULE (კანონი) - წესი, რომელიც განსაზღვრავს ელექტრომაგნიტური ინდუქციის დროს წარმოქმნილი ინდუქციური დენების მიმართულებას. ლ.პ. ინდუცირებულ დენს ყოველთვის აქვს ისეთი მიმართულება, რომ საკუთარი მაგნიტური ნაკადი ანაზღაურებს გარე მაგნიტური ნაკადის ცვლილებებს, რამაც გამოიწვია ეს დენი. ლ.პ. - ენერგიის შენარჩუნების კანონის შედეგი.

OMA LAW არის ელექტრული დენის ერთ-ერთი ძირითადი კანონი: პირდაპირი ელექტრული დენის სიძლიერე მიკროსქემის მონაკვეთში პირდაპირპროპორციულია ძაბვისა ამ მონაკვეთის ბოლოებში და უკუპროპორციულია მის წინააღმდეგობასთან. მოქმედებს ლითონის გამტარებისთვის და ელექტროლიტებისთვის, რომელთა ტემპერატურა შენარჩუნებულია მუდმივი. სრული მიკროსქემის შემთხვევაში იგი ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: წრეში პირდაპირი ელექტრული დენის სიძლიერე დენის წყაროს ემფ-ის პირდაპირპროპორციულია და ელექტრული წრედის მთლიანი წინაღობის უკუპროპორციულია.

მარჯვენა ხელის წესი - წესი, რომელიც განსაზღვრავს 1) ინდუქციური დენის მიმართულებას მაგნიტურ ველში მოძრავ გამტარში: თუ მარჯვენა ხელის ხელი ისეა განლაგებული, რომ მაგნიტური ინდუქციის ხაზები შევიდეს მასში, ხოლო მოხრილი ცერა თითი მიმართულია გასწვრივ. მოძრაობა

დირიჟორი, შემდეგ ოთხი გაშლილი თითი აჩვენებს ინდუქციური დენის მიმართულებას; 2) სწორი გამტარის მაგნიტური ინდუქციის ხაზების მიმართულება დენით: თუ მარჯვენა ხელის ცერა თითი განლაგებულია დენის მიმართულებით, მაშინ დირიჟორის ოთხი თითით დაჭერის მიმართულება აჩვენებს მაგნიტური ინდუქციის მიმართულებას. ხაზები.

ფარადეის კანონები - ელექტროლიზის ძირითადი კანონები. ფარადეის პირველი კანონი: ელექტრული დენის გავლისას ელექტროდზე გამოთავისუფლებული ნივთიერების მასა პირდაპირპროპორციულია ელექტროლიტში გამავალი ელექტროენერგიის (მუხტის) რაოდენობისა (m=kq=kIt). მეორე F.Z.: სხვადასხვა ნივთიერების მასების თანაფარდობა, რომლებიც განიცდიან ქიმიურ გარდაქმნებს ელექტროდებზე, როდესაც იდენტური ელექტრული მუხტები ელექტროლიტში გადის, უდრის ქიმიური ეკვივალენტების თანაფარდობას. დაყენებულია 1833-34 წლებში მ.ფარადეის მიერ. ელექტროლიზის განზოგადებულ კანონს აქვს ფორმა: , სადაც M არის მოლური (ატომური) მასა, z არის ვალენტობა, F არის ფარადეის მუდმივა. ფ.პ. უდრის ელემენტარული ელექტრული მუხტისა და ავოგადროს მუდმივის ნამრავლს. F=e.NA. განსაზღვრავს მუხტს, რომლის ელექტროლიტის გავლით გავლა იწვევს ელექტროდზე მონოვალენტური ნივთიერების 1 მოლის გამოყოფას. F=(96484.56 0.27) უჯრედი/მოლ. დასახელებული მ.ფარადეის პატივსაცემად.

ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონი - კანონი, რომელიც აღწერს ელექტრული ველის წარმოქმნის ფენომენს მაგნიტური ველის ცვლილებისას (ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ფენომენი): ინდუქციის ელექტრომაგნიტური ძალა პირდაპირპროპორციულია მაგნიტური ნაკადის ცვლილების სიჩქარის მიმართ. პროპორციულობის კოეფიციენტი განისაზღვრება ერთეულების სისტემით, ნიშანი არის ლენცის წესი. ფორმულა SI-ში: , სადაც Ф არის მაგნიტური ნაკადის ცვლილება და t არის დრო, რომლის დროსაც მოხდა ეს ცვლილება. აღმოაჩინა მ.ფარადეიმ.

4. ოპტიკა

ჰაიგენის პრინციპი არის მეთოდი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ტალღის ფრონტის პოზიცია ნებისმიერ დროს. გ.პ. ყველა წერტილი, რომლითაც გადის ტალღის ფრონტი t დროს, არის მეორადი სფერული ტალღების წყარო, ხოლო ტალღის ფრონტის სასურველი პოზიცია t t დროს ემთხვევა ზედაპირს, რომელიც მოიცავს ყველა მეორად ტალღებს. საშუალებას გაძლევთ ახსნათ სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონები.

HUYGENS - FRESNEL - პრინციპი - ტალღის გავრცელების ამოცანების გადაჭრის სავარაუდო მეთოდი. გ.-ფ. p. ნათქვამია: ნებისმიერ წერტილში, რომელიც მდებარეობს თვითნებური დახურული ზედაპირის გარეთ, რომელიც ფარავს სინათლის წერტილოვან წყაროს, ამ წყაროს მიერ აღგზნებული სინათლის ტალღა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს მითითებული დახურული ზედაპირის ყველა წერტილის მიერ გამოსხივებული მეორადი ტალღების ჩარევის შედეგად. საშუალებას გაძლევთ გადაჭრათ სინათლის დიფრაქციის უმარტივესი პრობლემები.

ტალღის არეკვლის კანონი - დაცემის სხივი, არეკლილი სხივი და პერპენდიკულარული, აღდგენილი სხივის დაცემის წერტილამდე, მდებარეობს იმავე სიბრტყეში და დაცემის კუთხე ტოლია გარდატეხის კუთხის. კანონი მოქმედებს სარკისებური ანარეკლისთვის.

სინათლის გარდატეხა - სინათლის გავრცელების მიმართულების ცვლილება (ელექტრომაგნიტური ტალღა) ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას, რომელიც განსხვავდება პირველიდან გარდატეხის ინდექსით. რეფრაქციისთვის კანონი დაკმაყოფილებულია: დაცემის სხივი, გარდატეხილი სხივი და პერპენდიკულარი, რომელიც აღდგენილია სხივის დაცემის წერტილში, ერთ სიბრტყეშია და ამ ორი მედიისთვის დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება. გარდატეხის კუთხის სინუსი არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელსაც ეწოდება მეორე გარემოს ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი პირველთან შედარებით.

სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელების კანონი - გეომეტრიული ოპტიკის კანონი, რომელიც ამბობს, რომ სინათლე ვრცელდება ერთგვაროვან გარემოში სწორხაზოვნად. ხსნის, მაგალითად, ჩრდილისა და პენუმბრას წარმოქმნას.

6. ატომური და ბირთვული ფიზიკა.

BOHR POSTULATES - ძირითადი ვარაუდები, რომლებიც ნ. ბორის მიერ მტკიცებულების გარეშე იქნა შემოტანილი და ბორის თეორიის საფუძველს წარმოადგენს: 1) ატომური სისტემა სტაბილურია მხოლოდ სტაციონარულ მდგომარეობებში, რომლებიც შეესაბამება ატომური ენერგიის მნიშვნელობების დისკრეტულ თანმიმდევრობას. ამ ენერგიის ყოველი ცვლილება დაკავშირებულია ატომის სრულ გადასვლასთან ერთი სტაციონარული მდგომარეობიდან მეორეში. 2) ატომის მიერ ენერგიის შთანთქმა და გამოსხივება ხდება კანონის მიხედვით, რომლის მიხედვითაც გადასვლასთან დაკავშირებული გამოსხივება მონოქრომატულია და აქვს სიხშირე: h = Ei-Ek, სადაც h არის პლანკის მუდმივი და Ei და Ek. არის ატომის ენერგიები სტაციონარულ მდგომარეობებში

ამ კანონის თანახმად, პროცესი, რომლის ერთადერთი შედეგია ენერგიის გადაცემა სითბოს სახით ცივი სხეულიდან ცხელზე, შეუძლებელია თავად სისტემაში და გარემოში ცვლილებების გარეშე.
თერმოდინამიკის მეორე კანონი გამოხატავს სისტემის ტენდენციას, რომელიც შედგება დიდი რაოდენობით ქაოტურად მოძრავი ნაწილაკებისგან, სპონტანურად გადავიდეს ნაკლებად სავარაუდო მდგომარეობიდან უფრო სავარაუდო მდგომარეობებზე. კრძალავს მეორე სახის მუდმივი მოძრაობის აპარატის შექმნას.
იდეალური აირების თანაბარი მოცულობა იმავე ტემპერატურასა და წნევაზე შეიცავს მოლეკულების ერთსა და იმავე რაოდენობას.
კანონი 1811 წელს აღმოაჩინა იტალიელმა ფიზიკოსმა ა. ავოგადრომ (1776–1856).
ურთიერთქმედების კანონი, რომლებიც მიედინება დირიჟორებში, რომლებიც მიედინება ერთმანეთისგან მცირე მანძილზე, ამბობს: პარალელური დირიჟორები იმავე მიმართულებით დენებით იზიდავენ, ხოლო საპირისპირო მიმართულებით დენებით ისინი მოგერიებენ.
კანონი 1820 წელს აღმოაჩინა A.M. Ampere-მ.
ჰიდრო და აეროსტატიკის კანონი: სითხეში ან აირში ჩაძირულ სხეულზე მოქმედებს გამაძლიერებელი ძალა, რომელიც მიმართულია ვერტიკალურად ზემოთ, სხეულის მიერ გადაადგილებული სითხის ან გაზის წონის ტოლი და გამოიყენება ჩაძირული სიმძიმის ცენტრში. სხეულის ნაწილი. FA = gV, სადაც g არის სითხის ან აირის სიმკვრივე, V არის სხეულის ჩაძირული ნაწილის მოცულობა.
წინააღმდეგ შემთხვევაში, კანონი შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: სითხეში ან აირში ჩაძირული სხეული კარგავს იმდენ წონას, რამდენსაც იწონის მის მიერ გადაადგილებული სითხე (ან აირი). შემდეგ P = მგ - FA.
კანონი აღმოაჩინა ძველმა ბერძენმა მეცნიერმა არქიმედესმა 212 წ. ე. ეს არის მცურავი სხეულების თეორიის საფუძველი.
იდეალური გაზის ერთ-ერთი კანონი: მუდმივ ტემპერატურაზე გაზის წნევის და მისი მოცულობის პროდუქტი არის მუდმივი მნიშვნელობა. ფორმულა: pV = const. აღწერს იზოთერმული პროცესს. უნივერსალური მიზიდულობის კანონი, ან ნიუტონის მიზიდულობის კანონი: ყველა სხეული იზიდავს ერთმანეთს ამ სხეულების მასების ნამრავლის პირდაპირპროპორციული ძალით და მათ შორის მანძილის კვადრატის უკუპროპორციული ძალით. ამ კანონის მიხედვით, მყარი სხეულის ელასტიური დეფორმაციები პირდაპირპროპორციულია იმ გარეგანი ზემოქმედებისა, რომელიც იწვევს მათ. აღწერს ელექტრული დენის თერმულ ეფექტს: გამტარში გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა, როდესაც მასში პირდაპირი დენი გადის, პირდაპირპროპორციულია დენის კვადრატის, გამტარის წინააღმდეგობისა და გავლის დროისა. აღმოაჩინა ჯოულმა და ლენცმა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად მე-19 საუკუნეში. ელექტროსტატიკის ძირითადი კანონი, რომელიც გამოხატავს ურთიერთქმედების ძალის დამოკიდებულებას ორ სტაციონარული წერტილის მუხტს შორის მათ შორის მანძილზე: ორი სტაციონარული წერტილის მუხტი ურთიერთქმედებს ძალასთან, რომელიც პირდაპირპროპორციულია ამ მუხტების სიდიდეების ნამრავლისა და უკუპროპორციული კვადრატისა. მათ შორის მანძილისა და იმ გარემოს დიელექტრიკულ მუდმივზე, რომელშიც განლაგებულია მუხტები. მნიშვნელობა რიცხობრივად უდრის ძალას, რომელიც მოქმედებს ორ სტაციონალურ წერტილოვან მუხტს შორის 1 C, რომელთაგან თითოეული მდებარეობს ვაკუუმში, ერთმანეთისგან 1 მ მანძილზე.
კულონის კანონი ელექტროდინამიკის ერთ-ერთი ექსპერიმენტული დასაბუთებაა. გაიხსნა 1785 წელს
ელექტრული დენის ერთ-ერთი ძირითადი კანონი: პირდაპირი ელექტრული დენის სიძლიერე მიკროსქემის მონაკვეთში პირდაპირპროპორციულია ძაბვისა ამ მონაკვეთის ბოლოებში და უკუპროპორციულია მის წინააღმდეგობასთან. მოქმედებს ლითონის გამტარებისთვის და ელექტროლიტებისთვის, რომელთა ტემპერატურა შენარჩუნებულია მუდმივი. სრული მიკროსქემის შემთხვევაში იგი ჩამოყალიბებულია შემდეგნაირად: წრეში პირდაპირი ელექტრული დენის სიძლიერე დენის წყაროს ემფ-ის პირდაპირპროპორციულია და ელექტრული წრედის მთლიანი წინაღობის უკუპროპორციულია.

აღმოაჩინა 1826 წელს G.S. Ohm.