Кои се основните закони на физиката? Физика: основни поими, формули, закони. Основни закони на физиката кои човек треба да ги знае Основни закони на класичната физика

1.1. Прибелешка.Законите на теоријата на релативноста и квантната механика, според кои се одвива движењето и интеракцијата на елементарните честички на материјата, го предодредуваат формирањето и појавата на обрасци од најширокиот опсег на феномени што ги проучуваат различни природни науки. Овие закони се во основата на современите високи технологии и во голема мера ја одредуваат состојбата и развојот на нашата цивилизација. Затоа, запознавањето со основите на фундаменталната физика е неопходно не само за учениците, туку и за учениците од училиштата. Активно поседување на основни знаења за структурата на светот е неопходно за човек кој влегува во животот за да го најде своето место на овој свет и успешно да продолжи да учи.

1.2. Која е главната тешкотија на овој извештај.Упатено е и до специјалисти од областа на физиката на елементарните честички и до многу поширока публика: физичари кои не се занимаваат со елементарни честички, математичари, хемичари, биолози, енергетичари, економисти, филозофи, лингвисти, ... Да биде доволно прецизно, морам да ги користам термините и формулите на фундаменталната физика. За да бидам разбран, морам постојано да ги објаснувам овие термини и формули. Ако физиката на елементарните честички не е ваша специјалност, прво прочитајте ги само оние делови чии наслови не се означени со ѕвездички. Потоа обидете се да читате делови со една ѕвездичка *, две ** и на крајот три ***. Успеав да зборувам за повеќето делови без ѕвездички за време на извештајот, но немаше време за останатите.

1.3. Физика на елементарни честички.Физиката на честички е основата на сите природни науки. Ги проучува најмалите честички на материјата и основните модели на нивните движења и интеракции. На крајот на краиштата, токму овие законитости го одредуваат однесувањето на сите објекти на Земјата и на небото. Физиката на честички се занимава со такви основни концепти како просторот и времето; материја; енергија, моментум и маса; спин. (Повеќето читатели имаат идеја за просторот и времето, можеби слушнале за врската помеѓу масата и енергијата и немаат поим каква врска има моментумот со тоа, и тешко дека погодуваат за најважната улога на спинот во физиката. Дури и се согласуваат меѓу себе како да се нарекува материја, но сепак експерти.) Физиката на честички е создадена во 20 век. Нејзиното создавање е нераскинливо поврзано со создавањето на две од најголемите теории во историјата на човештвото: теоријата на релативност и квантната механика. Клучните константи на овие теории се брзината на светлината ви Планковата константа ч.

1.4. Теорија на релативност.Специјалната теорија на релативноста, која се појави на почетокот на 20 век, ја заврши синтезата на голем број науки кои ги проучуваа класичните феномени како електрицитетот, магнетизмот и оптиката, создавајќи механика со брзини на тела споредливи со брзината на светлината. (Класичната нерелативистичка механика на Њутн се занимавала со брзините v<<в.) Потоа, во 1915 година, беше создадена општата теорија на релативноста, која беше дизајнирана да ги опише гравитационите интеракции, земајќи ја предвид конечноста на брзината на светлината в.

1.5. Квантна механика.Квантната механика, создадена во 1920-тите, ја објасни структурата и својствата на атомите врз основа на својствата на двојните бранови-честички на електроните. Таа објасни огромен опсег на хемиски феномени поврзани со интеракцијата на атомите и молекулите. И е дозволено да се опишат процесите на емисија и апсорпција на светлина од нив. Разберете ги информациите што ни ги носи светлината на Сонцето и ѕвездите.

1.6. Теорија на квантно поле.Обединувањето на теоријата на релативност и квантната механика доведе до создавање на квантната теорија на полето, што овозможува да се опишат најважните својства на материјата со висок степен на точност. Теоријата на квантното поле е, се разбира, премногу комплицирана за да им се објасни на учениците. Но, во средината на 20 век, во него се појави визуелен јазик на Фејнманови дијаграми, што радикално го поедноставува разбирањето на многу аспекти на теоријата на квантното поле. Една од главните цели на овој говор е да покаже како најширокиот опсег на појави може едноставно да се разберат со помош на Фејнманови дијаграми. Во исто време, ќе се задржам подетално на прашања кои се далеку од познати на сите експерти во квантната теорија на поле (на пример, за односот помеѓу класичната и квантната гравитација), и само ретко ќе ги наведам прашањата за широко дискутирани во популарните научна литература.

1.7. Идентитетот на елементарните честички.Елементарните честички се најмалите неделиви честички на материјата од кои е изграден целиот свет. Најневеројатната особина што ги разликува овие честички од обичните неелементарни честички, на пример, зрна песок или зрна, е тоа што сите елементарни честички од ист вид, на пример, сите електрони во Универзумот се апсолутно (!) исти - идентични. И како последица на тоа, нивните наједноставни врзани состојби се идентични една со друга - атоми и наједноставните молекули.

1.8. Шест елементарни честички.За да се разберат главните процеси што се случуваат на Земјата и на Сонцето, доволно е да се разберат, како прво приближување, процесите во кои учествуваат шест честички: електрон д, протон стр, неутрон nи електронска неутрино ν e , како и фотон γ и гравитон g̃. Првите четири честички имаат спин 1/2, фотонот има спин 1, а гравитонот има 2. (Честичките со спин со цел број се нарекуваат бозони, честичките со спин од половина цел се нарекуваат фермиони. Повеќе за спинот ќе се дискутира подоцна.) Протоните и неутроните обично се нарекуваат нуклеони бидејќи од нив се градат атомски јадра, а јадрото на англиски јазик е јадрото. Електронот и неутриното се нарекуваат лептони. Тие немаат силни нуклеарни сили.

Поради многу слабата интеракција на гравитоните, невозможно е да се набљудуваат поединечни гравитони, но токму преку овие честички се врши гравитацијата во природата. Исто како што електромагнетните интеракции се вршат со помош на фотони.

1.9. Античестички.Електронот, протонот и неутронот имаат таканаречени античестички: позитрон, антипротон и антинеутрон. Тие не се вклучени во составот на обичната материја, бидејќи кога ќе се сретнат со соодветните честички, со нив влегуваат во реакции на меѓусебно уништување - уништување. Така, електрон и позитрон се уништуваат во два или три фотони. Фотонот и гравитонот се навистина неутрални честички: тие се совпаѓаат со нивните античестички. Дали неутриното е навистина неутрална честичка сè уште не е познато.

1.10. Нуклеони и кваркови.Во средината на 20 век, стана јасно дека самите нуклеони се состојат од повеќе елементарни честички - кваркови од два вида, кои означуваат uи г: стр = ууд, n = дду. Интеракцијата помеѓу кварковите ја вршат глуони. Антинуклеоните се составени од антикваркови.

1.11. Три генерации фермиони.Заедно со u, г, д, v eдве други групи (или, како што велат, генерации) на кваркови и лептони беа откриени и проучувани: в, с, μ, ν μ и т, б, τ , ν τ . Овие честички не се вклучени во составот на обичната материја, бидејќи се нестабилни и брзо се распаѓаат во полесни честички од првата генерација. Но, тие одиграа важна улога во првите моменти од постоењето на универзумот.

За уште поцелосно и подлабоко разбирање на природата, потребни се уште повеќе честички со уште понеобични својства. Но, можеби, во иднина сета оваа разновидност ќе се сведе на неколку едноставни и убави ентитети.

1.12. Хадрони.Големото семејство на честички кое се состои од кваркови и/или антикваркови и глуони се нарекуваат хадрони. Сите хадрони, со исклучок на нуклеоните, се нестабилни и затоа не влегуваат во составот на обичната материја.

Често, хадроните се нарекуваат и елементарни честички, бидејќи тие не можат да се поделат на слободни кваркови и глуони. (Така и јас, упатувајќи ги протонот и неутронот на првите шест елементарни честички.) Ако сите хадрони се сметаат за елементарни, тогаш бројот на елементарните честички ќе се мери во стотици.

1.13. Стандарден модел и четири типа на интеракции.Како што ќе биде објаснето подолу, елементарните честички наведени погоре овозможуваат, во рамките на таканаречениот „Стандарден модел на елементарни честички“, да се опишат сите досега познати процеси кои се случуваат во природата како резултат на гравитациони, електромагнетни , слаби и силни интеракции. Но, за да се разбере како функционираат првите две од нив, доволни се четири честички: фотон, гравитон, електрон и протон. Згора на тоа, фактот дека протонот се состои од u- и г-кваркови и глуони, се покажува како незначителен. Се разбира, без слаби и силни интеракции, невозможно е да се разбере ниту како се распоредени атомските јадра, ниту како функционира нашето Сонце. Но, како се наредени атомските школки, кои ги одредуваат сите хемиски својства на елементите, како функционира електричната енергија и како се распоредени галаксиите, може да се разбере.

1.14. Надвор од познатото.Денес веќе знаеме дека честичките и интеракциите на Стандардниот модел не ги исцрпуваат богатствата на природата.

Утврдено е дека обичните атоми и јони сочинуваат само помалку од 20% од целата материја во Универзумот, а повеќе од 80% е таканаречената темна материја, чија природа сè уште не е позната. Најчесто мислењето е дека темната материја се состои од суперчестички. Можно е да се состои од огледални честички.

Уште повпечатливо е фактот дека целата материја, и видлива (светлосна) и темна, носи само четвртина од целата енергија на универзумот. Три четвртини припаѓаат на таканаречената темна енергија.

1.15. Елементарни честички“д до одреден степен“ се фундаментални.Кога мојот учител Исак Јаковлевич Померанчук сакаше да ја нагласи важноста на прашањето, тој рече дека прашањето е е важно по степен. Се разбира, повеќето природни науки, а не само физиката на елементарните честички, се фундаментални. Физиката на кондензирана материја, на пример, подлежи на фундаментални закони кои можат да се користат без да мора да се открие како тие следат од законите на физиката на честичките. Но, законите на релативноста и квантната механика " ддо фундаментален степен“ во смисла дека ниту еден од помалку општите закони не може да им противречи.

1.16. Основни закони.Сите процеси во природата настануваат како резултат на локални интеракции и движења (распределби) на елементарните честички. Основните закони кои ги регулираат овие движења и интеракции се многу невообичаени и многу едноставни. Тие се засноваат на концептот на симетрија и принципот дека сè што не е во спротивност со симетријата може и треба да се случи. Подолу, користејќи го јазикот на Фејнмановите дијаграми, ќе следиме како тоа се реализира во гравитационите, електромагнетните, слабите и силните интеракции на честичките.

2. Честички и живот

2.1. За цивилизацијата и културата.Странскиот член на Руската академија на науките Валентин Телегди (1922–2006) објасни: „Ако WC (воден плакар) е цивилизација, тогаш способноста да се користи е култура“.

Истражувачот на ITEP А.А. Абрикосов Џуниор. Неодамна ми напиша: „Една од целите на вашиот извештај е да се убеди високата публика во потребата пошироко да се предава модерната физика. Ако е така, тогаш можеби би било вредно да се наведат неколку секојдневни примери. Мислам на следново:

Живееме во свет кој е незамислив дури и на секојдневно ниво без квантна механика (QM) и теорија на релативност (RT). Мобилните телефони, компјутерите, целата модерна електроника, а да не ги спомнуваме ЛЕД светлата, полупроводничките ласери (вклучувајќи покажувачи), LCD дисплеите се во суштина квантни уреди. Невозможно е да се објасни како тие функционираат без основните концепти на QM. И како ги објаснуваш без да споменеш тунелирање?

Вториот пример, можеби го знам од тебе. Сателитски навигатори се инсталирани во секој 10-ти автомобил. Точноста на синхронизацијата на часовникот во сателитската мрежа не е помала од 10 -8 (ова одговара на грешка од редот на метар во локализацијата на објектот на површината на Земјата). Таквата точност бара да се земат предвид корекции на TO на часовникот на сателит што се движи. Велат дека инженерите не можеле да поверуваат, па првите уреди имале двојна програма: со и без корекции. Како што се испостави, првата програма работи подобро. Еве тест на теоријата на релативност на ниво на домаќинство.

Се разбира, разговорот на телефон, возењето автомобил и пишувањето клучеви од компјутерот е возможно без висока наука. Но, малку е веројатно дека академиците треба да поттикнат да не се учи географија, бидејќи „има такси“.

И тогаш тие разговараат со учениците, а потоа со студентите пет години за материјалните точки и галилејската релативност, и одеднаш, без очигледна причина, велат дека тоа „не е сосема точно“.

Тешко е да се промени од визуелниот Њутнови свет во квантниот, дури и на Физикотехничкиот институт. Твое, ААА“.

2.2. За основната физика и образованието.За жал, современиот образовен систем заостанува зад модерната фундаментална физика цел век. А, мнозинството луѓе (вклучувајќи го и мнозинството научни работници) немаат поим за таа изненадувачки јасна и едноставна слика (мапа) на светот, која е создадена од физиката на елементарните честички. Оваа карта многу ја олеснува навигацијата во сите природни науки. Целта на мојот извештај е да ве убедам дека некои елементи (поими) од физиката на елементарните честички, теоријата на релативност и квантната теорија можат и треба да станат основа за настава на сите природни науки, не само во повисоките, туку и во средното и средното образование. дури и основно училиште. На крајот на краиштата, фундаментално новите концепти најлесно се совладуваат токму во детството. Детето лесно го совладува јазикот, владее со мобилен телефон. Многу деца ја враќаат Рубиковата коцка во првобитната состојба за неколку секунди, а ни еден ден не ми е доволен.

За да се избегнат непријатни изненадувања во иднина, неопходно е да се постави соодветен светоглед во градинката. Константи ви чтреба да станат алатки за знаење за децата.

2.3. За математиката.Математиката - кралицата и слугата на сите науки - секако мора да служи како главна алатка на знаењето. Дава основни концепти како вистина, убавина, симетрија, ред. концепти на нула и бесконечност. Математиката ве учи да размислувате и броите. Фундаменталната физика е незамислива без математика. Образованието е незамисливо без математика. Се разбира, можеби е премногу рано да се изучува групна теорија на училиште, но неопходно е да ве научи да ја цените вистината, убавината, симетријата и редот (и некое нарушување во исто време).

Многу е важно да се разбере преминот од реални (реални) броеви (едноставни, рационални, ирационални) кон имагинарни и сложени. Веројатно, само оние студенти кои сакаат да работат во областа на математиката и теоретската физика треба да учат хиперкомплексни броеви (кватерниони и октониони). Во мојата работа, на пример, никогаш не сум користел октониони. Но, знам дека тие го олеснуваат разбирањето на најперспективната, според многу теоретски физичари, исклучителната симетрична група Е 8 .

2.4. За светогледот и природните науки.Идејата за основните закони што управуваат со светот е неопходна во сите природни науки. Се разбира, физиката, хемијата, биологијата, науките за Земјата и астрономијата имаат свои специфични концепти, методи и проблеми. Но, многу е важно да се има општа карта на светот и да се разбере дека на оваа карта има многу празни точки на непознатото. Многу е важно да се разбере дека науката не е осифицирана догма, туку жив процес на приближување до вистината во многу точки на светската карта. Приближувањето до вистината е асимптотички процес.

2.5. За вистински и вулгарен редукционизам.Идејата дека посложените структури во природата се состојат од помалку сложени структури и, на крајот, од наједноставните елементи, вообичаено се нарекува редукционизам. Во оваа смисла, она во што се обидувам да ве убедам е редукционизмот. Но, вулгарниот редукционизам, кој тврди дека сите науки може да се сведат на физика на елементарни честички, е апсолутно неприфатлив. На секое повисоко и повисоко ниво на сложеност, се формираат и се појавуваат сопствени модели. Не треба да знаете физика на честички за да бидете добар биолог. Но, да се разбере неговото место и улога во системот на науките, да се разбере клучната улога на константите ви чнеопходно. На крајот на краиштата, науката како целина е единствен организам.

2.6. За хуманистичките и општествените науки.Општата идеја за структурата на светот е многу важна за економијата, и за историјата и за когнитивните науки, како што се науките за јазикот и за филозофијата. И обратно - овие науки се исклучително важни за најфундаменталната физика, која постојано ги усовршува своите фундаментални концепти. Ова ќе се види од разгледувањето на теоријата на релативноста, на која сега се свртувам. Посебно ќе ги споменам правните науки кои се исклучително важни за просперитетот (да не зборуваме за опстанокот) на природните науки. Убеден сум дека општествените закони не треба да противречат на основните закони на природата. Човечките закони не треба да противречат на Божествените закони на природата.

2.7. Микро-, Макро-, Космо-.Нашиот обичен свет на големи, но не и гигантски нешта обично се нарекува макрокосмос. Светот на небесните објекти може да се нарече космички свет, а светот на атомските и субатомските честички се нарекува микросвет. (Бидејќи големини на атомите се од редот на 10 -10 m, микросветот значи објекти со најмалку 4, па дури и 10 степени по големина помали од микрометар, и 1-7 степени на големина помали од нанометар. Модната област на нано се наоѓа на патот од микро до макро.) Во 20 век беше изграден таканаречениот Стандарден модел на елементарни честички, кој ви овозможува едноставно и јасно да разберете многу од макро и космичките закони врз основа на микро закони.

2.8. Нашите модели.Моделите во теоретската физика се градат со отфрлање на несуштинските околности. На пример, во атомската и нуклеарната физика, гравитационите интеракции на честичките се занемарливи и тие можат да се игнорираат. Таквиот модел на светот се вклопува во специјалната теорија на релативноста. Овој модел има атоми, молекули, кондензирани тела,... забрзувачи и судири, но нема Сонце и ѕвезди.

Таквиот модел секако би бил погрешен на многу големи размери каде гравитацијата е од суштинско значење.

Се разбира, за постоењето на ЦЕРН, постоењето на Земјата (и, следствено, на гравитацијата) е неопходно, но за разбирање на огромното мнозинство на експерименти спроведени во ЦЕРН (освен за пребарувања во судирот за микроскопски „црни дупки“) , гравитацијата не е суштинска.

2.9. Редови на големина.Една од тешкотиите во разбирањето на својствата на елементарните честички се должи на фактот што тие се многу мали и ги има многу. Во една лажица вода има огромен број атоми (околу 10 23). Бројот на ѕвезди во видливиот дел на Универзумот не е многу помал. Големите бројки не треба да се плашат. На крајот на краиштата, не е тешко да се справиме со нив, бидејќи множењето на броевите главно се сведува на собирање на нивните нарачки: 1 \u003d 10 0, 10 \u003d 10 1, 100 \u003d 10 2. Помножете 10 со 100, добиваме 10 1+2 = 10 3 = 1000.

2.10. Капка масло.Ако капка масло со волумен од 1 милилитар падне на површината на водата, тогаш таа ќе се прошири во виножито место со површина од околу неколку квадратни метри и дебелина од околу сто нанометри. Ова е само три реда на големина поголема од големината на атомот. А дебелината на филмот за меурчиња од сапуница на најтенките места е од редот на големината на молекулите.

2.11. Џули.Типична AA батерија има напон од 1,5 волти (V) и содржи 10 4 џули (J) електрична енергија. Дозволете ми да ве потсетам дека 1 J \u003d 1 приврзок × 1 V, а исто така и дека 1 J \u003d kg m 2 / s 2 и дека забрзувањето на гравитацијата е околу 10 m / s 2. Значи, 1 џул ви овозможува да подигнете 1 килограм до висина од 10 cm, а 10 4 J ќе подигнете 100 kg до 10 метри. Еве колку енергија троши еден лифт за да однесе ученик на десетти кат. Толку енергија има во батеријата.

2.12. Електроволти.Единицата за енергија во физиката на елементарните честички е електрон волт (eV): енергијата од 1 eV се стекнува со 1 електрон што поминал низ потенцијална разлика од 1 волт. Бидејќи има 6,24 × 10 18 електрони во еден приврзок, тогаш 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.

Да ве потсетам дека енергијата на еден протон во Големиот хадронски судирач CERN треба да биде еднаква на 7 TeV.

3. За теоријата на релативноста

3.1. Референтни системи.Ние ги опишуваме сите наши експерименти во еден или друг референтен систем. Референтниот систем може да биде лабораторија, воз, сателит на Земјата, центар на галаксија... . Секоја честичка што лета, на пример, во забрзувач на честички, може да биде и референтен систем. Бидејќи сите овие системи се движат релативно едни на други, нема сите експерименти да изгледаат исто во нив. Покрај тоа, гравитационото влијание на најблиските масивни тела е исто така различно кај нив. Разгледувањето на овие разлики е она што ја сочинува главната содржина на теоријата на релативноста.

3.2. Брод на Галилео.Галилео го формулирал принципот на релативност, живописно опишувајќи ги сите видови експерименти во кабината на непречено пловење брод. Ако прозорците се завесени, со помош на овие експерименти е невозможно да се открие колку брзо се движи бродот и дали стои во место. Ајнштајн додал експерименти со конечна брзина на светлината во оваа кабина. Ако не погледнете низ прозорецот, не можете да ја знаете брзината на бродот. Но, ако погледнете на брегот, можете.

3.3. Далечни ѕвезди*.Разумно е да се издвои таква референтна рамка, во однос на која луѓето би можеле да ги формулираат резултатите од нивните експерименти, без разлика каде се наоѓаат. За таков универзален референтен систем, одамна е прифатен систем во кој далечните ѕвезди се неподвижни. И релативно неодамна (пред половина век) беа откриени уште подалечни квазари и се покажа дека реликтната микробранова позадина треба да биде изотропна во овој систем.

3.4. Во потрага по универзална референтна рамка*.Во суштина, целата историја на астрономијата е напредок кон сè поуниверзална референтна рамка. Од антропоцентрично, каде што човекот е во центарот, до геоцентричен, каде што Земјата мирува во центарот (Птоломеј, 87-165), до хелиоцентрично, каде што Сонцето почива во центарот (Коперник, 1473-1543), до халацентрично , каде почива центарот на нашата галаксија, до маглина, каде што почива системот на маглини - јата на галаксии, во позадина, каде што космичката микробранова позадина е изотропна. Меѓутоа, од суштинско значење е брзините на овие референтни рамки да се мали во споредба со брзината на светлината.

3.5. Коперник, Кеплер, Галилео, Њутн*.Во книгата на Никола Коперник „За ротациите на небесните сфери“, објавена во 1543 година, се вели: „Сите движења забележани од Сонцето не се карактеристични за него, туку припаѓаат на Земјата и нашата сфера, со која се вртиме. околу Сонцето, како и секоја друга планета; така што земјата има неколку движења. Очигледните движења на планетите напред и назад не им припаѓаат на нив, туку на Земјата. Така, само ова движење е доволно за да се објасни големиот број на неправилности видливи на небото.

Коперник и Кеплер (1571–1630) дадоа едноставен феноменолошки опис на кинематиката на овие движења. Галилео (1564–1642) и Њутн (1643–1727) ја објаснија нивната динамика.

3.6. Универзален простор и време*.Просторните координати и времето поврзани со универзалниот референтен систем може да се наречат универзални или апсолутни во целосна хармонија со теоријата на релативност. Важно е само да се нагласи дека изборот на овој систем е направен и договорен од локални набљудувачи. Секоја референтна рамка која прогресивно се движи во однос на универзалната рамка е инерцијална: слободното движење во неа е еднолично и праволиниско.

3.7. „Теорија на непроменливост“*. Забележете дека и Алберт Ајнштајн (1879-1955) и Макс Планк (1858-1947) (кој го воведе терминот „теорија на релативност“ во 1907 година, нарекувајќи го теоријата изнесена од Ајнштајн во 1905 година) веруваа дека терминот „теорија непроменливост“ може да попрецизно ја одразуваат неговата суштина. Но, очигледно, на почетокот на 20 век беше поважно да се нагласи релативноста на таквите концепти како што се времето и симултаноста во еднакви инерцијални референтни рамки отколку да се издвои една од овие рамки. Поважно беше што со завесените прозорци на кабината на Галилео беше невозможно да се одреди брзината на бродот. Но, сега е време да се разделат завесите и да се погледне на брегот. Во исто време, секако, сите шаблони воспоставени со затворени завеси ќе останат непоколебливи.

3.8. Писмо до Чимер*. Во 1921 година, Ајнштајн во писмото до Е.Чимер, авторот на книгата „Филозофски писма“, напишал: „Што се однесува до терминот „теорија на релативноста“, признавам дека е неуспешен и води до филозофски недоразбирања. Но, за да се промени, според Ајнштајн, веќе е доцна, особено затоа што е широко распространета. Ова писмо беше објавено во 12-от том од 25-томниот Собрани дела на Ајнштајн објавен во Принстон, објавен во есента 2009 година.

3.9. Максимална брзина во природа.Клучната константа на теоријата на релативноста е брзината на светлината в\u003d 300.000 km / s \u003d 3 × 10 8 m / s. (Поточно, в= 299 792 458 m/s. И овој број сега лежи во основата на дефиницијата за метар.) Оваа брзина е максималната брзина на ширење на сите сигнали во природата. Тоа е многу поредоци на големина поголема од брзината на масивните објекти со кои се справуваме секој ден. Тоа е неговата невообичаено голема вредност што го попречува разбирањето на главната содржина на теоријата на релативноста. Честичките кои се движат со брзина од редот на брзината на светлината се нарекуваат релативистички.

3.10. Енергија, моментум и брзина.Слободното движење на честичката се карактеризира со енергијата на честичката Еи нејзиниот моментум стр. Според теоријата на релативност, брзината на честичката vсе одредува со формулата

Една од главните причини за терминолошката конфузија дискутирана во Сект. 3.14 лежи во фактот дека при создавањето на теоријата на релативност, тие се обиделе да ја зачуваат Њутновата врска помеѓу импулсот и брзината стр = мv, што е во спротивност со теоријата на релативност.

3.11. Тежина.Маса на честички мсе одредува со формулата

Додека енергијата и импулсот на честичката зависат од референтната рамка, големината на нејзината маса мне зависи од референтниот систем. Таа е непроменлива. Формулите (1) и (2) се основни во теоријата на релативноста.

Чудно е што првата монографија за теоријата на релативноста, во која се појави формулата (2), беше објавена дури во 1941 година. Тоа беше „Теории на терен“ од Л. Ландау (1908–1968) и Е. Лифшиц (1915–1985) . Не го најдов во ниту едно дело на Ајнштајн. Тоа го нема во извонредната книга „Теоријата на релативноста“ од В. Паули (1900–1958), објавена во 1921 година. објавено во 1930 година (1902–1984), а уште порано во написите од 1926 година од О. Клајн (1894–1977) и В. Фок (1898–1974).

3.12. Фотон без маса.Ако масата на честичката е нула, т.е. честичката е без маса, тогаш од формулите (1) и (2) следува дека во која било референтна рамка нејзината брзина е еднаква на в. Бидејќи масата на честичката светлина - фотон - е толку мала што не може да се открие, општо е прифатено дека е еднаква на нула и дека ве брзината на светлината.

3.13. Мировна енергија.Ако масата на честичката е ненула, тогаш земете ја референтната рамка во која слободната честичка е во мирување и блиску до неа v = 0, стр= 0. Таквата референтна рамка се нарекува рамка на одмор на честичката, а енергијата на честичката во оваа рамка се нарекува енергија на одмор и означена E0. Од формулата (2) произлегува дека

Оваа формула ја изразува врската помеѓу енергијата на одмор на масивна честичка и нејзината маса, откриена од Ајнштајн во 1905 година.

3.14. „Најпознатата формула“.За жал, многу често формулата на Ајнштајн е напишана во форма на „најпознатата формула E=mc2“, испуштајќи го нултиот индекс на останатата енергија, што доведува до бројни недоразбирања и конфузија. На крајот на краиштата, оваа „позната формула“ ги идентификува енергијата и масата, што е во спротивност со теоријата на релативност воопшто и формулата (2) особено. Од него следи широко распространета заблуда дека масата на телото, според теоријата на релативноста, наводно расте со зголемување на неговата брзина. Во последниве години, Руската академија за образование направи многу за да ја отфрли оваа заблуда.

3.15. Единица за брзина*. Во теоријата на релативноста, која се занимава со брзини споредливи со брзината на светлината, природно е да се избере вкако единица за брзина. Овој избор ги поедноставува сите формули, бидејќи в/в= 1, и треба да ги ставиме в= 1. Во овој случај, брзината станува бездимензионална величина, растојанието има димензија на време, а масата има димензија на енергија.

Во физиката на елементарните честички, масите на честичките обично се мерат во електронволти - eV и нивните деривати (види Дел 2.14). Масата на електронот е околу 0,5 MeV, масата на протонот е околу 1 GeV, масата на најтешкиот кварк е околу 170 GeV, а масата на неутриното е околу фракции од eV.

3.16. Астрономски растојанија*. Во астрономијата, растојанијата се мерат во светлосни години. Големината на видливиот дел од универзумот е околу 14 милијарди светлосни години. Оваа бројка е уште поимпресивна кога ќе се спореди со времето од 10 −24 секунди кое и е потребно на светлината да помине растојание од редот на големината на протонот. И во целиот овој колосален опсег, теоријата на релативност функционира.

3.17. Светот на Минковски.Во 1908 година, неколку месеци пред неговата прерана смрт, Херман Минковски (1864-1909) пророчки рече: „Погледите за просторот и времето што имам намера да ги развијам пред вас се појавија на експериментална физичка основа. Ова е нивната сила. Нивниот тренд е радикален. Отсега, просторот сам по себе и времето само по себе мора да се претворат во фикција, а само некаква комбинација од двете мора да ја задржи независноста.

Еден век подоцна, знаеме дека времето и просторот не станаа фикција, но идејата на Минковски овозможи да се опишат движењата и интеракциите на честичките на материјата на многу едноставен начин.

3.18. 4D свет*. Во единици во кои в= 1, идејата за светот на Минковски изгледа особено убава, која ги комбинира времето и тродимензионалниот простор во единствен четиридимензионален свет. Енергијата и импулсот потоа се комбинираат во еден четиридимензионален вектор, а масата, во согласност со равенката (2), служи како псевдоевклидова должина на овој вектор со 4 енергетски момент. стр = Е, стр:

Четиридимензионалната траекторија во светот на Минковски се нарекува светска линија, а поединечните точки се нарекуваат светски точки.

3.19. Зависноста на брзината на часовникот од нивната брзина**. Бројни набљудувања покажуваат дека часовниците работат најбрзо кога се во мирување во однос на инерцијалната рамка. Конечното движење во инерцијалната референтна рамка го забавува нивниот напредок. Колку побрзо се движат во вселената, толку побавно одат во времето. Забавувањето е апсолутно во универзалната референтна рамка (види Секции 3.1–3.8). Неговата мерка е односот е/м, што често се означува со буквата γ.

3.20. Муони во прстенест акцелератор и во мирување**. Постоењето на ова забавување може најјасно да се види со споредување на животниот век на мион во мирување и мион кој ротира во прстенест забрзувач. Фактот дека во акцелераторот мионот не се движи целосно слободно, туку има центрипетално забрзување ω 2 Р, каде ω е радијалната фреквенција на револуција, и Ре радиусот на орбитата, дава само занемарлива корекција, бидејќи E/ω 2 R = ER>> 1. Движењето по круг, а не по права линија, е апсолутно суштинско за директна споредба на ротирачки мион со мион во мирување. Но, што се однесува до стапката на стареење на движечкиот мион, кружен лак со доволно голем радиус не се разликува од права линија. Оваа стапка се одредува според односот е/м. (Нагласувам дека според специјалната теорија на релативност, референтната рамка во која ротирачкиот мион е во мирување не е инерцијална.)

3.21. Лак и акорд**. Од гледна точка на набљудувач кој мирува во инерцијална референтна рамка, лакот на круг со доволно голем радиус и неговата акорд практично не се разликуваат: движењето долж лакот е речиси инерцијално. Од гледна точка на набљудувач кој мирува во однос на мион кој лета во круг, неговото движење е суштински неинерцијално. На крајот на краиштата, неговата брзина го менува знакот за половина кривина. (За набљудувач што се движи, далечните ѕвезди во никој случај не се неподвижни. Целиот универзум е асиметричен за него: ѕвездите напред се сини, а зад се црвени. Додека за нас сите се исти - златни, бидејќи брзината на Сонцето системот е низок.) А неинерцијалноста на овој набљудувач се манифестира во тоа што соѕвездијата напред и зад се менуваат додека мионот се движи во прстенестиот забрзувач. Не можеме да ги сметаме за еквивалентни набљудувачите кои мируваат и се движат, бидејќи првиот не доживува никакво забрзување, а вториот, за да се врати на местото на средбата, мора да го доживее.

3.22. општата релативност**. Теоретските физичари, навикнати на јазикот на Општата теорија на релативноста (ГР), инсистираат на тоа дека сите референтни рамки се еднакви. Не само инерцијален, туку и забрзан. Самиот простор-време е закривен. Во овој случај, гравитациската интеракција престанува да биде истата физичка интеракција како електромагнетната, слаба и силна, и станува исклучителна манифестација на закривен простор. Како резултат на тоа, целата физика за нив изгледа како да е поделена на два дела. Ако тргнеме од фактот дека забрзувањето секогаш се должи на интеракцијата, дека не е релативно, туку апсолутна, тогаш физиката станува обединета и едноставна.

3.23. „Ленком“.Употребата на зборовите „релативност“ и „релативизам“ во однос на брзината на светлината потсетува на името на театарот „Ленком“ или весникот „Московски Комсомолец“, само генеалошки поврзан со Комсомол. Тоа се јазични парадокси. Брзината на светлината во вакуум не е релативна. Таа е апсолутна. Само на физичарите им е потребна помош од лингвисти.

4. За квантната теорија

4.1. Планкова константа.Ако во теоријата на релативноста клучната константа е брзината на светлината в, тогаш клучната константа во квантната механика е ч= 6,63 10 −34 J s, откриен од Макс Планк во 1900 година. Физичкото значење на оваа константа ќе стане јасно од следната презентација. Во најголем дел, таканаречената редуцирана Планкова константа се појавува во формулите на квантната механика:

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

Во многу појави важна улога игра количината вц= 1,97 10 −11 MeV cm.

4.2. Спин на електрон.Да почнеме со познатата наивна споредба на атомот со планетарниот систем. Планетите се вртат околу Сонцето и околу сопствената оска. Слично на тоа, електроните се вртат околу јадрото и околу сопствената оска. Ротацијата на електронот во орбитата се карактеризира со орбитален аголен моментум Л(често и не сосема правилно се нарекува орбитален аголен моментум). Ротацијата на електронот околу сопствената оска се карактеризира со сопствен аголен моментум - спин С. Се покажа дека сите електрони во светот имаат спин еднаков на (1/2) ħ . За споредба, забележуваме дека „вртењето“ на Земјата е 6 10 33 m 2 kg / s = 6 10 67 ħ .

4.3. Атом на водород.Всушност, атомот не е планетарен систем, а електронот не е обична честичка што се движи во орбитата. Електронот, како и сите други елементарни честички, воопшто не е честичка во секојдневна смисла на зборот, што подразбира дека честичката мора да се движи по одредена траекторија. Во наједноставниот атом - атом на водород, ако е во основна состојба, т.е. не е возбуден, електронот наликува на сферичен облак со радиус од редот од 0,5 10 −10 m. Додека атомот е возбуден, електронот преминува во повисоки и повисоки состојби, кои стануваат се поголеми.

4.4. Квантни броеви на електрони.Без да се земе предвид спинот, движењето на електронот во атомот се карактеризира со два квантни броја: главниот квантен број nи орбитален квантен број л, Згора на тоа n ≥ л. Ако л= 0, тогаш електронот е сферично симетричен облак. Колку е поголемо n, толку е поголема големината на овој облак. Повеќе л, колку повеќе движењето на електронот е слично на движењето на класичната честичка во орбитата. Енергијата на врзување на електрон лоциран во водороден атом на обвивка со квантен број n, е еднакво на

каде α =e 2/вц≈ 1/137, а де полнеж на електрон.

4.5. Атоми со повеќе електрони.Спинот игра клучна улога во пополнувањето на електронските обвивки на мултиелектронските атоми. Факт е дека два електрони со иста насока на сопствената ротација (иста насока на спиновите) не можат да бидат на иста обвивка со дадените вредности nи л. Ова е забрането со таканаречениот Паули принцип (1900–1958). Во суштина, принципот на Паули ги одредува периодите на Периодниот систем на елементите на Менделеев (1834–1907).

4.6. Бозони и фермиони.Сите елементарни честички имаат спин. Значи, спинот на фотонот е 1 во единици ħ , гравитонскиот спин е 2. Честички со целоброен спин во единици ħ се нарекуваат бозони. Честичките со спин од половина цел број се нарекуваат фермиони. Бозоните се колективисти: „тие имаат тенденција сите да живеат во иста просторија“, да бидат во иста квантна состојба. Ласерот се заснова на ова својство на фотоните: сите фотони во ласерскиот зрак имаат потполно ист импулс. Фермионите се индивидуалисти: „на секој од нив му треба посебен стан“. Ова својство на електроните ги одредува моделите на полнење на електронските обвивки на атомите.

4.7. „Квантни кентаури“.Елементарните честички се како квантните кентаури: получестички - полубранови. Поради нивните брановидни својства, квантните кентаури, за разлика од класичните честички, можат да поминат низ два процепи одеднаш, што резултира со шема на пречки на екранот зад нив. Сите обиди да се стават квантните кентаури во прокрустовиот кревет на концептите на класичната физика се покажаа како бесплодни.

4.8. Несигурни односи.Постојана ħ ги одредува карактеристиките не само на ротационото, туку и на преводното движење на елементарните честички. Несигурноста на позицијата и моментумот на честичката мора да ги задоволува таканаречените Хајзенберг несигурности (1901–1976), како на пр.

Сличен однос постои за енергијата и времето:

4.9. Квантна механика.И спин квантизацијата и односите со несигурност се посебни манифестации на општите закони на квантната механика, создадени во 1920-тите. Според квантната механика, секоја елементарна честичка, на пример, електрон, е и елементарна честичка и елементарен (едночестички) бран. Покрај тоа, за разлика од обичниот бран, кој е периодично движење на огромен број честички, елементарниот бран е нов, претходно непознат тип на движење на поединечна честичка. Елементарна бранова должина λ на честичка со импулс стре еднакво на λ = ч/|стр|, и елементарната фреквенција ν што одговара на енергијата Е, е еднакво на ν = Е/ч.

4.10. Теорија на квантно поле.Така, на почетокот бевме принудени да признаеме дека честичките можат да бидат произволно лесни, па дури и без маса, и дека нивните брзини не можат да надминат в. Тогаш бевме принудени да признаеме дека честичките воопшто не се честички, туку чудни хибриди на честички и бранови, чие однесување е комбинирано со квант. ч. Обединувањето на теоријата на релативност и квантната механика беше извршено од Дирак (1902-1984) во 1930 година и доведе до создавање на теорија која беше наречена квантна теорија на поле. Токму оваа теорија ги опишува основните својства на материјата.

4.11. Единици во кои в, ħ = 1. Во продолжение, по правило, ќе користиме такви единици во кои се зема единицата за брзина в, и по единица аголен моментум (дејство) - ħ . Во овие единици, сите формули се значително поедноставени. Во нив, особено, димензиите на енергијата, масата и фреквенцијата се исти. Овие единици се прифатени во физиката со висока енергија, бидејќи квантните и релативистичките феномени се суштински во неа. Во случаите кога е неопходно да се нагласи квантната природа на одредена појава, ние експлицитно ќе напишеме ħ . Ние ќе го сториме истото со в.

4.12. Ајнштајн и квантната механика*.Ајнштајн, во одредена смисла, родил квантна механика, не се помирил со неа. И до крајот на својот живот се обидуваше да изгради „унифицирана теорија за сè“ врз основа на класичната теорија на теренот, игнорирајќи ħ . Ајнштајн верувал во класичниот детерминизам и во недозволивоста на случајноста. Тој повтори за Бога: „Тој не игра коцки“. И тој не можеше да се помири со фактот дека моментот на распаѓање на поединечна честичка не може да се предвиди во принцип, иако просечниот животен век на еден или друг тип на честички се предвидува во рамките на квантната механика со невидена точност. За жал, неговите зависности ги определија ставовите на толку многу луѓе.

5. Фејнманови дијаграми

5.1. Наједноставниот дијаграм.Интеракциите на честички лесно се гледаат со помош на дијаграми предложени од Ричард Фејнман (1918-1988) во 1949 година. 1 го прикажува наједноставниот Фејнман дијаграм кој ја опишува интеракцијата на електрон и протон со размена на фотон.

Стрелките на сликата ја покажуваат насоката на текот на времето за секоја честичка.

5.2. вистински честички.Секој процес одговара на еден или повеќе Фејнманови дијаграми. Надворешните линии на дијаграмот одговараат на дојдовните (пред интеракцијата) и излезните (по интеракцијата) честички кои се слободни. Нивните 4-моменти p ја задоволуваат равенката

Тие се нарекуваат вистински честички и се вели дека се на површината на масата.

5.3. виртуелни честички.Внатрешните линии на дијаграмите одговараат на честички во виртуелна состојба. За нив

Тие се нарекуваат виртуелни честички и се вели дека се надвор од обвивката. Распространувањето на виртуелната честичка е опишано со математичка величина наречена пропагатор.

Оваа вообичаена терминологија може да го доведе почетникот до идејата дека виртуелните честички се помалку материјални од реалните честички. Во реалноста, тие се подеднакво материјални, но ние ги перципираме вистинските честички како материја и зрачење, а виртуелните - главно како полиња на силите, иако оваа разлика е во голема мера произволна. Важно е дека истата честичка, на пример, фотон или електрон, може да биде реална под одредени услови и виртуелна под други.

5.4. Темиња.Темињата на дијаграмот опишуваат локални дејствија на елементарни интеракции помеѓу честичките. На секое теме, 4-моментумот е зачуван. Лесно е да се види дека ако три линии стабилни честички се сретнат на едно теме, тогаш барем една од нив мора да биде виртуелна, т.е. мора да биде надвор од масовната обвивка: „Боливар не може да уништи три“. (На пример, слободен електрон не може да емитува слободен фотон и сепак да остане слободен електрон.)

Две реални честички комуницираат на далечина, разменувајќи една или повеќе виртуелни честички.

5.5. Ширење.Ако се каже дека вистинските честички се движат, тогаш се вели дека виртуелните честички се шират. Терминот „пропагирање“ го нагласува фактот дека виртуелната честичка може да има многу траектории, а можеби ниту една од нив не е класична, како виртуелен фотон со нулта енергија и ненула импулс, кој ја опишува статичната Кулонова интеракција.

5.6. Античестички.Извонредна карактеристика на Фејнмановите дијаграми е тоа што тие ги опишуваат и честичките и соодветните античестички на унифициран начин. Во овој случај, античестичката изгледа како честичка која се движи наназад во времето. На сл. Слика 2 покажува дијаграм кој го прикажува производството на протон и антипротон за време на уништувањето на електрон и позитрон.

Временскиот пресврт се применува подеднакво за фермиони и бозони. Тоа го прави непотребно толкувањето на позитроните како празни состојби во морето од електрони со негативна енергија, на што Дирак прибегна кога го воведе концептот на античестичка во 1930 година.

5.7. Швингер и Фејнман дијаграми.Швингер (1918–1994), кој немал проблем со пресметковните тешкотии, не ги сакал дијаграмите на Фејнман и напишал малку снисходливо за нив: „Како компјутерски чип во последниве години, Фејнман дијаграмот им донесе пресметување на масите“. За жал, за разлика од чипот, дијаграмите на Фејнман не стигнаа до најшироките маси.

5.8. Фејнман и Фејнман дијаграми.Од непознати причини, дијаграмите на Фејнман не стигнаа ниту до познатите Фејнманови предавања за физика. Убеден сум дека треба да им се донесат на средношколците, објаснувајќи им ги основните идеи за физиката на елементарните честички. Ова е наједноставниот поглед на микрокосмосот и светот како целина. Ако студентот го знае концептот на потенцијална енергија (на пример, Њутновиот закон или Куломовиот закон), тогаш Фејнмановите дијаграми му дозволуваат да добие израз за оваа потенцијална енергија.

5.9. Виртуелни честички и полиња на физичка сила.Фејнмановите дијаграми се наједноставниот јазик на квантната теорија на полето. (Барем во оние случаи каде што интеракцијата не е многу силна и може да се користи теоријата на пертурбации.) Во повеќето книги за теоријата на квантното поле, честичките се третираат како ексцитации на квантно поле, што бара запознавање со формализмот на втората квантизација. На јазикот на Фејнмановите дијаграми, полињата се заменуваат со виртуелни честички.

Елементарните честички имаат и корпускуларни и брановидни својства. Згора на тоа, во реална состојба тие се честички на материјата, а во виртуелна состојба тие се и носители на сили помеѓу материјалните предмети. По воведувањето на виртуелните честички, концептот на сила станува непотребен, а со концептот на поле, ако претходно не се знаело, можеби треба да се запознае откако ќе се совлада концептот на виртуелна честичка.

5.10. Елементарни интеракции*. Елементарните акти на емисија и апсорпција на виртуелни честички (темиња) се карактеризираат со такви константи на интеракција како што е електричното полнење e во случај на фотон, слаби полнежи e/sin θ Wво случајот со W бозонот и e/sin θ W cos θ Wво случајот со Z-бозонот (каде θ В- Вајнберг агол), полнење во боја ево случај на глуоните и количината √Гво случај на гравитон, каде Ге Њутнова константа. (Види поглавје 6–10.) Електромагнетната интеракција е дискутирана подолу во погл. 7. Слаба интеракција - во погл. 8. Силен - во Гл. 9.

И ќе започнеме во следното поглавје. 6 со гравитациона интеракција.

6. Гравитациска интеракција

6.1. Гравитони.Ќе започнам со честички кои сè уште не се откриени и веројатно нема да бидат откриени во догледна иднина. Тоа се честички на гравитационото поле - гравитони. Не само гравитоните, туку и гравитационите бранови сè уште не се откриени (и ова е додека електромагнетните бранови буквално проникнуваат во нашите животи). Ова се должи на фактот дека при ниски енергии гравитациската интеракција е многу слаба. Како што ќе видиме, теоријата на гравитоните овозможува да се разберат сите познати својства на гравитациската интеракција.

6.2. Размена на гравитони.На јазикот на Фејнмановите дијаграми, гравитациската интеракција на две тела се изведува со размена на виртуелни гравитони помеѓу елементарните честички што ги сочинуваат овие тела. На сл. 3 гравитон се емитува од честичка со 4-момент p 1 и се апсорбира од друга честичка со 4-момент p 2 . Поради зачувувањето на 4-моментумот, q=p 1 − p′ 1 =p′ 2 −p 2, каде што q е 4-моментум на гравитонот.

Распределбата на виртуелниот гравитон (тој, како и секоја виртуелна честичка, одговара на пропагатор) е прикажана на сликата со пружина.

6.3. Атом на водород во гравитационото поле на Земјата.На сл. Слика 4 го прикажува збирот на дијаграми во кои атом на водород со 4-момент p 1 разменува гравитони со сите атоми на Земјата со вкупен момент од 4 p 2 . И во овој случај q = p 1 − p′ 1 = p′ 2 − p 2, каде што q е вкупниот 4-моментум на виртуелните гравитони.

6.4. На масата на атом.Во иднина, кога ја разгледуваме гравитациската интеракција, ќе ја занемариме масата на електронот во однос на масата на протонот, како и разликата во масите на протонот и неутронот и енергијата на врзување на нуклеоните во атомските јадра. Значи, масата на атомот е приближно збирот на масите на нуклеоните во атомското јадро.

6.5. Добивка*. Бројот на нуклеоните на Земјата N E ≈ 3,6 10 51 е еднаков на производот од бројот на нуклеоните во еден грам копнена материја, т.е. бројот на Авогадро N A ≈ 6 10 23, за масата на Земјата во грамови ≈ 6 10 27 . Затоа, дијаграмот на Сл. 4 е збир од 3,6·10 51 дијаграми на сл. 3, што е означено со задебелување на линиите на Земјата и виртуелните гравитони на Сл. 4. Покрај тоа, „гравитонската пружина“, за разлика од размножувачот на еден гравитон, е направена на сл. 4 сиви. Се чини дека содржи 3,6·10 51 гравитон.

6.6. Њутново јаболко во гравитационото поле на Земјата.На сл. 5, сите атоми на јаболкото, кои имаат вкупен 4-моментум p 1 , комуницираат со сите атоми на Земјата, кои имаат вкупно 4-моментум p 2 .

6.7. Број на графикони*. Да ве потсетам дека еден грам обична материја содржи N A = 6·10 23 нуклеони. Бројот на нуклеони во јаболко од 100 грама е N a = 100N A = 6 10 25 . Масата на Земјата е 6 10 27 g, и следствено, бројот на нуклеоните на Земјата N E = 3,6 10 51 . Се разбира, задебелувањето на линиите на Сл. 5 на никаков начин не одговара на огромниот број нуклеони од јаболка N a , земјени нуклеони N E и многу поголемиот, едноставно фантастичен број на Фејнманови дијаграми N d = N a N E = 2,2·10 77 . На крајот на краиштата, секој нуклеон од јаболкото е во интеракција со секој нуклеон на Земјата. За да се нагласи колосалниот број на дијаграми, пролетта на сл. 5 е направен темно.

Иако интеракцијата на гравитон со една елементарна честичка е многу мала, збирот на дијаграмите за сите нуклеони на Земјата создава значајна привлечност што ја чувствуваме. Универзалната гравитација ја влече Месечината кон Земјата, и двете кон Сонцето, сите ѕвезди во нашата Галаксија и сите галаксии една кон друга.

6.8. Фајнманова амплитуда и нејзината Фуриеова трансформација***.

Фејнмановиот дијаграм на гравитациската интеракција на две бавни тела со маси m 1 и m 2 одговара на амплитудата на Фајнман

каде Г- Њутнова константа, а q- 3-моментум што го носат виртуелни гравитони. (Вредност 1/q2, каде q- 4-моментум, наречен гравитон пропагатор. Во случај на бавни тела, енергијата практично не се пренесува и затоа q2 = −q 2 .)

За да се помине од просторот на импулсот до просторот за конфигурација (координатен), мора да се земе Фуриеовата трансформација на амплитудата A( q)

Вредност A( р) ја дава потенцијалната енергија на гравитациската интеракција на нерелативистичките честички и го одредува движењето на релативистичка честичка во статичко гравитационо поле.

6.9. Потенцијалот на Њутн*. Потенцијалната енергија на две тела со маси m 1 и m 2 е

каде Г- Њутнова константа, а р- растојание помеѓу телата.

Оваа енергија е содржана во „пролетта“ на виртуелните гравитони на Сл. 5. Интеракција чиј потенцијал се распаѓа како 1/ р, се нарекува долг дострел. Користејќи ја Фуриеовата трансформација, може да се види дека гравитацијата е со долг дострел, бидејќи гравитонот е без маса.

6.10. Потенцијален тип на Јукава**. Навистина, ако гравитонот имал ненулта маса м, тогаш амплитудата на Фајнман за нивна размена би ја имала формата

и би одговарал на потенцијал како потенцијалот на Јукава со радиус на дејство р ≈ 1/м:

6.11. За потенцијалната енергија**. Во нерелативистичката механика на Њутн, кинетичката енергија на честичката зависи од нејзината брзина (моментум), додека потенцијалната енергија зависи само од нејзините координати, т.е. од нејзината позиција во просторот. Во релативистичката механика, таквото барање не може да се одржи, бидејќи самата интеракција на честичките често зависи од нивните брзини (моментуми) и, следствено, од кинетичката енергија. Меѓутоа, за обичните, прилично слаби гравитациони полиња, промената на кинетичката енергија на честичката е мала во споредба со нејзината вкупна енергија, и затоа оваа промена може да се занемари. Вкупната енергија на нерелативистичка честичка во слабо гравитационо поле може да се запише како ε = Ероднина + Е 0 + У.

6.12. Универзалност на гравитацијата.За разлика од сите други интеракции, гравитацијата има извонредно својство на универзалност. Интеракцијата на гравитон со која било честичка не зависи од својствата на оваа честичка, туку зависи само од количината на енергија што ја поседува честичката. Ако оваа честичка е бавна, тогаш нејзината енергија на одмор Е 0 = mc 2, содржана во неговата маса, далеку ја надминува нејзината кинетичка енергија. И затоа неговата гравитациска интеракција е пропорционална на нејзината маса. Но, за доволно брза честичка, нејзината кинетичка енергија е многу поголема од нејзината маса. Во овој случај, неговата гравитациска интеракција практично не зависи од масата и е пропорционална на нејзината кинетичка енергија.

6.13. Гравитонскиот спин и универзалноста на гравитацијата**. Поточно, емисијата на гравитон е пропорционална не со простата енергија, туку со енергетскиот моментум тензор на честичката. И ова, пак, се должи на фактот дека спинот на гравитонот е еднаков на два. Нека биде 4-моментумот на честичката пред емисијата на гравитонот стр 1, и после емисија стр 2. Тогаш моментумот на гравитонот е q = стр 1 − стр 2. Ако ја воведеме ознаката стр = стр 1 + стр 2, тогаш темето на емисијата на гравитон ќе изгледа како

каде што h αβ е функцијата на гравитонскиот бран.

6.14. Интеракција на гравитон со фотон**. Ова особено јасно се гледа во примерот на фотон, чија маса е еднаква на нула. Експериментално е докажано дека кога фотонот лета од долниот кат на зградата кон горниот кат, неговиот импулс се намалува под влијание на гравитацијата на Земјата. Исто така, докажано е дека зракот на светлина од далечната ѕвезда се отклонува од гравитациското влечење на Сонцето.

6.15. Интеракција на фотон со Земјата**. На сл. 6 ја прикажува размената на гравитони помеѓу Земјата и фотонот. Оваа бројка условно го претставува збирот на бројките на гравитонската размена на фотонот со сите нуклеони на Земјата. На него, Земјиното теме се добива од нуклеонскиот еден со множење со бројот на нуклеоните на Земјата N E со соодветната замена на 4-моментумот на нуклеонот со 4-моментумот на Земјата (види слика 3).

6.16. Интеракција на гравитон со гравитон***. Бидејќи гравитоните носат енергија, тие самите мора да емитираат и апсорбираат гравитони. Не сме виделе поединечни вистински гравитони и никогаш нема да ги видиме. Сепак, интеракцијата помеѓу виртуелните гравитони води до набљудуваните ефекти.На прв поглед, придонесот на три виртуелни гравитони во гравитациската интеракција на два нуклеона е премногу мал за да се открие (види Сл. 7).

6.17. Секуларна прецесија на Меркур**. Сепак, овој придонес се манифестира во прецесијата на перихелот на орбитата на Меркур. Секуларната прецесија на Меркур е опишана со збирот на гравитонските дијаграми со една јамка за привлекувањето на Меркур кон Сонцето (сл. 8).

6.18. Добивка за Меркур**. Односот на масите на Меркур и Земјата е 0,055. Значи бројот на нуклеоните во Меркур НМ = 0,055 Н Е= 2 10 50 . масата на сонцето ГОСПОЃИЦА= 2 10 33 g. Значи бројот на нуклеоните на Сонцето N S = N A M S= 1,2 10 57 . И бројот на дијаграми кои ја опишуваат гравитациската интеракција на нуклеоните на Меркур и Сонцето, NdM= 2,4 10 107 .

Ако потенцијалната енергија на привлекување на Меркур кон Сонцето е У = ГМ С М М/р, потоа откако ќе се земе предвид дискутираната корекција за интеракцијата на виртуелните гравитони едни со други, таа се множи со коефициентот 1 − 3 ГМ С/р. Гледаме дека корекцијата на потенцијалната енергија е −3 G 2 M S 2 M M / r 2.

6.19. Орбита на Меркур**. Радиус на орбитата на Меркур а= 58 10 6 км. Периодот на орбита е 88 земјини денови. Орбитална ексцентричност д= 0,21. Поради корекцијата за која се дискутира, во една револуција, полуглавната оска на орбитата ротира низ агол од 6π ГМ С/а(1 − д 2), т.е. околу една десетина од секундата од лакот и ротира за 43 "" во 100 Земјини години.

6.20. Гравитациско поместување на јагнето**. Секој што ја проучувал квантната електродинамика веднаш ќе види дека дијаграмот на Сл. 7 е сличен на триаголен дијаграм кој го опишува поместувањето на фреквенцијата (енергијата) на ниво 2 С 1/2 во однос на нивото 2 П 1/2 во атомот на водород (каде што триаголникот се состои од еден фотон и две електронски линии). Ова поместување беше измерено во 1947 година од Ламб и Ризерфорд и беше откриено дека е 1060 MHz (1,06 GHz).

Ова мерење започна верижна реакција на теоретска и експериментална работа што доведе до создавање на квантна електродинамика и Фејнманови дијаграми. Фреквенцијата на прецесија на Меркур е 25 реда по големина помала.

6.21. Класичен или квантен ефект?**. Добро е познато дека јагнешкото поместување на нивото на енергија е чисто квантен ефект, додека прецесијата на Меркур е чисто класичен ефект. Како може да се опишат со слични Фејнманови дијаграми?

За да одговориме на ова прашање, треба да се потсетиме на врската Е = ħω и да се земе предвид дека Фуриевата трансформација за време на преминот од моментум во конфигурациски простор во сек. 6.8 содржи д јасqr / ħ . Дополнително, треба да се земе предвид дека во електромагнетниот триаголник Lamb shift има само една линија на честичка без маса (фотон), а другите две се размножувачи на електрони. Затоа, карактеристичните растојанија во него се одредуваат со масата на електронот (комптоновата бранова должина на електронот). И во триаголникот на прецесија на Меркур има два размножувачи на честичка без маса (гравитон). Оваа околност, поради тригравитонскиот врв, води до тоа дека гравитациониот триаголник дава придонес на неспоредливо поголеми растојанија од електромагнетниот. Оваа споредба ја покажува моќта на квантната теорија на поле во методот на Фејнманови дијаграми, кои го олеснуваат разбирањето и пресметувањето на широк опсег на појави, и квантни и класични.

7. Електромагнетна интеракција

7.1. електрична интеракција.Електричната интеракција на честичките се изведува со размена на виртуелни фотони, како на сл. 19.

Фотоните, како и гравитоните, се исто така честички без маса. Значи, електричната интеракција е исто така на долг дострел:

Зошто не е универзален како гравитацијата?

7.2. позитивни и негативни полнежи.Прво, затоа што има електрични полнежи од два знака. И второ, затоа што има неутрални честички кои воопшто немаат електричен полнеж (неутрон, неутрино, фотон...). Честичките со полнежи со спротивни знаци, како електрон и протон, се привлекуваат едни кон други. Честичките со ист полнеж се одбиваат едни со други. Како резултат на тоа, атомите и телата составени од нив се во основа електрично неутрални.

7.3. неутрални честички.Неутронот содржи u-кварк со полнеж +2 д/3 и два г-кварк со полнеж − д/3. Значи, вкупниот полнеж на неутронот е нула. (Потсетиме дека протонот содржи два u-кварк и еден г-кварк.) Вистински елементарни честички кои немаат електричен полнеж се фотон, гравитон, неутрино, З-бозон и Хигсов бозон.

7.4. Кулонов потенцијал.Потенцијална енергија на привлекување на електрон и протон лоцирани на растојание реден од друг, е

7.5. Магнетна интеракција.Магнетната интеракција не е толку долга како електричната. Паѓа како 1/ р 3. Тоа не зависи само од растојанието помеѓу двата магнети, туку и од нивната меѓусебна ориентација. Добро познат пример е интеракцијата на иглата на компасот со полето на магнетниот дипол на Земјата. Потенцијална енергија на интеракција на два магнетни дипола μ 1 и μ 2 еднакви

каде n = р/р.

7.6. Електромагнетна интеракција.Најголемото достигнување на 19 век е откритието дека електричните и магнетните сили се две различни манифестации на иста електромагнетна сила. Во 1821 година, М. Фарадеј (1791–1867) ја проучувал интеракцијата на магнетот и проводникот со струјата. Една деценија подоцна, тој ги воспостави законите за електромагнетна индукција во интеракцијата на два проводници. Во следните години, тој го воведе концептот на електромагнетното поле и ја изрази идејата за електромагнетната природа на светлината. Во 1870-тите, Џ. Максвел (1831-1879) сфатил дека електромагнетната интеракција е одговорна за широка класа на оптички феномени: емисија, трансформација и апсорпција на светлината, и напишал равенки кои го опишуваат електромагнетното поле. Наскоро Г. Херц (1857–1894) открил радио бранови, а В. Роентген (1845–1923) открил рендгенски зраци. Целата наша цивилизација се заснова на манифестации на електромагнетни интеракции.

7.7. Обединување на теоријата на релативност и квантната механика.Најважната фаза во развојот на физиката била 1928 година, кога се појавила статија на П. Дирак (1902–1984), во која тој предложил квантна и релативистичка равенка за електронот. Оваа равенка го содржеше магнетниот момент на електронот и укажа на постоењето на античестичка на електронот - позитронот, откриена неколку години подоцна. После тоа, квантната механика и теоријата на релативноста се споија во квантната теорија на полето.

Фактот дека електромагнетните интеракции се предизвикани од емисијата и апсорпцијата на виртуелни фотони стана целосно јасен дури во средината на 20 век со појавата на Фејнмановите дијаграми, односно откако јасно се формираше концептот на виртуелна честичка.

8. Слаба интеракција

8.1. Нуклеарни интеракции.На почетокот на 20 век, атомот и неговото јадро беа откриени и α -, β - и γ зраци кои се емитуваат од радиоактивни јадра. Како што се испостави, γ Зраците се фотони со многу висока енергија. β зраците се електрони со висока енергија α зраците се јадра на хелиум. Ова доведе до откривање на два нови типа на интеракции - силни и слаби. За разлика од гравитационите и електромагнетните интеракции, силните и слабите интеракции се со краток опсег.

Подоцна беше откриено дека тие се одговорни за претворањето на водородот во хелиум во нашето Сонце и другите ѕвезди.

8.2. Наполнети струи*. Слабата сила е одговорна за трансформацијата на неутронот во протон со емисија на електрон и електронски антинеутрино. Голема класа процеси на слаби интеракции се засноваат на трансформација на кваркови од еден тип во кваркови од друг тип со емисија (или апсорпција) на виртуелни В-бозони: u, в, т ↔ г, с, б. Слично за емисија и апсорпција В-бозони, има транзиции помеѓу наелектризираните лептони и соодветните неутрина:

д ↔ ν e , μ ↔ ν μ , τ ↔ ν τ . Транзиции од типот dˉu ↔ Ви eˉν e ↔ В. Во сите овие транзиции кои вклучуваат В-бозоните ги вклучуваат таканаречените наелектризирани струи, кои ги менуваат полнежите на лептоните и кварковите за еден. Слабата интеракција на наелектризираните струи е со краток опсег, таа е опишана со потенцијалот на Јукава e -mWr /r, така што неговиот ефективен радиус е р ≈ 1/mW.

8.3. Неутрални струи*. Во 1970-тите беа откриени процеси на слаба интеракција помеѓу неутрината, електроните и нуклеоните, поради таканаречените неутрални струи. Во 1980-тите, беше експериментално утврдено дека интеракциите на наелектризираните струи се случуваат преку размената В-бозони, а интеракцијата на неутралните струи - со размена З-бозони.

8.4. Повреда П- и КП- паритет*. Во втората половина на 1950-тите, беше откриено нарушување на паритетот Пи паритет на наплата Вво слаби интеракции. Во 1964 година беа откриени слаби распаѓања кои ја нарушуваат конзервацијата КП-симетрии. Во моментов, механизмот на повреда КП-симетриите се проучуваат во распаѓањата на мезоните кои содржат б- кваркови.

8.5. Неутрино осцилации*. Во последните две децении, вниманието на физичарите беше насочено кон мерењата извршени на подземните килотонски детектори во Камиока (Јапонија) и Садбери (Канада). Овие мерења покажаа дека помеѓу трите вида неутрина ν e , ν μ , ν τмеѓусебните транзиции (осцилации) се случуваат во вакуум. Природата на овие осцилации се разјаснува.

8.6. електрослаба интеракција.Во 1960-тите, беше формулирана теорија според која електромагнетните и слабите интеракции се различни манифестации на една електрослаба интеракција. Ако имаше строга електрослаба симетрија, тогаш масите В- и З-бозоните би биле еднакви на нула како масата на фотонот.

8.7. Повреда на електрослабата симетрија.Во рамките на стандардниот модел, Хигсовиот бозон ја прекинува електрослабата симетрија и на тој начин објаснува зошто фотонот е без маса, а слабите бозони се масивни. Исто така, им дава маси на лептоните, кварковите и себеси.

8.8. Што треба да знаете за Хигс.Една од главните задачи на големиот хадронски судирач LHC е откривањето на Хигсовиот бозон (кој едноставно се нарекува Хигс и се означува чили Х) и последователното воспоставување на неговите својства. Пред сè, мерењето на неговите интеракции со В- и З-бозоните, со фотоните, како и неговите само-интеракции, т.е., проучувањето на темињата што содржат три и четири Хигови: h 3 и h 4 , и неговите интеракции со лептоните и кварковите, особено со горниот кварк. Во рамките на Стандардниот модел, постојат јасни предвидувања за сите овие интеракции. Нивната експериментална верификација е од голем интерес од гледна точка на потрагата по „нова физика“ надвор од Стандардниот модел.

8.9. Што ако нема Хигс?Ако се покаже дека Хигс не постои во масениот интервал од редот од неколку стотици GeV, тогаш тоа ќе значи дека при енергии над TeV постои нов, апсолутно неистражен регион каде интеракциите В- и З-бозоните стануваат непертурбативно силни, т.е. не можат да се опишат со теоријата на пертурбација. Истражувањето во оваа област ќе донесе многу изненадувања.

8.10. Лептонски судири на иднината.За да се спроведе целата оваа истражувачка програма, покрај LHC, може да биде неопходно да се изградат лептонски судири:

ILC (International Linear Collider) со енергија на судир од 0,5 TeV,

или CLIC (компактен линеарен колајдер) со енергија на судир од 1 TeV,

или MC (Muon Collider) со енергија на судир од 3 TeV.

8.11. Линеарни електрон-позитронски судири. ILC - Меѓународен линеарен судирач, во кој електроните се судираат со позитроните, како и фотоните со фотоните. Одлуката за негова изградба може да се донесе само откако ќе стане јасно дали постои Хигс и колкава е неговата маса. Едно од предложените градилишта за ILC е во близина на Дубна. CLIC - Компактен линеарен електронски и позитронски судирач. Проектот се развива во ЦЕРН.

8.12. Муонски судирач. MS - Muon Collider првпат бил замислен од G. I. Budker (1918–1977). Во 1999 година, во Сан Франциско се одржа Петтата меѓународна конференција „Физички потенцијал и развој на мионски судири и фабрики за неутрино“. Во моментов, проектот MS се развива во Националната лабораторија Ферми и може да се спроведе за 20 години.

9. Силна интеракција

9.1. Глуони и кваркови.Силната сила ги задржува нуклеоните (протоните и неутроните) внатре во јадрото. Се заснова на интеракцијата на глуоните со кварковите и на интеракцијата на глуоните со глуоните. Самодејството на глуоните води до фактот дека, и покрај фактот што масата на глуонот е нула, исто како што масите на фотонот и гравитонот се нула, размената на глуоните не води до глуон долго- интеракција на опсегот, слична на фотонската и гравитонската. Покрај тоа, тоа доведува до отсуство на слободни глуони и кваркови. Ова се должи на фактот дека збирот на едноглуонски размени се заменува со глуонска цевка или нишка. Интеракцијата на нуклеоните во јадрото е слична на ван дер Валсовите сили помеѓу неутралните атоми.

9.2. Затвореност и асимптотична слобода.Феноменот на затворање на глуоните и кварковите од хадроните се нарекува затворање. Спротивната страна на динамиката што води до затворање е тоа што на многу мали растојанија длабоко во хадроните, интеракцијата помеѓу глуоните и кварковите постепено се намалува. Се чини дека кварковите стануваат слободни на мали растојанија. Овој феномен се нарекува термин асимптотична слобода.

9.3. Кварк бои.Феноменот на затворање е последица на фактот дека секој од шесте кваркови постои, како да е, во форма на три „боја“ сорти. Кварковите обично се „обоени“ во жолта, сина и црвена боја. Антикварките се обоени во дополнителни бои: виолетова, портокалова, зелена. Сите овие бои ги означуваат чудните полнежи на кваркови - „мултидимензионални аналози“ на електричниот полнеж одговорни за силни интеракции. Се разбира, нема никаква врска, освен метафорична, помеѓу боите на кварковите и обичните оптички бои.

9.4. Глуонски бои.Фамилијата на обоени глуони е уште побројна: има осум од нив, од кои две се идентични со нивните античестички, а останатите шест не се. Интеракциите на полнежите во боја се опишани со квантна хромодинамика и ги одредуваат својствата на протонот, неутронот, сите атомски јадра и својствата на сите хадрони. Фактот дека глуоните носат полнежи во боја доведува до феноменот на затворање на глуон-кварк, што значи дека обоените глуони и кваркови не можат да избегаат од хадроните. Нуклеарните сили помеѓу безбојните (бели) хадрони се слаби одгласи на моќните интеракции на бои во хадроните. Ова е слично на малата молекуларна врска во споредба со интраатомските.

9.5. Маси на хадрони.Масите на хадрони воопшто и нуклеоните особено се должат на самодејството на глуон. Така, масата на целата видлива материја, која сочинува 4-5% од енергијата на Универзумот, се должи токму на само-дејството на глуоните.

10. Стандарден модел и пошироко

10.1. 18 честички од стандардниот модел.Сите познати фундаментални честички природно спаѓаат во три групи:

6 лептони(вртење 1/2):
3 неутрина: ν e , ν μ , ν τ ;
3 наелектризирани лептони: д, μ , τ ;
6 кваркови(вртење 1/2):
u,в, т,
г, с, б;
6 бозони:
g̃ - гравитон (спин 2),
γ , В, З, е- глуони (спин 1),
ч- Хигс (спин 0).

10.2. Надвор од стандардниот модел. 96% од енергијата на Универзумот е надвор од Стандардниот модел и чека да биде откриена и проучена. Постојат неколку основни претпоставки за тоа како би можела да изгледа новата физика (види делови 10.3-10.6 подолу).

10.3. Голема унија.Огромен број дела, главно теоретски, се посветени на обединување на силните и електрослабите интеракции. Повеќето од нив претпоставуваат дека се јавува при енергии од редот на 10 16 GeV. Таквата унија треба да доведе до распаѓање на протонот.

10.4. суперсиметрични честички.Според идејата за суперсиметрија, првпат родена во ФИАН, секоја „наша“ честичка има суперпартнер чиј спин се разликува за 1/2: 6 скварки и 6 слиптони со спин 0, хигсино, фототино, вино и зино со спин 1/ 2, gravitino co спин 3/2. Масите на овие суперпартнери мора да бидат значително поголеми од оние на нашите честички. Инаку одамна ќе беа отворени. Некои од суперпартнерите може да бидат откриени кога ќе почне да функционира Големиот хадронски судирач.

10.5. Супержици.Хипотезата за суперсиметрија е развиена со хипотезата за постоење на супернизи кои живеат на многу мали растојанија од редот од 10 −33 cm и соодветни енергии од 10 19 GeV. Многу теоретски физичари се надеваат дека врз основа на идеите за супержиците ќе биде можно да се конструира обединета теорија на сите интеракции што не содржи слободни параметри.

10.6. огледални честички.Според идејата за огледална материја, првпат родена на ITEP, секоја од нашите честички има по еден огледален близнак, а постои огледален свет кој е само многу лабаво поврзан со нашиот свет.

10.7. Темна материја.Само 4-5% од целата енергија во универзумот постои како маса на обична материја. Околу 20% од енергијата на универзумот е содржана во таканаречената темна материја, за која се смета дека се состои од суперчестички, или огледални честички или некои други непознати честички. Ако честичките од темната материја се многу потешки од обичните честички, и ако се судрат една со друга во вселената, тие се уништат во обични фотони, тогаш овие високоенергетски фотони можат да се регистрираат со специјални детектори во вселената и на Земјата. Разјаснувањето на природата на темната материја е една од главните задачи на физиката.

10.8. Темна енергија.Но, огромното мнозинство од енергијата на Универзумот (околу 75%) се должи на таканаречената темна енергија. Се „истура“ низ вакуумот и ги раздвојува јатате галаксии. Неговата природа сè уште не е јасна.

11. Елементарни честички во Русија и светот

11.1. Указ на претседателот на Руската Федерација.На 30 септември 2009 година беше издаден Указот на претседателот на Руската Федерација „За дополнителни мерки за спроведување на пилот-проектот за основање на Националниот истражувачки центар „Институт Курчатов““. Уредбата предвидува учество на следните организации во проектот: Институтот за нуклеарна физика во Санкт Петербург, Институтот за физика со висока енергија и Институтот за теоретска и експериментална физика. Уредбата предвидува и „вклучување на наведената институција, како најзначајна институција на науката, во одделенската структура на расходите на федералниот буџет како главен управител на буџетските средства“. Оваа уредба може да придонесе за враќање на физиката на елементарните честички на бројот на приоритетни области за развој на науката во нашата земја.

11.2. Сослушувања во американскиот Конгрес 1.На 1 октомври 2009 година се одржаа расправи во поткомитетот за енергија и животна средина на Комитетот за наука и технологија на Претставничкиот дом на САД на тема „Истражување за природата на материјата, енергијата, просторот и времето“. Одделот на Министерството за енергетика во 2009 година за оваа програма е 795,7 милиони американски долари. Професорката на Универзитетот Харвард, Лиза Рандал, ги истакна ставовите за материјата, енергијата и потеклото на универзумот во однос на идната теорија на струни. Директорот на Националната лабораторија Ферми (Батавија) ​​Пјер Одоне зборуваше за состојбата на физиката на честичките во САД, а особено за претстојното завршување на Теватронот и почетокот на заедничката работа на ФНАЛ и подземната лабораторија ДУЗЕЛ за проучување на својства на неутрината и ретки процеси. Тој го истакна значењето на учеството на американските физичари во проектите за физика со висока енергија во Европа (LHC), Јапонија (JPARC), Кина (PERC) и меѓународниот вселенски проект (GLAST, неодамна именуван по Ферми).

11.3. Сослушувања во американскиот Конгрес 2.Директорот на Националната лабораторија Џеферсон Хју Монтгомери зборуваше за придонесот на оваа лабораторија во нуклеарната физика, акцелераторските технологии и образовните програми. Денис Ковар, директор на Одделот за физика со висока енергија на Одделот за енергетика, зборуваше за трите главни области на физиката со висока енергија:

1) акцелераторски студии при максимални енергии,

2) акцелераторски студии со максимален интензитет,

3) копнено и сателитско истражување на вселената со цел да се разјасни природата на темната материја и темната енергија,

и три главни насоки во нуклеарната физика:

1) проучување на силни интеракции на кваркови и глуони,

2) проучување на тоа како атомските јадра биле формирани од протони и неутрони,

3) проучување на слаби интеракции кои вклучуваат неутрина.

12. За фундаменталната наука

12.1. Што е фундаментална наука.Од горенаведениот текст е јасно дека јас, како и повеќето научници, го нарекувам оној дел од науката кој ги утврдува најфундаменталните закони на природата како фундаментална наука. Овие закони лежат во основата на пирамидата на науката или нејзините поединечни катови. Тие го одредуваат долгорочниот развој на цивилизацијата. Меѓутоа, постојат луѓе кои ги нарекуваат фундаментална наука оние делови од науката кои имаат најголемо директно влијание врз моменталните достигнувања во развојот на цивилизацијата. Мене лично ми се чини дека овие делови и насоки подобро се нарекуваат применета наука.

12.2. Корени и плодови.Ако фундаменталната наука може да се спореди со корените на дрвото, тогаш применетата наука може да се спореди со нејзините плодови. Големите технолошки откритија како што се мобилните телефони или комуникациите со оптички влакна се плод на науката.

12.3. АИ Херцен за науката.Во 1845 година, Александар Иванович Херцен (1812–1870) ги објавил во списанието „Отечественје Записки“ извонредните Писма за проучување на природата. На крајот од првото писмо, тој напиша: „Науката изгледа тешка, не затоа што е навистина тешка, туку затоа што во спротивно нема да ја достигнете нејзината едноставност, како пробивање низ темнината на оние готови концепти кои ве спречуваат директно да гледате. . Нека знаат оние кои доаѓаат напред дека целиот арсенал на 'рѓосани и безвредни алатки што ги наследивме од схоластиката е безвреден, дека е неопходно да се жртвуваат ставовите формулирани надвор од науката, дека, без да се отфрлат сите половина лаги, со кој за јасност се облекуваат полувистинине може да се влезе во науката, не може да се достигне целата вистина.

12.4. За намалувањето на училишните програми.Современите програми за физика на училиште може добро да вклучуваат активно совладување на елементите на теоријата на елементарните честички, теоријата на релативност и квантната механика, ако ги намалиме оние делови во нив што се главно описни по природа и ја зголемуваат „ерудицијата“ на детето, наместо разбирање на светот околу и способност за живеење и создавање.

12.5. Заклучок.Би било правилно Президиумот на Руската академија на науките да ја забележи важноста од рано запознавање на младите луѓе со светогледот заснован на достигнувањата на теоријата на релативноста и квантната механика и да ги упати комисиите на Президиумот на Руската академија за науки за учебници (претседател - потпретседател В.В. Козлов) и за образование (претседател - потпретседател - претседател В. А. Садовничиј) да подготви предлози за подобрување на наставата по модерна фундаментална физика во средните и високите училишта.

Опис

За да може врската да се нарече физички закон, таа мора да ги исполнува следниве барања:

• емпириска потврда. Физичкиот закон се смета за вистинит ако е потврден со повторени експерименти.
• Разновидност. Законот мора да биде праведен за голем број предмети. Идеално - за сите објекти во Универзумот.
• Одржливост. Физичките закони не се менуваат со текот на времето, иако може да се препознаат како приближување на попрецизни закони.

Физичките закони обично се изразуваат како кратка вербална изјава или компактна математичка формула:

Примери

Главна статија: Список на физички закони

Некои од најпознатите физички закони се:

Закони-принципи

Некои физички закони се универзални по природа и се дефиниции по својата суштина. Таквите закони често се нарекуваат принципи. Тие вклучуваат, на пример, вториот закон на Њутн (дефиниција на сила), законот за зачувување на енергијата (дефиниција на енергија), принципот на најмало дејство (дефиниција на дејство) итн.

Закони-последици од симетрии

Дел од физичките закони се едноставни последици од одредени симетрии кои постојат во системот. Значи, законите за зачувување според Нотеровата теорема се последици на симетријата на просторот и времето. А Паули принципот, на пример, е последица на идентитетот на електроните (антисиметријата на нивната бранова функција во однос на пермутацијата на честичките).

Приближување на законите

Сите физички закони се последица на емпириски набљудувања и се вистинити со истата точност со која се вистинити експерименталните набљудувања. Ова ограничување не ни дозволува да тврдиме дека некој од законите е апсолутен. Познато е дека некои од законите очигледно не се апсолутно точни, туку се приближување на поточни. Значи, Њутновите закони важат само за доволно масивни тела кои се движат со брзина многу помала од брзината на светлината. Попрецизни се законите на квантната механика и специјалната релативност. Сепак, тие, пак, се приближување на попрецизни равенки на квантната теорија на поле.

исто така види

Белешки

Фондацијата Викимедија. 2010 година.

Погледнете што е „Закон (физика)“ во другите речници:

ФИЗИКА. 1. Предметот и структурата на физиката F. науката која наједноставно и во исто време изучува најмногу. општи својства и закони на движење на предметите од материјалниот свет што не опкружува. Како резултат на оваа генералност, нема природни феномени кои немаат физички. својства... Физичка енциклопедија

Наука која ги проучува наједноставните и во исто време најопштите обрасци на природните појави, принципите и структурата на материјата и законите на нејзиното движење. Концептите на F. и неговите закони се во основата на сите природни науки. F. припаѓа на егзактните науки и ги проучува количините ... Физичка енциклопедија

Закон за праволиниско ширење на светлината: во проѕирна хомогена средина, светлината се шири во прави линии. Во врска со законот за праволиниско ширење на светлината, се појави концептот на светлосен зрак, кој има геометриско значење како ... ... Википедија

ФИЗИКА- ФИЗИКА, наука која ги проучува, заедно со хемијата, општите закони за трансформација на енергијата и материјата. Двете науки се засноваат на два основни закони на природните науки - законот за зачувување на масата (законот на Ломоносов, Лавоазие) и законот за зачувување на енергијата (Р. Мајер, Жал ... ... Голема медицинска енциклопедија

Бојловиот закон Мариот е еден од основните закони за гас. Законот е именуван по ирскиот физичар, хемичар и филозоф Роберт Бојл (1627 1691), кој го открил во 1662 година, а исто така и во чест на францускиот физичар Едме Мариот (1620 1684), кој открил ... ... Википедија

Статистичка физика Термодинамика Молекуларна кинетичка теорија Статистика ... Википедија

Законот за ентропија која не се намалува: „Во изолиран систем, ентропијата не се намалува“. Ако во одреден момент затворениот систем е во нерамнотежна макроскопска состојба, тогаш во следните моменти во времето најверојатната последица ... ... Википедија

Законот за инверзна врска помеѓу опсегот и содржината на концептот е закон на формалната логика за односот помеѓу промените во обемот и содржината на концептот. Ако првиот концепт е поширок од вториот по опфат, тогаш е посиромашен по содржина; ако ... ... Википедија

- (a. физика на експлозија; n. Physik der Explosion; f. physique de l explosion; и. fisica de explosion, fisica de estallido, fisica de detonacion) е наука која го проучува феноменот на експлозијата и механизмот на нејзиното дејство во медиум. Механички дефект…… Геолошка енциклопедија

- (физика на течната состојба на материјата) гранка на физиката во која се изучуваат механичките и физичките својства на течностите. Статистичката теорија на течности е гранка на статистичката физика. Најважниот резултат е изведувањето на равенките ... ... Википедија

Ниту една сфера на човековата активност не може без точните науки. И колку и да се сложени човечките односи, тие исто така се сведуваат на овие закони. нуди да се запамети законите на физиката со кои човекот се среќава и ги доживува секој ден од својот живот.

Наједноставниот, но најважен закон е Законот за зачувување и трансформација на енергијата.

Енергијата на секој затворен систем останува константна за сите процеси што се случуваат во системот. И ние сме во таков затворен систем и сме. Оние. колку даваме, толку добиваме. Ако сакаме да добиеме нешто, мора да дадеме иста сума пред тоа. И ништо друго!

И ние, се разбира, сакаме да земеме голема плата, но да не одиме на работа. Понекогаш се создава илузија дека „будалите имаат среќа“ и среќата на многумина им паѓа на глава. Прочитајте која било бајка. Хероите постојано треба да надминуваат огромни тешкотии! Потоа пливајте во ладна вода, па во врела вода.

Мажите го привлекуваат вниманието на жените со додворувањето. Жените, пак, се грижат за овие мажи и за децата. И така натаму. Затоа, ако сакате да добиете нешто, прво потрудете се да дадете.

Силата на дејство е еднаква на силата на реакција.

Овој закон на физиката, во принцип, го одразува претходниот. Ако некое лице извршило негативно дело - свесно или не - и потоа добило одговор, т.е. опозиција. Понекогаш причината и последицата се раздвојуваат навреме и не можете веднаш да разберете од каде дува ветрот. Мора, што е најважно, да запомниме дека ништо едноставно не се случува.

Законот на лостот.

Архимед извика: Дајте ми основа и јас ќе ја поместам Земјата!“. Секоја тежина може да се носи ако ја изберете вистинската рачка. Секогаш треба да процените колку време ќе и треба на рачката за да ја постигнете оваа или онаа цел и да извлечете заклучок за себе, да поставите приоритети: дали треба да потрошите толку многу напор за да ја создадете вистинската рачка и да ја преместите оваа тежина или дали е полесно да ја напуштите сам и да прави други активности.

Правилото на гимлетот.

Правилото е дека ја означува насоката на магнетното поле. Ова правило одговара на вечното прашање: кој е виновен? И посочува дека ние самите сме виновни за се што ни се случува. Колку и да е навредливо, колку и да е тешко, колку и да изгледа неправедно на прв поглед, секогаш мораме да бидеме свесни дека ние самите бевме причина од самиот почеток.

закон на ноктите.

Кога некој сака да зачука во шајка, тој не чука некаде во близина на клинецот, тој чука точно на главата на клинецот. Но, самите клинци не се качуваат во ѕидовите. Секогаш мора да го изберете вистинскиот чекан за да не го скршите клинецот со чекан. И кога постигнувате, треба да го пресметате ударот за да не се наведнува шапката. Бидете едноставни, грижете се еден за друг. Научете да размислувате за вашиот сосед.

И конечно, законот за ентропија.

Ентропијата е мерка за нарушување на системот. Со други зборови, колку повеќе хаос во системот, толку е поголема ентропијата. Попрецизна формулација: во спонтани процеси што се случуваат во системите, ентропијата секогаш се зголемува. Како по правило, сите спонтани процеси се неповратни. Тие водат до вистински промени во системот и невозможно е да се врати во првобитната состојба без да се троши енергија. Во исто време, невозможно е точно (100%) да се повтори неговата почетна состојба.

За подобро да разбереме за каков ред и неред станува збор, ајде да поставиме експеримент. Во стаклена тегла истурете црно-бели пелети. Да ги ставиме прво црните, па белците. Пелетите ќе бидат наредени во два слоја: долу црно, горе бело - се е во ред. Потоа протресете ја теглата неколку пати. Пелетите рамномерно ќе се измешаат. И колку и да ја протресеме оваа тегла, тешко дека ќе успееме да постигнеме пелетите повторно да се наредени во два слоја. Еве го, ентропијата на дело!

Состојбата кога пелетите биле наредени во два слоја се смета за наредена. Состојбата кога пелетите се рамномерно измешани се смета за нарушена. Потребно е речиси чудо за да се вратите во нарачана состојба! Или повторена макотрпна работа со пелети. И не треба речиси никаков напор за да се направи хаос во банка.

Автомобилско тркало. Кога е надуен, има вишок на слободна енергија. Тркалото може да се движи, што значи дека работи. Ова е редот. Што ако дупнеш тркало? Притисокот во него ќе падне, слободната енергија ќе „остави“ во околината (да се расипе) и таквото тркало повеќе нема да може да работи. Ова е хаос. За да го вратите системот во првобитната состојба, т.е. за да ги поставите работите во ред, треба да направите многу работа: да ја залепите камерата, да го монтирате тркалото, да го пумпате итн., по што ова е повторно неопходна работа што може да биде корисна.

Топлината се пренесува од топло тело на ладно, а не обратно. Обратниот процес е теоретски возможен, но практично никој нема да го преземе тоа, бидејќи ќе бидат потребни огромни напори, специјални инсталации и опрема.

Исто така во општеството. Луѓето стареат. Куќите се рушат. Карпите тонат во морето. Галаксиите се расфрлани. Секоја реалност што не опкружува спонтано се стреми кон нарушување.

Меѓутоа, луѓето често зборуваат за нередот како слобода: Не, не сакаме ред! Дајте ни таква слобода секој да прави што сака!» Но, кога секој прави што сака, ова не е слобода - ова е хаос. Во наше време, многу го фалат нередот, промовираат анархија - со еден збор, сè што уништува и дели. Но, слободата не е во хаос, слободата е токму во ред.

Организирајќи го својот живот, човекот создава резерва на бесплатна енергија, која потоа ја користи за да ги спроведе своите планови: работа, учење, рекреација, креативност, спорт итн. Со други зборови, се спротивставува на ентропијата. Инаку, како можевме да имаме акумулирано толку многу материјални вредности во изминатите 250 години?!

Ентропијата е мерка за неред, мерка за неповратното дисипација на енергијата. Колку повеќе ентропија, толку повеќе неред. Куќа во која никој не живее пропаѓа. Железото рѓосува со текот на времето, автомобилот старее. Ќе се расипат врските за кои никој не се грижи. Така е се друго во нашиот живот, апсолутно сè!

Природната состојба на природата не е рамнотежа, туку зголемување на ентропијата. Овој закон работи незапирливо во животот на една личност. Тој не треба да прави ништо за да ја зголеми својата ентропија, тоа се случува спонтано, според законот на природата. За да ја намалите ентропијата (нарушувањето), треба да вложите многу напор. Ова е еден вид шлаканица за глупаво позитивни луѓе (под лежечки камен и вода не тече), од кои има доста!

Одржувањето на успехот бара постојан напор. Ако не се развиваме, тогаш се деградираме. И за да го задржиме она што го имавме порано, мора да направиме повеќе денес отколку вчера. Работите може да се одржуваат во ред, па дури и да се подобрат: ако бојата на куќата избледела, може да се префарба, па дури и поубава од порано.

Луѓето треба да се обидат да го „смират“ произволното деструктивно однесување кое преовладува насекаде во современиот свет, да се обидат да ја намалат состојбата на хаос, која ја растуривме до грандиозни граници. И ова е физички закон, а не само муабет за депресија и негативно размислување. Сè или се развива или деградира.

Жив организам се раѓа, се развива и умира, а никој никогаш не забележал дека по смртта оживува, станува помлад и се враќа во семето или утробата. Кога велат дека минатото никогаш не се враќа, тогаш, се разбира, тие, пред сè, мислат на овие витални појави. Развојот на организмите ја поставува позитивната насока на стрелката на времето, а промената од една состојба на системот во друга секогаш се случува во иста насока за сите процеси без исклучок.

Валеријан Чупин

Извор на информации: Чајковски.Вести

Коментари (3)

Богатството на современото општество расте, и ќе расте во уште поголема мера, првенствено преку универзален труд. Индустрискиот капитал беше првиот историски облик на општествено производство, кога универзалниот труд почна интензивно да се експлоатира. И прво, онаа што ја доби бесплатно. Науката, како што забележа Маркс, не чини ништо за капиталот. Навистина, ниту еден капиталист не платил награда ниту на Архимед, ниту на Кардано, ниту на Галилео, ниту на Хајгенс или на Њутн за практичната употреба на нивните идеи. Но, токму индустрискиот капитал е тој што масовно почнува да ја експлоатира механичката технологија, а со тоа и општиот труд отелотворен во неа. Маркс К, Енгелс Ф. Сох., том 25, дел 1, стр. 116.

ОСНОВНИ ЗАКОНИ НА ФИЗИКАТА

[ Механика | Термодинамика | Електрична енергија | Оптика | Атомска физика]

ЕНЕРГИИТЕ НА ЗАКОН ЗА ЗАЧУВАЊЕ И ТРАНСФОРМАЦИЈА - општиот закон на природата: енергијата на секој затворен систем за сите процеси што се случуваат во системот останува константна (конзервирана). Енергијата може да се претвори само од една во друга форма и да се прераспредели помеѓу делови од системот. За отворен систем, зголемувањето (намалувањето) на неговата енергија е еднакво на намалувањето (зголемувањето) на енергијата на телата и физичките полиња кои комуницираат со него.

1. МЕХАНИКА

АРХИМЕДОВ ЗАКОН - закон за хидро и аеростатиката: тело потопено во течност или гас е подложено на пловна сила насочена вертикално нагоре, нумерички еднаква на тежината на течноста или гасот поместена од телото и се применува во центарот на гравитацијата на потопениот дел од телото. FA= gV, каде r е густината на течноста или гасот, V е волуменот на потопениот дел од телото. Во спротивно, може да се формулира на следниов начин: тело потопено во течност или гас губи во својата тежина колку што тежи течноста (или гасот) поместена од него. Тогаш P= mg - ФА Уште една гр. научникот Архимед во 212 година. п.н.е. Тоа е основа на теоријата за пливачките тела.

УНИВЕРЗАЛЕН ЗАКОН ГРАВИТАЦИЈА - Њутновиот закон за гравитација: сите тела се привлекуваат едно кон друго со сила директно пропорционална на производот на масите на овие тела и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив: , каде M и m се масите од телата кои содејствуваат, R е растојанието помеѓу овие тела, G е гравитациската константа (во SI G=6.67.10-11 N.m2/kg2.

ГАЛИЛЕО ПРИНЦИП НА РЕЛАТИВНОСТ, механички принцип на релативност - принцип на класична механика: во која било инерцијална референтна рамка, сите механички појави се одвиваат на ист начин под исти услови. ср принцип на релативност.

ЗАКОН НА КУКА - закон според кој еластичните деформации се директно пропорционални со надворешните влијанија што ги предизвикуваат.

ЗАКОН ЗА ЗАЧУВАЊЕ НА МОМЕНТУМ - закон на механиката: моментумот на кој било затворен систем во сите процеси што се случуваат во системот останува константен (конзервиран) и може да се прераспредели само помеѓу делови од системот како резултат на нивната интеракција.

ЗАКОНИ НА ЊУТОН - три закони во основата на Њутновата класична механика. 1-ви закон (закон за инерција): материјалната точка е во состојба на праволиниско и рамномерно движење или мирување ако на неа не дејствуваат други тела или дејството на овие тела е компензирана. Втор закон (основен закон на динамика): забрзувањето што го добива телото е директно пропорционално на резултатот на сите сили што дејствуваат на телото и обратно пропорционално на масата на телото (). Трет закон: две материјални точки комуницираат една со друга со сили од иста природа, еднакви по големина и спротивставени во насока долж правата линија што ги поврзува овие точки ().

ПРИНЦИП НА РЕЛАТИВНОСТ - еден од постулатите на теоријата на релативноста, кој вели дека во која било инерцијална референтна рамка сите физички (механички, електромагнетни итн.) појави под исти услови се одвиваат на ист начин. Тоа е генерализација на Галилео на принципот на релативност за сите физички феномени (освен гравитацијата).

2. МОЛЕКУЛАРНА ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

ЗАКОН АВОГАДРО - еден од основните закони на идеалните гасови: еднакви волумени на различни гасови на иста температура и притисок содржат ист број на молекули. Отворен во 1811 година од Италијанецот. физичар А. Авогадро (1776-1856).

ЗАКОН БОЈЛ-МАРИОТ - еден од законите на идеален гас: за дадена маса на даден гас на константна температура, производот на притисок и волумен е константа. Формула: pV=const. Опишува изотермичен процес.

ВТОР ЗАКОН НА ТЕРМОДИНАМИКАТА - еден од основните закони на термодинамиката, според кој е невозможен периодичен процес, чиј единствен резултат е извршување на работа еквивалентна на количината на топлина добиена од грејачот. Друга формулација: невозможен е процес, чиј единствен резултат е пренос на енергија во форма на топлина од помалку загреано тело во потопло. В.з.т. ја изразува тенденцијата на систем кој се состои од голем број на случајно подвижни честички кон спонтан премин од помалку веројатни состојби во поверојатни состојби. Забранува создавање машина за постојано движење од втор вид.

ЗАКОН ГЕЈ-ЛУСАК - закон за гас: за дадена маса на даден гас при постојан притисок, односот на волуменот до апсолутната температура е константна вредност, каде што \u003d 1/273 K-1 е температурен коефициент на волуменско проширување.

ЗАКОН НА ДАЛТОН - еден од основните закони за гас: притисокот на мешавината на хемиски неинтерактивните идеални гасови е еднаков на збирот на парцијалните притисоци на овие гасови.

ЗАКОН НА ПАСКАЛ - основниот закон на хидростатиката: притисокот што го создаваат надворешните сили на површината на течноста или гасот се пренесува подеднакво во сите правци.

ПРВ ЗАКОН НА ТЕРМОДИНАМИКА - еден од основните закони на термодинамиката, кој е закон за зачувување на енергијата за термодинамички систем: количината на топлина Q соопштена на системот се троши за промена на внатрешната енергија на системот U и извршување на работа А. против надворешните сили на системот. Формула: Q=U+A. Тоа е основата на работата на топлинските мотори.

ЗАКОН ЧАРЛОС - еден од главните закони за гас: притисокот на дадена маса на идеален гас со постојан волумен е директно пропорционален на температурата: каде што p0 е притисокот на 00C, \u003d 1/273,15 K-1 е температурата коефициент на притисок.

3. ЕЛЕКТРИЧНА ЕНЕРГИЈА И МАГНЕТИЗАМ

ЗАКОН АМПЕРА - закон за заемно дејство на два спроводници со струи; паралелните спроводници со струи во иста насока привлекуваат, а со струи во спротивна насока се одбиваат. А.з. наречен и закон кој ја одредува силата што дејствува во магнетно поле на мал сегмент од проводник што носи струја. Отворен во 1820 година А.-М. Ампер.

ЗАКОН ЖУЛ-ЛЕНЦ - закон кој го опишува термичкиот ефект на електричната струја. Според Д. - Л.з. количината на топлина што се ослободува во проводникот кога директна струја минува низ него е директно пропорционална на квадратот на јачината на струјата, отпорноста на проводникот и времето на поминување.

ЗАКОН ЗА ЗАЧУВАЊЕ НА НАПЛАТАТА - еден од основните закони на природата: алгебарскиот збир на електрични полнежи на кој било електрично изолиран систем останува непроменет. Во електрично изолиран систем З.с.з. овозможува појава на нови наелектризирани честички (на пример, при електролитичка дисоцијација, јонизација на гасови, создавање парови честички-античестички итн.), но вкупниот електричен полнеж на честичките што се појавуваат секогаш мора да биде еднаков на нула.

Кулонов закон - основниот закон на електростатиката, кој ја изразува зависноста на силата на заемно дејство на две полнежи со фиксна точка од растојанието меѓу нив: два полнежи во фиксна точка комуницираат со сила директно пропорционална на производот на големините на овие полнежи и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив и пропустливоста на медиумот во кој се наоѓаат полнежите. Во SI изгледа вака: . Вредноста е нумерички еднаква на силата што дејствува помеѓу две фиксни точки полнежи од по 1 C, лоцирани во вакуум на растојание од 1 m едни од други. К.з. е едно од експерименталните докази на електродинамиката.

ПРАВИЛО ЗА ЛЕВА РАКА - правило кое ја одредува насоката на силата што делува на проводник со струја во магнетно поле (или на наелектризирана честичка во движење). Тој вели: ако левата рака е поставена така што испружените прсти ја покажуваат насоката на струјата (брзината на честичката), а линиите на силата на магнетното поле (линии на магнетна индукција) влегуваат во дланката, тогаш повлечениот палец ќе го означи правецот на силата што делува на спроводникот (позитивна честичка; во случај на негативна честичка, насоката на силата е спротивна).

ПРАВИЛО НА ЛЕНЦ (ПРАВО) - правило кое ја одредува насоката на индукционите струи што се јавуваат за време на електромагнетната индукција. Според Л.п. индуктивната струја секогаш има таква насока што сопствениот магнетен тек ги компензира промените во надворешниот магнетен тек што ја предизвика оваа струја. Л.п. - последица на законот за зачувување на енергијата.

ЗАКОН ОХМА - еден од основните закони на електричната струја: јачината на директната електрична струја во делот на колото е директно пропорционална на напонот на краевите на овој дел и обратно пропорционална на нејзиниот отпор. Важи за метални спроводници и електролити, чија температура се одржува константна. Во случај на целосно коло, тој е формулиран на следниов начин: јачината на директната електрична струја во колото е директно пропорционална на емп на струјниот извор и обратно пропорционална на импедансата на електричното коло.

ПРАВИЛО ДЕСНА РАКА - правило кое ја одредува 1) насоката на индукциската струја во проводник што се движи во магнетно поле: ако дланката на десната рака е поставена така што вклучува линии на магнетна индукција, а свитканиот палец е насочен по движењето

проводник, а потоа четири испружени прсти ќе ја покажат насоката на индукциската струја; 2) насоката на линиите на магнетна индукција на праволиниски проводник со струја: ако палецот на десната рака е поставен во насока на струјата, тогаш насоката на фаќање на проводникот со четири прста ќе ја покаже насоката на линиите на магнетна индукција.

ФАРАДЕЈВИТЕ ЗАКОНИ - основните закони на електролизата. Првиот закон на Фарадеј: масата на супстанцијата ослободена на електродата за време на поминување на електрична струја е директно пропорционална на количината на електрична енергија (полнење) што поминала низ електролитот (m=kq=kIt). Второ FZ: односот на масите на различни супстанции кои се подложени на хемиски трансформации на електродите кога истите електрични полнежи минуваат низ електролитот е еднаков на односот на хемиските еквиваленти. Инсталиран во 1833-34 година од М. Фарадеј. Генерализираниот закон за електролиза има форма: , каде што M е моларната (атомска) маса, z е валентноста, F е Фарадеевата константа. F.p. е еднаков на производот од елементарното електрично полнење и константата на Авогадро. F=e.NA. Го одредува полнежот, чие минување низ електролитот доведува до ослободување на 1 мол едновалентна супстанција на електродата. F=(96484,56 0,27) клетки/мол. Именуван по М. Фарадеј.

ЗАКОН ЗА ЕЛЕКТРОМАГНЕТНА ИНДУКЦИЈА - закон кој го опишува феноменот на појава на електрично поле кога се менува магнетното поле (феноменот на електромагнетна индукција): електромоторната сила на индукцијата е директно пропорционална со брзината на промена на магнетниот тек. Коефициентот на пропорционалност се одредува со системот на единици, знакот е правилото Ленц. Формулата во SI е: каде Ф е промената на магнетниот тек, а t е временскиот интервал за време на кој настанала оваа промена. Откриен од М. Фарадеј.

4. ОПТИКА

ПРИНЦИП НА ХАЈГЕНС - метод кој ви овозможува да ја одредите положбата на брановиот фронт во секое време. Според г.п. сите точки низ кои минува брановиот фронт во времето t се извори на секундарни сферични бранови, а саканата положба на брановиот фронт во времето t t се совпаѓа со површината што ги обвива сите секундарни бранови. Ви овозможува да ги објасните законите на рефлексија и прекршување на светлината.

ХАЈГЕНС - ФРЕСНЕЛ - ПРИНЦИП - приближен метод за решавање проблеми на ширење на бранови. Г.-Ф. Ставката вели: во која било точка надвор од произволна затворена површина, покривајќи точка извор на светлина, светлосниот бран возбуден од овој извор може да се претстави како резултат на мешање на секундарните бранови емитирани од сите точки на наведената затворена површина. Ви овозможува да ги решите наједноставните проблеми на дифракција на светлината.

ЗАКОН ЗА РЕФЛЕКСИРАЊЕ НА БРАНОТ - упадниот зрак, рефлектираниот зрак и нормалното подигнато до точката на упад на зракот лежат во иста рамнина, а аголот на пад е еднаков на аголот на прекршување. Законот важи за огледало одраз.

РЕФРАКЦИЈА НА СВЕТЛИНАТА - промена во насоката на ширење на светлината (електромагнетен бран) за време на преминот од еден медиум во друг, што се разликува од првиот индекс на рефракција. За прекршување, законот е исполнет: упадниот зрак, прекршениот зрак и нормалното подигнато до точката на упад на зракот лежат во иста рамнина, а за овие две подлоги, односот на синусот на аголот на инциденца спрема синусот на аголот на прекршување е константна вредност, наречена релативен индекс на рефракција на вториот медиум во однос на првиот.

ЗАКОН НА ПРАВОЛИНЕАРНА РАСПРЕДЕЛБА НА СВЕТЛИНАТА - закон за геометриска оптика, кој се состои во фактот дека во хомогена средина светлината се шири праволиниски. Објаснува, на пример, формирањето на сенка и пенумбра.

6. АТОМСКА И НУКЛЕАРНА ФИЗИКА.

БОР ПОСТОЛАТИ - главните претпоставки воведени без доказ од Н.Бор и во основата на БОР ТЕОРИЈАТА: 1) Атомскиот систем е стабилен само во стационарни состојби кои одговараат на дискретна низа на вредности на атомска енергија. Секоја промена во оваа енергија е поврзана со целосна транзиција на атомот од една стационарна состојба во друга. 2) Апсорпцијата и емисијата на енергија од атом се случува според законот според кој зрачењето поврзано со транзицијата е монохроматско и има фреквенција: h = Ei-Ek, каде што h е Планковата константа, а Ei и Ek се енергиите на атомот во неподвижни состојби

Според овој закон, процесот, чиј единствен резултат е преносот на енергија во форма на топлина од постудено тело во потопло, е невозможен без промени во самиот систем и околината.
Вториот закон на термодинамиката ја изразува тенденцијата на систем кој се состои од голем број на случајно подвижни честички кон спонтан премин од помалку веројатни состојби во поверојатни состојби. Забранува создавање машина за постојано движење од втор вид.
Еднакви волумени на идеални гасови на иста температура и притисок содржат ист број на молекули.
Законот бил откриен во 1811 година од италијанскиот физичар А. Авогадро (1776–1856).
Законот за интеракција на две струи што течат во проводници лоцирани на мало растојание едни од други вели: паралелните проводници со струи во една насока привлекуваат, а со струи во спротивна насока се одбиваат.
Законот беше откриен во 1820 година од А. М. Ампер.
Закон за хидро и аеростатиката: на тело потопено во течност или гас, пловната сила дејствува вертикално нагоре, еднаква на тежината на течноста или гасот поместени од телото и применети во центарот на гравитација на потопениот дел од телото. FA = gV, каде што g е густината на течноста или гасот, V е волуменот на потопениот дел од телото.
Инаку, законот може да се формулира на следниов начин: тело потопено во течност или гас губи во својата тежина колку што тежи течноста (или гасот) поместена од него. Тогаш P = mg - FA.
Законот го открил античкиот грчки научник Архимед во 212 година п.н.е. д. Тоа е основа на теоријата за лебдечки тела.
Еден од законите на идеалниот гас: при константна температура, производот од притисокот на гасот и неговиот волумен е константна вредност. Формула: pV = конст. Опишува изотермичен процес. Закон за универзална гравитација или Њутнов закон за гравитација: сите тела се привлекуваат едно кон друго со сила која е директно пропорционална на производот на масите на овие тела и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив. Според овој закон, еластичните деформации на цврсто тело се директно пропорционални со надворешните влијанија што ги предизвикуваат. Го опишува термичкиот ефект на електричната струја: количината на топлина што се ослободува во проводникот кога директна струја минува низ него е директно пропорционална на квадратот на јачината на струјата, отпорноста на проводникот и времето на поминување. Независно откриен од Џул и Ленц во 19 век. Основниот закон на електростатиката, кој ја изразува зависноста на силата на заемно дејство на две полнежи со фиксна точка од растојанието меѓу нив: два полнежи со фиксна точка комуницираат со сила која е директно пропорционална на производот на големините на овие полнежи и обратно пропорционална на квадратот на растојанието меѓу нив и пропустливоста на медиумот во кој се наоѓаат полнежите. Вредноста е нумерички еднаква на силата што дејствува помеѓу две фиксни точки полнења од 1 C, секое сместено во вакуум на растојание од 1 m едни од други.
Кулоновиот закон е едно од експерименталните докази на електродинамиката. Отворен во 1785 година
Еден од основните закони на електричната струја: јачината на директната електрична струја во делот на колото е директно пропорционална на напонот на краевите на овој дел и обратно пропорционална на нејзиниот отпор. Важи за метални спроводници и електролити, чија температура се одржува константна. Во случај на комплетно коло, тој е формулиран на следниов начин: јачината на директната електрична струја во колото е директно пропорционална на емп на струјниот извор и обратно пропорционална на импедансата на електричното коло.

Отворен во 1826 година од G. S. Ohm.