Kokie yra pagrindiniai fizikos dėsniai? Fizika: pagrindinės sąvokos, formulės, dėsniai. Pagrindiniai fizikos dėsniai, kuriuos žmogus turėtų žinoti Pagrindiniai klasikinės fizikos dėsniai

1.1. Anotacija. Reliatyvumo teorijos ir kvantinės mechanikos dėsniai, pagal kuriuos vyksta elementariųjų materijos dalelių judėjimas ir sąveika, iš anksto nulemia pačių įvairiausių įvairių gamtos mokslų tyrinėtų reiškinių raštų susidarymą ir atsiradimą. Šie dėsniai yra šiuolaikinių aukštųjų technologijų pagrindas ir iš esmės lemia mūsų civilizacijos būklę ir raidą. Todėl susipažinti su fundamentaliosios fizikos pagrindais būtina ne tik studentams, bet ir moksleiviams. Aktyvus pagrindinių žinių apie pasaulio sandarą turėjimas būtinas žmogui, ateinančiam į gyvenimą, norint rasti savo vietą šiame pasaulyje ir sėkmingai tęsti mokslus.

1.2. Kas yra pagrindinis šios ataskaitos sunkumas. Ji skirta tiek elementariųjų dalelių fizikos srities specialistams, tiek daug platesnei auditorijai: su elementariosiomis dalelėmis nesusitvarkantiems fizikams, matematikams, chemikams, biologams, energetikams, ekonomistams, filosofams, kalbininkams, ... Kad būtų pakankamai Tiksliau, turiu naudoti pagrindinės fizikos terminus ir formules. Kad mane suprastų, turiu nuolat aiškinti šiuos terminus ir formules. Jei elementariųjų dalelių fizika nėra jūsų specialybė, pirmiausia skaitykite tik tuos skyrius, kurių pavadinimai nepažymėti žvaigždutėmis. Tada pabandykite perskaityti skyrius su viena žvaigždute *, dviem ** ir galiausiai trimis ***. Per reportažą apie daugumą skyrių pavyko pakalbėti be žvaigždučių, bet likusiems laiko nebeliko.

1.3. Elementariųjų dalelių fizika. Dalelių fizika yra visų gamtos mokslų pagrindas. Jis tiria mažiausias materijos daleles ir pagrindinius jų judėjimo bei sąveikos modelius. Galiausiai būtent šie dėsningumai nulemia visų Žemėje ir danguje esančių objektų elgesį. Dalelių fizika nagrinėja tokias pagrindines sąvokas kaip erdvė ir laikas; materija; energija, impulsas ir masė; suktis. (Dauguma skaitytojų turi idėją apie erdvę ir laiką, galbūt jie yra girdėję apie masės ir energijos ryšį ir neįsivaizduoja, ką su tuo turi impulsas, ir vargu ar atspėja apie svarbiausią sukimosi vaidmenį fizikoje. Net nesusitaria, ką vadinti materija, dar ekspertais.) Dalelių fizika buvo sukurta XX a. Jo sukūrimas yra neatsiejamai susijęs su dviejų didžiausių teorijų žmonijos istorijoje sukūrimu: reliatyvumo teorija ir kvantine mechanika. Pagrindinės šių teorijų konstantos yra šviesos greitis c ir Planko konstanta h.

1.4. Reliatyvumo teorija. XX amžiaus pradžioje atsiradusi specialioji reliatyvumo teorija užbaigė daugelio mokslų, tyrinėjusių tokius klasikinius reiškinius kaip elektra, magnetizmas ir optika, sintezę, sukurdama mechaniką kūnų greičiu, panašiu į šviesos greitį. (Klasikinė nereliatyvistinė Niutono mechanika nagrinėjo greitį v<<c.) Tada, 1915 m., buvo sukurta bendroji reliatyvumo teorija, kuri buvo panaudota gravitacinėms sąveikoms apibūdinti, atsižvelgiant į šviesos greičio baigtinumą. c.

1.5. Kvantinė mechanika. Kvantinė mechanika, sukurta praėjusio amžiaus 20-ajame dešimtmetyje, paaiškino atomų struktūrą ir savybes, remdamasi elektronų dvigubomis bangų dalelių savybėmis. Ji paaiškino daugybę cheminių reiškinių, susijusių su atomų ir molekulių sąveika. Ir leido apibūdinti šviesos emisijos ir sugerties jais procesus. Supraskite informaciją, kurią mums atneša Saulės ir žvaigždžių šviesa.

1.6. Kvantinio lauko teorija. Reliatyvumo teorijos ir kvantinės mechanikos suvienodinimas paskatino sukurti kvantinio lauko teoriją, kuri leidžia labai tiksliai aprašyti svarbiausias materijos savybes. Žinoma, kvantinio lauko teorija yra pernelyg sudėtinga, kad ją paaiškintų moksleiviams. Tačiau XX amžiaus viduryje joje atsirado vaizdinė Feynmano diagramų kalba, kuri radikaliai supaprastina daugelio kvantinio lauko teorijos aspektų supratimą. Vienas iš pagrindinių šio pokalbio tikslų – parodyti, kaip Feynmano diagramų pagalba galima paprasčiausiai suprasti plačiausią reiškinių spektrą. Tuo pat metu plačiau apsistosiu ties klausimais, kurie toli gražu ne visiems kvantinio lauko teorijos ekspertams žinomi (pavyzdžiui, apie klasikinės ir kvantinės gravitacijos ryšį), o tik menkai apibūdinsiu problemas, plačiai aptarinėjamas liaudyje. mokslinė literatūra.

1.7. Elementariųjų dalelių tapatumas. Elementariosiomis dalelėmis vadinamos mažiausios nedalomos materijos dalelės, iš kurių yra pastatytas visas pasaulis. Įspūdingiausia savybė, skirianti šias daleles nuo įprastų neelementariųjų dalelių, pavyzdžiui, smėlio grūdelių ar karoliukų, yra ta, kad visos tos pačios rūšies elementarios dalelės, pavyzdžiui, visi elektronai Visatoje yra absoliučiai (!) vienodi - identiški. Ir dėl to jų paprasčiausios surištos būsenos yra identiškos viena kitai – atomai ir paprasčiausios molekulės.

1.8. Šešios elementarios dalelės. Norint suprasti pagrindinius Žemėje ir Saulėje vykstančius procesus, pirmiausia pakanka suprasti procesus, kuriuose dalyvauja šešios dalelės: elektronas. e, protonas p, neutronas n ir elektroninis neutrinas ν e, taip pat fotonas γ ir gravitonas g̃. Pirmosios keturios dalelės turi sukimąsi 1/2, fotonas – 1, o gravitonas – 2. (Dalelės, turinčios sveikąjį sukimąsi, vadinamos bozonais, dalelės, kurių sukimasis pusiau sveikasis skaičius – fermionais. Sukimas bus išsamiau aptartas toliau. ) Protonai ir neutronai dažniausiai vadinami nukleonais, nes iš jų statomi atomo branduoliai, o branduolys angliškai yra nucleus. Elektronas ir neutrinas vadinami leptonais. Jie neturi stiprių branduolinių jėgų.

Dėl labai silpnos gravitonų sąveikos atskirų gravitonų stebėti neįmanoma, tačiau būtent per šias daleles gamtoje vyksta gravitacija. Kaip ir elektromagnetinė sąveika vyksta naudojant fotonus.

1.9. Antidalelės. Elektronas, protonas ir neutronas turi vadinamąsias antidaleles: pozitroną, antiprotoną ir antineutroną. Jie nėra įtraukti į įprastos materijos sudėtį, nes susitikę su atitinkamomis dalelėmis, jie su jomis patenka į abipusio susinaikinimo reakcijas - sunaikinimą. Taigi elektronas ir pozitronas anihiliuojasi į du ar tris fotonus. Fotonas ir gravitonas yra tikrai neutralios dalelės: jos sutampa su jų antidalelėmis. Vis dar nežinoma, ar neutrinas yra tikrai neutrali dalelė.

1.10. Nukleonai ir kvarkai. viduryje paaiškėjo, kad patys nukleonai susideda iš daugiau elementarių dalelių – dviejų tipų kvarkų, kurie žymi u ir d: p = uud, n = ddu. Sąveiką tarp kvarkų vykdo gliuonai. Antinukleonai yra sudaryti iš antikvarkų.

1.11. Trys fermionų kartos. Taip pat kaip u, d, e, v e buvo atrastos ir ištirtos dar dvi kvarkų ir leptonų grupės (arba, kaip sakoma, kartos): c, s, μ, ν μ ir t, b, τ , ν τ . Šios dalelės nėra įtrauktos į įprastos medžiagos sudėtį, nes jos yra nestabilios ir greitai suyra į lengvesnes pirmosios kartos daleles. Tačiau jie suvaidino svarbų vaidmenį pirmosiomis visatos egzistavimo akimirkomis.

Dar išsamesniam ir gilesniam gamtos supratimui reikia dar daugiau dalelių su dar neįprastesnėmis savybėmis. Tačiau galbūt ateityje visa ši įvairovė bus sumažinta iki kelių paprastų ir gražių dalykų.

1.12. Hadronai. Didelė dalelių šeima, susidedanti iš kvarkų ir (arba) antikvarkų ir gliuonų, vadinama hadronais. Visi hadronai, išskyrus nukleonus, yra nestabilūs, todėl nepatenka į įprastos medžiagos sudėtį.

Dažnai hadronai taip pat vadinami elementariosiomis dalelėmis, nes jų negalima suskirstyti į laisvuosius kvarkus ir gliuonus. (Taip ir aš, nurodydamas protoną ir neutroną į pirmąsias šešias elementarias daleles.) Jei visi hadronai laikomi elementariais, elementariųjų dalelių skaičius bus matuojamas šimtais.

1.13. Standartinis modelis ir keturios sąveikos rūšys. Kaip bus paaiškinta toliau, pirmiau išvardytos elementarios dalelės leidžia pagal vadinamąjį „standartinį elementariųjų dalelių modelį“ aprašyti visus iki šiol žinomus procesus, vykstančius gamtoje dėl gravitacinių, elektromagnetinių. , silpna ir stipri sąveika. Tačiau norint suprasti, kaip veikia pirmosios dvi iš jų, pakanka keturių dalelių: fotono, gravitono, elektrono ir protono. Be to, tai, kad protonas susideda iš u- ir d-kvarkai ir gliuonai, pasirodo, nereikšmingi. Žinoma, be silpnos ir stiprios sąveikos neįmanoma suprasti nei kaip išsidėstę atomų branduoliai, nei kaip veikia mūsų Saulė. Bet kaip išsidėstę atominiai apvalkalai, lemiantys visas chemines elementų savybes, kaip veikia elektra ir kaip išsidėsto galaktikos, galima suprasti.

1.14. Už žinomo. Jau šiandien žinome, kad Standartinio modelio dalelės ir sąveika neišsenka gamtos lobių.

Nustatyta, kad paprasti atomai ir jonai sudaro tik mažiau nei 20% visos materijos Visatoje, o daugiau nei 80% yra vadinamoji tamsioji medžiaga, kurios prigimtis vis dar nežinoma. Labiausiai paplitusi nuomonė, kad tamsioji medžiaga susideda iš superdalelių. Gali būti, kad jis susideda iš veidrodinių dalelių.

Dar labiau stebina tai, kad visa materija, tiek matoma (šviesioji), tiek tamsioji, neša tik ketvirtadalį visos visatos energijos. Trys ketvirtadaliai priklauso vadinamajai tamsiajai energijai.

1.15. Elementariosios dalelės“e tam tikru laipsniu“ yra esminiai. Kai mano mokytojas Isaakas Jakovlevičius Pomerančukas norėjo pabrėžti klausimo svarbą, jis pasakė, kad klausimas e yra svarbus laipsniu. Žinoma, dauguma gamtos mokslų, o ne tik elementariųjų dalelių fizika, yra esminiai. Pavyzdžiui, kondensuotųjų medžiagų fizikoje galioja pagrindiniai dėsniai, kuriuos galima naudoti nesiaiškinus, kaip jie išplaukia iš dalelių fizikos dėsnių. Tačiau reliatyvumo ir kvantinės mechanikos dėsniai “ e iki esminio laipsnio“ ta prasme, kad nė vienas iš mažiau bendrų dėsnių negali jiems prieštarauti.

1.16. Pagrindiniai dėsniai. Visi procesai gamtoje vyksta kaip elementariųjų dalelių vietinės sąveikos ir judėjimo (pasiskirstymo) rezultatas. Pagrindiniai dėsniai, reguliuojantys šiuos judesius ir sąveiką, yra labai neįprasti ir labai paprasti. Jie grindžiami simetrijos samprata ir principu, kad viskas, kas neprieštarauja simetrijai, gali ir turi įvykti. Žemiau, naudodamiesi Feynmano diagramų kalba, atseksime, kaip tai realizuojama dalelių gravitacinėje, elektromagnetinėje, silpnoje ir stiprioje sąveikoje.

2. Dalelės ir gyvybė

2.1. Apie civilizaciją ir kultūrą. Rusijos mokslų akademijos užsienio narys Valentinas Telegdi (1922–2006) paaiškino: „Jei tualetas (vandens klozetas) yra civilizacija, tai galimybė juo naudotis yra kultūra“.

ITEP tyrėjas A. A. Abrikosovas jaunesnysis. neseniai man parašė: „Vienas iš jūsų pranešimo tikslų yra įtikinti didelę auditoriją, kad reikia plačiau mokyti šiuolaikinės fizikos. Jei taip, galbūt vertėtų pateikti kelis kasdienius pavyzdžius. Turiu omenyje šiuos dalykus:

Mes gyvename pasaulyje, kuris net kasdieniame lygmenyje neįsivaizduojamas be kvantinės mechanikos (QM) ir reliatyvumo teorijos (RT). Mobilieji telefonai, kompiuteriai, visa šiuolaikinė elektronika, jau nekalbant apie LED lemputes, puslaidininkinius lazerius (įskaitant rodykles), LCD ekranai iš esmės yra kvantiniai įrenginiai. Neįmanoma paaiškinti, kaip jie veikia be pagrindinių QM sąvokų. Ir kaip juos paaiškinti, neminint tuneliavimo?

Antrą pavyzdį turbūt žinau iš jūsų. Palydoviniai navigatoriai montuojami kas 10-ame automobilyje. Laikrodžio sinchronizavimo tikslumas palydoviniame tinkle yra ne mažesnis kaip 10 −8 (tai atitinka metro eilės paklaidą nustatant objekto vietą Žemės paviršiuje). Tokiam tikslumui reikia atsižvelgti į judančio palydovo laikrodžio TO pataisas. Sako, inžinieriai negalėjo patikėti, todėl pirmieji įrenginiai turėjo dvigubą programą: su pataisymais ir be jų. Kaip paaiškėjo, pirmoji programa veikia geriau. Čia yra reliatyvumo teorijos išbandymas namų ūkio lygmeniu.

Žinoma, kalbėti telefonu, vairuoti automobilį ir spausdinti kompiuterio klavišus galima ir be aukštų mokslų. Bet vargu ar akademikai ragins nestudijuoti geografijos, nes „taksi yra“.

Ir tada jie penkerius metus kalba su moksleiviais, o paskui su studentais apie materialius dalykus ir Galilėjos reliatyvumą, ir staiga, be jokios priežasties, jie sako, kad tai „ne visai tiesa“.

Sunku iš vizualinio Niutono pasaulio pereiti į kvantinį, net ir Fizikotechnikos institute. Jūsų, AAA."

2.2. Apie pagrindinę fiziką ir ugdymą. Deja, šiuolaikinė švietimo sistema nuo šiuolaikinės fundamentaliosios fizikos atsiliko visu šimtmečiu. Ir dauguma žmonių (taip pat ir dauguma mokslininkų) net neįsivaizduoja apie tą stebėtinai aiškų ir paprastą pasaulio paveikslą (žemėlapį), kurį sukūrė elementariųjų dalelių fizika. Šis žemėlapis leidžia daug lengviau orientuotis visuose gamtos moksluose. Mano pranešimo tikslas – įtikinti jus, kad kai kurie elementariųjų dalelių fizikos elementai (sąvokos), reliatyvumo teorija ir kvantinė teorija gali ir turėtų tapti visų gamtos mokslų dalykų mokymo pagrindu ne tik aukštosiose, bet ir vidurinėse bei net pradinėje mokykloje. Juk iš esmės naujas sąvokas lengviausia įvaldyti būtent vaikystėje. Vaikas nesunkiai įvaldo kalbą, įvaldo mobiliuoju telefonu. Daugelis vaikų per kelias sekundes grąžina Rubiko kubą į pradinę būseną, o man neužtenka net paros.

Norint išvengti nemalonių netikėtumų ateityje, darželyje būtina susidėlioti adekvačią pasaulėžiūrą. Konstantos c ir h turėtų tapti vaikų žinių įrankiu.

2.3. Apie matematiką. Matematika – visų mokslų karalienė ir tarnaitė – tikrai turi tarnauti kaip pagrindinis žinių įrankis. Tai suteikia tokias pagrindines sąvokas kaip tiesa, grožis, simetrija, tvarka. nulio ir begalybės sąvokos. Matematika moko mąstyti ir skaičiuoti. Fundamentalioji fizika neįsivaizduojama be matematikos. Švietimas neįsivaizduojamas be matematikos. Žinoma, galbūt dar per anksti mokytis grupės teorijos mokykloje, bet būtina išmokyti vertinti tiesą, grožį, simetriją ir tvarką (o kartu ir tam tikrą netvarką).

Labai svarbu suprasti perėjimą nuo realių (realių) skaičių (paprastų, racionalių, neracionalių) prie įsivaizduojamų ir sudėtingų. Ko gero, hiperkompleksinius skaičius (ketvirtines ir oktonines) turėtų studijuoti tik tie studentai, kurie nori dirbti matematikos ir teorinės fizikos srityje. Pavyzdžiui, savo darbe aš niekada nenaudojau oktonų. Bet žinau, kad jie padeda lengviau suprasti perspektyviausią, daugelio teorinių fizikų nuomone, išskirtinę simetrijos grupę E 8 .

2.4. Apie pasaulėžiūrą ir gamtos mokslus. Pagrindinių pasaulį valdančių dėsnių idėja yra būtina visuose gamtos moksluose. Žinoma, kietojo kūno fizika, chemija, biologija, Žemės mokslai ir astronomija turi savo specifines sąvokas, metodus ir problemas. Tačiau labai svarbu turėti bendrą pasaulio žemėlapį ir suprasti, kad šiame žemėlapyje yra daug tuščių nežinomybės dėmių. Labai svarbu suprasti, kad mokslas – tai ne sukaulėjusi dogma, o gyvas artėjimo prie tiesos procesas daugelyje pasaulio žemėlapio taškų. Priartėjimas prie tiesos yra asimptotinis procesas.

2.5. Apie tikrą ir vulgarų redukcionizmą. Idėja, kad sudėtingesnės gamtos struktūros susideda iš mažiau sudėtingų struktūrų ir galiausiai iš paprasčiausių elementų, paprastai vadinama redukcionizmu. Šia prasme aš bandau jus įtikinti redukcionizmu. Tačiau vulgarusis redukcionizmas, teigiantis, kad visus mokslus galima redukuoti iki elementariosios dalelių fizikos, yra visiškai nepriimtinas. Kiekviename vis aukštesniame sudėtingumo lygyje formuojasi ir išryškėja savi modeliai. Norint būti geru biologu, nebūtina išmanyti dalelių fizikos. Tačiau suprasti jo vietą ir vaidmenį mokslų sistemoje, suprasti pagrindinį konstantų vaidmenį c ir h būtina. Juk mokslas kaip visuma yra vientisas organizmas.

2.6. Apie humanitarinius ir socialinius mokslus. Bendra pasaulio sandaros idėja yra labai svarbi ekonomikai, istorijai ir pažinimo mokslams, pavyzdžiui, kalbos mokslams, ir filosofijai. Ir atvirkščiai – šie mokslai nepaprastai svarbūs pačiai fundamentaliausiai fizikai, kuri nuolatos tikslina savo pamatines sąvokas. Tai bus matyti iš reliatyvumo teorijos, prie kurios dabar kreipiuosi, svarstymo. Ypač paminėsiu teisės mokslus, kurie yra nepaprastai svarbūs gamtos mokslų klestėjimui (jau nekalbant apie išlikimą). Esu įsitikinęs, kad socialiniai dėsniai neturi prieštarauti pamatiniams gamtos dėsniams. Žmonių įstatymai neturėtų prieštarauti dieviškiesiems gamtos dėsniams.

2.7. Mikro, makro, kosmoso. Mūsų įprastas didelių, bet ne milžiniškų dalykų pasaulis paprastai vadinamas makrokosmu. Dangaus objektų pasaulis gali būti vadinamas kosminiu pasauliu, o atominių ir subatominių dalelių pasaulis – mikropasauliu. (Kadangi atomų dydžiai yra 10–10 m, tai mikropasaulis reiškia objektus, mažiausiai 4 ar net 10 dydžių mažesnius už mikrometrą ir 1–7 dydžiais mažesnius už nanometrą. Nano mada plotas yra palei kelią nuo mikro iki makro.) 20 amžiuje buvo pastatytas vadinamasis Standartinis elementariųjų dalelių modelis, kuris leidžia paprastai ir aiškiai suprasti daugelį makro ir kosminių dėsnių, pagrįstų mikro dėsniais.

2.8. Mūsų modeliai. Teorinės fizikos modeliai kuriami atmetus neesmines aplinkybes. Pavyzdžiui, atominėje ir branduolinėje fizikoje dalelių gravitacinė sąveika yra nereikšminga, todėl į jas galima nekreipti dėmesio. Toks pasaulio modelis tinka specialiajai reliatyvumo teorijai. Šiame modelyje yra atomų, molekulių, kondensuotų kūnų,... greitintuvų ir greitintuvų, bet nėra Saulės ir žvaigždžių.

Toks modelis tikrai būtų klaidingas labai dideliais mastais, kur gravitacija yra būtina.

Žinoma, CERN egzistavimui būtinas Žemės (taigi ir gravitacijos) egzistavimas, tačiau norint suprasti didžiąją daugumą CERN atliktų eksperimentų (išskyrus mikroskopinių „juodųjų skylių“ paieškas greitintuve) , gravitacija nėra būtina.

2.9. Didumo tvarka. Vienas iš sunkumų suvokiant elementariųjų dalelių savybes kyla dėl to, kad jos yra labai mažos ir jų yra daug. Šaukšte vandens yra daug atomų (apie 10 23). Žvaigždžių skaičius matomoje Visatos dalyje nėra daug mažesnis. Didelių skaičių nereikia bijoti. Galų gale, su jais susidoroti nėra sunku, nes skaičių dauginimas daugiausia susijęs su jų eilučių pridėjimu: 1 \u003d 10 0, 10 \u003d 10 1, 100 \u003d 10 2. Padauginkite 10 iš 100, gausime 10 1+2 = 10 3 = 1000.

2.10. Lašelis aliejaus. Jei ant vandens paviršiaus bus lašinamas 1 mililitro tūrio aliejaus lašas, jis pasklis į vaivorykštės dėmę, kurios plotas yra apie kelis kvadratinius metrus ir apie šimto nanometrų storis. Tai tik trimis dydžiais didesnis už atomo dydį. O muilo burbulo plėvelės storis ploniausiose vietose yra molekulių dydžio eilės tvarka.

2.11. Džauliais.Įprastos AA baterijos įtampa yra 1,5 volto (V) ir joje yra 10 4 džauliai (J) elektros energijos. Leiskite jums priminti, kad 1 J \u003d 1 pakabukas × 1 V, taip pat kad 1 J \u003d kg m 2 / s 2 ir gravitacijos pagreitis yra apie 10 m / s 2. Taigi 1 džaulis leidžia pakelti 1 kilogramą į 10 cm aukštį, o 10 4 J – 100 kg iki 10 metrų. Tiek energijos sunaudoja liftas, kad studentas pakiltų į dešimtą aukštą. Tiek energijos yra akumuliatoriuje.

2.12. Elektronvoltai. Energijos vienetas elementariųjų dalelių fizikoje yra elektronų voltas (eV): 1 eV energiją įgyja 1 elektronas, praeinantis per 1 volto potencialų skirtumą. Kadangi viename pakabutyje yra 6,24 × 10 18 elektronų, tai 1 J = 6,24 × 10 18 eV.

1 keV = 10 3 eV, 1 MeV = 10 6 eV, 1 GeV = 10 9 eV, 1 TeV = 10 12 eV.

Priminsiu, kad vieno protono energija CERN dideliame hadronų greitintuve turėtų būti lygi 7 TeV.

3. Apie reliatyvumo teoriją

3.1. Atskaitos sistemos. Visus savo eksperimentus aprašome vienoje ar kitoje atskaitos sistemoje. Atskaitos sistema gali būti laboratorija, traukinys, Žemės palydovas, galaktikos centras... . Bet kuri skraidanti dalelė, pavyzdžiui, dalelių greitintuve, taip pat gali būti atskaitos sistema. Kadangi visos šios sistemos juda viena kitos atžvilgiu, ne visi eksperimentai jose atrodys vienodai. Be to, juose skiriasi ir artimiausių masyvių kūnų gravitacinė įtaka. Būtent šių skirtumų svarstymas yra pagrindinis reliatyvumo teorijos turinys.

3.2. „Galileo“ laivas. Galilėjus suformulavo reliatyvumo principą, spalvingai aprašydamas visokius eksperimentus sklandžiai plaukiančio laivo kajutėje. Jei langai uždengti užuolaidomis, šių eksperimentų pagalba neįmanoma išsiaiškinti, kokiu greičiu juda laivas ir ar jis stovi vietoje. Einšteinas į šią kabiną įtraukė eksperimentus su baigtiniu šviesos greičiu. Jei nežiūri pro langą, negali žinoti laivo greičio. Bet jei pažvelgsi į krantą, gali.

3.3. Tolimos žvaigždės*. Tikslinga išskirti tokią atskaitos sistemą, pagal kurią žmonės galėtų suformuluoti savo eksperimentų rezultatus, nepaisant to, kur jie yra. Tokiai universaliai atskaitos sistemai jau seniai buvo priimta sistema, kurioje tolimos žvaigždės nejuda. O palyginti neseniai (prieš pusę amžiaus) buvo aptikti dar tolimesni kvazarai ir paaiškėjo, kad reliktinis mikrobangų fonas šioje sistemoje turėtų būti izotropinis.

3.4. Ieškant universalios atskaitos sistemos*. Iš esmės visa astronomijos istorija yra pažanga link vis universalesnės atskaitos sistemos. Nuo antropocentrinės, kai centre yra žmogus, iki geocentrinės, kai Žemė ilsisi centre (Ptolemėjus, 87–165), iki heliocentrinės, kai centre ilsisi Saulė (Kopernikas, 1473–1543), į halacentrinį, kur yra mūsų Galaktikos centras, į ūką, kur ilsisi ūkų sistema - galaktikų spiečiai, į foną, kur kosminis mikrobangų fonas yra izotropinis. Tačiau labai svarbu, kad šių atskaitos sistemų greičiai būtų maži, palyginti su šviesos greičiu.

3.5. Kopernikas, Kepleris, Galilėjus, Niutonas*. Mikalojaus Koperniko knygoje „Apie dangaus sferų sukimus“, išleistoje 1543 m., rašoma: „Visi Saulės pastebėti judesiai jai nėra būdingi, o priklauso Žemei ir mūsų sferai, su kuria kartu ir mes. sukasi aplink Saulę, kaip ir bet kuri kita planeta; taigi žemė turi keletą judesių. Regimasis planetų judėjimas pirmyn ir atgal priklauso ne joms, o Žemei. Taigi vien šio judesio pakanka paaiškinti didelį danguje matomų nelygumų skaičių.

Kopernikas ir Kepleris (1571–1630) pateikė paprastą fenomenologinį šių judesių kinematikos aprašymą. Galilėjus (1564–1642) ir Niutonas (1643–1727) paaiškino jų dinamiką.

3.6. Universali erdvė ir laikas*. Erdvinės koordinatės ir laikas, susiję su universalia atskaitos sistema, gali būti vadinami universaliais arba absoliučiais, visiškai atitinkančiais reliatyvumo teoriją. Svarbu tik pabrėžti, kad šią sistemą pasirenka ir sutaria vietos stebėtojai. Bet kuri atskaitos sistema, kuri palaipsniui juda universalaus rėmo atžvilgiu, yra inercinė: laisvas judėjimas joje yra tolygus ir tiesus.

3.7. "Nekintamumo teorija"*. Atkreipkite dėmesį, kad tiek Albertas Einšteinas (1879–1955), tiek Maxas Planckas (1858–1947) (kuris 1907 m. sukūrė terminą „reliatyvumo teorija“, pavadinęs ją 1905 m. Einšteino pateikta teorija) tikėjo, kad terminas „teorijos nekintamumas“. galėtų tiksliau atspindėti jo esmę. Tačiau, matyt, XX amžiaus pradžioje svarbiau buvo pabrėžti tokių sąvokų kaip laikas ir vienalaikiškumas reliatyvumą vienodose inercinėse atskaitos sistemose, nei išskirti vieną iš šių rėmų. Svarbiau buvo tai, kad su užuolaidomis „Galileo“ kajutės langais buvo neįmanoma nustatyti laivo greičio. Bet dabar laikas praskleisti užuolaidas ir pažvelgti į krantą. Tuo pačiu metu, žinoma, visi raštai, sukurti užtraukus užuolaidas, išliks nepajudinami.

3.8. Laiškas Chimmeriui*. 1921 metais Einšteinas laiške E. Chimmeriui, knygos „Filosofiniai laiškai“ autoriui, rašė: „Kalbant apie terminą „reliatyvumo teorija“, pripažįstu, kad jis nesėkmingas ir veda į filosofinius nesusipratimus. Tačiau tai pakeisti, pasak Einšteino, jau per vėlu, ypač dėl to, kad tai plačiai paplitusi. Šis laiškas buvo paskelbtas Prinstone išleisto 25 tomų rinktinių Einšteino kūrinių 12-ajame tome, išleistame 2009 m. rudenį.

3.9. Maksimalus greitis gamtoje. Pagrindinė reliatyvumo teorijos konstanta yra šviesos greitis c\u003d 300 000 km/s \u003d 3 × 10 8 m/s. (tiksliau, c= 299 792 458 m/s. Ir šis skaičius dabar yra metro apibrėžimo pagrindas.) Šis greitis yra didžiausias bet kokių signalų sklidimo gamtoje greitis. Jis yra daug dydžių didesnis nei masyvių objektų, su kuriais susiduriame kiekvieną dieną, greitis. Būtent jos neįprastai didelė vertė trukdo suprasti pagrindinį reliatyvumo teorijos turinį. Dalelės, judančios šviesos greičio greičiu, vadinamos reliatyvistinėmis.

3.10. Energija, impulsas ir greitis. Laisvas dalelės judėjimas apibūdinamas dalelės energija E ir jos impulsas p. Remiantis reliatyvumo teorija, dalelės greitis v nustatoma pagal formulę

Viena iš pagrindinių terminologinės painiavos priežasčių, aptartos sekt. 3.14 slypi tame, kad kurdami reliatyvumo teoriją jie stengėsi išsaugoti niutonišką impulso ir greičio santykį p = mv, o tai prieštarauja reliatyvumo teorijai.

3.11. Svoris. Dalelių masė m nustatoma pagal formulę

Nors dalelės energija ir impulsas priklauso nuo atskaitos sistemos, jos masės vertės m nepriklauso nuo atskaitos sistemos. Ji yra invariantė. (1) ir (2) formulės yra pagrindinės reliatyvumo teorijoje.

Kaip bebūtų keista, pirmoji reliatyvumo teorijos monografija, kurioje pasirodė formulė (2), buvo išleista tik 1941 m. Tai buvo L. Landau (1908–1968) ir E. Lifshitzo (1915–1985) „Lauko teorijos“. . Jo neradau jokiame Einšteino darbe. Jo nėra nuostabioje W. Pauli (1900–1958) knygoje „Reliatyvumo teorija“, išleistoje 1921 m. Tačiau reliatyvistinės bangos lygtis, kurioje yra ši formulė, buvo P. Dirako knygoje „Kvantinės mechanikos principai“. publikuoti 1930 metais ( 1902–1984), o dar anksčiau – O. Kleino (1894–1977) ir W. Focko (1898–1974) 1926 m. straipsniuose.

3.12. Bemasės fotonas. Jei dalelės masė lygi nuliui, t.y. dalelė yra bemasė, tai iš (1) ir (2) formulių išplaukia, kad bet kurioje atskaitos sistemoje jos greitis yra lygus c. Kadangi šviesos dalelės – fotono – masė yra tokia maža, kad jos neįmanoma aptikti, visuotinai priimta, kad ji lygi nuliui ir kad c yra šviesos greitis.

3.13. Ramybės energija. Jei dalelės masė nėra lygi nuliui, apsvarstykite atskaitos sistemą, kurioje laisvoji dalelė yra ramybės būsenoje ir šalia jos v = 0, p= 0. Tokia atskaitos sistema vadinama dalelės poilsio rėmu, o dalelės energija šiame rėme vadinama poilsio energija ir žymima E0. Iš (2) formulės išplaukia, kad

Ši formulė išreiškia ryšį tarp masyvios dalelės ramybės energijos ir jos masės, kurią Einšteinas atrado 1905 m.

3.14. „Žymiausia formulė“. Deja, labai dažnai Einšteino formulė rašoma „garsiausios formulės“ forma E = mc2, praleidžiant nulinį poilsio energijos indeksą, o tai sukelia daugybę nesusipratimų ir painiavos. Juk ši „garsi formulė“ identifikuoja energiją ir masę, o tai prieštarauja reliatyvumo teorijai apskritai ir (2) formulei konkrečiai. Iš to seka plačiai paplitusi klaidinga nuomonė, kad kūno masė, remiantis reliatyvumo teorija, tariamai auga didėjant jo greičiui. Pastaraisiais metais Rusijos švietimo akademija daug nuveikė, kad išsklaidytų šią klaidingą nuomonę.

3.15. Greičio vienetas*. Reliatyvumo teorijoje, kuri nagrinėja su šviesos greičiu panašius greičius, natūralu pasirinkti c kaip greičio vienetas. Šis pasirinkimas supaprastina visas formules, nes c/c= 1, ir turėtume juos įdėti c= 1. Šiuo atveju greitis tampa bedimens dydžiu, atstumas turi laiko matmenį, o masė – energijos matmenį.

Elementariųjų dalelių fizikoje dalelių masės dažniausiai matuojamos elektronvoltais – eV ir jų dariniais (žr. 2.14 skyrių). Elektrono masė yra apie 0,5 MeV, protono masė yra apie 1 GeV, sunkiausio kvarko masė yra apie 170 GeV, o neutrino masė yra apie eV dalis.

3.16. Astronominiai atstumai*. Astronomijoje atstumai matuojami šviesmečiais. Matomos visatos dalies dydis yra apie 14 milijardų šviesmečių. Šis skaičius yra dar įspūdingesnis, palyginti su 10–24 s laiku, per kurį šviesa nukeliauja atstumą, panašų į protono dydį. Ir visame šiame kolosaliame diapazone veikia reliatyvumo teorija.

3.17. Minkovskio pasaulis. 1908 m., likus keliems mėnesiams iki ankstyvos mirties, Hermanas Minkovskis (1864–1909) pranašiškai pasakė: „Požiūriai į erdvę ir laiką, kuriuos ketinu plėtoti prieš jus, atsirado eksperimentiniu fiziniu pagrindu. Tai yra jų stiprybė. Jų tendencija yra radikali. Nuo šiol erdvė pati savaime ir laikas savaime turi virsti fikcija, ir tik tam tikras abiejų derinys turi išlaikyti savarankiškumą.

Praėjus šimtmečiui, žinome, kad laikas ir erdvė netapo fikcija, tačiau Minkovskio idėja leido labai paprastai apibūdinti materijos dalelių judėjimą ir sąveiką.

3.18. 4D pasaulis*. Vienetais, kuriuose c= 1, ypač gražiai atrodo Minkovskio pasaulio idėja, kuri sujungia laiką ir trimatę erdvę į vieną keturmatį pasaulį. Tada energija ir impulsas sujungiami į vieną keturmatį vektorių, o masė pagal (2) lygtį yra šio 4 energijos impulso vektoriaus pseudoeuklidinis ilgis. p = E, p:

Keturmatė trajektorija Minkovskio pasaulyje vadinama pasaulio linija, o atskiri taškai – pasaulio taškais.

3.19. Laikrodžio dažnio priklausomybė nuo jų greičio**. Daugybė stebėjimų rodo, kad laikrodžiai veikia greičiausiai tada, kai yra ramybės būsenoje inercinio rėmo atžvilgiu. Baigtinis judėjimas inercinėje atskaitos sistemoje sulėtina jų eigą. Kuo greičiau jie juda erdvėje, tuo lėčiau eina laike. Lėtėjimas yra absoliutus universalioje atskaitos sistemoje (žr. 3.1–3.8 skyrius). Jo matas yra santykis e/m, kuri dažnai žymima raide γ.

3.20. Miuonai žiediniame greitintuve ir ramybės būsenoje**. Šio lėtėjimo egzistavimą galima aiškiausiai pamatyti palyginus ramybės būsenos ir miuono, besisukančio žiediniame greitintuve, gyvavimo trukmę. Tai, kad akceleratoriuje miuonas nejuda visiškai laisvai, o turi įcentrinį pagreitį ω 2 R, kur ω yra radialinis apsisukimo dažnis ir R yra orbitos spindulys, suteikia tik nežymią pataisą, nes E/ω 2 R = ER>> 1. Judėjimas apskritimu, o ne tiesia linija, yra absoliučiai būtinas norint tiesiogiai palyginti besisukantį miuoną su ramybės būsenos miuonu. Tačiau kalbant apie judančio miuono senėjimo greitį, pakankamai didelio spindulio apskrito lanko negalima atskirti nuo tiesės. Ši norma nustatoma pagal santykį e/m. (Pabrėžiu, kad pagal specialiąją reliatyvumo teoriją atskaitos sistema, kurioje besisukantis miuonas yra ramybės būsenoje, nėra inercinė.)

3.21. Lankas ir styga**. Inercinėje atskaitos sistemoje besiilsinčio stebėtojo požiūriu pakankamai didelio spindulio apskritimo lankas ir jo styga praktiškai nesiskiria: judėjimas išilgai lanko yra beveik inercinis. Ramybės būsenos stebėtojo požiūriu apskritimu skraidančio miuono atžvilgiu jo judėjimas iš esmės yra neinercinis. Juk jo greitis keičia ženklą per pusę posūkio. (Judančiam stebėtojui tolimos žvaigždės jokiu būdu nėra stacionarios. Visa Visata jam asimetriška: žvaigždės priekyje yra mėlynos, o už nugaros – raudonos. O mums jos visos vienodos – auksinės, nes Saulės greitis sistema yra žema.) O šio stebėtojo neinerciškumas pasireiškia tuo, kad miuonui judant žiediniu greitintuvu keičiasi priekyje ir užpakalyje esantys žvaigždynai. Negalime laikyti besiilsinčių ir judančių stebėtojų lygiaverčiais, nes pirmasis nepatiria jokio pagreičio, o antrasis, norėdamas grįžti į susitikimo tašką, turi jį patirti.

3.22. bendrasis reliatyvumas**. Teoriniai fizikai, pripratę prie Bendrosios reliatyvumo teorijos (GR) kalbos, tvirtina, kad visos atskaitos sistemos yra vienodos. Ne tik inercinis, bet ir pagreitintas. Pats tas erdvėlaikis yra išlenktas. Šiuo atveju gravitacinė sąveika nustoja būti tokia pat fizine sąveika kaip elektromagnetinė, silpna ir stipri, ir tampa išskirtine lenktos erdvės apraiška. Dėl to visa fizika jiems atrodo tarsi padalinta į dvi dalis. Jei remsimės tuo, kad pagreitis visada atsiranda dėl sąveikos, kad jis nėra santykinis, o absoliutus, tada fizika tampa vieninga ir paprasta.

3.23. „Lenkom“.Žodžių „reliatyvumas“ ir „reliatyvizmas“ vartojimas šviesos greičio atžvilgiu primena teatro „Lenkom“ ar laikraščio „Moskovsky Komsomolets“, tik genealogiškai susietą su komjaunuoliu, pavadinimą. Tai kalbos paradoksai. Šviesos greitis vakuume nėra santykinis. Ji yra absoliuti. Tiesiog fizikams reikia kalbininkų pagalbos.

4. Apie kvantinę teoriją

4.1. Plancko konstanta. Jei reliatyvumo teorijoje pagrindinė konstanta yra šviesos greitis c, tada pagrindinė kvantinės mechanikos konstanta yra h= 6,63 10 −34 J s, atrado Maxas Planckas 1900 m. Fizinė šios konstantos prasmė paaiškės iš tolesnio pristatymo. Dažniausiai kvantinės mechanikos formulėse atsiranda vadinamoji sumažinta Planko konstanta:

ħ = h/2π= 1,05 10 -34 J × c= 6,58 10 −22 MeV s.

Daugelyje reiškinių svarbų vaidmenį vaidina kiekis ħc= 1,97 10 −11 MeV cm.

4.2. Elektrono sukinys. Pradėkime nuo gerai žinomo naivaus atomo palyginimo su planetų sistema. Planetos sukasi aplink Saulę ir aplink savo ašį. Panašiai elektronai sukasi aplink branduolį ir aplink savo ašį. Elektrono sukimasis orbitoje apibūdinamas orbitos kampiniu momentu L(jis dažnai ir ne visai teisingai vadinamas orbitos kampiniu momentu). Elektrono sukimuisi aplink savo ašį būdingas jo paties kampinis momentas – sukinys S. Paaiškėjo, kad visų pasaulio elektronų sukinys yra lygus (1/2) ħ . Palyginimui pažymime, kad Žemės sukimasis yra 6 10 33 m 2 kg / s = 6 10 67 ħ .

4.3. Vandenilio atomas. Tiesą sakant, atomas nėra planetų sistema, o elektronas nėra eilinė dalelė, judanti orbita. Elektronas, kaip ir visos kitos elementarios dalelės, nėra dalelė kasdienine šio žodžio prasme, o tai reiškia, kad dalelė turi judėti tam tikra trajektorija. Paprasčiausiame atome - vandenilio atome, jei jis yra pagrindinėje būsenoje, t. y. nesužadintas, elektronas veikiau primena sferinį debesį, kurio spindulys yra 0,5 10 -10 m. Sužadinus atomą, elektronas pereina į vis aukštesnes būsenas, kurios vis didėja.

4.4. Kvantiniai elektronų skaičiai. Neatsižvelgiant į sukinį, elektrono judėjimas atome apibūdinamas dviem kvantiniais skaičiais: pagrindiniu kvantiniu skaičiumi. n ir orbitos kvantinis skaičius l, be to n ≥ l. Jeigu l= 0, tada elektronas yra sferiškai simetriškas debesis. Kuo didesnis n, tuo didesnis šio debesies dydis. Daugiau l, tuo labiau elektrono judėjimas panašus į klasikinės dalelės judėjimą orbitoje. Elektrono, esančio vandenilio atome ant apvalkalo, turinčio kvantinį skaičių, surišimo energija n, yra lygus

kur α =e 2/ħc≈ 1/137, a e yra elektrono krūvis.

4.5. Daugiaelektroniniai atomai. Spin vaidina pagrindinį vaidmenį užpildant daugiaelektroninių atomų elektronų apvalkalus. Faktas yra tas, kad du elektronai, turintys tą pačią sukimosi kryptį (ta pati sukimosi kryptis), negali būti tame pačiame apvalkale su nurodytomis vertėmis. n ir l. Tai draudžia vadinamasis Paulio principas (1900–1958). Iš esmės Pauli principas apibrėžia Mendelejevo (1834–1907) elementų periodinės lentelės periodus.

4.6. Bozonai ir fermionai. Visos elementarios dalelės turi sukimąsi. Taigi, fotono sukinys yra 1 vienetais ħ , gravitono sukinys yra 2. Dalelės, kurių sukimasis sveikasis skaičius vienetais ħ vadinami bozonais. Dalelės, turinčios pusės sveikojo skaičiaus sukimąsi, vadinamos fermionais. Bozonai yra kolektyvistai: „jie linkę visi gyventi tame pačiame kambaryje“, būti toje pačioje kvantinėje būsenoje. Lazeris yra pagrįstas šia fotonų savybe: visi fotonai lazerio pluošte turi lygiai tokį patį impulsą. Fermionai yra individualistai: „kiekvienam iš jų reikia atskiro buto“. Ši elektronų savybė lemia atomų elektronų apvalkalų užpildymo modelius.

4.7. „Kvantiniai kentaurai“. Elementariosios dalelės yra kaip kvantiniai kentaurai: pusiau dalelės – pusiau bangos. Dėl savo banginių savybių kvantiniai kentaurai, skirtingai nei klasikinės dalelės, gali vienu metu pereiti per du plyšius, todėl už jų esančiame ekrane atsiranda trukdžių raštas. Visi bandymai įtraukti kvantinius kentaurus į Prokrusto klasikinės fizikos sampratų lovą pasirodė bevaisės.

4.8. Neapibrėžtumo santykiai. Pastovus ħ lemia ne tik sukamojo, bet ir transliacinio elementariųjų dalelių judėjimo ypatumus. Dalelės padėties ir impulso neapibrėžtumai turi tenkinti vadinamuosius Heizenbergo neapibrėžtumo ryšius (1901–1976), pvz.

Panašus ryšys egzistuoja energijos ir laiko atžvilgiu:

4.9. Kvantinė mechanika. Ir sukinio kvantavimas, ir neapibrėžtumo santykiai yra ypatingi bendrųjų kvantinės mechanikos dėsnių, sukurtų XX a. 2 dešimtmetyje, apraiškos. Pagal kvantinę mechaniką bet kuri elementarioji dalelė, pavyzdžiui, elektronas, yra ir elementarioji dalelė, ir elementarioji (vienos dalelės) banga. Be to, skirtingai nuo įprastos bangos, kuri yra periodiškas milžiniško dalelių skaičiaus judėjimas, elementarioji banga yra naujas, anksčiau nežinomas atskiros dalelės judėjimo tipas. Elementarus impulso dalelės bangos ilgis λ p yra lygus λ = h/|p|, ir elementarus dažnis ν atitinkančią energiją E, yra lygus ν = E/h.

4.10. Kvantinio lauko teorija. Taigi iš pradžių buvome priversti pripažinti, kad dalelės gali būti savavališkai lengvos ir net bemasės, o jų greitis negali viršyti c. Tada buvome priversti pripažinti, kad dalelės yra visai ne dalelės, o savotiški dalelių ir bangų hibridai, kurių elgesį jungia kvantas. h. Reliatyvumo teorijos ir kvantinės mechanikos suvienodinimą 1930 m. atliko Diracas (1902–1984), todėl buvo sukurta teorija, vadinama kvantinio lauko teorija. Būtent ši teorija apibūdina pagrindines materijos savybes.

4.11. Vienetai, kuriuose c, ħ = 1. Toliau, kaip taisyklė, naudosime tokius vienetus, kuriuose laikomas greičio vienetas c, o kampinio momento (veiksmo) vienetui - ħ . Šiuose vienetuose visos formulės yra labai supaprastintos. Juose energijos, masės ir dažnio matmenys yra vienodi. Šie vienetai yra priimtini didelės energijos fizikoje, nes kvantiniai ir reliatyvistiniai reiškiniai joje yra būtini. Tais atvejais, kai reikia pabrėžti konkretaus reiškinio kvantinę prigimtį, mes aiškiai išrašysime ħ . Tą patį padarysime su c.

4.12. Einšteinas ir kvantinė mechanika*. Einšteinas, tam tikra prasme, pagimdęs kvantinę mechaniką, su ja nesusitaikė. Ir iki gyvenimo pabaigos jis bandė sukurti „vieningą visko teoriją“, remdamasis klasikine lauko teorija, ignoruodamas ħ . Einšteinas tikėjo klasikiniu determinizmu ir atsitiktinumo nepriimtinumu. Jis kartojo apie Dievą: „Jis nežaidžia kauliukais“. Ir negalėjo susitaikyti su tuo, kad atskiros dalelės skilimo momento iš principo nuspėti negalima, nors kvantinės mechanikos rėmuose iki šiol neregėtu tikslumu nuspėjama vieno ar kito tipo dalelių vidutinė gyvavimo trukmė. Deja, jo priklausomybės nulėmė daugelio žmonių požiūrį.

5. Feynman diagramos

5.1. Paprasčiausia diagrama. Dalelių sąveiką patogiai galima peržiūrėti naudojant diagramas, kurias pasiūlė Richardas Feynmanas (1918–1988) 1949 m. 1 parodyta paprasčiausia Feynman diagrama, apibūdinanti elektrono ir protono sąveiką keičiantis fotonui.

Rodyklės paveikslėlyje nurodo kiekvienos dalelės laiko tėkmės kryptį.

5.2. tikrosios dalelės. Kiekvienas procesas atitinka vieną ar daugiau Feynmano diagramų. Išorinės diagramos linijos atitinka įeinančias (prieš sąveiką) ir išeinančias (po sąveikos) daleles, kurios yra laisvos. Jų 4 momentų p tenkina lygtį

Jie vadinami tikrosiomis dalelėmis ir yra ant masės paviršiaus.

5.3. virtualios dalelės. Diagramų vidinės linijos atitinka daleles virtualioje būsenoje. Jiems

Jos vadinamos virtualiosiomis dalelėmis ir sakoma, kad jos yra nepriekaištingos. Virtualios dalelės sklidimas apibūdinamas matematiniu dydžiu, vadinamu skleidėju.

Ši bendra terminija gali paskatinti naujoką galvoti, kad virtualios dalelės yra mažiau materialios nei tikrosios dalelės. Tiesą sakant, jie yra vienodai materialūs, tačiau realias daleles mes suvokiame kaip materiją ir spinduliuotę, o virtualias - daugiausia kaip jėgos laukus, nors šis skirtumas iš esmės yra savavališkas. Svarbu, kad ta pati dalelė, pavyzdžiui, fotonas ar elektronas, tam tikromis sąlygomis gali būti reali, o kitomis – virtuali.

5.4. Viršūnės. Diagramos viršūnės apibūdina vietinius elementariosios dalelių sąveikos aktus. Kiekvienoje viršūnėje išsaugomas 4 impulsas. Nesunku pastebėti, kad jeigu vienoje viršūnėje susitinka trys stabilių dalelių linijos, tai bent viena iš jų turi būti virtuali, t.y., būti už masės apvalkalo: „Bolivaras negali nugriauti trijų“. (Pavyzdžiui, laisvas elektronas negali išspinduliuoti laisvo fotono ir vis tiek lieka laisvu elektronu.)

Dvi tikros dalelės sąveikauja per atstumą, keisdamosi viena ar keliomis virtualiomis dalelėmis.

5.5. Sklaidymas. Jei sakoma, kad tikrosios dalelės juda, vadinasi, virtualios dalelės sklinda. Sąvoka „platinimas“ pabrėžia faktą, kad virtuali dalelė gali turėti daug trajektorijų, ir gali būti, kad nė viena iš jų nėra klasikinė, kaip virtualus fotonas su nuline energija ir nuliniu impulsu, kuris apibūdina statinę Kulono sąveiką.

5.6. Antidalelės. Nepaprasta Feynmano diagramų savybė yra ta, kad jos vieningai apibūdina ir daleles, ir atitinkamas antidaleles. Šiuo atveju antidalelė atrodo kaip dalelė, judanti laiku atgal. Ant pav. 2 paveiksle parodyta diagrama, rodanti protono ir antiprotono susidarymą elektrono ir pozitrono anihiliacijos metu.

Laiko apsisukimas vienodai taikomas fermionams ir bozonams. Dėl to nereikia aiškinti pozitronų kaip tuščių būsenų neigiamą energiją turinčioje elektronų jūroje, kurios ėmėsi Dirakas, kai 1930 m. pristatė antidalelės sąvoką.

5.7. Schwinger ir Feynman diagramos. Schwingeris (1918–1994), kuris neturėjo problemų dėl skaičiavimo, nemėgo Feynmano diagramų ir apie jas rašė šiek tiek nuolaidžiai: „Pastaraisiais metais Feynmano diagrama skaičiavimus atnešė į mases“. Deja, skirtingai nei lustas, Feynmano diagramos nepasiekė plačiausių masių.

5.8. Feynmano ir Feynmano diagramos. Dėl nežinomų priežasčių Feynmano diagramos net nepateko į garsiąsias Feynmano fizikos paskaitas. Esu įsitikinęs, kad juos reikia atnešti gimnazistams, paaiškinant jiems pagrindines elementariųjų dalelių fizikos idėjas. Tai paprasčiausias vaizdas į mikrokosmosą ir visą pasaulį. Jei studentas žino potencialios energijos sąvoką (pavyzdžiui, Niutono dėsnį arba Kulono dėsnį), Feynmano diagramos leidžia jam gauti šios potencialios energijos išraišką.

5.9. Virtualios dalelės ir fiziniai jėgos laukai. Feynmano diagramos yra paprasčiausia kvantinio lauko teorijos kalba. (Bent jau tais atvejais, kai sąveika nėra labai stipri ir galima naudoti perturbacijų teoriją.) Daugumoje kvantinio lauko teorijos knygų dalelės traktuojamos kaip kvantinio lauko sužadinimai, todėl reikia susipažinti su antruoju kvantavimo formalizmu. Feynmano diagramų kalba laukai pakeičiami virtualiosiomis dalelėmis.

Elementariosios dalelės turi ir korpuskulinių, ir banginių savybių. Be to, realioje būsenoje jie yra materijos dalelės, o virtualioje – jėgų tarp materialių objektų nešėjos. Įvedus virtualias daleles, jėgos sąvoka tampa nebereikalinga, o su lauko sąvoka, jei ji nebuvo žinoma anksčiau, galbūt reikėtų susipažinti jau įvaldžius virtualios dalelės sąvoką.

5.10. Elementariosios sąveikos*. Elementariems virtualių dalelių (viršūnių) emisijos ir sugerties aktams būdingos tokios sąveikos konstantos kaip elektros krūvis e fotono atveju, silpni krūviai. e/sin θ W W bozono atveju ir e/sin θ W cos θ W Z-bozono atveju (kur θ W- Veinbergo kampas), spalvos užtaisas g gliuonų atveju ir kiekis √G gravitono atveju, kur G yra Niutono konstanta. (Žr. 6–10 sk.) Elektromagnetinė sąveika aptariama toliau sk. 7. Silpna sąveika – Ch. 8. Stiprus – Ch. devynios.

Ir mes pradėsime kitame skyriuje. 6 su gravitacine sąveika.

6. Gravitacinė sąveika

6.1. Gravitonai. Pradėsiu nuo dalelių, kurios dar nebuvo atrastos ir greičiausiai nebus atrastos artimiausioje ateityje. Tai gravitacinio lauko dalelės – gravitonai. Ne tik gravitonai, bet ir gravitacinės bangos dar nebuvo atrasti (ir tai yra tuo metu, kai elektromagnetinės bangos tiesiogine prasme persmelkia mūsų gyvenimus). Taip yra dėl to, kad esant žemai energijai gravitacinė sąveika yra labai silpna. Kaip matysime, gravitonų teorija leidžia suprasti visas žinomas gravitacinės sąveikos savybes.

6.2. Gravitonų mainai. Feynmano diagramų kalba, dviejų kūnų gravitacinė sąveika vykdoma keičiantis virtualiais gravitonais tarp elementariųjų dalelių, sudarančių šiuos kūnus. Ant pav. 3 gravitoną išspinduliuoja 4 impulsų p 1 dalelė, o sugeria kita dalelė, kurios 4 impulsų p 2 . Dėl 4 impulsų išsaugojimo q=p 1 − p′ 1 =p′ 2 −p 2, kur q yra gravitono 4 impulsas.

Virtualaus gravitono pasiskirstymas (jis, kaip ir bet kuri virtuali dalelė atitinka skleidėją) pavaizduota spyruokle.

6.3. Vandenilio atomas Žemės gravitaciniame lauke. Ant pav. 4 paveiksle parodyta diagramų suma, kurioje vandenilio atomas, kurio 4 impulsų p 1, keičiasi gravitonais su visais Žemės atomais, kurių bendras impulsas p 2 . Ir šiuo atveju q = p 1 − p′ 1 = p′ 2 − p 2 , kur q yra bendras virtualių gravitonų 4 impulsas.

6.4. Ant atomo masės. Ateityje, nagrinėdami gravitacinę sąveiką, nepaisysime elektrono masės, lyginant su protono mase, taip pat protono ir neutrono masių skirtumą bei nukleonų surišimo energiją atomo branduoliuose. Taigi atomo masė yra maždaug atomo branduolyje esančių nukleonų masių suma.

6.5. Pelnas*. Žemės nukleonų skaičius N E ≈ 3,6 10 51 yra lygus nukleonų skaičiaus viename grame antžeminės medžiagos sandaugai, t. y. Avogadro skaičiui N A ≈ 6 10 23, pagal Žemės masę gramais ≈ 6 10 27 . Todėl diagrama pav. 4 yra 3,6·10 51 diagramų, pateiktų pav., suma. 3, kuris pažymėtas Žemės linijų ir virtualių gravitonų sustorėjimu Fig. 4. Be to, "gravitono spyruoklė", priešingai nei vieno gravitono skleidėjas, yra pagaminta pav. 4 pilkos spalvos. Atrodo, kad jame yra 3,6 · 10 51 gravitonas.

6.6. Niutono obuolys Žemės gravitaciniame lauke. Ant pav. 5, visi obuolio atomai, kurių bendras impulsas p 1 , sąveikauja su visais Žemės atomais, kurių bendras impulsas p 2 .

6.7. Diagramų skaičius*. Leiskite jums priminti, kad viename grame paprastos medžiagos yra N A = 6·10 23 nukleonai. Nukleonų skaičius 100 gramų obuolyje yra N a = 100N A = 6 10 25 . Žemės masė yra 6 10 27 g, taigi ir Žemės nukleonų skaičius N E = 3,6 10 51 . Žinoma, linijų sustorėjimas pav. 5 niekaip neatitinka didžiulio skaičiaus obuolių nukleonų N a , Žemės nukleonų N E ir daug didesnio, tiesiog fantastiško Feynmano diagramų skaičiaus N d = N a N E = 2,2·10 77 . Juk kiekvienas obuolio nukleonas sąveikauja su kiekvienu Žemės nukleonu. Norėdami pabrėžti didžiulį diagramų skaičių, spyruoklė pav. 5 yra tamsus.

Nors gravitono sąveika su viena elementaria dalele yra labai maža, visų Žemės nukleonų diagramų suma sukuria reikšmingą trauką, kurią jaučiame. Visuotinė gravitacija traukia Mėnulį į Žemę, abu į Saulę, visas mūsų galaktikos žvaigždes ir visas galaktikas viena prie kitos.

6.8. Feynmano amplitudė ir jos Furjė transformacija***.

Dviejų lėtų kūnų, kurių masės m 1 ir m 2, gravitacinės sąveikos Feynmano diagrama atitinka Feynmano amplitudę

kur G- Niutono konstanta, a q- 3-jų impulsų neša virtualūs gravitonai. (vertė 1/2 kv, kur q- 4 impulsų, vadinamas gravitonų skleidėju. Lėtųjų kūnų atveju energija praktiškai neperduodama, taigi 2 k = −q 2 .)

Norint pereiti iš impulsų erdvės į konfigūracijos (koordinačių) erdvę, reikia imtis Furjė transformacijos amplitudės A( q)

Reikšmė A( r) suteikia nereliatyvistinių dalelių gravitacinės sąveikos potencialią energiją ir nustato reliatyvistinės dalelės judėjimą statiniame gravitaciniame lauke.

6.9. Niutono potencialas*. Dviejų kūnų, kurių masės m 1 ir m 2, potencinė energija yra

kur G- Niutono konstanta, a r- atstumas tarp kūnų.

Ši energija yra virtualių gravitonų „pavasaryje“, kaip parodyta Fig. 5. Sąveika, kurios potencialas mažėja kaip 1/ r, vadinamas tolimojo nuotolio. Naudojant Furjė transformaciją, galima pastebėti, kad gravitacija yra toli, nes gravitonas yra bemasis.

6.10. Jukavos potencialo tipo potencialas**. Iš tiesų, jei gravitono masė būtų ne nulinė m, tada jų mainų Feynmano amplitudė turėtų formą

ir tai atitiktų potencialą kaip Jukavos potencialas su veikimo spinduliu r ≈ 1/m:

6.11. Apie potencialią energiją**. Niutono nereliatyvistinėje mechanikoje dalelės kinetinė energija priklauso nuo jos greičio (impulso), o potencinė – tik nuo jos koordinačių, t.y. nuo jos padėties erdvėje. Reliatyvistinėje mechanikoje toks reikalavimas negali būti laikomasi, nes pati dalelių sąveika dažnai priklauso nuo jų greičių (momentų) ir atitinkamai nuo kinetinės energijos. Tačiau įprastuose, gana silpnuose gravitaciniuose laukuose dalelės kinetinės energijos pokytis yra nedidelis, palyginti su visa jos energija, todėl šio pokyčio galima nepaisyti. Bendra nereliatyvistinės dalelės energija silpname gravitaciniame lauke gali būti parašyta kaip ε = E giminė + E 0 + U.

6.12. Gravitacijos universalumas. Skirtingai nuo visų kitų sąveikų, gravitacija turi nepaprastą universalumo savybę. Gravitono sąveika su bet kuria dalele nepriklauso nuo šios dalelės savybių, o priklauso tik nuo dalelės turimos energijos kiekio. Jei ši dalelė yra lėta, tada jos ramybės energija E 0 = mc 2, esantis jo masėje, gerokai viršija jo kinetinę energiją. Ir todėl jo gravitacinė sąveika yra proporcinga jo masei. Tačiau pakankamai greitos dalelės kinetinė energija yra daug didesnė už masę. Šiuo atveju jo gravitacinė sąveika praktiškai nepriklauso nuo masės ir yra proporcinga jo kinetinei energijai.

6.13. Gravitono sukimasis ir gravitacijos universalumas**. Tiksliau, gravitono emisija proporcinga ne paprastajai energijai, o dalelės energijos impulso tenzoriui. O tai, savo ruožtu, yra dėl to, kad gravitono sukinys yra lygus dviem. Tegul dalelės 4 impulsas prieš gravitono emisiją yra p 1 , ir po emisijos p 2. Tada gravitono impulsas yra q = p 1 − p 2. Jei įvesime žymėjimą p = p 1 + p 2, tada gravitonų emisijos viršūnė atrodys taip

čia h αβ yra gravitoninės bangos funkcija.

6.14. Gravitono sąveika su fotonu**. Tai ypač aiškiai matyti fotono, kurio masė lygi nuliui, pavyzdyje. Eksperimentiškai įrodyta, kad fotonui skrendant iš apatinio pastato aukšto į viršutinį aukštą, veikiant Žemės gravitacijai jo impulsas mažėja. Taip pat buvo įrodyta, kad tolimos žvaigždės šviesos spindulį nukreipia gravitacinė Saulės trauka.

6.15. Fotono sąveika su Žeme**. Ant pav. 6 parodyta gravitonų mainai tarp Žemės ir fotono. Ši figūra sąlyginai parodo fotono gravitoninių mainų su visais Žemės nukleonais skaičių sumą. Jame žemės viršūnė gaunama iš nukleono vienas, padauginus iš nukleonų skaičiaus Žemėje N E, atitinkamai pakeičiant 4 nukleono impulsą į 4 Žemės impulsą (žr. 3 pav.).

6.16. Gravitono sąveika su gravitonu***. Kadangi gravitonai neša energiją, jie patys turi skleisti ir sugerti gravitonus. Atskirų tikrų gravitonų nematėme ir niekada nepamatysime. Nepaisant to, virtualių gravitonų sąveika lemia stebimus efektus, iš pirmo žvilgsnio trijų virtualių gravitonų indėlis į dviejų nukleonų gravitacinę sąveiką yra per mažas, kad būtų galima aptikti (žr. 7 pav.).

6.17. Merkurijaus pasaulietinė precesija**. Tačiau šis indėlis pasireiškia Merkurijaus orbitos perihelio precesija. Pasaulietinė Merkurijaus precesija apibūdinama Merkurijaus traukos į Saulę vienos kilpos gravitonų diagramų suma (8 pav.).

6.18. Pelnas Merkurijui**. Merkurijaus ir Žemės masių santykis yra 0,055. Taigi nukleonų skaičius Merkurijuje NM = 0,055 N E= 2 10 50 . saulės masė M S= 2 10 33 g.Taigi nukleonų skaičius Saulėje N S = N A M S= 1,2 10 57 . Ir diagramų, apibūdinančių Merkurijaus ir Saulės nukleonų gravitacinę sąveiką, skaičius, NdM= 2,4 10 107 .

Jei potenciali Merkurijaus traukos prie Saulės energija yra U = GM S M M/r, tada atsižvelgus į aptartą virtualių gravitonų tarpusavio sąveikos pataisą, ji dauginama iš koeficiento 1 − 3 GM S/r. Matome, kad potencialios energijos korekcija yra −3 G 2 M S 2 M M / r 2.

6.19. Merkurijaus orbita**. Gyvsidabrio orbitos spindulys a= 58 10 6 km. Orbitos periodas yra 88 Žemės dienos. Orbitos ekscentriškumas e= 0,21. Dėl aptariamos korekcijos per vieną apsisukimą pusiau pagrindinė orbitos ašis pasisuka 6π kampu GM S/a(1 − e 2), ty maždaug vieną dešimtąją lanko sekundės dalį ir per 100 Žemės metų pasisuka 43 ""

6.20. Gravitacinis avinėlio poslinkis**. Kiekvienas, kuris studijavo kvantinę elektrodinamiką, iškart pamatys, kad diagrama Fig. 7 yra panašus į trikampę diagramą, apibūdinančią 2 lygio dažnio (energijos) poslinkį S 1/2, palyginti su 2 lygiu P 1/2 vandenilio atome (kur trikampis susideda iš vieno fotono ir dviejų elektronų linijų). Šį poslinkį 1947 m. išmatavo Lamb ir Riserford ir nustatė, kad jis yra 1060 MHz (1,06 GHz).

Šis matavimas pradėjo grandininę teorinio ir eksperimentinio darbo reakciją, kuri paskatino sukurti kvantinę elektrodinamiką ir Feynmano diagramas. Merkurijaus precesijos dažnis yra 25 eilėmis mažesnis.

6.21. Klasikinis ar kvantinis efektas?**. Gerai žinoma, kad Lamb lygio energijos poslinkis yra grynai kvantinis efektas, o Merkurijaus precesija yra grynai klasikinis efektas. Kaip juos galima apibūdinti panašiomis Feynmano diagramomis?

Norėdami atsakyti į šį klausimą, turime prisiminti ryšį E = ħω ir atsižvelgti į tai, kad Furjė transformacija pereinant iš impulso į konfigūracijos erdvę sek. 6.8 yra e iqr / ħ . Be to, reikia atsižvelgti į tai, kad Lamb poslinkio elektromagnetiniame trikampyje yra tik viena bemasės dalelės (fotono) linija, o kitos dvi yra elektronų skleidėjai. Todėl charakteringus atstumus jame lemia elektrono masė (elektrono Komptono bangos ilgis). O Merkurijaus precesijos trikampyje yra du bemasės dalelės (gravitono) skleidėjai. Ši aplinkybė dėl trijų gravitonų smailės lemia tai, kad gravitacinis trikampis prisideda nepalyginamai didesniais atstumais nei elektromagnetinis. Šis palyginimas parodo kvantinio lauko teorijos galią taikant Feynmano diagramas, kurios leidžia lengvai suprasti ir apskaičiuoti platų kvantinių ir klasikinių reiškinių spektrą.

7. Elektromagnetinė sąveika

7.1. elektrinė sąveika. Dalelių elektrinė sąveika atliekama keičiantis virtualiais fotonais, kaip parodyta Fig. devyniolika.

Fotonai, kaip ir gravitonai, taip pat yra bemasės dalelės. Taigi elektrinė sąveika taip pat yra ilgalaikė:

Kodėl ji nėra tokia universali kaip gravitacija?

7.2. teigiami ir neigiami krūviai. Pirma, todėl, kad yra dviejų ženklų elektros krūviai. Ir antra, todėl, kad yra neutralių dalelių, kurios visiškai neturi elektros krūvio (neutronas, neutrinas, fotonas...). Dalelės, turinčios priešingų ženklų krūvius, pavyzdžiui, elektroną ir protoną, traukia viena kitą. Vienodo krūvio dalelės atstumia viena kitą. Dėl to atomai ir iš jų sudaryti kūnai iš esmės yra elektriškai neutralūs.

7.3. neutralios dalelės. Neutronuose yra u-kvarkas su įkrovimu +2 e/3 ir du d-kvarkas su užtaisu − e/3. Taigi bendras neutrono krūvis lygus nuliui. (Prisiminkite, kad protone yra du u-kvarkas ir vienas d-Kvarkas.) Tikrai elementarios dalelės, neturinčios elektros krūvio, yra fotonas, gravitonas, neutrinas, Z-bozonas ir Higso bozonas.

7.4. Kulono potencialas. Potenciali elektrono ir protono, esančio atstumu, traukos energija r vienas nuo kito, yra

7.5. Magnetinė sąveika. Magnetinė sąveika nėra tokia didelė kaip elektrinė. Nukrenta kaip 1/ r 3 . Tai priklauso ne tik nuo atstumo tarp dviejų magnetų, bet ir nuo jų tarpusavio orientacijos. Gerai žinomas pavyzdys yra kompaso adatos sąveika su Žemės magnetinio dipolio lauku. Dviejų magnetinių dipolių sąveikos potenciali energija μ 1 ir μ 2 lygu

kur n = r/r.

7.6. Elektromagnetinė sąveika. Didžiausias XIX amžiaus laimėjimas buvo atradimas, kad elektrinės ir magnetinės jėgos yra dvi skirtingos tos pačios elektromagnetinės jėgos apraiškos. 1821 metais M. Faradėjus (1791–1867) tyrė magneto ir laidininko sąveiką su srove. Po dešimtmečio jis nustatė dviejų laidininkų sąveikos elektromagnetinės indukcijos dėsnius. Vėlesniais metais jis pristatė elektromagnetinio lauko sampratą ir išreiškė mintį apie šviesos elektromagnetinę prigimtį. 1870-aisiais J. Maxwellas (1831-1879) suprato, kad elektromagnetinė sąveika yra atsakinga už plačią optinių reiškinių klasę: šviesos spinduliavimą, transformaciją ir sugertį, ir parašė lygtis, apibūdinančias elektromagnetinį lauką. Netrukus G. Hertzas (1857–1894) atrado radijo bangas, o V. Rentgenas (1845–1923) – rentgeno spindulius. Visa mūsų civilizacija remiasi elektromagnetinės sąveikos apraiškomis.

7.7. Reliatyvumo teorijos ir kvantinės mechanikos suvienodinimas. Svarbiausias fizikos raidos etapas buvo 1928 m., kai pasirodė P. Diraco (1902–1984) straipsnis, kuriame jis pasiūlė kvantinę ir reliatyvistinę elektrono lygtį. Šioje lygtyje buvo elektrono magnetinis momentas ir buvo nurodyta, kad egzistuoja elektrono antidalelė – pozitronas, atrastas po kelerių metų. Po to kvantinė mechanika ir reliatyvumo teorija susiliejo į kvantinio lauko teoriją.

Tai, kad elektromagnetinę sąveiką sukelia virtualių fotonų emisija ir sugertis, visiškai paaiškėjo tik XX amžiaus viduryje, atsiradus Feynmano diagramoms, t.y., aiškiai susiformavus virtualios dalelės sampratai.

8. Silpna sąveika

8.1. Branduolinės sąveikos. XX amžiaus pradžioje buvo atrastas atomas ir jo branduolys α -, β - ir γ radioaktyviųjų branduolių skleidžiami spinduliai. Kaip paaiškėjo, γ Spinduliai yra labai didelės energijos fotonai. β spinduliai yra didelės energijos elektronai α spinduliai yra helio branduoliai. Taip buvo atrastos dvi naujos sąveikos rūšys – stiprioji ir silpnoji. Skirtingai nuo gravitacinės ir elektromagnetinės sąveikos, stiprioji ir silpnoji sąveika yra trumpo nuotolio.

Vėliau buvo nustatyta, kad jie yra atsakingi už vandenilio pavertimą heliu mūsų Saulėje ir kitose žvaigždėse.

8.2. Įkrautos srovės*. Silpna jėga yra atsakinga už neutrono pavertimą protonu, išspinduliuojant elektroną ir elektroninį antineutriną. Didelė silpnų sąveikos procesų klasė yra pagrįsta vieno tipo kvarkų pavertimu kito tipo kvarkais, išspinduliuojant (arba sugeriant) virtualią. W- bozonai: u, c, t ↔ d, s, b. Panašiai ir dėl emisijos ir sugerties W-bozonai, yra perėjimai tarp įkrautų leptonų ir atitinkamų neutrinų:

e ↔ ν e , μ ↔ ν μ , τ ↔ ν τ . Tipo perėjimai dˉu ↔ W ir eˉν e ↔ W. Į visus šiuos perėjimus įtraukiant W-bozonai apima vadinamąsias įkrautas sroves, kurios pakeičia leptonų ir kvarkų krūvius vienu. Silpna įkrautų srovių sąveika yra trumpalaikė, ją apibūdina Jukavos potencialas e -mWr /r, kad jos efektyvusis spindulys būtų r ≈ 1/m W.

8.3. Neutralios srovės*. Aštuntajame dešimtmetyje buvo aptikti silpnos neutrinų, elektronų ir nukleonų sąveikos procesai dėl vadinamųjų neutralių srovių. Devintajame dešimtmetyje eksperimentiškai buvo nustatyta, kad įkrautų srovių sąveika vyksta per mainus W-bozonai, o neutralių srovių sąveika - keičiantis Z- bozonai.

8.4. Pažeidimas P- ir CP- paritetas*. Antroje šeštojo dešimtmečio pusėje buvo aptiktas pariteto pažeidimas P ir įkrovos paritetą C esant silpnoms sąveikoms. 1964 m. buvo aptikti silpni skilimai, pažeidžiantys išsaugojimą CP-simetrijos. Šiuo metu pažeidimo mechanizmas CP-simetrijos tiriamos skilimo mezonuose, kuriuose yra b-kvarkai.

8.5. Neutrinų svyravimai*. Pastaruosius du dešimtmečius fizikų dėmesį patraukė matavimai, atlikti požeminiuose kilotonų detektoriuose Kamiokoje (Japonija) ir Sudberyje (Kanada). Šie matavimai parodė, kad tarp trijų rūšių neutrinų ν e , ν μ , ν τ tarpusavio perėjimai (svyravimai) vyksta vakuume. Šių svyravimų pobūdis aiškinamasi.

8.6. elektrosilpna sąveika. 1960-aisiais buvo suformuluota teorija, pagal kurią elektromagnetinė ir silpnoji sąveika yra skirtingos vienos elektrosilpnos sąveikos apraiškos. Jei būtų griežta elektrosilpna simetrija, tai masės W- ir Z-bozonai būtų lygūs nuliui kaip fotono masė.

8.7. Elektrosilpnos simetrijos pažeidimas. Standartiniame modelyje Higso bozonas pažeidžia elektrosilpną simetriją ir taip paaiškina, kodėl fotonas yra bemasis, o silpni bozonai yra masyvūs. Jis taip pat suteikia masių leptonams, kvarkams ir sau.

8.8. Ką reikia žinoti apie Higgsą. Viena iš pagrindinių Didžiojo hadronų greitintuvo LHC užduočių yra Higso bozono (kuris tiesiog vadinamas Higsu ir žymimas h arba H) ir vėlesnis jo nuosavybės nustatymas. Visų pirma, jo sąveikos su W- ir Z-bozonai, su fotonais, taip pat jų tarpusavio sąveika, ty viršūnių, kuriose yra trys ir keturi Higs: h 3 ir h 4, ir jo sąveikos su leptonais ir kvarkais, ypač su viršutiniu kvarku, tyrimas. Standartiniame modelyje yra aiškios visų šių sąveikų prognozės. Jų eksperimentinis patikrinimas kelia didelį susidomėjimą „naujosios fizikos“ paieškų už standartinio modelio ribų požiūriu.

8.9. O jei Higso nėra? Kita vertus, jei paaiškės, kad Higgsas neegzistuoja kelių šimtų GeV masių intervale, tai reikš, kad esant energijai, viršijančiam TeV, atsiranda nauja, visiškai neištirta sritis, kurioje sąveikauja. W- ir Z-bozonai tampa neperturbaciškai stiprūs, t.y. jų negalima apibūdinti perturbacijos teorija. Šios srities tyrimai pateiks daug netikėtumų.

8.10. Leptono ateities susidūrėjai. Norint atlikti visą šią tyrimų programą, be LHC, gali prireikti statyti leptono greitintuvus:

ILC (International Linear Collider), kurio susidūrimo energija yra 0,5 TeV,

arba CLIC (Compact Linear Collider), kurio susidūrimo energija yra 1 TeV,

arba MC (Muon Collider), kurių susidūrimo energija yra 3 TeV.

8.11. Tiesiniai elektronų-pozitronų greitintuvai. ILC – tarptautinis linijinis greitintuvas, kuriame elektronai susiduria su pozitronais, taip pat fotonai – su fotonais. Sprendimas jį statyti gali būti priimtas tik paaiškėjus, ar Higsas egzistuoja ir kokia jo masė. Viena iš siūlomų TLK statybos aikštelių yra Dubnos apylinkėse. CLIC – kompaktiškas tiesinis elektronų ir pozitronų greitintuvas. Projektas vystomas CERN.

8.12. Muonų greitintuvas. MS – Muon Collider pirmą kartą sugalvojo G. I. Budkeris (1918–1977). 1999 metais San Franciske įvyko penktoji tarptautinė konferencija „Fizinis potencialas ir miuonų greitintuvų bei neutrinų gamyklų plėtra“. Šiuo metu MS projektas vystomas Fermi nacionalinėje laboratorijoje ir gali būti įgyvendintas po 20 metų.

9. Stipri sąveika

9.1. Gliuonai ir kvarkai. Stipri jėga išlaiko nukleonus (protonus ir neutronus) branduolio viduje. Jis pagrįstas gliuonų sąveika su kvarkais ir gliuonų sąveika su gliuonais. Būtent gliuonų savaiminis veiksmas lemia tai, kad nepaisant to, kad gliuono masė lygi nuliui, kaip ir fotono ir gravitono masės lygios nuliui, gliuonų mainai nesukelia gliuono. ilgalaikė sąveika, panaši į fotonų ir gravitonų sąveiką. Be to, tai lemia laisvųjų gliuonų ir kvarkų nebuvimą. Taip yra dėl to, kad vieno gliuono mainų suma pakeičiama gliuono vamzdeliu arba siūlu. Nukleonų sąveika branduolyje yra panaši į van der Waals jėgas tarp neutralių atomų.

9.2. Uždarymas ir asimptotinė laisvė. Gliuonų ir kvarkų uždarymas iš hadronų vadinamas uždarymu. Dinamikos, vedančios į uždarymą, atvirkštinė pusė yra ta, kad labai mažais atstumais giliai hadronų viduje gliuonų ir kvarkų sąveika palaipsniui nutrūksta. Atrodo, kad kvarkai tampa laisvi nedideliais atstumais. Šis reiškinys vadinamas asimptotinės laisvės terminu.

9.3. Kvarko spalvos. Uždarymo reiškinys yra pasekmė to, kad kiekvienas iš šešių kvarkų egzistuoja tarsi trijų „spalvų“ atmainų pavidalu. Kvarkai dažniausiai „nuspalvinami“ geltona, mėlyna ir raudona spalvomis. Antikvarkai dažomi papildomomis spalvomis: violetine, oranžine, žalia. Visos šios spalvos žymi savotiškus kvarkų krūvius – „daugiamačius analogus“ elektros krūvio, atsakingo už stiprią sąveiką. Žinoma, tarp kvarkų spalvų ir įprastų optinių spalvų nėra jokio ryšio, išskyrus metaforinį.

9.4. Gliuono spalvos. Spalvotųjų gliuonų šeima dar gausesnė: jų yra aštuoni, iš kurių dvi yra identiškos savo antidalelėms, o likusios šešios – ne. Spalvų krūvių sąveika aprašoma kvantine chromodinamika ir nulemia protono, neutrono, visų atomų branduolių ir visų hadronų savybes. Tai, kad gliuonai turi spalvotus krūvius, sukelia gliuonų kvarkų uždarumo reiškinį, o tai reiškia, kad spalvoti gliuonai ir kvarkai negali ištrūkti iš hadronų. Branduolinės jėgos tarp bespalvių (baltų) hadronų yra silpnas galingos spalvų sąveikos hadronuose aidas. Tai panašu į molekulinių ryšių mažumą, palyginti su intraatominiais.

9.5. Hadronų masės. Hadronų masė apskritai ir ypač nukleonų masė atsiranda dėl gliuono savaiminio veikimo. Taigi visos matomos materijos masė, kuri sudaro 4–5% Visatos energijos, atsiranda būtent dėl ​​gliuonų savaiminio veikimo.

10. Standartinis modelis ir ne tik

10.1. 18 standartinio modelio dalelių. Visos žinomos pagrindinės dalelės natūraliai skirstomos į tris grupes:

6 leptonai(sukimas 1/2):
3 neutrinai: ν e , ν μ , ν τ ;
3 įkrauti leptonai: e, μ , τ ;
6 kvarkai(sukimas 1/2):
u,c, t,
d, s, b;
6 bozonai:
g̃ - gravitonas (2 sukimasis),
γ , W, Z, g- gliuonai (1 sukimasis),
h- Higgs (sukimas 0).

10.2. Už standartinio modelio. 96% Visatos energijos yra už standartinio modelio ribų ir laukia, kol bus atrasta ir ištirta. Yra keletas pagrindinių prielaidų, kaip gali atrodyti nauja fizika (žr. 10.3–10.6 skyrius).

10.3. Puiki sąjunga. Labai daug darbų, daugiausia teorinių, buvo skirta stiprios ir elektrosilpnos sąveikos suvienodinimui. Dauguma jų daro prielaidą, kad tai vyksta esant 10 16 GeV eilės energijai. Tokia sąjunga turėtų sukelti protono skilimą.

10.4. supersimetriškos dalelės. Pagal supersimetrijos idėją, pirmą kartą gimusią FIAN, kiekviena „mūsų“ dalelė turi superpartnerį, kurio sukimas skiriasi 1/2: 6 skvarkai ir 6 sliptonai su sukimu 0, higgsino, fototino, vynas ir zino su sukimu 1/ 2, gravitino co spin 3/2. Šių superpartnerių masės turi būti daug didesnės nei mūsų dalelių. Priešingu atveju jie jau seniai būtų atsidarę. Kai kurie superpartneriai gali būti atrasti pradėjus veikti dideliam hadronų greitintuvui.

10.5. Superstygos. Supersimetrijos hipotezė plėtojama remiantis hipoteze, kad egzistuoja superstygos, kurios gyvena labai mažais 10–33 cm atstumais ir atitinkama energija yra 10 19 GeV. Daugelis teorinių fizikų tikisi, kad remiantis idėjomis apie superstygas bus galima sukurti vieningą visų sąveikų teoriją, kurioje nėra laisvųjų parametrų.

10.6. veidrodines daleles. Pagal veidrodinės materijos idėją, kuri pirmą kartą gimė ITEP, kiekviena mūsų dalelė turi veidrodinį dvynį, o yra veidrodinis pasaulis, kuris tik labai silpnai susietas su mūsų pasauliu.

10.7. Juodoji medžiaga. Tik 4–5% visos Visatos energijos egzistuoja kaip paprastos materijos masė. Apie 20% visatos energijos yra vadinamojoje tamsiojoje materijoje, kurią, kaip manoma, sudaro superdalelės arba veidrodinės dalelės, arba kai kurios kitos nežinomos dalelės. Jei tamsiosios medžiagos dalelės yra daug sunkesnės už paprastas daleles ir, susidūrusios viena su kita erdvėje, anihiliuojasi į paprastus fotonus, tai šiuos didelės energijos fotonus galima registruoti specialiais detektoriais erdvėje ir Žemėje. Tamsiosios materijos prigimties išaiškinimas yra vienas iš pagrindinių fizikos uždavinių.

10.8. Tamsi energija. Tačiau didžioji dalis Visatos energijos (apie 75%) yra dėl vadinamosios tamsiosios energijos. Jis „pilamas“ per vakuumą ir išstumia galaktikų spiečius. Jo prigimtis dar nėra aiški.

11. Elementariosios dalelės Rusijoje ir pasaulyje

11.1. Rusijos Federacijos prezidento dekretas. 2009 m. rugsėjo 30 d. buvo paskelbtas Rusijos Federacijos prezidento dekretas „Dėl papildomų priemonių įgyvendinant Nacionalinio tyrimų centro „Kurčatovo institutas“ steigimo bandomąjį projektą“. Dekrete numatyta, kad projekte dalyvaus šios organizacijos: Sankt Peterburgo Branduolinės fizikos institutas, Didelės energijos fizikos institutas ir Teorinės ir eksperimentinės fizikos institutas. Dekrete taip pat numatyta „įtraukti nurodytą instituciją, kaip svarbiausią mokslo instituciją, į federalinio biudžeto išlaidų departamento struktūrą kaip pagrindinę biudžeto lėšų valdytoją“. Šis dekretas gali prisidėti prie elementariųjų dalelių fizikos sugrąžinimo į prioritetines mokslo plėtros sritis mūsų šalyje.

11.2. Klausymai JAV Kongrese 1. 2009 m. spalio 1 d. JAV Atstovų rūmų Mokslo ir technologijų komiteto Energetikos ir aplinkos pakomitetyje vyko klausymai tema „Materijos, energijos, erdvės ir laiko prigimties tyrimai“. Energetikos departamento 2009 m. asignavimai šiai programai yra 795,7 mln. USD. Harvardo universiteto profesorė Lisa Randall išdėstė požiūrį į materiją, energiją ir visatos kilmę būsimos stygų teorijos požiūriu. Fermi nacionalinės laboratorijos (Batavia) direktorius Pierre'as Oddone'as kalbėjo apie dalelių fizikos būklę JAV, o ypač apie artėjantį „Tevatron“ statybos užbaigimą ir bendro FNAL bei DUSEL požeminės laboratorijos darbo pradžią. neutrinų ir retų procesų savybės. Jis pabrėžė Amerikos fizikų dalyvavimo didelės energijos fizikos projektuose Europoje (LHC), Japonijoje (JPARC), Kinijoje (PERC) ir tarptautiniame kosmoso projekte (GLAST, neseniai pavadintas Fermio vardu) svarbą.

11.3. Klausymai JAV Kongrese 2. Džefersono nacionalinės laboratorijos direktorius Hugh Montgomery kalbėjo apie šios laboratorijos indėlį į branduolinę fiziką, greitintuvų technologijas ir edukacines programas. Dennisas Kovaras, Energetikos departamento Didelės energijos fizikos skyriaus direktorius, kalbėjo apie tris pagrindines didelės energijos fizikos sritis:

1) greitintuvo tyrimai esant maksimaliai energijai,

2) greitintuvo tyrimai didžiausiu intensyvumu,

3) antžeminės ir palydovinės erdvės tyrinėjimai, siekiant išsiaiškinti tamsiosios materijos ir tamsiosios energijos prigimtį;

ir trys pagrindinės branduolinės fizikos kryptys:

1) stiprios kvarkų ir gliuonų sąveikos tyrimas,

2) tyrimas, kaip iš protonų ir neutronų susidarė atomų branduoliai,

3) silpnų sąveikų, susijusių su neutrinais, tyrimas.

12. Apie fundamentinį mokslą

12.1. Kas yra fundamentinis mokslas. Iš minėto teksto aišku, kad aš, kaip ir dauguma mokslininkų, fundamentaliausius gamtos dėsnius įtvirtinančią mokslo dalį vadinu fundamentiniu mokslu. Šie dėsniai yra mokslo piramidės arba atskirų jos aukštų pamatuose. Jie lemia ilgalaikį civilizacijos vystymąsi. Tačiau yra žmonių, kurie fundamentiniu mokslu vadina tas mokslo sritis, kurios turi didžiausią tiesioginę įtaką momentiniams civilizacijos raidos pasiekimams. Man asmeniškai atrodo, kad šiuos skyrius ir kryptis geriau vadinti taikomuoju mokslu.

12.2. Šaknys ir vaisiai. Jei fundamentinį mokslą galima palyginti su medžio šaknimis, tai taikomąjį mokslą galima palyginti su jo vaisiais. Dideli technologiniai laimėjimai, tokie kaip mobilieji telefonai ar šviesolaidinis ryšys, yra mokslo vaisiai.

12.3. A. I. Herzenas apie mokslą. 1845 m. Aleksandras Ivanovičius Herzenas (1812–1870) žurnale „Otechestvennye Zapiski“ paskelbė nuostabius „Letters on the Study of Nature“. Pirmojo laiško pabaigoje jis rašė: „Mokslas atrodo sunkus ne todėl, kad jis iš tikrųjų sunkus, o todėl, kad kitaip nepasieksite jo paprastumo, kaip prasiveržimo pro tamsą tų paruoštų koncepcijų, kurios trukdo matyti. tiesiogiai. Tegu prisistatantys žino, kad visas surūdijusių ir beverčių įrankių arsenalas, kurį paveldėjome iš scholastikos, yra nieko vertas, kad reikia paaukoti už mokslo ribų suformuluotas pažiūras, kad neatmetant visko. pusiau melas, kuriuo, aiškumo dėlei, jie apsirengia pusės tiesosžmogus negali įeiti į mokslą, negali pasiekti visos tiesos.

12.4. Dėl mokyklų programų mažinimo.Šiuolaikinės fizikos programos mokykloje gali apimti aktyvų elementariųjų dalelių teorijos, reliatyvumo teorijos ir kvantinės mechanikos elementų įsisavinimą, jei sumažinsime tuos skyrius, kurie iš esmės yra aprašomojo pobūdžio ir padidina vaiko „erudiciją“, o ne suprasti supantį pasaulį ir gebėjimą gyventi bei kurti.

12.5. Išvada. Būtų teisinga, kad Rusijos mokslų akademijos Prezidiumas atkreiptų dėmesį į tai, kaip svarbu anksti supažindinti jaunimą su pasaulėžiūra, pagrįsta reliatyvumo teorijos ir kvantinės mechanikos pasiekimais, ir pavesti Rusijos akademijos Prezidiumo komisijoms. Vadovėlių (pirmininkas - viceprezidentas V. V. Kozlovas) ir švietimo (pirmininkas - viceprezidentas - Prezidentas V. A. Sadovnichijus) mokslų daktaro laipsnį parengti pasiūlymus dėl šiuolaikinės fundamentaliosios fizikos mokymo tobulinimo vidurinėse ir aukštosiose mokyklose.

apibūdinimas

Kad santykiai būtų vadinami fiziniu įstatymu, jie turi atitikti šiuos reikalavimus:

• empirinis patvirtinimas. Fizinis dėsnis laikomas tikru, jei jis patvirtinamas pakartotiniais eksperimentais.
• Universalumas. Įstatymas turi būti teisingas daugeliui objektų. Idealiu atveju – visiems visatos objektams.
• Tvarumas. Fiziniai dėsniai laikui bėgant nesikeičia, nors jie gali būti atpažįstami kaip tikslesnių dėsnių aproksimacijos.

Fiziniai dėsniai paprastai išreiškiami kaip trumpas žodinis pareiškimas arba kompaktiška matematinė formulė:

Pavyzdžiai

Pagrindinis straipsnis: Fizinių dėsnių sąrašas

Kai kurie žinomiausi fiziniai dėsniai yra šie:

Įstatymai-principai

Kai kurie fiziniai dėsniai yra universalūs ir iš esmės yra apibrėžimai. Tokie dėsniai dažnai vadinami principais. Tai apima, pavyzdžiui, antrąjį Niutono dėsnį (jėgos apibrėžimą), energijos tvermės dėsnį (energijos apibrėžimą), mažiausio veiksmo principą (veiksmo apibrėžimą) ir kt.

Dėsniai-simetrijų pasekmės

Dalis fizinių dėsnių yra paprastos tam tikrų sistemoje egzistuojančių simetrijų pasekmės. Taigi, išsaugojimo dėsniai pagal Noeterio teoremą yra erdvės ir laiko simetrijos pasekmės. O Pauli principas, pavyzdžiui, yra elektronų tapatumo (jų banginės funkcijos antisimetrijos dalelių permutacijos atžvilgiu) pasekmė.

Įstatymų derinimas

Visi fiziniai dėsniai yra empirinių stebėjimų pasekmė ir yra teisingi tokiu pačiu tikslumu, kaip ir eksperimentiniai stebėjimai. Šis apribojimas neleidžia teigti, kad kuris nors iš įstatymų yra absoliutus. Žinoma, kad kai kurie dėsniai akivaizdžiai nėra absoliučiai tikslūs, bet yra tikslesnių. Taigi, Niutono dėsniai galioja tik pakankamai masyviems kūnams, judantiems daug mažesniu nei šviesos greitis greičiu. Tikslesni yra kvantinės mechanikos ir specialiojo reliatyvumo dėsniai. Tačiau jos, savo ruožtu, yra tikslesnių kvantinio lauko teorijos lygčių apytikslės.

taip pat žr

Pastabos

Wikimedia fondas. 2010 m.

Pažiūrėkite, kas yra „Teisė (fizika)“ kituose žodynuose:

FIZIKA. 1. Fizikos dalykas ir struktūra F. paprasčiausiai ir kartu daugiausiai tiriantis mokslas. mus supančio materialaus pasaulio objektų bendrosios savybės ir judėjimo dėsniai. Dėl šio bendrumo nėra gamtos reiškinių, kurie neturėtų fizinių savybių. savybės... Fizinė enciklopedija

Mokslas, tiriantis paprasčiausius ir kartu bendriausius gamtos reiškinių modelius, materijos principus ir sandarą bei jos judėjimo dėsnius. F. sąvokomis ir jo dėsniais grindžiamas visas gamtos mokslas. F. priklauso tiksliesiems mokslams ir studijuoja kiekius ... Fizinė enciklopedija

Šviesos tiesinio sklidimo dėsnis: skaidrioje vienalytėje terpėje šviesa sklinda tiesiomis linijomis. Ryšium su tiesiojo šviesos sklidimo dėsniu atsirado šviesos pluošto sąvoka, turinti geometrinę reikšmę kaip ... ... Vikipedija

FIZIKA– FIZIKA – mokslas, kuris kartu su chemija tiria bendruosius energijos ir materijos virsmo dėsnius. Abu mokslai remiasi dviem pagrindiniais gamtos mokslų dėsniais – masės tvermės dėsniu (Lomonosovo, Lavoisier dėsnis) ir energijos tvermės dėsniu (R. Mayer, Jaul ... ... Didžioji medicinos enciklopedija

Boyle'o Mariotte dėsnis yra vienas iš pagrindinių dujų įstatymų. Įstatymas pavadintas airių fiziko, chemiko ir filosofo Roberto Boyle'o (1627 m. 1691 m.), kuris jį atrado 1662 m., vardu, taip pat prancūzų fiziko Edme'o Mariotte'o (1620 m. 1684 m.), atradusio ... ... Vikipedija, garbei.

Statistinė fizika Termodinamika Molekulinė kinetinė teorija Statistika ... Wikipedia

Nemažėjančios entropijos dėsnis: „Izoliuotoje sistemoje entropija nemažėja“. Jei tam tikru momentu uždara sistema yra nepusiausvyros makroskopinės būsenos, tai vėlesniais laiko momentais greičiausiai pasekmė ... ... Vikipedija

Sąvokos apimties ir turinio atvirkštinio santykio dėsnis yra formaliosios logikos dėsnis apie sąvokos apimties ir turinio pokyčių santykį. Jei pirmoji sąvoka yra platesnė nei antroji pagal apimtį, tai ji yra prastesnė savo turiniu; jei ... ... Vikipedija

- (a. sprogimo fizika; n. Physik der Explosion; f. physique de l explosion; ir. fisica de explosion, fisica de estallido, fisica de detonacion) yra mokslas, tiriantis sprogimo reiškinį ir jo veikimo mechanizmą. terpėje. Mechaninis gedimas.... Geologijos enciklopedija

- (skystosios medžiagos būsenos fizika) fizikos šaka, kurioje tiriamos skysčių mechaninės ir fizikinės savybės. Statistinė skysčių teorija yra statistinės fizikos šaka. Svarbiausias rezultatas yra lygčių išvedimas ... ... Vikipedija

Nei viena žmogaus veiklos sritis neapsieina be tiksliųjų mokslų. Ir kad ir kokie sudėtingi būtų žmonių santykiai, jie taip pat priklauso nuo šių dėsnių. siūlo prisiminti fizikos dėsnius, su kuriais žmogus susiduria ir išgyvena kiekvieną savo gyvenimo dieną.

Paprasčiausias, bet svarbiausias įstatymas yra Energijos tvermės ir transformacijos dėsnis.

Bet kurios uždaros sistemos energija išlieka pastovi visiems sistemoje vykstantiems procesams. O mes esame tokioje uždaroje sistemoje ir esame. Tie. kiek duodame, tiek ir gauname. Jei norime ką nors gauti, prieš tai turime duoti tiek pat. Ir nieko daugiau!

Ir mes, žinoma, norime gauti didelį atlyginimą, bet neiti į darbą. Kartais sukuriama iliuzija, kad „kvailiai pasisekė“ ir daugeliui laimė krinta ant galvų. Perskaitykite bet kurią pasaką. Herojai nuolat turi įveikti didžiulius sunkumus! Tada maudykite šaltame vandenyje, tada verdančiame vandenyje.

Vyrai patraukia moterų dėmesį piršlybomis. Moterys savo ruožtu rūpinasi šiais vyrais ir vaikais. ir kt. Taigi, jei norite ką nors gauti, pirmiausia duokite.

Veiksmo jėga lygi reakcijos jėgai.

Šis fizikos dėsnis iš esmės atspindi ankstesnįjį. Jeigu žmogus padarė neigiamą veiką – sąmoningas ar nesąmoningas – ir po to gavo atsakymą, t.y. opozicija. Kartais priežastis ir pasekmė yra atskirtos laike, ir jūs negalite iš karto suprasti, iš kur pučia vėjas. Turime, svarbiausia, atsiminti, kad niekas tiesiog nevyksta.

Sverto dėsnis.

Archimedas sušuko: Suteik man atramą ir aš išjudinsiu Žemę!“. Pasirinkus tinkamą svirtį, galima neštis bet kokį svorį. Visada reikia įvertinti, kiek laiko prireiks svirties tam ar kitam tikslui pasiekti ir pačiam padaryti išvadą, susidėlioti prioritetus: ar reikia įdėti tiek pastangų norint sukurti tinkamą svirtį ir perkelti šį svorį, ar taip lengviau palikti jį ramybėje ir užsiimti kita veikla.

Žiedyno taisyklė.

Taisyklė yra ta, kad nurodo magnetinio lauko kryptį. Ši taisyklė atsako į amžiną klausimą: kas kaltas? Ir atkreipia dėmesį, kad mes patys esame kalti dėl visko, kas su mumis nutinka. Kad ir kaip tai būtų įžeidžianti, kad ir kaip sunku, kad ir kaip nesąžininga tai atrodytų iš pirmo žvilgsnio, visada turime suvokti, kad mes patys buvome priežastis nuo pat pradžių.

nagų dėsnis.

Kai žmogus nori įkalti vinį, jis netrenkia kur nors prie vinies, trinkteli tiksliai į vinies galvą. Bet patys vinys į sienas nelipa. Visada reikia pasirinkti tinkamą plaktuką, kad nenulaužtumėte vinies plaktuku. O balais skaičiuojant reikia skaičiuoti smūgį, kad kepurė nesusilenktų. Būkite paprasta, rūpinkitės vieni kitais. Išmokite galvoti apie savo artimą.

Ir galiausiai entropijos dėsnis.

Entropija yra sistemos sutrikimo matas. Kitaip tariant, kuo daugiau chaoso sistemoje, tuo didesnė entropija. Tikslesnė formuluotė: spontaniškuose procesuose, vykstančiuose sistemose, entropija visada didėja. Paprastai visi spontaniški procesai yra negrįžtami. Jie lemia tikrus sistemos pokyčius, ir neįmanoma grąžinti jos į pradinę būseną neišeikvojus energijos. Tuo pačiu metu neįmanoma tiksliai (100%) pakartoti pradinės būsenos.

Norėdami geriau suprasti, apie kokią tvarką ir netvarką kalbame, atlikime eksperimentą. Supilkite juodas ir baltas granules į stiklinį indą. Pirmiausia įdėkime juodus, tada baltus. Granulės bus išdėstytos dviem sluoksniais: apačioje juodos, viršuje baltos – viskas tvarkoje. Tada keletą kartų purtykite stiklainį. Granulės susimaišys tolygiai. Ir kad ir kiek purtytume šį stiklainį, vargu ar pavyks pasiekti, kad granulės vėl išsidėsčiusios dviem sluoksniais. Štai, entropija veikia!

Būsena, kai granulės buvo išdėstytos dviem sluoksniais, laikoma užsakyta. Būsena, kai granulės tolygiai susimaišo, laikoma netvarkinga. Norint grįžti į tvarkingą būseną, reikia beveik stebuklo! Arba pakartotinis kruopštus darbas su granulėmis. O norint pridaryti chaosą banke, beveik nereikia pastangų.

Automobilio ratas. Kai jis yra pripumpuotas, jis turi laisvos energijos perteklių. Ratas gali judėti, vadinasi, veikia. Tokia tvarka. O jei pradursite ratą? Slėgis jame sumažės, laisva energija „išeis“ į aplinką (išsisklaidys), ir toks ratas nebegalės veikti. Tai chaosas. Norėdami grąžinti sistemą į pradinę būseną, t.y. norint susitvarkyti reikia daug dirbti: klijuoti kamerą, sumontuoti ratą, pumpuoti ir t.t., po to tai vėl būtinas dalykas, kuris gali būti naudingas.

Šiluma iš karšto kūno perduodama šaltam, o ne atvirkščiai. Teoriškai įmanomas atvirkštinis procesas, tačiau praktiškai niekas nesiims to daryti, nes reikės didžiulių pastangų, specialių įrengimų ir įrangos.

Taip pat visuomenėje. Žmonės sensta. Namai griūva. Uolos grimzta į jūrą. Galaktikos yra išsibarsčiusios. Bet kuri mus supanti realybė spontaniškai linkusi į netvarką.

Tačiau žmonės dažnai kalba apie sutrikimą kaip laisvę: Ne, mes nenorime tvarkos! Suteik mums tokią laisvę, kad kiekvienas galėtų daryti ką nori!» Bet kai visi daro ką nori, tai nėra laisvė – tai chaosas. Mūsų laikais daugelis giria netvarką, propaguoja anarchiją – žodžiu, viską, kas griauna ir skaldo. Tačiau laisvėje nėra chaose, laisvėje kaip tik tvarkoje.

Tvarkydamas savo gyvenimą žmogus susikuria laisvos energijos rezervą, kurį vėliau panaudoja savo planams įgyvendinti: darbui, studijoms, poilsiui, kūrybai, sportui ir kt. Kitaip tariant, jis priešinasi entropijai. Priešingu atveju, kaip mes galėjome sukaupti tiek daug materialinių vertybių per pastaruosius 250 metų?!

Entropija yra netvarkos matas, negrįžtamo energijos išsklaidymo matas. Kuo daugiau entropijos, tuo daugiau netvarkos. Namas, kuriame niekas negyvena, griūva. Geležis laikui bėgant rūdija, automobilis sensta. Santykiai, kurie niekam nerūpi, nutrūks. Taip pat ir visa kita mūsų gyvenime, absoliučiai viskas!

Natūrali gamtos būsena yra ne pusiausvyra, o entropijos padidėjimas. Šis dėsnis nenumaldomai veikia vieno žmogaus gyvenime. Jam nereikia nieko daryti, kad padidintų savo entropiją, tai vyksta spontaniškai, pagal gamtos dėsnį. Norint sumažinti entropiją (sutrikimą), reikia įdėti daug pastangų. Tai savotiškas antausis į veidą kvailai pozityviai nusiteikusiems žmonėms (po gulinčiu akmeniu ir vanduo neteka), kurių yra gana daug!

Norint išlaikyti sėkmę, reikia nuolatinių pastangų. Jei nesivystome, tai degraduojame. Ir norėdami išlaikyti tai, ką turėjome anksčiau, šiandien turime padaryti daugiau nei vakar. Daiktus galima tvarkyti ir net patobulinti: jei namo dažai išblukę, jį galima perdažyti ir dar gražiau nei anksčiau.

Žmonės turėtų stengtis „nuraminti“ savavališką destruktyvų elgesį, vyraujantį visur šiuolaikiniame pasaulyje, stengtis sumažinti chaoso būseną, kurią išsklaidėme iki grandiozinių ribų. Ir tai yra fizinis dėsnis, o ne tik plepėjimas apie depresiją ir neigiamą mąstymą. Viskas arba vystosi, arba degraduoja.

Gimsta, vystosi ir miršta gyvas organizmas, ir niekas niekada nepastebėjo, kad po mirties jis atgyja, jaunėja ir grįžta į sėklą ar įsčias. Kai jie sako, kad praeitis niekada negrįžta, tada, žinoma, pirmiausia jie turi omenyje šiuos gyvybiškai svarbius reiškinius. Organizmų vystymasis nustato teigiamą laiko rodyklės kryptį, o perėjimas iš vienos sistemos būsenos į kitą visada vyksta ta pačia kryptimi visiems be išimties procesams.

Valerijonas Chupinas

Informacijos šaltinis: Čaikovskis.Naujienos

Komentarai (3)

Šiuolaikinės visuomenės turtas auga ir augs vis labiau, visų pirma dėl visuotinio darbo. Pramoninis kapitalas buvo pirmoji istorinė socialinės gamybos forma, kai buvo pradėtas intensyviai eksploatuoti visuotinis darbas. Ir pirmiausia ta, kurią jis gavo nemokamai. Mokslas, kaip pastebėjo Marksas, kapitalui nieko nekainuoja. Iš tiesų, nei vienas kapitalistas nemokėjo atlygio nei Archimedui, nei Cardanui, nei Galileo, nei Huygensui, nei Niutonui už praktinį savo idėjų panaudojimą. Tačiau būtent pramoninis kapitalas masiniu mastu pradeda eksploatuoti mechanines technologijas, taigi ir bendrą jose įkūnytą darbą. Marx K, Engels F. Soch., t. 25, 1 dalis, p. 116.

PAGRINDINIAI FIZIKOS DĖSNIAI

[ Mechanika | Termodinamika | Elektra | Optika | Atominė fizika]

IŠSAUGOJIMO ENERGIJOS IR TRANSFORMACIJOS DĖSNIS – bendrasis gamtos dėsnis: bet kurios uždaros sistemos energija visiems sistemoje vykstantiems procesams išlieka pastovi (konservuota). Energiją galima tik paversti iš vienos formos į kitą ir perskirstyti tarp sistemos dalių. Atvirai sistemai jos energijos padidėjimas (sumažėjimas) yra lygus su ja sąveikaujančių kūnų ir fizinių laukų energijos sumažėjimui (padidėjimui).

1. MECHANIKA

ARCHIMEDO DĖSNIS – hidro- ir aerostatikos dėsnis: į skystį ar dujas panardintą kūną veikia plūduriuojanti jėga, nukreipta vertikaliai į viršų, skaičiais lygi kūno išstumto skysčio ar dujų svoriui, ir veikiama kūno centre. panardintos kūno dalies gravitacija. FA= gV, kur r – skysčio arba dujų tankis, V – panardintos kūno dalies tūris. Priešingu atveju jį galima suformuluoti taip: į skystį ar dujas panardintas kūnas praranda tiek savo svorio, kiek sveria jo išstumtas skystis (arba dujos). Tada P= mg - FA Kita gr. mokslininkas Archimedas 212 m. pr. Kr. Tai yra plaukimo kūnų teorijos pagrindas.

UNIVERSALUS GRAVITACIJOS DĖSNIS – Niutono gravitacijos dėsnis: visi kūnai vienas kitą traukia jėga, tiesiogiai proporcinga šių kūnų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui: , kur M ir m yra masės sąveikaujančių kūnų R – atstumas tarp šių kūnų, G – gravitacinė konstanta (SI G=6,67,10-11 N.m2/kg2.

GALILEO RELIatyvumo principas, mechaninis reliatyvumo principas – klasikinės mechanikos principas: bet kurioje inercinėje atskaitos sistemoje visi mechaniniai reiškiniai tomis pačiomis sąlygomis vyksta vienodai. trečia reliatyvumo principas.

KABLIS DĖSNIS – dėsnis, pagal kurį tampriosios deformacijos yra tiesiogiai proporcingos jas sukeliantiems išoriniams poveikiams.

MOMENTUMO IŠSAUGOJIMO DĖSNIS – mechanikos dėsnis: bet kurios uždaros sistemos impulsas visuose sistemoje vykstančiuose procesuose išlieka pastovus (konservuojamas) ir gali būti perskirstytas tik tarp sistemos dalių dėl jų sąveikos.

NIUTONO DĖSNIAI – trys dėsniai, kuriais grindžiama klasikinė Niutono mechanika. 1-asis dėsnis (inercijos dėsnis): materialus taškas yra tiesinio ir vienodo judėjimo arba ramybės būsenoje, jei jo neveikia kiti kūnai arba šių kūnų veikimas yra kompensuojamas. 2-asis dėsnis (pagrindinis dinamikos dėsnis): kūno gaunamas pagreitis yra tiesiogiai proporcingas visų kūną veikiančių jėgų rezultatui ir atvirkščiai proporcingas kūno masei (). 3 dėsnis: du materialūs taškai sąveikauja vienas su kitu tos pačios prigimties jėgomis, vienodo dydžio ir priešingos krypties išilgai šiuos taškus jungiančios tiesės ().

RELIATYVUMO PRINCIPAS – vienas iš reliatyvumo teorijos postulatų, teigiantis, kad bet kuriuose inerciniuose atskaitos rėmuose visi fiziniai (mechaniniai, elektromagnetiniai ir kt.) reiškiniai tomis pačiomis sąlygomis vyksta vienodai. Tai Galilėjaus reliatyvumo principo apibendrinimas visiems fizikiniams reiškiniams (išskyrus gravitaciją).

2. MOLEKULINĖ FIZIKA IR TERMODINAMIKA

AVOGADRO DĖSNIS – vienas pagrindinių idealių dujų dėsnių: vienoduose skirtingų dujų tūriuose toje pačioje temperatūroje ir slėgyje yra tiek pat molekulių. 1811 m. atidarė italas. fizikas A. Avogadro (1776-1856).

BOYLE-MARIOTTE DĖSNIS – vienas iš idealių dujų dėsnių: tam tikrai dujų masei esant pastoviai temperatūrai slėgio ir tūrio sandauga yra pastovi. Formulė: pV=konst. Aprašomas izoterminis procesas.

ANTRASIS TERMODINAMIKOS DĖSNIS – vienas pagrindinių termodinamikos dėsnių, pagal kurį neįmanomas periodinis procesas, kurio vienintelis rezultatas – darbų atlikimas, prilyginamas šilumos kiekiui, gaunamam iš šildytuvo. Kita formuluotė: neįmanomas procesas, kurio vienintelis rezultatas yra energijos perdavimas šilumos pavidalu iš mažiau įkaitusio kūno į karštesnį. V.z.t. išreiškia sistemos, susidedančios iš daugybės atsitiktinai judančių dalelių, tendenciją spontaniškai pereiti iš mažiau tikėtinų būsenų į labiau tikėtinas būsenas. Draudžiama kurti antrojo tipo amžinąjį variklį.

GAY-LUSSAC ĮSTATYMAS - dujų įstatymas: tam tikrai dujų masei esant pastoviam slėgiui tūrio ir absoliučios temperatūros santykis yra pastovi vertė, kur \u003d 1/273 K-1 yra tūrio plėtimosi temperatūros koeficientas.

DALTONO DĖSNIS – vienas pagrindinių dujų dėsnių: chemiškai nesąveikaujančių idealių dujų mišinio slėgis lygus šių dujų dalinių slėgių sumai.

PASKALO DĖSNIS – pagrindinis hidrostatikos dėsnis: išorinių jėgų sukuriamas slėgis skysčio ar dujų paviršiuje perduodamas vienodai visomis kryptimis.

PIRMASIS TERMODINAMIKOS DĖSNIS – vienas pagrindinių termodinamikos dėsnių, kuris yra termodinaminės sistemos energijos tvermės dėsnis: sistemai perduodamas šilumos kiekis Q išleidžiamas sistemos U vidinei energijai keisti ir darbui A atlikti. prieš sistemos išorines jėgas. Formulė: Q=U+A. Tai yra šilumos variklių veikimo pagrindas.

ČARLIO DĖSNIS – vienas iš pagrindinių dujų dėsnių: tam tikros idealių dujų masės slėgis esant pastoviam tūriui yra tiesiogiai proporcingas temperatūrai: kur p0 yra slėgis esant 00C, \u003d 1/273,15 K-1 yra slėgio temperatūros koeficientas.

3. ELEKTROS ELEKTROS IR MAGNETIZMAS

AMPEROS DĖSNIS – dviejų laidininkų sąveikos su srovėmis dėsnis; Lygiagretūs laidininkai tos pačios krypties srovėmis traukia, o priešingos krypties srovės atstumia. A.z. taip pat vadinamas dėsniu, kuris nustato jėgą, veikiančią magnetiniame lauke mažame srovės laidininko segmente. Atidarytas 1820 m ESU. Amperas.

JOUL-LENTZ DĖSNIS – dėsnis, apibūdinantis elektros srovės šiluminį poveikį. Pasak D. - L.z. šilumos kiekis, išsiskiriantis laidininke, kai per jį teka nuolatinė srovė, yra tiesiogiai proporcingas srovės stiprio kvadratui, laidininko varžai ir praėjimo laikui.

KROVINIŲ IŠSAUGOJIMO DĖSNIS – vienas pagrindinių gamtos dėsnių: bet kurios elektrai izoliuotos sistemos elektrinių krūvių algebrinė suma išlieka nepakitusi. Elektra izoliuotoje sistemoje Z.s.z. leidžia atsirasti naujoms įkrautoms dalelėms (pavyzdžiui, vykstant elektrolitinei disociacijai, jonizuojant dujas, kuriant dalelių-antidalelių poras ir pan.), tačiau bendras atsiradusių dalelių elektrinis krūvis visada turi būti lygus nuliui.

Kulono dėsnis – pagrindinis elektrostatikos dėsnis, išreiškiantis dviejų fiksuotų taškinių krūvių sąveikos jėgos priklausomybę nuo atstumo tarp jų: ​​du fiksuoto taško krūviai sąveikauja su jėga, tiesiogiai proporcinga šių krūvių dydžių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų ir terpės, kurioje yra krūviai, laidumo kvadratas. SI kalba atrodo taip: . Reikšmė skaitine prasme lygi jėgai, veikiančiai tarp dviejų fiksuotų taškinių krūvių, kurių kiekvienas yra 1 C, išsidėsčiusių vakuume 1 m atstumu vienas nuo kito. K.z. yra vienas iš eksperimentinių elektrodinamikos pagrindų.

KAIRĖS RANKOS TAISYKLĖ – taisyklė, kuri nustato jėgos, veikiančios laidininką su srove magnetiniame lauke (arba judančią įkrautą dalelę), kryptį. Jame rašoma: jei kairioji ranka yra išdėstyta taip, kad ištiesti pirštai rodytų srovės kryptį (dalelės greitį), o magnetinio lauko jėgos linijos (magnetinės indukcijos linijos) patenka į delną, tai atitrauktas nykštys. parodys laidininką veikiančios jėgos kryptį (teigiama dalelė; neigiamos dalelės atveju jėgos kryptis priešinga).

LENTZ TAISYKLĖ (TEISĖ) – taisyklė, kuri nustato elektromagnetinės indukcijos metu atsirandančių indukcijos srovių kryptį. Pasak L.p. indukcinė srovė visada turi tokią kryptį, kad jos pačios magnetinis srautas kompensuoja išorinio magnetinio srauto pokyčius, sukėlusius šią srovę. L.p. - energijos tvermės dėsnio pasekmė.

OHMA DĖSNIS – vienas pagrindinių elektros srovės dėsnių: nuolatinės elektros srovės stipris grandinės atkarpoje yra tiesiogiai proporcingas įtampai šios sekcijos galuose ir atvirkščiai proporcingas jos varžai. Galioja metaliniams laidininkams ir elektrolitams, kurių temperatūra palaikoma pastovi. Ištisos grandinės atveju ji formuluojama taip: nuolatinės elektros srovės stipris grandinėje yra tiesiogiai proporcingas srovės šaltinio emf ir atvirkščiai proporcingas elektros grandinės varžai.

DEŠINĖS RANKOS TAISYKLĖ - taisyklė, nustatanti 1) indukcijos srovės kryptį laidininke, judančiame magnetiniame lauke: jei dešinės rankos delnas yra taip, kad joje būtų magnetinės indukcijos linijos, o sulenktas nykštys nukreiptas išilgai judėjimas

laidininkas, tada keturi ištiesti pirštai parodys indukcijos srovės kryptį; 2) tiesinio laidininko su srove magnetinės indukcijos linijų kryptis: jei dešinės rankos nykštys yra nukreiptas srovės kryptimi, tai laidininko sugriebimo keturiais pirštais kryptis parodys linijų kryptį. magnetinės indukcijos.

FARADAJAUS DĖSNIAI – pagrindiniai elektrolizės dėsniai. Pirmasis Faradėjaus dėsnis: medžiagos masė, išsiskirianti ant elektrodo, praeinant elektros srovei, yra tiesiogiai proporcinga elektros kiekiui (krūviui), kuris praėjo per elektrolitą (m=kq=kIt). Antrasis FZ: įvairių medžiagų, kurios ant elektrodų vyksta cheminės transformacijos, masių santykis, kai per elektrolitą praeina tie patys elektros krūviai, yra lygus cheminių ekvivalentų santykiui. 1833-34 įrengė M. Faradėjus. Apibendrintas elektrolizės dėsnis yra toks: , kur M yra molinė (atominė) masė, z yra valentingumas, F yra Faradėjaus konstanta. F.p. yra lygus elementariojo elektros krūvio ir Avogadro konstantos sandaugai. F=e.NA. Nustato įkrovą, kuriai praeinant per elektrolitą ant elektrodo išsiskiria 1 molis vienavalentės medžiagos. F=(96484,56 0,27) ląstelės/mol. Pavadintas M. Faradėjaus vardu.

ELEKTROMAGNETINĖS INDUKCIJOS DĖSNIS – dėsnis, apibūdinantis elektrinio lauko atsiradimo reiškinį, kai keičiasi magnetinis laukas (elektromagnetinės indukcijos reiškinys): indukcijos elektrovaros jėga yra tiesiogiai proporcinga magnetinio srauto kitimo greičiui. Proporcingumo koeficientas nustatomas pagal vienetų sistemą, ženklas yra Lenco taisyklė. SI formulė yra tokia: čia Ф yra magnetinio srauto pokytis, o t yra laiko intervalas, per kurį įvyko šis pokytis. Atrado M. Faradėjus.

4. OPTIKA

HUYGENS PRINCIPAS – metodas, leidžiantis bet kada nustatyti bangos fronto padėtį. Pagal g.p. visi taškai, per kuriuos eina bangos frontas momentu t, yra antrinių sferinių bangų šaltiniai, o norima bangos fronto padėtis momentu t t sutampa su visas antrines bangas gaubiančiu paviršiumi. Leidžia paaiškinti šviesos atspindžio ir lūžio dėsnius.

HUYGENS – FRESNEL – PRINCIPAS – apytikslis bangų sklidimo problemų sprendimo metodas. G.-F. Elemente rašoma: bet kuriame taške, esančiame už savavališko uždaro paviršiaus, dengiančio taškinį šviesos šaltinį, šio šaltinio sužadinta šviesos banga gali būti pavaizduota kaip antrinių bangų, skleidžiamų visų nurodyto uždaro paviršiaus taškų, trukdžių rezultatas. Leidžia išspręsti paprasčiausias šviesos difrakcijos problemas.

BANGŲ ATSPINDIMŲ DĖSNIS - krintantis spindulys, atsispindėjęs spindulys ir statmenas, pakeltas į spindulio kritimo tašką, yra toje pačioje plokštumoje, o kritimo kampas lygus lūžio kampui. Veidrodiniam atspindžiui galioja įstatymas.

ŠVIESOS LŪGIS – šviesos (elektromagnetinės bangos) sklidimo krypties pokytis pereinant iš vienos terpės į kitą, kuris skiriasi nuo pirmojo lūžio rodiklio. Lūžio dėsnis yra įvykdytas: krintantis pluoštas, lūžęs pluoštas ir statmuo, pakeltas į pluošto kritimo tašką, yra toje pačioje plokštumoje, o šioms dviem terpėms kritimo kampo sinuso santykis su lūžio kampo sinusas yra pastovi reikšmė, vadinama santykiniu antrosios terpės lūžio rodikliu, palyginti su pirmąja.

TIESIAUSIO ŠVIESOS SKISKYMO DĖSNIS – geometrinės optikos dėsnis, kuris susideda iš to, kad homogeninėje terpėje šviesa sklinda tiesia linija. Paaiškina, pavyzdžiui, šešėlio ir pusiausvyros susidarymą.

6. ATOMO IR BRANDUOLINĖ FIZIKA.

BOHR POSTULATAI – pagrindinės prielaidos, pateiktos be įrodymų N.Bohr ir kuriomis grindžiama BOHR TEORIJA: 1) Atominė sistema yra stabili tik stacionariose būsenose, kurios atitinka atskirą atominės energijos reikšmių seką. Kiekvienas šios energijos pokytis yra susijęs su visišku atomo perėjimu iš vienos stacionarios būsenos į kitą. 2) Atomo energijos sugertis ir emisija vyksta pagal dėsnį, pagal kurį su perėjimu susijusi spinduliuotė yra vienspalvė ir turi tokį dažnį: h = Ei-Ek, kur h yra Planko konstanta, o Ei ir Ek yra nejudančių būsenų atomo energijos

Pagal šį dėsnį procesas, kurio vienintelis rezultatas yra energijos perdavimas šilumos pavidalu iš šaltesnio kūno į karštesnį, neįmanomas be pačios sistemos ir aplinkos pokyčių.
Antrasis termodinamikos dėsnis išreiškia sistemos, susidedančios iš daugybės atsitiktinai judančių dalelių, polinkį į savaiminį perėjimą iš mažiau tikėtinų būsenų į labiau tikėtinas būsenas. Draudžiama kurti antrojo tipo amžinąjį variklį.
Vienoduose idealių dujų tūriuose toje pačioje temperatūroje ir slėgyje yra tiek pat molekulių.
Įstatymą 1811 metais atrado italų fizikas A. Avogadro (1776–1856).
Dviejų srovių, tekančių laidininkais, esančiais nedideliu atstumu vienas nuo kito, sąveikos dėsnis teigia: lygiagretūs laidininkai, kurių srovės viena kryptimi traukia, o priešingos krypties sroves atstumia.
Įstatymą 1820 metais atrado A. M. Ampere'as.
Hidro ir aerostatikos dėsnis: į skystį ar dujas panardintą kūną vertikaliai į viršų veikia plūduriavimo jėga, lygi kūno išstumto skysčio ar dujų svoriui ir veikiama panardintos kūno dalies svorio centre. kūnas. FA = gV, kur g yra skysčio arba dujų tankis, V yra panardintos kūno dalies tūris.
Priešingu atveju dėsnį galima suformuluoti taip: į skystį ar dujas panardintas kūnas praranda tiek savo svorio, kiek sveria jo išstumtas skystis (arba dujos). Tada P = mg - FA.
Įstatymą 212 m. pr. Kr. atrado senovės graikų mokslininkas Archimedas. e. Tai yra plūduriuojančių kūnų teorijos pagrindas.
Vienas iš idealių dujų dėsnių: esant pastoviai temperatūrai, dujų slėgio ir jų tūrio sandauga yra pastovi reikšmė. Formulė: pV = konst. Aprašomas izoterminis procesas. Visuotinės gravitacijos dėsnis arba Niutono traukos dėsnis: visi kūnai vienas kitą traukia jėga, kuri yra tiesiogiai proporcinga šių kūnų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Pagal šį dėsnį kieto kūno tampriosios deformacijos yra tiesiogiai proporcingos jas sukeliantiems išoriniams poveikiams. Apibūdina elektros srovės šiluminį efektą: šilumos kiekis, išsiskiriantis laidininke, tekant jį nuolatinei srovei, yra tiesiogiai proporcingas srovės stiprio kvadratui, laidininko varžai ir praėjimo laikui. 19 amžiuje savarankiškai atrado Džoulis ir Lencas. Pagrindinis elektrostatikos dėsnis, išreiškiantis dviejų fiksuotų taškinių krūvių sąveikos jėgos priklausomybę nuo atstumo tarp jų: ​​du fiksuoti taškiniai krūviai sąveikauja su jėga, kuri yra tiesiogiai proporcinga šių krūvių dydžių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga šių krūvių dydžių sandaugai. atstumo tarp jų ir terpės, kurioje yra krūviai, laidumo kvadratas. Reikšmė skaitine prasme yra lygi jėgai, veikiančiai tarp dviejų fiksuotų taškinių 1 C krūvių, kurių kiekvienas yra vakuume 1 m atstumu vienas nuo kito.
Kulono dėsnis yra vienas iš eksperimentinių elektrodinamikos pagrindų. Atidarytas 1785 m
Vienas iš pagrindinių elektros srovės dėsnių: nuolatinės elektros srovės stipris grandinės atkarpoje yra tiesiogiai proporcingas įtampai šios sekcijos galuose ir atvirkščiai proporcingas jos varžai. Galioja metaliniams laidininkams ir elektrolitams, kurių temperatūra palaikoma pastovi. Ištisos grandinės atveju ji formuluojama taip: nuolatinės elektros srovės stipris grandinėje yra tiesiogiai proporcingas srovės šaltinio emf ir atvirkščiai proporcingas elektros grandinės varžai.

1826 m. atidarė G. S. Ohm.