Fiziğin temel yasaları nelerdir? Fizik: temel kavramlar, formüller, yasalar. Bir kişinin bilmesi gereken temel fizik yasaları Klasik fiziğin temel yasaları

1.1. Dipnot. Maddenin temel parçacıklarının hareketi ve etkileşiminin gerçekleştiği görelilik teorisi ve kuantum mekaniği yasaları, çeşitli doğa bilimleri tarafından incelenen en geniş fenomen yelpazesinin kalıplarının oluşumunu ve görünümünü önceden belirler. Bu yasalar, modern yüksek teknolojilerin temelini oluşturur ve büyük ölçüde medeniyetimizin durumunu ve gelişimini belirler. Bu nedenle, temel fiziğin temellerini tanımak sadece öğrenciler için değil, aynı zamanda okul çocukları için de gereklidir. Hayata giren bir insanın bu dünyadaki yerini bulabilmesi ve eğitimini başarıyla sürdürebilmesi için dünyanın yapısı hakkında temel bilgilere aktif olarak sahip olması gerekir.

1.2. Bu raporun ana zorluğu nedir? Hem temel parçacık fiziği alanındaki uzmanlara hem de çok daha geniş bir kitleye hitap etmektedir: temel parçacıklarla ilgilenmeyen fizikçiler, matematikçiler, kimyagerler, biyologlar, enerji bilimcileri, ekonomistler, filozoflar, dilbilimciler, ... kesin, temel fiziğin terimlerini ve formüllerini kullanmalıyım. Anlaşılması için bu terimleri ve formülleri sürekli açıklamam gerekiyor. Temel parçacık fiziği uzmanlık alanınız değilse, önce yalnızca başlıkları yıldızlarla işaretlenmemiş bölümleri okuyun. Ardından bir yıldız *, iki ** ve son olarak üç *** içeren bölümleri okumaya çalışın. Rapor sırasında çoğu bölümden yıldızsız bahsetmeyi başardım ama gerisi için zaman yoktu.

1.3. Temel parçacıkların fiziği. Parçacık fiziği, tüm doğa bilimlerinin temelidir. Maddenin en küçük parçacıklarını ve hareketlerinin ve etkileşimlerinin temel modellerini inceler. Nihayetinde, Dünya'daki ve gökyüzündeki tüm nesnelerin davranışını belirleyen bu düzenliliklerdir. Parçacık fiziği, uzay ve zaman gibi temel kavramlarla ilgilenir; Önemli olmak; enerji, momentum ve kütle; döndürmek. (Çoğu okuyucunun uzay ve zaman hakkında bir fikri vardır, kütle ve enerji arasındaki bağlantıyı duymuş olabilir ve momentumun bununla ne ilgisi olduğu hakkında hiçbir fikirleri olmayabilir ve spinin fizikteki en önemli rolü hakkında neredeyse hiç tahminde bulunmazlar. Henüz maddeye ne denilebileceği konusunda kendi aralarında anlaşamıyorlar bile.) Parçacık fiziği 20. yüzyılda yaratıldı. Yaratılışı, insanlık tarihindeki en büyük iki teorinin yaratılmasıyla ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır: görelilik teorisi ve kuantum mekaniği. Bu teorilerin temel sabitleri ışık hızıdır. c ve Planck sabiti h.

1.4. Görecelilik teorisi. 20. yüzyılın başında ortaya çıkan özel görelilik teorisi, elektrik, manyetizma ve optik gibi klasik fenomenleri inceleyen bir dizi bilimin sentezini tamamladı ve ışık hızıyla karşılaştırılabilir vücut hızlarında mekanik yarattı. (Newton'un klasik rölativistik olmayan mekaniği hızlarla ilgilendi. v<<c.) Ardından, 1915'te, ışık hızının sonluluğunu hesaba katarak yerçekimi etkileşimlerini tanımlamak için tasarlanan genel görelilik teorisi oluşturuldu. c.

1.5. Kuantum mekaniği. 1920'lerde oluşturulan kuantum mekaniği, elektronların ikili dalga-parçacık özelliklerine dayalı olarak atomların yapısını ve özelliklerini açıkladı. Atomların ve moleküllerin etkileşimi ile ilişkili çok çeşitli kimyasal olayları açıkladı. Ve onlar tarafından ışığın emisyon ve absorpsiyon süreçlerini tanımlamalarına izin verildi. Güneşin ve yıldızların ışığının bize getirdiği bilgileri anlayın.

1.6. Kuantum alan teorisi. Görelilik teorisi ve kuantum mekaniğinin birleştirilmesi, maddenin en önemli özelliklerini yüksek derecede doğrulukla tanımlamayı mümkün kılan kuantum alan teorisinin oluşturulmasına yol açtı. Kuantum alan teorisi, elbette, okul çocuklarına açıklamak için çok karmaşıktır. Ancak 20. yüzyılın ortalarında, içinde kuantum alan teorisinin birçok yönünün anlaşılmasını kökten basitleştiren Feynman diyagramlarının görsel bir dili ortaya çıktı. Bu konuşmanın ana amaçlarından biri, en geniş fenomen yelpazesinin Feynman diyagramlarının yardımıyla nasıl basitçe anlaşılabileceğini göstermektir. Aynı zamanda, kuantum alan teorisindeki tüm uzmanların (örneğin, klasik ve kuantum yerçekimi arasındaki ilişki hakkında) bildiğinden çok uzak olan konular üzerinde daha ayrıntılı olarak duracağım ve popüler bilimlerde geniş çapta tartışılan konuları yalnızca dikkatli bir şekilde özetleyeceğim. Bilimsel edebiyat.

1.7. Temel parçacıkların kimliği. Temel parçacıklara, tüm dünyanın inşa edildiği en küçük bölünmez madde parçacıkları denir. Bu parçacıkları sıradan temel olmayan parçacıklardan, örneğin kum taneleri veya boncuklardan ayıran en şaşırtıcı özellik, aynı türden tüm temel parçacıkların, örneğin Evrendeki tüm elektronların kesinlikle (!) Aynı olmasıdır - özdeş. Sonuç olarak, en basit bağlı durumları birbiriyle aynıdır - atomlar ve en basit moleküller.

1.8. Altı temel parçacık. Dünya'da ve Güneş'te meydana gelen ana süreçleri anlamak için, ilk yaklaşım olarak altı parçacığın katıldığı süreçleri anlamak yeterlidir: elektron. e, proton p, nötron n ve elektron nötrino ν e , ayrıca foton γ ve graviton g̃. İlk dört parçacığın dönüşü 1/2, fotonun dönüşü 1 ve graviton 2'dir (Tamsayı dönüşlü parçacıklara bozon, yarım tamsayı dönüşlü parçacıklara fermiyon adı verilir. Döndürme hakkında daha fazla bilgi daha sonra tartışılacaktır.) Protonlara ve nötronlara genellikle nükleon denir çünkü atom çekirdeği onlardan yapılır ve İngilizce'deki çekirdek çekirdektir. Elektron ve nötrinoya lepton denir. Güçlü nükleer kuvvetleri yoktur.

Gravitonların çok zayıf etkileşimi nedeniyle, bireysel gravitonları gözlemlemek imkansızdır, ancak doğada yerçekimi bu parçacıklar aracılığıyla gerçekleştirilir. Tıpkı elektromanyetik etkileşimlerin fotonlar aracılığıyla gerçekleşmesi gibi.

1.9. Antiparçacıklar. Elektron, proton ve nötronun antiparçacıkları vardır: pozitron, antiproton ve antineutron. Sıradan maddenin bileşimine dahil edilmezler, çünkü karşılık gelen parçacıklarla karşılaştıklarında, onlarla karşılıklı yok olma reaksiyonlarına girerler - yok olma. Böylece, bir elektron ve bir pozitron, iki veya üç foton halinde yok olur. Foton ve graviton gerçekten nötr parçacıklardır: antiparçacıklarıyla çakışırlar. Nötrinonun gerçekten nötr bir parçacık olup olmadığı hala bilinmiyor.

1.10. Nükleonlar ve kuarklar. 20. yüzyılın ortalarında, nükleonların kendilerinin daha temel parçacıklardan oluştuğu ortaya çıktı - iki tip kuark. sen ve d: p = uud, n = ddu. Kuarklar arasındaki etkileşim gluonlar tarafından gerçekleştirilir. Antinükleonlar antikuarklardan oluşur.

1.11. Üç kuşak fermiyon. Birlikte sen, d, e, v e kuark ve leptonların diğer iki grubu (veya dedikleri gibi, nesiller) keşfedildi ve incelendi: c, s, μ, ν μ ve t, b, τ , ν τ . Bu parçacıklar, kararsız oldukları ve birinci neslin daha hafif parçacıklarına hızla bozundukları için sıradan maddenin bileşimine dahil edilmez. Fakat evrenin varlığının ilk anlarında önemli bir rol oynadılar.

Doğanın daha eksiksiz ve derin bir şekilde anlaşılması için, daha da olağandışı özelliklere sahip daha fazla parçacık gereklidir. Ama belki de gelecekte tüm bu çeşitlilik birkaç basit ve güzel varlığa indirgenecektir.

1.12. Hadronlar. Kuarklar ve/veya antikuarklar ve gluonlardan oluşan geniş bir parçacık ailesine hadronlar denir. Nükleonlar dışında tüm hadronlar kararsızdır ve bu nedenle sıradan maddenin bileşimine girmezler.

Hadronlar, serbest kuarklara ve gluonlara bölünemedikleri için genellikle temel parçacıklar olarak da adlandırılırlar. (Ben de, proton ve nötronu ilk altı temel parçacığa atıfta bulunarak yaptım.) Tüm hadronlar temel kabul edilirse, o zaman temel parçacıkların sayısı yüzlerce ölçülecektir.

1.13. Standart Model ve dört tür etkileşim. Aşağıda açıklanacağı gibi, yukarıda sıralanan temel parçacıklar, "Temel parçacıkların Standart Modeli" olarak adlandırılan çerçeve içinde, doğada şimdiye kadar bilinen ve yerçekimi, elektromanyetik etkiler sonucunda meydana gelen tüm süreçleri tanımlamayı mümkün kılmaktadır. , zayıf ve güçlü etkileşimler. Ancak ilk ikisinin nasıl çalıştığını anlamak için dört parçacık yeterlidir: bir foton, bir graviton, bir elektron ve bir proton. Ayrıca, protonun aşağıdakilerden oluştuğu gerçeği sen- ve d-kuarklar ve gluonların önemsiz olduğu ortaya çıktı. Elbette, zayıf ve güçlü etkileşimler olmadan, ne atom çekirdeklerinin nasıl düzenlendiğini, ne de Güneşimizin nasıl çalıştığını anlamak mümkün değildir. Ancak elementlerin tüm kimyasal özelliklerini belirleyen atom kabuklarının nasıl düzenlendiği, elektriğin nasıl çalıştığı ve galaksilerin nasıl düzenlendiği anlaşılabilir.

1.14. Bilinenlerin ötesinde. Standart Model'in parçacıklarının ve etkileşimlerinin doğanın hazinelerini tüketmediğini bugün zaten biliyoruz.

Sıradan atomların ve iyonların Evrendeki tüm maddenin sadece %20'sinden azını oluşturduğu ve %80'den fazlasının doğası hala bilinmeyen karanlık madde olduğu tespit edilmiştir. En yaygın görüş, karanlık maddenin süper parçacıklardan oluştuğudur. Ayna parçacıklarından oluşması mümkündür.

Daha da çarpıcı olanı, hem görünür (ışık) hem de karanlık tüm maddelerin evrenin tüm enerjisinin yalnızca dörtte birini taşımasıdır. Dörtte üçü sözde karanlık enerjiye aittir.

1.15. Temel parçacıklar "e bir dereceye kadar" esastır. Hocam Isaak Yakovlevich Pomeranchuk bir sorunun önemini vurgulamak istediğinde, e sorusunun derece olarak önemli olduğunu söyledi. Tabii ki, sadece temel parçacık fiziği değil, doğa bilimlerinin çoğu temeldir. Örneğin, yoğun madde fiziği, parçacık fiziği yasalarından nasıl çıktıklarını anlamaya gerek kalmadan kullanılabilecek temel yasalara tabidir. Ancak görelilik yasaları ve kuantum mekaniği " e daha az genel yasaların hiçbirinin onlarla çelişemeyeceği anlamında bir dereceye kadar temeldir.

1.16. Temel yasalar. Doğadaki tüm süreçler, temel parçacıkların yerel etkileşimleri ve hareketlerinin (dağılımlarının) bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu hareketleri ve etkileşimleri yöneten temel yasalar çok sıra dışı ve çok basittir. Simetri kavramına ve simetriye aykırı olmayan her şeyin olabileceği ve olması gerektiği ilkesine dayanırlar. Aşağıda, Feynman diyagramlarının dilini kullanarak, bunun parçacıkların kütleçekimsel, elektromanyetik, zayıf ve güçlü etkileşimlerinde nasıl gerçekleştiğini izleyeceğiz.

2. Parçacıklar ve yaşam

2.1. Medeniyet ve kültür hakkında. Rusya Bilimler Akademisi'nin yabancı üyesi Valentin Telegdi (1922–2006) şunları açıkladı: “WC (klozet) medeniyet ise, o zaman onu kullanma yeteneği kültürdür.”

ITEP araştırmacısı A. A. Abrikosov Jr. geçenlerde bana yazdı: "Raporunuzun hedeflerinden biri, yüksek bir kitleyi modern fiziği daha geniş bir şekilde öğretme ihtiyacına ikna etmektir. Eğer öyleyse, belki de birkaç günlük örnek vermek faydalı olacaktır. Aşağıdakileri kastediyorum:

Kuantum mekaniği (QM) ve görelilik teorisi (RT) olmadan günlük düzeyde bile düşünülemez bir dünyada yaşıyoruz. Cep telefonları, bilgisayarlar, tüm modern elektronik cihazlar, LED ışıklar, yarı iletken lazerler (işaretçiler dahil), LCD ekranlar esasen kuantum cihazlardır. QM'nin temel kavramları olmadan nasıl çalıştıklarını açıklamak imkansızdır. Ve tünellemeden bahsetmeden bunları nasıl açıklarsınız?

İkinci örnek, belki sizden biliyorum. Her 10. araca uydu navigasyon cihazı takılır. Uydu ağındaki saat senkronizasyonunun doğruluğu 10 −8'den az değildir (bu, Dünya yüzeyindeki bir nesnenin lokalizasyonunda bir metrelik bir hataya karşılık gelir). Bu doğruluk, hareket eden bir uydudaki saate yapılan TO düzeltmelerinin dikkate alınmasını gerektirir. Mühendislerin buna inanamadıklarını söylüyorlar, bu yüzden ilk cihazların çift programı vardı: düzeltmeli ve düzeltmesiz. Görünüşe göre, ilk program daha iyi çalışıyor. İşte hane düzeyinde görelilik teorisinin bir testi.

Elbette telefonda konuşmak, araba kullanmak ve bilgisayar anahtarlarını yazmak yüksek bilim olmadan mümkündür. Ancak akademisyenlerin coğrafyayı çalışmamaya teşvik etmeleri pek olası değil, çünkü "taksiler var".

Ve sonra öğrencilerle ve sonra beş yıl boyunca öğrencilerle maddi noktalar ve Galilean göreliliği hakkında konuşurlar ve aniden, görünürde hiçbir sebep olmadan bunun “tam olarak doğru olmadığını” söylerler.

Fizikoteknik Enstitüsü'nde bile görsel Newton dünyasından kuantum dünyasına geçmek zordur. Senin, AAA."

2.2. Temel fizik ve eğitim üzerine. Ne yazık ki, modern eğitim sistemi, modern temel fiziğin tam bir yüzyıl gerisinde kalmıştır. Ve çoğu insan (bilim adamlarının çoğunluğu dahil), temel parçacık fiziğinin yarattığı dünyanın o şaşırtıcı derecede net ve basit resmi (haritası) hakkında hiçbir fikre sahip değildir. Bu harita, tüm doğa bilimlerinde gezinmeyi çok daha kolaylaştırır. Raporumun amacı, sizi temel parçacık fiziğinin bazı öğelerinin (kavramlarının), görelilik kuramının ve kuantum kuramının, yalnızca yüksek düzeyde değil, aynı zamanda ikincil ve hatta ilkokul. Ne de olsa, temelde yeni kavramlara en kolay şekilde tam olarak çocuklukta hakim olunur. Çocuk dile kolayca hakim olur, cep telefonuyla ustalaşır. Pek çok çocuk Rubik küpünü birkaç saniye içinde eski haline döndürüyor ve bir gün bile bana yetmiyor.

Gelecekte hoş olmayan sürprizlerden kaçınmak için anaokulunda yeterli bir dünya görüşü oluşturmak gerekir. sabitler c ve hçocuklar için bilgi araçları haline gelmelidir.

2.3. Matematik hakkında. Matematik - tüm bilimlerin kraliçesi ve hizmetkarı - kesinlikle bilginin ana aracı olarak hizmet etmelidir. Doğruluk, güzellik, simetri, düzen gibi temel kavramları verir. sıfır ve sonsuzluk kavramları. Matematik size düşünmeyi ve saymayı öğretir. Matematik olmadan temel fizik düşünülemez. Matematik olmadan eğitim düşünülemez. Tabii ki, okulda grup teorisi çalışmak için çok erken olabilir, ancak size gerçeği, güzelliği, simetriyi ve düzeni (ve aynı zamanda bazı düzensizlikleri) takdir etmeyi öğretmek gerekir.

Gerçek (gerçek) sayılardan (basit, rasyonel, irrasyonel) hayali ve karmaşık sayılara geçişi anlamak çok önemlidir. Muhtemelen, sadece matematik ve teorik fizik alanında çalışmak isteyen öğrenciler, hiper karmaşık sayıları (dördeyler ve oktonyonlar) incelemelidir. Örneğin işimde hiç oktonyon kullanmadım. Ancak birçok teorik fizikçiye göre en umut verici olanı, istisnai simetri grubunu E8 anlamayı kolaylaştırdıklarını biliyorum.

2.4. Dünya görüşü ve doğa bilimleri hakkında. Dünyayı yöneten temel yasalar fikri tüm doğa bilimlerinde gereklidir. Elbette katı hal fiziği, kimya, biyoloji, yer bilimleri ve astronominin kendine özgü kavramları, yöntemleri ve sorunları vardır. Ancak genel bir dünya haritasına sahip olmak ve bu haritada bilinmeyene dair birçok boş nokta olduğunu anlamak çok önemlidir. Bilimin kemikleşmiş bir dogma değil, dünya haritasının birçok noktasında gerçeğe yaklaşmanın yaşayan bir süreci olduğunu anlamak çok önemlidir. Gerçeğe yaklaşma asimptotik bir süreçtir.

2.5. Gerçek ve kaba indirgemecilik hakkında. Doğadaki daha karmaşık yapıların daha az karmaşık yapılardan ve nihayetinde en basit unsurlardan oluştuğu fikrine yaygın olarak indirgemecilik denir. Bu anlamda, sizi ikna etmeye çalıştığım şey indirgemeciliktir. Ancak tüm bilimlerin temel parçacık fiziğine indirgenebileceğini iddia eden kaba indirgemecilik kesinlikle kabul edilemez. Her daha yüksek ve daha yüksek karmaşıklık düzeyinde, kendi kalıpları oluşur ve ortaya çıkar. İyi bir biyolog olmak için parçacık fiziği bilmenize gerek yok. Ancak bilimler sistemindeki yerini ve rolünü anlamak, sabitlerin anahtar rolünü anlamak c ve h gerekli. Sonuçta, bilim bir bütün olarak tek bir organizmadır.

2.6. Beşeri bilimler ve sosyal bilimler üzerine. Dünyanın yapısı hakkında genel bir fikir, ekonomi, tarih ve dil bilimleri gibi bilişsel bilimler ve felsefe için çok önemlidir. Ve bunun tersi - bu bilimler, temel kavramlarını sürekli olarak geliştiren en temel fizik için son derece önemlidir. Bu, şimdi döneceğim görelilik teorisinin değerlendirilmesinden görülecektir. Doğa bilimlerinin refahı (beşeri bir yana) için son derece önemli olan hukuk bilimlerine özellikle değineceğim. Sosyal yasaların doğanın temel yasalarıyla çelişmemesi gerektiğine inanıyorum. İnsan yasaları, İlahi Doğa Yasalarıyla çelişmemelidir.

2.7. Mikro-, Makro-, Kozmo-. Büyük ama devasa olmayan şeylerden oluşan sıradan dünyamıza genellikle makrokozmos denir. Gök cisimlerinin dünyasına kozmik dünya denilebilir ve atomik ve atom altı parçacıkların dünyasına mikro dünya denir. (Atomların boyutları 10 −10 m mertebesinde olduğu için, o zaman mikro dünya, bir mikrometreden en az 4 hatta 10 büyüklük mertebesi ve bir nanometreden 1-7 büyüklük mertebesi daha küçük nesneler anlamına gelir. alan, mikrodan makroya giden yol boyunca bulunur.) 20. yüzyılda, mikro yasalara dayanan birçok makro ve kozmik yasayı basit ve net bir şekilde anlamanıza izin veren, temel parçacıkların Standart Modeli adı verilen inşa edildi.

2.8. Modellerimiz. Teorik fizikteki modeller, zorunlu olmayan koşullar atılarak oluşturulur. Örneğin, atom ve nükleer fizikte, parçacıkların yerçekimi etkileşimleri ihmal edilebilir ve ihmal edilebilir. Böyle bir dünya modeli, özel görelilik kuramına uyar. Bu modelde atomlar, moleküller, yoğun cisimler, hızlandırıcılar ve çarpıştırıcılar var ama Güneş ve yıldızlar yok.

Böyle bir model, yerçekiminin gerekli olduğu çok büyük ölçeklerde kesinlikle yanlış olacaktır.

Elbette, CERN'in varlığı için Dünya'nın (ve dolayısıyla yerçekiminin) varlığı gereklidir, ancak CERN'de yapılan deneylerin büyük çoğunluğunu anlamak için (çarpıştırıcıda mikroskobik "kara delikler" aramaları hariç) , yerçekimi gerekli değildir.

2.9. Büyüklük siparişleri. Temel parçacıkların özelliklerini anlamadaki zorluklardan biri, çok küçük olmaları ve çok fazla olmalarıdır. Bir kaşık suda çok sayıda atom vardır (yaklaşık 10 23). Evrenin görünen kısmındaki yıldızların sayısı çok daha az değildir. Büyük rakamlardan korkulmamalıdır. Sonuçta, onlarla başa çıkmak zor değil, çünkü sayıların çarpımı esas olarak siparişlerinin eklenmesine bağlı: 1 \u003d 10 0, 10 \u003d 10 1, 100 \u003d 10 2. 10'u 100 ile çarparsak 10 1+2 = 10 3 = 1000 elde ederiz.

2.10. Bir damla yağ. Suyun yüzeyine 1 mililitre hacimli bir damla yağ damlatılırsa, yaklaşık birkaç metrekarelik bir alana ve yaklaşık yüz nanometre kalınlığa sahip bir gökkuşağı lekesine yayılacaktır. Bu, bir atomun boyutundan yalnızca üç büyüklük mertebesi daha büyüktür. Ve sabun köpüğü filminin en ince yerlerindeki kalınlığı, moleküllerin boyutu kadardır.

2.11. Joule. Tipik bir AA pil, 1,5 volt (V) voltaja sahiptir ve 10 4 jul (J) elektrik enerjisi içerir. Size 1 J \u003d 1 kolye × 1 V ve ayrıca 1 J \u003d kg m 2 / s 2 olduğunu ve yerçekimi ivmesinin yaklaşık 10 m / s 2 olduğunu hatırlatmama izin verin. Yani 1 joule, 1 kilogramı 10 cm yüksekliğe kaldırmanıza izin verir ve 10 4 J, 100 kg'ı 10 metreye kaldırır. Bu, bir öğrenciyi onuncu kata çıkarmak için bir asansörün ne kadar enerji tükettiğidir. Pilde bu kadar enerji var.

2.12. Elektronvoltlar. Temel parçacık fiziğinde enerji birimi elektron volttur (eV): 1 eV'lik enerji, 1 voltluk bir potansiyel farkından geçen 1 elektron tarafından elde edilir. Bir pandantifte 6.24 × 10 18 elektron olduğundan, 1 J = 6.24 × 10 18 eV.

1 keV = 10 3 eV, 1 MeV = 106 eV, 1 GeV = 109 eV, 1 TeV = 10 12 eV.

CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki bir protonun enerjisinin 7 TeV'ye eşit olması gerektiğini hatırlatmama izin verin.

3. Görelilik teorisi hakkında

3.1. Referans sistemleri. Tüm deneylerimizi bir veya başka bir referans sisteminde açıklıyoruz. Referans sistemi bir laboratuvar, bir tren, Dünya'nın bir uydusu, bir galaksinin merkezi olabilir... . Örneğin bir parçacık hızlandırıcısında uçan herhangi bir parçacık da bir referans sistemi olabilir. Tüm bu sistemler birbirine göre hareket ettiğinden, tüm deneyler onlarda aynı görünmeyecektir. Ek olarak, en yakın kütleli cisimlerin yerçekimi etkisi de içlerinde farklıdır. Görelilik teorisinin ana içeriğini oluşturan bu farklılıkların dikkate alınmasıdır.

3.2. Galileo'nun gemisi. Galileo, sorunsuz bir yelkenli geminin kabinindeki her türlü deneyi renkli bir şekilde açıklayarak görelilik ilkesini formüle etti. Pencereler perdeliyse, bu deneyler yardımıyla geminin ne kadar hızlı hareket ettiğini ve durup durmadığını anlamak imkansızdır. Einstein, bu kabine sonlu ışık hızıyla deneyler ekledi. Pencereden dışarı bakmazsanız geminin hızını bilemezsiniz. Ama kıyıya bakarsanız, yapabilirsiniz.

3.3. Uzak yıldızlar*. Nerede olurlarsa olsunlar, insanların deneylerinin sonuçlarını formüle edebilecekleri böyle bir referans çerçevesi belirlemek mantıklıdır. Böyle evrensel bir referans çerçevesi için, uzak yıldızların hareketsiz olduğu bir sistem uzun zamandır kabul edildi. Ve nispeten yakın zamanda (yarım yüzyıl önce) daha da uzak kuasarlar keşfedildi ve bu sistemde kalıntı mikrodalga arka planının izotropik olması gerektiği ortaya çıktı.

3.4. Evrensel bir referans çerçevesi arayışında*.Özünde, tüm astronomi tarihi, her zamankinden daha evrensel bir referans çerçevesine doğru bir ilerlemedir. İnsanın merkezde olduğu antroposentrikten, Dünya'nın merkezde durduğu yer merkezliye (Ptolemy, 87-165), Güneş'in merkezde durduğu günmerkezliye (Kopernik, 1473-1543), Galaksimizin merkezinin bulunduğu halacentric'e, nebula sisteminin - galaksi kümelerinin bulunduğu bulutsuya, kozmik mikrodalga arka planının izotropik olduğu arka plana. Bununla birlikte, bu referans çerçevelerinin hızlarının, ışık hızına kıyasla küçük olması esastır.

3.5. Kopernik, Kepler, Galileo, Newton*. Nicolaus Copernicus'un 1543'te yayınlanan “Göksel kürelerin dönüşleri üzerine” kitabında şöyle diyor: “Güneş tarafından fark edilen tüm hareketler onun özelliği değildir, ancak Dünya'ya ve birlikte küremize aittir. diğer gezegenler gibi Güneş'in etrafında döner; dolayısıyla dünyanın birkaç hareketi vardır. Gezegenlerin görünen ileri ve geri hareketleri onlara değil, Dünya'ya aittir. Dolayısıyla bu hareket tek başına gökyüzünde görülen çok sayıda düzensizliği açıklamaya yeterlidir.

Copernicus ve Kepler (1571-1630), bu hareketlerin kinematiğinin basit bir fenomenolojik tanımını verdiler. Galileo (1564-1642) ve Newton (1643-1727) dinamiklerini açıkladılar.

3.6. Evrensel uzay ve zaman*. Evrensel referans sistemine ilişkin uzaysal koordinatlar ve zaman, görelilik teorisi ile tam bir uyum içinde evrensel veya mutlak olarak adlandırılabilir. Sadece bu sistemin seçiminin yerel gözlemciler tarafından yapıldığını ve üzerinde anlaşmaya varıldığını vurgulamak önemlidir. Evrensel çerçeveye göre aşamalı olarak hareket eden herhangi bir referans çerçevesi eylemsizdir: içindeki serbest hareket düzgün ve doğrusaldır.

3.7. "Değişmezlik Teorisi"*. Hem Albert Einstein (1879–1955) hem de Max Planck'ın (1858–1947) (1907'de "görelilik kuramı" terimini tanıtan ve buna Einstein tarafından 1905'te ortaya atılan kuram adını veren), "teori değişmezliği" teriminin özünü daha doğru bir şekilde yansıtır. Ancak, görünüşe göre, 20. yüzyılın başında, zaman ve eşzamanlılık gibi kavramların göreliliğini, bu çerçevelerden birini seçmektense, eşit eylemsiz referans çerçevelerinde vurgulamak daha önemliydi. Galileo'nun kabininin perdeli pencereleriyle geminin hızını belirlemenin imkansız olması daha önemliydi. Ama şimdi perdeleri aralayıp kıyıya bakma zamanı. Aynı zamanda perdeler kapalıyken kurulan tüm desenler elbette sarsılmaz kalacaktır.

3.8. Chimmer'a Mektup*. 1921'de Einstein, "Felsefi Mektuplar" kitabının yazarı E. Chimmer'e yazdığı bir mektupta şöyle yazmıştı: "'Görelilik teorisi' terimine gelince, bunun başarısız olduğunu ve felsefi yanlış anlamalara yol açtığını kabul ediyorum." Ama bunu değiştirmek için, Einstein'a göre, özellikle de yaygın olduğu için artık çok geçtir. Bu mektup, 2009 sonbaharında Princeton'da yayınlanan Einstein'ın 25 ciltlik Toplu Eserleri'nin 12. cildinde yayınlanmıştır.

3.9. Doğada maksimum hız.İzafiyet teorisinin anahtar sabiti ışık hızıdır. c\u003d 300.000 km / s \u003d 3 × 10 8 m / s. (Daha doğrusu, c= 299 792 458 m/sn. Ve bu sayı artık bir metre tanımının temelini oluşturmaktadır.) Bu hız, doğadaki herhangi bir sinyalin maksimum yayılma hızıdır. Her gün uğraştığımız devasa nesnelerin hızından çok daha yüksek. Görelilik teorisinin ana içeriğinin anlaşılmasını engelleyen alışılmadık derecede büyük değeridir. Işık hızına yakın hızlarda hareket eden parçacıklara rölativistik denir.

3.10. Enerji, momentum ve hız. Bir parçacığın serbest hareketi, parçacığın enerjisi ile karakterize edilir. E ve momentumu p. İzafiyet teorisine göre bir parçacığın hızı v formül tarafından belirlenir

Bölümde tartışılan terminolojik karışıklığın ana nedenlerinden biri. 3.14, görelilik teorisini oluştururken momentum ve hız arasındaki Newton ilişkisini korumaya çalıştıklarında yatmaktadır. p = mv görelilik kuramına aykırıdır.

3.11. Ağırlık. parçacık kütlesi m formül tarafından belirlenir

Bir parçacığın enerjisi ve momentumu referans çerçevesine bağlıyken, kütlesinin değeri m referans sistemine bağlı değildir. O bir değişmez. Formül (1) ve (2) görelilik teorisinde temeldir.

İşin tuhafı, formül (2)'nin ortaya çıktığı görelilik teorisi üzerine ilk monografi sadece 1941'de yayınlandı. L. Landau (1908–1968) ve E. Lifshitz (1915–1985) tarafından “Alan Teorileri” idi. . Einstein'ın hiçbir eserinde bulamadım. 1921'de yayınlanan W. Pauli'nin (1900–1958) dikkat çekici "The Theory of Relativite" kitabında yer almamaktadır. Ancak bu formülü içeren göreli dalga denklemi, P. Dirac'ın "Principles of Quantum Mechanics" kitabında yer almaktadır. 1930'da (1902–1984) ve hatta daha önce O. Klein (1894–1977) ve W. Fock (1898–1974) tarafından 1926'da yayınlanan makalelerde yayınlandı.

3.12. Kütlesiz foton. Parçacığın kütlesi sıfırsa, yani parçacık kütlesizse, o zaman formül (1) ve (2)'den, herhangi bir referans çerçevesinde hızının eşit olduğu sonucu çıkar. c. Bir ışık parçacığının - bir fotonun - kütlesi tespit edilemeyecek kadar küçük olduğundan, genellikle sıfıra eşit olduğu kabul edilir ve cışık hızıdır.

3.13. Barış enerjisi. Parçacığın kütlesi sıfır değilse, serbest parçacığın hareketsiz ve yakınında olduğu bir referans çerçevesi düşünün. v = 0, p= 0. Böyle bir referans çerçevesine parçacığın durgun çerçevesi denir ve parçacığın bu çerçevedeki enerjisine dinlenme enerjisi denir ve şu şekilde gösterilir: E0. Formül (2)'den şunu takip eder:

Bu formül, Einstein tarafından 1905'te keşfedilen, büyük bir parçacığın durgun enerjisi ile kütlesi arasındaki ilişkiyi ifade eder.

3.14. "En ünlü formül." Ne yazık ki, çoğu zaman Einstein'ın formülü "en ünlü formül" şeklinde yazılmıştır. E=mc2”, dinlenme enerjisinin sıfır indeksini atlayarak, çok sayıda yanlış anlama ve karışıklığa yol açar. Sonuçta, bu "ünlü formül", genel olarak görelilik teorisi ve özel olarak formül (2) ile çelişen enerji ve kütleyi tanımlar. Buradan, görelilik teorisine göre bir cismin kütlesinin, hızının artmasıyla birlikte büyüdüğüne dair yaygın bir yanılgı ortaya çıkıyor. Son yıllarda, Rusya Eğitim Akademisi bu yanılgıyı ortadan kaldırmak için çok şey yaptı.

3.15. hız birimi*. Işık hızıyla karşılaştırılabilir hızlarla ilgilenen görelilik kuramında seçim yapmak doğaldır. c hız birimi olarak Bu seçim tüm formülleri basitleştirir, çünkü c/c= 1 ve onları koymalıyız c= 1. Bu durumda hız boyutsuz bir nicelik haline gelir, mesafe zaman boyutuna ve kütle de enerji boyutuna sahiptir.

Temel parçacık fiziğinde, parçacık kütleleri genellikle elektronvolt - eV ve bunların türevleri cinsinden ölçülür (bkz. Bölüm 2.14). Bir elektronun kütlesi yaklaşık 0,5 MeV, bir protonun kütlesi yaklaşık 1 GeV, en ağır kuarkın kütlesi yaklaşık 170 GeV ve bir nötrino kütlesi bir eV'nin kesirleri kadardır.

3.16. Astronomik mesafeler*. Astronomide mesafeler ışık yılı ile ölçülür. Evrenin görünen kısmının boyutu yaklaşık 14 milyar ışık yılıdır. Bu sayı, ışığın bir proton boyutunda bir mesafe kat etmesi için geçen 10-24 s süresiyle karşılaştırıldığında daha da etkileyicidir. Ve tüm bu devasa aralıkta görelilik teorisi işe yarıyor.

3.17. Minkowski'nin dünyası. 1908'de, zamansız ölümünden birkaç ay önce, Hermann Minkowski (1864-1909) kehanet niteliğinde şunları söyledi: “Sizden önce geliştirmeyi düşündüğüm uzay ve zaman hakkındaki görüşler deneysel bir fiziksel temelde ortaya çıktı. Bu onların gücü. Onların eğilimi radikaldir. Şu andan itibaren, kendi başına uzay ve kendi başına zaman birer kurguya dönüşmeli ve her ikisinin yalnızca bir tür birleşimi hala bağımsızlığını korumalıdır.

Bir asır sonra, zamanın ve uzayın birer kurgu olmadığını biliyoruz, ancak Minkowski'nin fikri, madde parçacıklarının hareketlerini ve etkileşimlerini çok basit bir şekilde tanımlamayı mümkün kıldı.

3.18. 4D dünya*. olduğu birimlerde c= 1, zaman ve üç boyutlu uzayı tek bir dört boyutlu dünyada birleştiren Minkowski dünyası fikri özellikle güzel görünüyor. Enerji ve momentum daha sonra tek bir dört boyutlu vektörde birleştirilir ve denklem (2)'ye göre kütle, bu 4-enerji-momentum vektörünün sözde Öklid uzunluğu olarak hizmet eder. p = E, p:

Minkowski dünyasındaki dört boyutlu bir yörüngeye dünya çizgisi denir ve tek tek noktalara dünya noktaları denir.

3.19. Saat hızının hızlarına bağımlılığı**. Sayısız gözlem, saatlerin atalet çerçevesine göre hareketsiz olduklarında en hızlı çalıştığını göstermektedir. Eylemsiz referans çerçevesindeki sonlu hareket, ilerlemelerini yavaşlatır. Uzayda ne kadar hızlı hareket ederlerse, zamanda o kadar yavaş giderler. Yavaşlama, evrensel referans çerçevesinde mutlaktır (bkz. Bölüm 3.1–3.8). Onun ölçüsü orandır e/m, genellikle γ harfi ile gösterilir.

3.20. Bir halka hızlandırıcıda ve dinlenme halindeki müonlar**. Bu yavaşlamanın varlığı, en açık şekilde, bir halka hızlandırıcıda dönen bir müon ile hareketsiz haldeki bir müonun yaşam sürelerinin karşılaştırılmasıyla görülebilir. Hızlandırıcıda müonun tamamen serbest hareket etmemesi, merkezcil ivmeye sahip olması ω 2 R, nerede ω devrimin radyal frekansıdır ve R yörüngenin yarıçapıdır, yalnızca ihmal edilebilir bir düzeltme verir, çünkü E/ω 2 R = ER>> 1. Dönen bir müon ile hareketsiz bir müon arasındaki doğrudan karşılaştırma için, düz bir çizgi boyunca değil, bir daire boyunca hareket etmek kesinlikle gereklidir. Ancak hareket halindeki bir müonun yaşlanma hızı söz konusu olduğunda, yeterince büyük bir yarıçapa sahip dairesel bir yay, düz bir çizgiden ayırt edilemez. Bu oran oran tarafından belirlenir e/m. (Özel görelilik kuramına göre, dönen müonun hareketsiz olduğu referans çerçevesinin eylemsiz olmadığını vurguluyorum.)

3.21. yay ve akor**. Eylemsiz bir referans çerçevesinde duran bir gözlemcinin bakış açısından, yeterince büyük bir yarıçapa ve kirişine sahip bir dairenin yayı pratik olarak ayırt edilemez: yay boyunca hareket neredeyse eylemsizdir. Bir daire içinde uçan bir müona göre hareketsiz durumdaki bir gözlemcinin bakış açısından, hareketi esasen eylemsizdir. Sonuçta, hızı değişiklikleri yarım turda işaret ediyor. (Hareketli bir gözlemci için uzak yıldızlar hiçbir şekilde sabit değildir. Onun için tüm Evren asimetriktir: öndeki yıldızlar mavi ve arkadaki yıldızlar kırmızıdır. Bizim için hepsi aynı - altın, çünkü güneşin hızı sistemi düşüktür.) Ve bu gözlemcinin eylemsizliği, halka hızlandırıcıda müon hareket ettikçe ön ve arka takımyıldızların değişmesiyle kendini gösterir. Dinlenme ve hareket eden gözlemcileri eşdeğer kabul edemeyiz, çünkü birincisi herhangi bir hızlanma yaşamaz, ikincisi ise buluşma noktasına geri dönmek için onu deneyimlemelidir.

3.22. Genel görelilik**. Genel Görelilik Teorisi'nin (GR) diline alışmış teorik fizikçiler, tüm referans çerçevelerinin eşit olduğu konusunda ısrar ediyorlar. Sadece atalet değil, aynı zamanda hızlandırılmış. Bu uzay-zamanın kendisi eğridir. Bu durumda, yerçekimi etkileşimi, elektromanyetik, zayıf ve güçlü ile aynı fiziksel etkileşim olmaktan çıkar ve kavisli uzayın istisnai bir tezahürü haline gelir. Sonuç olarak, onlar için tüm fizik iki parçaya bölünmüş gibi görünür. İvmenin her zaman etkileşimden kaynaklandığı, göreceli değil mutlak olduğu gerçeğinden yola çıkarsak, fizik birleşik ve basit hale gelir.

3.23. "Lenkom"."Görelilik" ve "görececilik" kelimelerinin ışık hızıyla ilgili olarak kullanılması, yalnızca Komsomol ile soybilimsel olarak bağlantılı olan "Lenkom" tiyatrosunun veya "Moskovsky Komsomolets" gazetesinin adını andırıyor. Bunlar dil paradokslarıdır. Işığın boşluktaki hızı göreceli değildir. O mutlak. Sadece fizikçilerin dilbilimcilerin yardımına ihtiyacı var.

4. Kuantum teorisi hakkında

4.1. Planck sabiti. Görelilik teorisinde anahtar sabit ışık hızı ise c, o zaman kuantum mekaniğindeki anahtar sabit h= 6.63 10 −34 J s, 1900'de Max Planck tarafından keşfedildi. Bu sabitin fiziksel anlamı aşağıdaki sunumdan netleşecektir. Çoğunlukla, sözde indirgenmiş Planck sabiti, kuantum mekaniğinin formüllerinde görünür:

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

Birçok olayda nicelik önemli bir rol oynar. ħc= 1,97 10 −11 MeV cm.

4.2. Bir elektronun dönüşü. Atomun gezegen sistemiyle iyi bilinen safça karşılaştırmasıyla başlayalım. Gezegenler Güneş etrafında ve kendi eksenleri etrafında dönerler. Benzer şekilde, elektronlar çekirdeğin etrafında ve kendi eksenleri etrafında dönerler. Bir elektronun yörüngedeki dönüşü, yörünge açısal momentumu ile karakterize edilir. L(çoğunlukla ve tam olarak doğru bir şekilde yörünge açısal momentumu olarak adlandırılır). Bir elektronun kendi ekseni etrafında dönüşü, kendi açısal momentumu ile karakterize edilir - spin S. Dünyadaki tüm elektronların (1/2)'ye eşit bir dönüşe sahip olduğu ortaya çıktı. ħ . Karşılaştırma için, Dünya'nın “dönüşünün” 6 10 33 m 2 kg / s = 6 10 67 olduğunu not ediyoruz. ħ .

4.3. Hidrojen atomu. Aslında, bir atom bir gezegen sistemi değildir ve bir elektron da yörüngede hareket eden sıradan bir parçacık değildir. Bir elektron, diğer tüm temel parçacıklar gibi, kelimenin günlük anlamıyla bir parçacık değildir; bu, parçacığın belirli bir yörünge boyunca hareket etmesi gerektiğini ima eder. En basit atomda - hidrojen atomu, temel durumundaysa, yani uyarılmamışsa, elektron daha çok 0,5 10 −10 m yarıçaplı küresel bir bulutu andırır Atom uyarıldığında, elektron gittikçe büyüyen daha yüksek durumlara geçer.

4.4. Elektronların kuantum sayıları. Spin hesaba katılmadan, bir atomdaki bir elektronun hareketi iki kuantum sayısı ile karakterize edilir: asıl kuantum sayısı n ve yörünge kuantum sayısı ben, dahası n ≥ ben. Eğer bir ben= 0 ise elektron küresel olarak simetrik bir buluttur. n ne kadar büyükse, bu bulutun boyutu da o kadar büyük olur. Daha fazla ben bir elektronun hareketi, yörüngedeki klasik bir parçacığın hareketine ne kadar benzerse. Kuantum sayılı bir kabuk üzerinde bir hidrojen atomunda bulunan bir elektronun bağlanma enerjisi n, eşittir

nerede α =e2/ħc≈ 1/137, bir e elektronun yüküdür.

4.5. Çok elektronlu atomlar. Spin, çok elektronlu atomların elektron kabuklarını doldurmada önemli bir rol oynar. Gerçek şu ki, kendi dönüşlerinin aynı yönüne (aynı dönüş yönü) sahip iki elektron, verilen değerlerle aynı kabukta olamaz. n ve ben. Bu, sözde Pauli ilkesi (1900–1958) tarafından yasaklanmıştır. Esasen, Pauli ilkesi Mendeleev'in Elementlerinin Periyodik Tablosunun (1834–1907) dönemlerini belirler.

4.6. Bozonlar ve fermiyonlar. Tüm temel parçacıkların dönüşü vardır. Yani bir fotonun spini birim olarak 1'dir. ħ , graviton dönüşü 2'dir. Birimlerde tamsayı dönüşü olan parçacıklar ħ bozonlar denir. Yarı tamsayı spinli parçacıklara fermiyon denir. Bozonlar kolektivisttir: “hepsi aynı odada yaşamaya eğilimlidirler”, aynı kuantum durumundadırlar. Bir lazer, fotonların bu özelliğine dayanır: bir lazer ışınındaki tüm fotonlar tam olarak aynı momentuma sahiptir. Fermiyonlar bireycidir: "her birinin ayrı bir daireye ihtiyacı vardır." Elektronların bu özelliği, atomların elektron kabuklarını doldurma modellerini belirler.

4.7. "Kuantum Sentorlar". Temel parçacıklar kuantum centaurlar gibidir: yarı parçacıklar - yarı dalgalar. Dalga özellikleri nedeniyle kuantum centaurlar, klasik parçacıkların aksine, aynı anda iki yarıktan geçebilir ve bu da arkalarındaki ekranda bir girişim deseni ile sonuçlanır. Kuantum centaurları klasik fizik kavramlarının Procrustean yatağına koymaya yönelik tüm girişimler sonuçsuz kaldı.

4.8. Belirsizlik ilişkileri. Devamlı ħ temel parçacıkların sadece dönme değil, aynı zamanda öteleme hareketinin özelliklerini de belirler. Parçacığın konum ve momentum belirsizlikleri, Heisenberg belirsizlik ilişkilerini (1901–1976) karşılamalıdır, örneğin:

Enerji ve zaman için de benzer bir ilişki vardır:

4.9. Kuantum mekaniği. Hem spin nicemleme hem de belirsizlik ilişkileri, 1920'lerde yaratılan kuantum mekaniğinin genel yasalarının özel tezahürleridir. Kuantum mekaniğine göre, herhangi bir temel parçacık, örneğin bir elektron, hem temel bir parçacık hem de bir temel (tek parçacık) dalgadır. Ayrıca, devasa sayıda parçacığın periyodik hareketi olan sıradan bir dalganın aksine, temel dalga, tek bir parçacığın yeni, önceden bilinmeyen bir hareketidir. Momentumlu bir parçacığın temel dalga boyu λ pλ'ya eşittir = h/|p| ve temel frekans ν enerjiye karşılık gelen E, eşittir ν = E/sa.

4.10. Kuantum alan teorisi. Bu nedenle, ilk başta parçacıkların keyfi olarak hafif ve hatta kütlesiz olabileceğini ve hızlarının c. Sonra parçacıkların parçacık olmadığını, davranışları bir kuantum tarafından birleştirilen parçacık ve dalgaların tuhaf melezleri olduğunu kabul etmek zorunda kaldık. h. Görelilik teorisi ve kuantum mekaniğinin birleştirilmesi 1930'da Dirac (1902–1984) tarafından gerçekleştirildi ve kuantum alan teorisi olarak adlandırılan bir teorinin yaratılmasına yol açtı. Maddenin temel özelliklerini tanımlayan bu teoridir.

4.11. Birimler c, ħ = 1. Aşağıda, kural olarak, hız biriminin alındığı bu tür birimleri kullanacağız. c, ve açısal momentum birimi başına (eylem) - ħ . Bu birimlerde, tüm formüller büyük ölçüde basitleştirilmiştir. Onlarda özellikle enerji, kütle ve frekans boyutları aynıdır. Bu birimler yüksek enerji fiziğinde kabul edilir, çünkü kuantum ve relativistik fenomenler içinde gereklidir. Belirli bir fenomenin kuantum doğasını vurgulamanın gerekli olduğu durumlarda, açıkça yazacağız. ħ . ile aynısını yapacağız c.

4.12. Einstein ve kuantum mekaniği*. Kuantum mekaniğini doğuran Einstein, bir bakıma onunla uzlaşamadı. Ve ömrünün sonuna kadar klasik alan teorisi temelinde "her şeyin birleşik teorisi"ni inşa etmeye çalıştı. ħ . Einstein, klasik determinizme ve rastgeleliğin kabul edilemezliğine inanıyordu. Tanrı hakkında tekrarladı: "O zar atmaz." Ve bir veya başka bir parçacığın ortalama ömrü, kuantum mekaniği çerçevesinde benzeri görülmemiş bir doğrulukla tahmin edilmesine rağmen, tek bir parçacığın bozunma momentinin prensipte tahmin edilemeyeceği gerçeğiyle anlaşamadı. Ne yazık ki, bağımlılıkları pek çok insanın görüşlerini belirledi.

5. Feynman diyagramları

5.1. En basit diyagram. Parçacık etkileşimleri, 1949'da Richard Feynman (1918–1988) tarafından önerilen diyagramlar kullanılarak rahatlıkla görüntülenebilir. Şekil 1, bir foton değiş tokuşu yoluyla bir elektron ve bir protonun etkileşimini tanımlayan en basit Feynman diyagramını göstermektedir.

Şekildeki oklar, her parçacık için zamanın akış yönünü göstermektedir.

5.2. gerçek parçacıklar Her süreç bir veya daha fazla Feynman diyagramına karşılık gelir. Diyagramdaki dış çizgiler, serbest olan gelen (etkileşimden önce) ve giden (etkileşimden sonra) parçacıklara karşılık gelir. 4-momenta p denklemi sağlar

Bunlara gerçek parçacıklar denir ve kütle yüzeyinde oldukları söylenir.

5.3. sanal parçacıklar Diyagramların iç çizgileri, sanal durumdaki parçacıklara karşılık gelir. Onlar için

Bunlara sanal parçacıklar denir ve kabuk dışı oldukları söylenir. Sanal bir parçacığın yayılması, yayıcı adı verilen matematiksel bir nicelik ile tanımlanır.

Bu ortak terminoloji, acemileri sanal parçacıkların gerçek parçacıklardan daha az materyal olduğu fikrine götürebilir. Gerçekte, eşit derecede maddidirler, ancak gerçek parçacıkları madde ve radyasyon olarak ve sanal olanları - bu ayrım büyük ölçüde keyfi olmasına rağmen, esas olarak kuvvet alanları olarak algılarız. Aynı parçacığın, örneğin bir foton veya bir elektronun, belirli koşullar altında gerçek ve diğer koşullar altında sanal olabilmesi önemlidir.

5.4. Köşeler. Diyagramın köşeleri, parçacıklar arasındaki temel etkileşimlerin yerel eylemlerini tanımlar. Her tepe noktasında, 4-momentum korunur. Üç sıra kararlı parçacık bir tepe noktasında buluşuyorsa, bunlardan en az birinin sanal olması, yani kütle kabuğunun dışında olması gerektiğini görmek kolaydır: "Bolivar üçünü yok edemez." (Örneğin, serbest bir elektron serbest bir foton yayamaz ve yine de serbest elektron olarak kalır.)

İki gerçek parçacık, bir veya daha fazla sanal parçacığı değiştirerek belli bir mesafede etkileşime girer.

5.5. Yayma. Gerçek parçacıkların hareket ettiği söylenirse, sanal parçacıkların yayıldığı söylenir. "Yayılma" terimi, sanal bir parçacığın birçok yörüngeye sahip olabileceği gerçeğini vurgular ve statik Coulomb etkileşimini tanımlayan sıfır enerjili ve sıfır olmayan momentumlu sanal bir foton gibi bunların hiçbirinin klasik olmadığı olabilir.

5.6. Antiparçacıklar. Feynman diyagramlarının dikkate değer bir özelliği, hem parçacıkları hem de karşılık gelen karşı parçacıkları birleşik bir şekilde tanımlamalarıdır. Bu durumda, antiparçacık zamanda geriye doğru hareket eden bir parçacık gibi görünür. Şek. Şekil 2, bir elektron ve bir pozitronun yok olması sırasında bir proton ve bir antiprotonun üretimini gösteren bir diyagramı göstermektedir.

Zamanın tersine çevrilmesi, fermiyonlar ve bozonlar için eşit olarak geçerlidir. Pozitronların, Dirac'ın 1930'da bir antiparçacık kavramını tanıttığında başvurduğu, negatif enerjili bir elektron denizinde boş durumlar olarak yorumlanmasını gereksiz kılıyor.

5.7. Schwinger ve Feynman diyagramları. Hesaplama güçlükleriyle hiçbir sorunu olmayan Schwinger (1918–1994), Feynman diyagramlarından hoşlanmadı ve onlar hakkında biraz küçümseyici bir şekilde yazdı: "Daha yakın yıllardaki bir bilgisayar çipi gibi, Feynman diyagramı da hesaplamayı kitlelere getirdi." Ne yazık ki, çipin aksine Feynman diyagramları en geniş kütlelere ulaşmadı.

5.8. Feynman ve Feynman diyagramları. Bilinmeyen nedenlerle, Feynman diyagramları ünlü Feynman Fizik Derslerine bile ulaşamadı. Lise öğrencilerine temel parçacık fiziğinin temel fikirlerini açıklayarak getirilmeleri gerektiğine inanıyorum. Bu, mikro kozmosun ve bir bütün olarak dünyanın en basit görünümüdür. Bir öğrenci potansiyel enerji kavramını biliyorsa (örneğin, Newton yasası veya Coulomb yasası), o zaman Feynman diyagramları onun bu potansiyel enerji için bir ifade elde etmesine izin verir.

5.9. Sanal parçacıklar ve fiziksel kuvvet alanları. Feynman diyagramları, kuantum alan teorisinin en basit dilidir. (En azından etkileşimin çok güçlü olmadığı ve pertürbasyon teorisinin kullanılabildiği durumlarda.) Kuantum alan teorisi hakkındaki çoğu kitapta, parçacıklar, ikinci niceleme formalizmine aşinalık gerektiren alanların kuantum uyarıları olarak ele alınır. Feynman diyagramlarının dilinde, alanların yerini sanal parçacıklar alır.

Temel parçacıklar hem korpüsküler hem de dalga özelliklerine sahiptir. Ayrıca, gerçek durumda maddenin parçacıklarıdırlar ve sanal durumda aynı zamanda maddi nesneler arasındaki kuvvetlerin taşıyıcılarıdırlar. Sanal parçacıkların tanıtılmasından sonra, kuvvet kavramı gereksiz hale gelir ve alan kavramı ile, daha önce bilinmiyorsa, belki de sanal parçacık kavramına hakim olduktan sonra tanışılmalıdır.

5.10. Temel Etkileşimler*. Sanal parçacıkların (köşeler) temel emisyon ve absorpsiyon eylemleri, bir foton durumunda elektrik yükü e, zayıf yükler gibi etkileşim sabitleri ile karakterize edilir. e/sin θ W W bozonu durumunda ve e/sin θ W cos θ W Z-boson durumunda (burada θ K- Weinberg açısı), renk yükü g Gluonlar söz konusu olduğunda ve miktar √G bir graviton durumunda, nerede G Newton sabitidir. (Bkz. bölüm 6–10.) Elektromanyetik etkileşim aşağıda bölüm içinde tartışılmaktadır. 7. Zayıf etkileşim - Ch. 8. Güçlü - Ch. dokuz.

Ve bir sonraki bölümde başlayacağız. 6 yerçekimi etkileşimi ile.

6. Yerçekimi etkileşimi

6.1. Gravitonlar. Henüz keşfedilmemiş ve muhtemelen yakın gelecekte keşfedilmeyecek parçacıklarla başlayacağım. Bunlar yerçekimi alanının parçacıklarıdır - gravitonlar. Sadece gravitonlar değil, aynı zamanda yerçekimi dalgaları da henüz keşfedilmedi (ve bu, elektromanyetik dalgaların tam anlamıyla hayatımıza nüfuz etmesidir). Bunun nedeni, düşük enerjilerde yerçekimi etkileşiminin çok zayıf olmasıdır. Göreceğimiz gibi, graviton teorisi, yerçekimi etkileşiminin bilinen tüm özelliklerini anlamayı mümkün kılar.

6.2. Graviton değişimi. Feynman diyagramlarının dilinde, iki cismin kütleçekimsel etkileşimi, bu cisimleri oluşturan temel parçacıklar arasındaki sanal gravitonların değiş tokuşu ile gerçekleştirilir. Şek. 3 graviton, 4 momentumlu p 1 olan bir parçacık tarafından yayınlanır ve 4 momentumlu p 2 olan başka bir parçacık tarafından emilir. 4-momentumun korunumundan dolayı, q=p 1 − p′ 1 =p′ 2 −p 2 , burada q gravitonun 4-momentumudur.

Sanal bir gravitonun dağılımı (herhangi bir sanal parçacık gibi, bir yayıcıya karşılık gelir) şekilde bir yay ile gösterilmiştir.

6.3. Dünyanın yerçekimi alanındaki hidrojen atomu.Şek. Şekil 4, 4 momentumlu p 1'li bir hidrojen atomunun, toplam 4 momentumlu p 2 ile Dünya'nın tüm atomlarıyla graviton alışverişinde bulunduğu diyagramların toplamını göstermektedir. Ve bu durumda q = p 1 − p′ 1 = p′ 2 − p 2 , burada q sanal gravitonların toplam 4 momentumudur.

6.4. Bir atomun kütlesi üzerinde. Gelecekte, yerçekimi etkileşimini ele alırken, bir protonun kütlesine kıyasla bir elektronun kütlesini, ayrıca bir proton ve bir nötronun kütleleri arasındaki farkı ve atom çekirdeğindeki nükleonların bağlanma enerjisini ihmal edeceğiz. Yani bir atomun kütlesi, kabaca atom çekirdeğindeki nükleonların kütlelerinin toplamıdır.

6.5. Kazanmak*. Dünyanın nükleon sayısı N E ≈ 3.6 10 51, bir gram karasal maddedeki nükleon sayısının çarpımına eşittir, yani Avogadro sayısı N A ≈ 6 10 23 , gram cinsinden Dünya kütlesine göre ≈ 6 10 27. Bu nedenle, Şek. 4, şek. 4'teki 3.6·10 51 diyagramlarının toplamıdır. Şekil 3'teki Dünya çizgilerinin kalınlaşması ve sanal gravitonlar ile işaretlenen 3, 4. Ek olarak, bir graviton yayıcısının aksine "graviton yayı", Şek. 4 gri. 3.6·10 51 graviton içeriyor gibi görünüyor.

6.6. Newton'un elması Dünya'nın yerçekimi alanında.Şek. Şekil 5'te, toplam 4 momentumu p 1 olan elmanın tüm atomları, toplam 4 momentumu p 2 olan Dünya'nın tüm atomları ile etkileşir.

6.7. Grafik sayısı*. Bir gram sıradan maddenin NA = 6·10 23 nükleon içerdiğini hatırlatmama izin verin. 100 gramlık bir elmadaki nükleon sayısı N a = 100N A = 6 10 25'tir. Dünyanın kütlesi 6 10 27 g'dır ve sonuç olarak Dünya'nın nükleon sayısı N E = 3,6 10 51 . Tabii ki, Şekil 2'deki çizgilerin kalınlaşması. 5 hiçbir şekilde çok sayıda elma nükleonları Na, Dünya nükleonları N E ve çok daha büyük, sadece fantastik Feynman diyagramları N d = N a N E = 2.2·10 77'ye karşılık gelmez. Sonuçta, elmanın her nükleonu, Dünya'nın her nükleonu ile etkileşime girer. Muazzam sayıda diyagramı vurgulamak için, şek. 5 karanlık yapılır.

Bir gravitonun tek bir temel parçacıkla etkileşimi çok küçük olmasına rağmen, Dünya'nın tüm nükleonlarının diyagramlarının toplamı, hissettiğimiz önemli bir çekim yaratır. Evrensel yerçekimi Ay'ı Dünya'ya, her ikisi de Güneş'e, Galaksimizde bulunan tüm yıldızları ve tüm galaksileri birbirine çeker.

6.8. Feynman genliği ve Fourier dönüşümü***.

Kütleleri m 1 ve m 2 olan iki yavaş cismin yerçekimi etkileşiminin Feynman diyagramı, Feynman genliğine karşılık gelir

nerede G- Newton sabiti, a q- Sanal gravitonlar tarafından taşınan 3-momentum. (Değer 1/q2, nerede q- graviton yayıcı denilen 4-momentum. Yavaş cisimler söz konusu olduğunda, enerji pratik olarak aktarılmaz ve bu nedenle q2 = −q 2 .)

Momentum uzayından konfigürasyon (koordinat) uzayına geçmek için, A( q)

Değer A( r) göreli olmayan parçacıkların yerçekimi etkileşiminin potansiyel enerjisini verir ve göreli bir parçacığın statik bir yerçekimi alanındaki hareketini belirler.

6.9. Newton'un potansiyeli*. Kütleleri m 1 ve m 2 olan iki cismin potansiyel enerjisi

nerede G- Newton sabiti, a r- bedenler arasındaki mesafe.

Bu enerji, Şekil 1'deki sanal gravitonların "yayında" bulunur. 5. Potansiyeli 1/ olarak azalan etkileşim r, uzun menzilli olarak adlandırılır. Fourier dönüşümünü kullanarak, graviton kütlesiz olduğu için yerçekiminin uzun menzilli olduğu görülebilir.

6.10. Yukawa potansiyel türü potansiyeli**. Gerçekten de, graviton sıfır olmayan bir kütleye sahip olsaydı m, o zaman değişimleri için Feynman genliği şu şekilde olurdu:

ve etki yarıçapı olan Yukawa potansiyeli gibi bir potansiyele karşılık gelir. r ≈ 1/m:

6.11. Potansiyel enerji hakkında**. Newton'un göreli olmayan mekaniğinde, bir parçacığın kinetik enerjisi hızına (momentuma) bağlıdır, potansiyel enerji ise yalnızca koordinatlarına, yani uzaydaki konumuna bağlıdır. Göreceli mekanikte böyle bir gereklilik sağlanamaz, çünkü parçacıkların etkileşimi çoğu zaman hızlarına (momentumlarına) ve dolayısıyla kinetik enerjiye bağlıdır. Bununla birlikte, sıradan, oldukça zayıf yerçekimi alanları için, parçacığın kinetik enerjisindeki değişiklik, toplam enerjisine kıyasla küçüktür ve bu nedenle bu değişiklik ihmal edilebilir. Zayıf bir yerçekimi alanındaki göreli olmayan bir parçacığın toplam enerjisi ε = olarak yazılabilir. E akraba + E 0 + sen.

6.12. Yerçekiminin evrenselliği. Diğer tüm etkileşimlerin aksine, yerçekimi dikkate değer bir evrensellik özelliğine sahiptir. Bir gravitonun herhangi bir parçacıkla etkileşimi, bu parçacığın özelliklerine değil, yalnızca parçacığın sahip olduğu enerji miktarına bağlıdır. Bu parçacık yavaşsa, dinlenme enerjisi E 0 = mc2 kütlesinde bulunan kinetik enerjisini çok aşıyor. Ve bu nedenle yerçekimi etkileşimi kütlesiyle orantılıdır. Ancak yeterince hızlı bir parçacık için kinetik enerjisi kütlesinden çok daha büyüktür. Bu durumda, yerçekimi etkileşimi pratik olarak kütleye bağlı değildir ve kinetik enerjisiyle orantılıdır.

6.13. Graviton dönüşü ve yerçekiminin evrenselliği**. Daha doğrusu, bir graviton emisyonu basit enerjiyle değil, parçacığın enerji-momentum tensörü ile orantılıdır. Ve bu da, gravitonun dönüşünün ikiye eşit olmasından kaynaklanmaktadır. Graviton emisyonundan önceki parçacığın 4 momentumu olsun. p 1 ve emisyon sonrası p 2. O halde gravitonun momentumu q = p 1 − p 2. Notasyonu tanıtırsak p = p 1 + p 2 , o zaman graviton emisyon tepe noktası şöyle görünecek

burada h β graviton dalga fonksiyonudur.

6.14. Bir foton ile graviton etkileşimi**. Bu, özellikle kütlesi sıfıra eşit olan bir foton örneğinde açıkça görülmektedir. Bir fotonun bir binanın alt katından üst katına uçtuğunda, Dünya'nın yerçekiminin etkisi altında momentumunun azaldığı deneysel olarak kanıtlanmıştır. Ayrıca, uzak bir yıldızdan gelen bir ışık huzmesinin Güneş'in yerçekimi kuvveti tarafından saptırıldığı da kanıtlanmıştır.

6.15. Bir fotonun Dünya ile Etkileşimi**. Şek. Şekil 6, Dünya ile bir foton arasındaki graviton alışverişini göstermektedir. Bu rakam, koşullu olarak, bir fotonun Dünya'nın tüm nükleonlarıyla olan graviton değişimlerinin rakamlarının toplamını temsil eder. Üzerinde, dünyanın tepe noktası, Dünya N E'deki nükleon sayısı ile çarpılarak, nükleonun 4 momentumunun Dünya'nın 4 momentumu ile karşılık gelen değiştirilmesiyle bir nükleondan elde edilir (bkz. Şekil 3).

6.16. Bir graviton ile gravitonun etkileşimi***. Gravitonlar enerji taşıdıkları için gravitonları kendileri yaymalı ve absorbe etmelidirler. Bireysel gerçek gravitonları görmedik ve asla görmeyeceğiz. Bununla birlikte, sanal gravitonlar arasındaki etkileşim gözlemlenen etkilere yol açar.İlk bakışta, üç sanal gravitonun iki nükleonun yerçekimi etkileşimine katkısı tespit edilemeyecek kadar küçüktür (bkz. Şekil 7).

6.17. Merkür'ün laik presesyonu**. Bununla birlikte, bu katkı, Merkür'ün yörüngesinin günberisinin deviniminde kendini gösterir. Merkür'ün dünyevi devinimi, Merkür'ün Güneş'e olan çekiminin tek döngülü graviton diyagramlarının toplamı ile tanımlanır (Şekil 8).

6.18. Merkür için Kazanç**. Merkür ve Dünya'nın kütlelerinin oranı 0.055'tir. Yani Merkür'deki nükleon sayısı deniz mili = 0,055 N E= 2 10 50 . güneş kütlesi HANIM= 2 10 33 g Yani Güneş'teki nükleon sayısı N S = N A M S= 1.2 10 57 . Ve Merkür ve Güneş nükleonlarının yerçekimi etkileşimini açıklayan diyagramların sayısı, NdM= 2,4 10 107 .

Merkür'ün Güneş'e potansiyel çekim enerjisi ise sen = GM SMM/r, daha sonra sanal gravitonların birbirleriyle etkileşimi için tartışılan düzeltme dikkate alındıktan sonra, 1 − 3 katsayısı ile çarpılır. GM S/r. Potansiyel enerji düzeltmesinin -3 olduğunu görüyoruz. G 2 M S 2 M M / r 2.

6.19. Merkür'ün Yörüngesi**. Merkür yörünge yarıçapı a= 58 106 km. Yörünge periyodu 88 Dünya günüdür. yörünge eksantrikliği e= 0.21. Tartışılan düzeltme nedeniyle, bir devirde yörüngenin yarı ana ekseni 6π'lik bir açıyla döner GM S/a(1 − e 2), yani, bir saniyenin yaklaşık onda biri kadardır ve 100 Dünya yılında 43 "" döner.

6.20. Yerçekimi Kuzu kayması**. Kuantum elektrodinamiği üzerinde çalışmış olan herkes, Şekil 1'deki diyagramı hemen görecektir. 7, seviye 2'nin frekans (enerji) değişimini açıklayan üçgen bir diyagrama benzer. S 1/2, seviye 2'ye göre P 1/2 hidrojen atomunda (üçgen bir foton ve iki elektron çizgisinden oluşur). Bu kayma 1947'de Lamb ve Riserford tarafından ölçüldü ve 1060 MHz (1.06 GHz) olarak bulundu.

Bu ölçüm, kuantum elektrodinamiğinin ve Feynman diyagramlarının oluşturulmasına yol açan teorik ve deneysel çalışmaların zincirleme reaksiyonunu başlattı. Merkür'ün presesyon frekansı 25 büyüklük sırası daha azdır.

6.21. Klasik etki mi, kuantum etkisi mi?**. Seviye enerjisinin Kuzu kaymasının tamamen kuantum etkisi olduğu, Merkür'ün hareketinin ise tamamen klasik bir etki olduğu iyi bilinmektedir. Benzer Feynman diyagramlarıyla nasıl tanımlanabilirler?

Bu soruyu cevaplamak için ilişkiyi hatırlamamız gerekiyor. E = ħω ve Sec'de momentumdan konfigürasyon uzayına geçiş sırasında Fourier dönüşümünü hesaba katın. 6.8 e içerir benkare / ħ . Ek olarak, Lamb kayması elektromanyetik üçgeninde kütlesiz bir parçacığın (foton) yalnızca bir satırı olduğu ve diğer ikisinin elektron yayıcı olduğu dikkate alınmalıdır. Bu nedenle, içindeki karakteristik mesafeler elektronun kütlesi (elektronun Compton dalga boyu) tarafından belirlenir. Ve Merkür'ün presesyon üçgeninde kütlesiz bir parçacığın (graviton) iki yayıcısı vardır. Bu durum, üç graviton tepe noktası nedeniyle, yerçekimi üçgeninin elektromanyetik olandan kıyaslanamayacak kadar büyük mesafelerde katkıda bulunmasına yol açar. Bu karşılaştırma, hem kuantum hem de klasik olmak üzere çok çeşitli fenomenleri anlamayı ve hesaplamayı kolaylaştıran Feynman diyagramları yöntemindeki kuantum alan teorisinin gücünü göstermektedir.

7. Elektromanyetik etkileşim

7.1. elektriksel etkileşim. Parçacıkların elektriksel etkileşimi, Şekil 2'deki gibi sanal fotonların değişimi ile gerçekleştirilir. on dokuz.

Fotonlar da gravitonlar gibi kütlesiz parçacıklardır. Dolayısıyla elektriksel etkileşim de uzun menzillidir:

Neden yerçekimi kadar evrensel değil?

7.2. pozitif ve negatif yükler. Birincisi, çünkü iki işaretin elektrik yükü vardır. İkincisi, çünkü hiç elektrik yükü olmayan nötr parçacıklar vardır (nötron, nötrino, foton...). Elektron ve proton gibi zıt işaretli parçacıklar birbirini çeker. Aynı yüke sahip parçacıklar birbirini iter. Sonuç olarak, atomlar ve onlardan oluşan cisimler temel olarak elektriksel olarak nötrdür.

7.3. nötr parçacıklar. nötron içerir sen-+2 yüklü kuark e/3 ve iki d-yüklü kuark - e/3. Yani nötronun toplam yükü sıfırdır. (Bir protonun iki tane içerdiğini hatırlayın. sen-kuark ve bir d-kuark.) Elektrik yükü olmayan gerçekten temel parçacıklar bir foton, bir graviton, bir nötrino, Z- bozon ve Higgs bozonu.

7.4. Coulomb potansiyeli. Bir elektronun ve uzaktaki bir protonun potansiyel çekim enerjisi r birbirinden, olduğunu

7.5. Manyetik etkileşim. Manyetik etkileşim, elektriksel etkileşim kadar uzun menzilli değildir. 1/ gibi düşüyor r 3. Sadece iki mıknatıs arasındaki mesafeye değil, aynı zamanda karşılıklı yönelimlerine de bağlıdır. İyi bilinen bir örnek, bir pusula iğnesinin Dünya'nın manyetik dipol alanı ile etkileşimidir. İki manyetik dipolün etkileşiminin potansiyel enerjisi μ 1 ve μ 2 eşittir

nerede n = r/r.

7.6. Elektromanyetik etkileşim. 19. yüzyılın en büyük başarısı, elektrik ve manyetik kuvvetlerin aynı elektromanyetik kuvvetin iki farklı tezahürü olduğunun keşfiydi. 1821'de M. Faraday (1791-1867), bir mıknatıs ve bir iletkenin akımla etkileşimini inceledi. On yıl sonra, iki iletkenin etkileşiminde elektromanyetik indüksiyon yasalarını oluşturdu. Sonraki yıllarda elektromanyetik alan kavramını tanıttı ve ışığın elektromanyetik doğası fikrini dile getirdi. 1870'lerde J. Maxwell (1831-1879), elektromanyetik etkileşimin geniş bir optik fenomen sınıfından sorumlu olduğunu fark etti: ışığın yayılması, dönüştürülmesi ve emilmesi ve elektromanyetik alanı tanımlayan denklemler yazdı. Yakında G. Hertz (1857–1894) radyo dalgalarını keşfetti ve V. Roentgen (1845–1923) X-ışınlarını keşfetti. Tüm uygarlığımız elektromanyetik etkileşimlerin tezahürlerine dayanmaktadır.

7.7. Görelilik teorisi ve kuantum mekaniğinin birleştirilmesi. Fiziğin gelişimindeki en önemli aşama, P. Dirac'ın (1902–1984) elektron için kuantum ve göreli bir denklem önerdiği bir makalesinin yayınlandığı 1928'di. Bu denklem elektronun manyetik momentini içeriyordu ve birkaç yıl sonra keşfedilen elektronun bir antiparçacığının - pozitronun varlığını gösterdi. Bundan sonra, kuantum mekaniği ve görelilik teorisi, kuantum alan teorisi ile birleşti.

Elektromanyetik etkileşimlerin sanal fotonların emisyonu ve soğurulmasından kaynaklandığı gerçeği, ancak 20. yüzyılın ortalarında Feynman diyagramlarının ortaya çıkmasıyla, yani sanal parçacık kavramının açıkça oluşmasından sonra tamamen netleşti.

8. Zayıf etkileşim

8.1. Nükleer etkileşimler. 20. yüzyılın başında atom ve çekirdeği keşfedildi ve α -, β - ve γ radyoaktif çekirdekler tarafından yayılan ışınlar. Anlaşıldığı üzere, γ Işınlar çok yüksek enerjili fotonlardır. β ışınlar yüksek enerjili elektronlardır α ışınlar helyum çekirdekleridir. Bu, güçlü ve zayıf olmak üzere iki yeni etkileşim türünün keşfedilmesine yol açtı. Yerçekimi ve elektromanyetik etkileşimlerin aksine, güçlü ve zayıf etkileşimler kısa menzillidir.

Daha sonra Güneşimizde ve diğer yıldızlarda hidrojenin helyuma dönüştürülmesinden sorumlu oldukları bulundu.

8.2. Yüklü akımlar*. Zayıf kuvvet, bir elektron ve bir elektron antinötrino emisyonu ile bir nötronun bir protona dönüşmesinden sorumludur. Zayıf etkileşim süreçlerinin geniş bir sınıfı, bir türdeki kuarkların, sanal dalgaların emisyonu (veya absorpsiyonu) ile başka bir türdeki kuarklara dönüştürülmesine dayanır. W-bozonlar: sen, c, t ↔ d, s, b. Benzer şekilde emisyon ve absorpsiyon için W-bozonlar, yüklü leptonlar ve karşılık gelen nötrinolar arasında geçişler vardır:

e ↔ ν e, μ ↔ ν μ , τ ↔ ν τ . Türün geçişleri dˉu ↔ W ve eˉν e ↔ W. Tüm bu geçişlerde W-bozonlar, leptonların ve kuarkların yüklerini birer birer değiştiren sözde yüklü akımları içerir. Yüklü akımların zayıf etkileşimi kısa menzillidir, Yukawa potansiyeli ile tanımlanır. e -mWr /r, böylece etkin yarıçapı r ≈ 1/mW.

8.3. nötr akımlar*. 1970'lerde nötrinolar, elektronlar ve nükleonlar arasında nötr akımlar olarak adlandırılan zayıf etkileşim süreçleri keşfedildi. 1980'lerde, yüklü akımların etkileşimlerinin değişim yoluyla gerçekleştiği deneysel olarak belirlendi. W- bozonlar ve nötr akımların etkileşimi - değiş tokuş yaparak Z-bozonlar.

8.4. İhlal P- ve KP-parite*. 1950'lerin ikinci yarısında parite ihlali keşfedildi P ve ücret paritesi C zayıf etkileşimlerde. 1964 yılında, korumayı ihlal eden zayıf bozunmalar keşfedildi. KP-simetriler. Şu anda, ihlal mekanizması KP- içeren mezonların bozunmalarında simetriler incelenir. b-kuarklar.

8.5. nötrino salınımları*. Son yirmi yıldır fizikçilerin dikkati Kamioka (Japonya) ve Sudbury (Kanada)'daki yeraltı kiloton dedektörlerinde yapılan ölçümlere çevrildi. Bu ölçümler, üç tür nötrino arasında ν e , ν μ , ν τ karşılıklı geçişler (salınımlar) boşlukta meydana gelir. Bu salınımların doğası açıklığa kavuşturulmaktadır.

8.6. elektrozayıf etkileşim. 1960'larda, elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerin tek bir elektrozayıf etkileşimin farklı tezahürleri olduğuna göre bir teori formüle edildi. Eğer katı bir elektrozayıf simetri olsaydı, o zaman kütleler W- ve Z-bozonlar bir fotonun kütlesi gibi sıfıra eşit olurdu.

8.7. Elektrozayıf simetri ihlali. Standart Modelde, Higgs bozonu elektrozayıf simetriyi bozar ve böylece fotonun neden kütlesiz ve zayıf bozonların kütleli olduğunu açıklar. Ayrıca leptonlara, kuarklara ve kendisine kütleler verir.

8.8. Higgs hakkında bilmeniz gerekenler. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı LHC'nin ana görevlerinden biri, Higgs bozonunun (sadece Higgs olarak adlandırılır ve h veya H) ve mülklerinin müteakip kurulması. Her şeyden önce, etkileşimlerinin ölçümü W- ve Z- fotonlarla bozonlar ve kendileriyle etkileşimleri, yani üç ve dört Higgs: h 3 ve h 4 içeren köşelerin incelenmesi ve özellikle üst kuark ile leptonlar ve kuarklarla etkileşimleri. Standart Model içinde, tüm bu etkileşimler için net tahminler vardır. Deneysel doğrulamaları, Standart Modelin ötesinde "yeni fizik" arayışı açısından büyük ilgi görüyor.

8.9. Ya Higgs yoksa?Öte yandan, Higgs'in birkaç yüz GeV mertebesinde kütle aralığında olmadığı ortaya çıkarsa, bu, TeV'nin üzerindeki enerjilerde, etkileşimlerin olduğu yeni, kesinlikle keşfedilmemiş bir bölge olduğu anlamına gelir. W- ve Z- bozonlar pertürbatif olmayan bir şekilde güçlü hale gelirler, yani pertürbasyon teorisi ile tanımlanamazlar. Bu alandaki araştırmalar birçok sürprizi beraberinde getirecektir.

8.10. Geleceğin lepton çarpıştırıcıları. Bu araştırma programının tamamını yürütmek için LHC'ye ek olarak lepton çarpıştırıcıları oluşturmak gerekebilir:

0,5 TeV çarpışma enerjisine sahip ILC (Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı),

veya 1 TeV çarpışma enerjisine sahip CLIC (Kompakt Doğrusal Çarpıştırıcı),

veya 3 TeV çarpışma enerjisine sahip MC (Müon Çarpıştırıcısı).

8.11. Doğrusal elektron-pozitron çarpıştırıcıları. ILC - Elektronların pozitronlarla ve fotonların fotonlarla çarpıştığı Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı. Onu inşa etme kararı ancak Higgs'in var olup olmadığı ve kütlesinin ne olduğu netleştikten sonra verilebilir. Önerilen ILC inşaat alanlarından biri Dubna civarındadır. CLIC - Kompakt Lineer Elektron ve Pozitron Çarpıştırıcısı. Proje CERN'de geliştiriliyor.

8.12. Müon çarpıştırıcısı. MS - Muon Çarpıştırıcısı ilk olarak G. I. Budker (1918–1977) tarafından tasarlandı. 1999'da San Francisco'da Beşinci Uluslararası Konferans "Müon çarpıştırıcılarının ve nötrino fabrikalarının fiziksel potansiyeli ve gelişimi" düzenlendi. Şu anda, MS projesi Fermi Ulusal Laboratuvarında geliştirilmektedir ve 20 yıl içinde uygulanabilir.

9. Güçlü etkileşim

9.1. Gluonlar ve kuarklar. Güçlü kuvvet, nükleonları (protonlar ve nötronlar) çekirdeğin içinde tutar. Gluonların kuarklarla ve gluonların gluonlarla etkileşimine dayanır. Gluonun kütlesi sıfır olmasına rağmen, tıpkı foton ve graviton kütlelerinin sıfıra eşit olması gibi, gluonların değişiminin gluona yol açmamasına yol açan şey, gluonların kendi kendine etkisidir. foton ve graviton olanlara benzer uzun menzilli etkileşim. Ayrıca, serbest gluonların ve kuarkların yokluğuna yol açar. Bunun nedeni, tek gluon değişimlerinin toplamının bir gluon tüpü veya ipliği ile değiştirilmesidir. Çekirdekteki nükleonların etkileşimi, nötr atomlar arasındaki van der Waals kuvvetlerine benzer.

9.2. Kapatma ve asimptotik özgürlük. Hadronlardan gluonların ve kuarkların hapsedilmesi olgusuna hapsetme denir. Kapanmaya yol açan dinamiklerin diğer yüzü, hadronların derinliklerinde çok küçük mesafelerde, gluonlar ve kuarklar arasındaki etkileşimin yavaş yavaş azalmasıdır. Kuarklar küçük mesafelerde özgürleşiyor gibi görünüyor. Bu fenomene asimptotik özgürlük terimi denir.

9.3. Kuark renkleri. Hapsedilme olgusu, altı kuarkın her birinin, sanki üç "renk" çeşidi biçiminde var olmasının bir sonucudur. Kuarklar genellikle sarı, mavi ve kırmızı renklerde "renklendirilir". Antikuarklar ek renklerle boyanmıştır: mor, turuncu, yeşil. Tüm bu renkler, kuarkların kendine özgü yüklerini - güçlü etkileşimlerden sorumlu elektrik yükünün "çok boyutlu analogları"nı belirtir. Elbette kuarkların renkleri ile sıradan optik renkler arasında mecazi dışında hiçbir bağlantı yoktur.

9.4. Gluon renkleri. Renkli gluon ailesi daha da çoktur: sekiz tanesi vardır, bunlardan ikisi karşıt parçacıklarıyla aynıdır ve geri kalan altı tanesi değildir. Renk yüklerinin etkileşimleri kuantum renk dinamiği tarafından tanımlanır ve protonun, nötronun, tüm atom çekirdeklerinin ve tüm hadronların özelliklerini belirler. Gluonların renk yükleri taşıması, renkli gluonların ve kuarkların hadronlardan kaçamayacağı anlamına gelen gluon-kuark hapsi fenomenine yol açar. Renksiz (beyaz) hadronlar arasındaki nükleer kuvvetler, hadronlar içindeki güçlü renk etkileşimlerinin zayıf yankılarıdır. Bu, intraatomik olanlara kıyasla moleküler bağların küçüklüğüne benzer.

9.5. Hadron yığınları. Genel olarak hadronların ve özel olarak nükleonların kütleleri, gluonun kendi kendine etkisinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, Evrenin enerjisinin %4-5'ini oluşturan tüm görünür maddenin kütlesi, tam olarak gluonların kendi kendine hareketinden kaynaklanmaktadır.

10. Standart model ve ötesi

10.1. Standart Modelin 18 parçacığı. Bilinen tüm temel parçacıklar doğal olarak üç gruba ayrılır:

6 lepton(1/2 tur):
3 nötrino: ν e, ν μ , ν τ ;
3 yüklü lepton: e, μ , τ ;
6 kuark(1/2 tur):
sen,c, t,
d, s, b;
6 bozon:
g̃ - graviton (dönüş 2),
γ , W, Z, g- gluonlar (spin 1),
h- higgs (0 dönüş).

10.2. Standart Modelin Ötesinde. Evrenin enerjisinin %96'sı Standart Modelin dışındadır ve keşfedilmeyi ve incelenmeyi beklemektedir. Yeni fiziğin nasıl görünebileceğine dair birkaç temel varsayım vardır (aşağıdaki 10.3–10.6 bölümlerine bakın).

10.3. Harika bir birlik.Çoğunlukla teorik olan çok sayıda çalışma, güçlü ve elektrozayıf etkileşimlerin birleştirilmesine ayrılmıştır. Çoğu, bunun 10 16 GeV mertebesindeki enerjilerde gerçekleştiğini varsayar. Böyle bir birleşme protonun bozulmasına yol açmalıdır.

10.4. süpersimetrik parçacıklar.İlk olarak FIAN'da doğan süpersimetri fikrine göre, her “bizim” parçacığımız, spini 1/2:6 squark ve spin 0, higgsino, photino, wine ve zino spin 1/ ile 6 slipton farklılık gösteren bir süperpartnere sahiptir. 2, gravitino ortak spin 3/2. Bu süpereşlerin kütleleri, bizim parçacıklarımızın kütlelerinden önemli ölçüde daha büyük olmalıdır. Aksi takdirde, uzun zaman önce açılırlardı. Bazı süper ortaklar, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı faaliyete geçtiğinde keşfedilebilir.

10.5. Süper sicimler. Süpersimetri hipotezi, 10 −33 cm mertebesinde çok küçük mesafelerde ve buna karşılık gelen 10 19 GeV enerjilerde yaşayan süper sicimlerin varlığının hipotezi ile geliştirilmiştir. Pek çok teorik fizikçi, süper sicim kavramları temelinde, serbest parametreler içermeyen tüm etkileşimlerin birleşik bir teorisini inşa etmenin mümkün olacağını umuyor.

10.6. ayna parçacıklarıİlk olarak ITEP'te doğan ayna madde fikrine göre, parçacıklarımızın her birinin bir ayna ikizi vardır ve dünyamıza çok gevşek bir şekilde bağlı olan bir ayna dünyası vardır.

10.7. Karanlık madde. Evrendeki tüm enerjinin sadece % 4-5'i sıradan bir madde kütlesi olarak var olur. Evrenin enerjisinin yaklaşık %20'si, süper parçacıklardan, ayna parçacıklardan veya diğer bazı bilinmeyen parçacıklardan oluştuğu düşünülen sözde karanlık maddede bulunur. Karanlık madde parçacıkları sıradan parçacıklardan çok daha ağırsa ve uzayda birbirleriyle çarpışarak sıradan fotonlara dönüşüyorlarsa, bu yüksek enerjili fotonlar uzayda ve Dünya'da özel dedektörler tarafından kaydedilebilir. Karanlık maddenin doğasının aydınlatılması, fiziğin ana görevlerinden biridir.

10.8. Karanlık enerji. Ancak Evrenin enerjisinin büyük çoğunluğu (yaklaşık %75'i) sözde karanlık enerjiden kaynaklanmaktadır. Vakumdan "dökülür" ve galaksi kümelerini birbirinden uzaklaştırır. Doğası henüz net değil.

11. Rusya ve dünyadaki temel parçacıklar

11.1. Rusya Federasyonu Cumhurbaşkanı Kararı. 30 Eylül 2009'da, Rusya Federasyonu Cumhurbaşkanının “Ulusal Araştırma Merkezi “Kurchatov Enstitüsü” Kurulmasına Yönelik Pilot Projenin Uygulanmasına Yönelik Ek Önlemler Hakkında Kararı yayınlandı. Kararname, aşağıdaki kuruluşların projeye katılımını sağlar: St. Petersburg Nükleer Fizik Enstitüsü, Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü ve Teorik ve Deneysel Fizik Enstitüsü. Kararname ayrıca "en önemli bilim kurumu olarak belirtilen kurumun, bütçe fonlarının ana yöneticisi olarak federal bütçe harcamalarının bölüm yapısına dahil edilmesini" de sağlıyor. Bu Kararname, ülkemizde bilimin gelişmesi için temel parçacık fiziğinin öncelikli alanların sayısına geri dönmesine katkıda bulunabilir.

11.2. ABD Kongresi'ndeki Duruşmalar 1. 1 Ekim 2009'da ABD Temsilciler Meclisi Bilim ve Teknoloji Komitesi'nin Enerji ve Çevre Alt Komitesi'nde "Madde, enerji, uzay ve zamanın doğası üzerine araştırma" konulu oturumlar düzenlendi. Enerji Bakanlığı'nın bu program için 2009 yılı ödeneği 795,7 milyon $'dır. Harvard Üniversitesi profesörü Lisa Randall, geleceğin sicim teorisi açısından madde, enerji ve evrenin kökeni hakkındaki görüşleri özetledi. Fermi Ulusal Laboratuvarı (Batavia) Direktörü Pierre Oddone, ABD'deki parçacık fiziğinin durumu hakkında ve özellikle Tevatron'un yakında tamamlanması ve FNAL ile DUSEL yeraltı laboratuvarının ortak çalışmanın başlaması hakkında konuştu. nötrinoların özellikleri ve nadir süreçler. Amerikalı fizikçilerin Avrupa (LHC), Japonya (JPARC), Çin (PERC) ve uluslararası uzay projesinde (Fermi'nin adını taşıyan GLAST) yüksek enerji fiziği projelerine katılımının önemini vurguladı.

11.3. ABD Kongresi'ndeki Duruşmalar 2. Jefferson Ulusal Laboratuvarı Direktörü Hugh Montgomery, bu Laboratuvarın nükleer fizik, hızlandırıcı teknolojileri ve eğitim programlarına katkılarından bahsetti. Enerji Bakanlığı Yüksek Enerji Fiziği Bölümü Direktörü Dennis Kovar, yüksek enerji fiziğinin üç ana alanından bahsetti:

1) maksimum enerjilerde hızlandırıcı çalışmaları,

2) maksimum yoğunluklarda hızlandırıcı çalışmaları,

3) karanlık madde ve karanlık enerjinin doğasını aydınlatmak için yer tabanlı ve uydu uzay araştırmaları,

ve nükleer fizikte üç ana yön:

1) kuarkların ve gluonların güçlü etkileşimlerinin incelenmesi,

2) atom çekirdeğinin proton ve nötronlardan nasıl oluştuğunun incelenmesi,

3) nötrinoları içeren zayıf etkileşimlerin incelenmesi.

12. Temel bilim hakkında

12.1. Temel bilim nedir. Yukarıdaki metinden açıkça görülüyor ki, çoğu bilim çalışanı gibi, bilimin en temel doğa yasalarını belirleyen kısmına temel bilim adını veriyorum. Bu yasalar, bilim piramidinin veya onun bireysel katlarının temelinde yer alır. Uygarlığın uzun vadeli gelişimini belirlerler. Bununla birlikte, medeniyetin gelişimindeki anlık başarılar üzerinde en büyük doğrudan etkiye sahip olan bilim dallarına temel bilim diyen insanlar var. Bana öyle geliyor ki, bu bölümler ve yönler daha çok uygulamalı bilim olarak adlandırılıyor.

12.2. Kökler ve meyveler. Temel bilim bir ağacın kökleriyle karşılaştırılabilirse, uygulamalı bilim de meyveleriyle karşılaştırılabilir. Cep telefonları veya fiber optik iletişim gibi büyük teknolojik atılımlar bilimin meyveleridir.

12.3. A. I. Herzen bilim üzerine. 1845'te Alexander Ivanovich Herzen (1812-1870), Otechestvennye Zapiski dergisinde olağanüstü Letters on the Study of Nature'ı yayınladı. İlk mektubun sonunda şunları yazdı: “Bilim zor görünüyor, gerçekten zor olduğu için değil, aksi takdirde görmenizi engelleyen hazır kavramların karanlığını aşmak gibi sadeliğine ulaşamayacağınız için. direkt olarak. Öne çıkanlar bilsinler ki, skolastisizmden miras aldığımız tüm paslı ve değersiz aletler cephaneliğinin bir değeri yoktur, bilimin dışında formüle edilmiş görüşleri feda etmek gerekir, her şeyi bir kenara atmadan. yarı yalan, netlik için giydirdikleri yarı gerçekler bilime girilemez, hakikatin tamamına ulaşılamaz.

12.4. Okul programlarının azaltılması hakkında. Okuldaki modern fizik programları, temel olarak doğada tanımlayıcı olan bölümleri azaltır ve çocuğun “bilgisini” arttırırsak, temel parçacıklar teorisi, görelilik teorisi ve kuantum mekaniği unsurlarının aktif ustalığını içerebilir. etrafındaki dünyayı ve yaşama ve yaratma yeteneğini anlamak yerine.

12.5. Çözüm. Rusya Bilimler Akademisi Başkanlığı'nın, gençlerin görelilik teorisi ve kuantum mekaniğinin başarılarına dayanan bir dünya görüşü ile erken tanışmasının önemini not etmesi ve Rusya Akademisi Başkanlığı Komisyonlarına talimat vermesi doğru olacaktır. Bilimler Bölümü ders kitapları (başkan - başkan yardımcısı V.V. Kozlov) ve eğitim (başkan - başkan yardımcısı - Başkan V. A. Sadovnichiy) üzerine orta ve yüksek okullarda modern temel fizik öğretimini geliştirmek için öneriler hazırlamak.

Tanım

Bir ilişkinin fiziksel yasa olarak adlandırılabilmesi için aşağıdaki gereksinimleri karşılaması gerekir:

• ampirik doğrulama. Bir fiziksel yasa, tekrarlanan deneylerle doğrulanırsa doğru kabul edilir.
• çok yönlülük Yasa, çok sayıda nesne için adil olmalıdır. İdeal olarak - evrendeki tüm nesneler için.
• Sürdürülebilirlik. Fiziksel yasalar zamanla değişmez, ancak daha kesin yasalara yaklaşımlar olarak kabul edilebilirler.

Fiziksel yasalar genellikle kısa bir sözlü ifade veya kompakt bir matematiksel formül olarak ifade edilir:

Örnekler

Ana makale: fiziksel yasaların listesi

En ünlü fizik yasalarından bazıları şunlardır:

kanunlar-ilkeler

Bazı fiziksel yasalar doğada evrenseldir ve özünde tanımlardır. Bu tür yasalara genellikle ilkeler denir. Bunlar, örneğin Newton'un ikinci yasasını (kuvvetin tanımı), enerjinin korunumu yasasını (enerjinin tanımı), en az eylem ilkesini (eylem tanımı) vb. içerir.

Simetrilerin yasaları-sonuçları

Fiziksel yasaların bir kısmı, sistemde var olan belirli simetrilerin basit sonuçlarıdır. Dolayısıyla, Noether teoremine göre korunum yasaları, uzay ve zamanın simetrisinin sonuçlarıdır. Ve örneğin Pauli ilkesi, elektronların özdeşliğinin bir sonucudur (parçacıkların permütasyonuna göre dalga fonksiyonlarının antisimetrisi).

yasaların yakınlaştırılması

Tüm fiziksel yasalar, deneysel gözlemlerin bir sonucudur ve deneysel gözlemlerin doğru olduğu aynı doğrulukla doğrudur. Bu kısıtlama, yasalardan herhangi birinin mutlak olduğunu iddia etmemize izin vermez. Bazı yasaların kesinlikle kesin olarak doğru olmadığı, ancak daha doğru olanlara yaklaşık olduğu bilinmektedir. Dolayısıyla Newton yasaları, yalnızca ışık hızından çok daha düşük hızlarda hareket eden yeterince büyük kütleli cisimler için geçerlidir. Kuantum mekaniği ve özel görelilik yasaları daha kesindir. Bununla birlikte, sırayla, kuantum alan teorisinin daha doğru denklemlerinin yaklaşımlarıdır.

Ayrıca bakınız

notlar

Wikimedia Vakfı. 2010 .

Diğer sözlüklerde "Hukuk (fizik)" in ne olduğunu görün:

FİZİK. 1. Fiziğin konusu ve yapısı F. En basit ve aynı zamanda en çok inceleyen bilim. bizi çevreleyen maddi dünyanın nesnelerinin genel özellikleri ve hareket yasaları. Bu genelliğin bir sonucu olarak, fiziksel olmayan hiçbir doğa olayı yoktur. özellikleri... Fiziksel Ansiklopedi

Doğal fenomenlerin en basit ve aynı zamanda en genel modellerini, maddenin ilkelerini ve yapısını ve hareket yasalarını inceleyen bir bilim. F.'nin kavramları ve yasaları tüm doğa bilimlerinin temelini oluşturur. F. kesin bilimlere aittir ve miktarları inceler ... Fiziksel Ansiklopedi

Işığın doğrusal yayılım yasası: şeffaf homojen bir ortamda ışık düz çizgiler halinde yayılır. Işığın doğrusal yayılım yasası ile bağlantılı olarak, geometrik bir anlamı olan bir ışık ışını kavramı ortaya çıktı ... ... Wikipedia

FİZİK- FİZİK, kimya ile birlikte enerji ve maddenin dönüşümünün genel yasalarını inceleyen bir bilimdir. Her iki bilim de iki temel doğa bilimi yasasına dayanmaktadır - kütlenin korunumu yasası (Lomonosov yasası, Lavoisier yasası) ve enerjinin korunumu yasası (R. Mayer, Jaul ... ... Büyük Tıp Ansiklopedisi

Boyle'un Mariotte yasası, temel gaz yasalarından biridir. Yasa, adını 1662'de keşfeden İrlandalı fizikçi, kimyager ve filozof Robert Boyle'nin (1627 1691) ve aynı zamanda keşfeden Fransız fizikçi Edme Mariotte'nin (1620 1684) onuruna verildi ... Wikipedia

İstatistiksel fizik Termodinamik Moleküler kinetik teori İstatistik ... Wikipedia

Azalan entropi yasası: "Yalıtılmış bir sistemde entropi azalmaz." Zaman içinde bir noktada kapalı bir sistem dengede olmayan makroskopik bir durumdaysa, sonraki zamanlarda en olası sonuç ... ... Wikipedia

Bir kavramın kapsamı ve içeriği arasındaki ters ilişki yasası, bir kavramın kapsamındaki ve içeriğindeki değişiklikler arasındaki ilişkiyle ilgili biçimsel mantığın yasasıdır. İlk kavram kapsam olarak ikinciden daha genişse içerik olarak daha zayıftır; eğer ... ... Vikipedi

- (a. patlama fiziği; n. Fizik der Patlama; f. fizik de l patlama; ve. fisica de patlama, fisica de estallido, fisica de detonacion) bir patlama fenomenini ve eylem mekanizmasını inceleyen bir bilimdir. bir ortamda. Mekanik arıza…… Jeolojik Ansiklopedi

- (maddenin sıvı halinin fiziği) sıvıların mekanik ve fiziksel özelliklerinin incelendiği bir fizik dalı. İstatistiksel sıvı teorisi, istatistiksel fiziğin bir dalıdır. En önemli sonuç denklemlerin türetilmesidir ... ... Wikipedia

Kesin bilimler olmadan tek bir insan faaliyeti alanı yapamaz. Ve insan ilişkileri ne kadar karmaşık olursa olsun, aynı zamanda bu yasalara da inerler. insanın hayatının her gününde karşılaştığı ve deneyimlediği fizik yasalarını hatırlamayı teklif eder.

En basit ama en önemli yasa, Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasası.

Herhangi bir kapalı sistemin enerjisi, sistemde meydana gelen tüm süreçler için sabit kalır. Ve öyle kapalı bir sistemin içindeyiz ve öyleyiz. Onlar. ne kadar verirsek o kadar alırız. Bir şey almak istiyorsak ondan önce de aynı miktarı vermeliyiz. Ve başka bir şey yok!

Ve elbette, büyük bir maaş almak istiyoruz ama işe gitmiyoruz. Bazen “aptalların şanslı olduğu” yanılsaması yaratılır ve birçokları için mutluluk başlarına düşer. Herhangi bir peri masalı okuyun. Kahramanlar sürekli olarak büyük zorlukların üstesinden gelmek zorunda! Sonra soğuk suda, sonra kaynar suda yüzün.

Erkekler kur yaparak kadınların dikkatini çeker. Kadınlar da bu erkeklere ve çocuklara bakıyor. Vb. Yani, bir şey almak istiyorsan, önce verme zahmetine gir.

Etki kuvveti tepki kuvvetine eşittir.

Bu fizik yasası, prensipte bir öncekini yansıtır. Bir kişi - bilinçli veya bilinçsiz - olumsuz bir eylemde bulunduysa ve ardından bir yanıt aldıysa, yani. muhalefet. Bazen sebep ve sonuç zamanla ayrılır ve rüzgarın nereden estiğini hemen anlayamazsınız. En önemlisi, hiçbir şeyin öylece olmadığını hatırlamalıyız.

Kaldıraç Yasası.

Arşimet haykırdı: Bana bir dayanak verin, Dünya'yı yerinden oynatayım!". Doğru kolu seçerseniz herhangi bir ağırlık taşınabilir. Bu veya bu hedefe ulaşmak için kaldıraca ne kadar ihtiyaç duyulacağını her zaman tahmin etmeli ve kendiniz için bir sonuç çıkarmalı, öncelikleri belirlemelisiniz: doğru kolu oluşturmak ve bu ağırlığı taşımak için bu kadar çaba harcamanız mı gerekiyor yoksa öyle mi? onu kendi haline bırakmak ve diğer aktiviteleri yapmak daha kolaydır.

Gimlet kuralı.

Kural şu ​​ki, manyetik alanın yönünü gösterir. Bu kural, ebedi soruya cevap verir: kim suçlanacak? Ve başımıza gelen her şey için kendimizin suçlanacağına işaret ediyor. Ne kadar aşağılayıcı olursa olsun, ne kadar zor olursa olsun, ne kadar ilk bakışta haksızlık olursa olsun, sebebin en başından beri kendimiz olduğunun her zaman farkında olmalıyız.

çivi kanunu.

Kişi tırnağa çakmak istediğinde tırnağa yakın bir yere vurmaz, tam olarak tırnağın başına vurur. Ancak çivilerin kendileri duvarlara tırmanmaz. Çiviyi balyozla kırmamak için her zaman doğru çekici seçmelisiniz. Ve gol atarken, şapkanın bükülmemesi için darbeyi hesaplamanız gerekir. Basit tutun, birbirinize iyi bakın. Komşunuz hakkında düşünmeyi öğrenin.

Ve son olarak, entropi yasası.

Entropi, bir sistemin düzensizliğinin bir ölçüsüdür. Başka bir deyişle, sistemdeki kaos ne kadar fazlaysa, entropi de o kadar büyük olur. Daha kesin bir formülasyon: Sistemlerde meydana gelen kendiliğinden süreçlerde entropi her zaman artar. Kural olarak, tüm kendiliğinden süreçler geri döndürülemez. Sistemde gerçek değişikliklere yol açarlar ve enerji harcamadan onu orijinal durumuna döndürmek imkansızdır. Aynı zamanda, başlangıç ​​durumunu tam olarak (%100) tekrarlamak mümkün değildir.

Nasıl bir düzen ve düzensizlikten bahsettiğimizi daha iyi anlamak için bir deney yapalım. Siyah ve beyaz peletleri bir cam kavanoza dökün. Önce siyahları sonra beyazları koyalım. Peletler iki katman halinde düzenlenecektir: altta siyah, üstte beyaz - her şey yolunda. Ardından kavanozu birkaç kez sallayın. Peletler eşit olarak karışacaktır. Ve bu kavanozu ne kadar sallarsak sallayalım, peletlerin tekrar iki katman halinde düzenlenmesini sağlamamız pek mümkün değil. İşte entropi iş başında!

Pelletlerin iki katman halinde düzenlendiği durum sıralı olarak kabul edilir. Peletlerin eşit şekilde karıştırıldığı durum düzensiz olarak kabul edilir. Düzenli bir duruma geri dönmek neredeyse bir mucize gerektirir! Veya peletlerle tekrarlanan özenli çalışma. Ve bir bankada ortalığı mahvetmek için neredeyse hiç çaba harcamaz.

Araba tekerleği. Şişirildiğinde, fazla miktarda serbest enerjiye sahiptir. Tekerlek hareket edebilir, bu da çalıştığı anlamına gelir. Sıra bu. Bir tekerleği delerseniz ne olur? İçindeki basınç düşecek, serbest enerji çevreye “ayrılacak” (dağılacak) ve böyle bir tekerlek artık çalışamayacak. Bu kaos. Sistemi orijinal durumuna döndürmek için, yani. işleri düzene koymak için çok çalışmanız gerekir: kamerayı yapıştırın, tekerleği monte edin, pompalayın, vb., bundan sonra yine yararlı olabilecek gerekli bir şeydir.

Isı, sıcak bir vücuttan soğuğa aktarılır ve bunun tersi olmaz. Tersine süreç teorik olarak mümkündür, ancak çok büyük çabalar, özel kurulumlar ve ekipman gerekeceğinden pratikte kimse bunu yapmayı taahhüt etmeyecektir.

Ayrıca toplumda. İnsanlar yaşlanıyor. Evler yıkılıyor. Kayalar denize batar. Galaksiler dağınık. Bizi çevreleyen herhangi bir gerçeklik kendiliğinden düzensizlik eğilimindedir.

Bununla birlikte, insanlar genellikle düzensizlikten özgürlük olarak bahseder: Hayır, sipariş istemiyoruz! Bize öyle bir özgürlük verin ki, herkes istediğini yapsın!» Ama herkes istediğini yaptığında, bu özgürlük değil - bu kaos. Çağımızda, birçok düzensizliği övüyor, anarşiyi teşvik ediyor - tek kelimeyle, yok eden ve bölen her şey. Ama özgürlük kaos içinde değildir, özgürlük kesinlikle düzendedir.

Hayatını organize eden bir kişi, daha sonra planlarını uygulamak için kullandığı bir serbest enerji rezervi yaratır: iş, çalışma, rekreasyon, yaratıcılık, spor vb. Başka bir deyişle, entropiye karşıdır. Yoksa geçen 250 yılda bu kadar maddi değeri nasıl biriktirebilirdik?!

Entropi, düzensizliğin bir ölçüsüdür, enerjinin geri döndürülemez dağılımının bir ölçüsüdür. Ne kadar entropi, o kadar düzensizlik. Kimsenin yaşamadığı bir ev harap oluyor. Demir zamanla paslanır, araba eskir. Kimsenin umursamadığı ilişkiler bozulur. Hayatımızdaki diğer her şey de öyle, kesinlikle her şey!

Doğanın doğal hali denge değil, entropide bir artıştır. Bu yasa, bir kişinin hayatında amansız bir şekilde çalışır. Entropisini artırmak için herhangi bir şey yapmasına gerek yoktur, bu doğa kanununa göre kendiliğinden olur. Entropiyi (düzensizliği) azaltmak için çok çaba sarf etmeniz gerekir. Bu, aptalca pozitif insanların (yalan bir taşın altında ve su akmaz) karşısında oldukça fazla olan bir tür tokattır!

Başarıyı sürdürmek sürekli çaba gerektirir. Eğer gelişmezsek, o zaman bozuluruz. Ve daha önce sahip olduklarımızı korumak için, bugün dün yaptığımızdan daha fazlasını yapmalıyız. Her şey düzenli tutulabilir ve hatta geliştirilebilir: Evdeki boya solmuşsa, yeniden boyanabilir ve eskisinden daha da güzel olabilir.

İnsanlar, modern dünyanın her yerinde hüküm süren keyfi yıkıcı davranışları “pasifleştirmeye” çalışmalı, görkemli sınırlara dağıttığımız kaos durumunu azaltmaya çalışmalıdır. Ve bu bir fiziksel yasadır ve sadece depresyon ve olumsuz düşünme hakkında bir gevezelik değildir. Her şey ya gelişir ya da bozulur.

Canlı bir organizma doğar, gelişir ve ölür ve ölümden sonra dirildiğini, gençleştiğini ve tohuma veya rahme geri döndüğünü hiç kimse görmemiştir. Geçmişin asla geri dönmediğini söylediklerinde, elbette, her şeyden önce bu hayati fenomenleri kastediyorlar. Organizmaların gelişimi, zaman okunun pozitif yönünü belirler ve sistemin bir durumundan diğerine geçiş, istisnasız tüm süreçler için her zaman aynı yönde gerçekleşir.

kediotu Chupin

Bilgi kaynağı: Çaykovski.Haberler

Yorumlar (3)

Modern toplumun zenginliği büyüyor ve öncelikle evrensel emek yoluyla daha da büyüyecek. Endüstriyel sermaye, evrensel emeğin yoğun bir şekilde sömürülmeye başladığı ilk tarihsel toplumsal üretim biçimiydi. Ve ilk olarak, bedavaya aldığı. Bilim, Marx'ın gözlemlediği gibi, sermayeye hiçbir maliyeti yoktur. Gerçekte, tek bir kapitalist, fikirlerinin pratik kullanımı için ne Arşimet'e, ne Cardano'ya, ne Galileo'ya, ne Huygens'e ne de Newton'a ödül vermedi. Ancak, kitlesel ölçekte mekanik teknolojiyi ve dolayısıyla onda cisimleşen genel emeği sömürmeye başlayan tam da sanayi sermayesidir. Marx K, Engels F. Soch., cilt 25, bölüm 1, s. 116.

FİZİK TEMEL YASALARI

[ Mekanik | Termodinamik | Elektrik | Optik | Atom Fiziği]

KORUMA ENERJİLERİ VE DÖNÜŞÜM YASASI - genel doğa yasası: Sistemde meydana gelen tüm süreçlerde herhangi bir kapalı sistemin enerjisi sabit kalır (korunur). Enerji yalnızca bir biçimden diğerine dönüştürülebilir ve sistemin parçaları arasında yeniden dağıtılabilir. Açık bir sistem için, enerjisindeki bir artış (azalma), bedenlerin ve onunla etkileşime giren fiziksel alanların enerjisindeki bir azalmaya (artmaya) eşittir.

1. MEKANİK

ARCHIMEDES HUKUKU - hidro- ve aerostatik yasası: Bir sıvı veya gaza batırılmış bir cisim, dikey olarak yukarı doğru yönlendirilen, vücut tarafından yer değiştiren sıvı veya gazın ağırlığına sayısal olarak eşit ve merkezine uygulanan bir kaldırma kuvvetine tabi tutulur. vücudun daldırılmış kısmının yerçekimi. FA= gV, burada r sıvı veya gazın yoğunluğudur, V cismin suya batmış kısmının hacmidir. Aksi halde şu şekilde formüle edilebilir: Bir sıvıya veya gaza daldırılan bir cisim, ağırlığınca, yerini değiştirdiği sıvının (veya gazın) ağırlığı kadar kaybeder. Sonra P= mg - FA Diğer gr. 212 yılında bilim adamı Arşimet. M.Ö. Yüzen cisimler teorisinin temelidir.

EVRENSEL ÇEKİM YASASI - Newton'un yerçekimi yasası: tüm cisimler, bu cisimlerin kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı bir kuvvetle birbirine çekilir: burada M ve m kütlelerdir etkileşen cisimlerin, R bu cisimler arasındaki mesafedir, G yerçekimi sabitidir (SI G=6.67.10-11 N.m2/kg2.

GALILEO GÖRELLİK İLKESİ, mekanik görelilik ilkesi - klasik mekaniğin ilkesi: herhangi bir eylemsiz referans çerçevesinde, tüm mekanik olaylar aynı koşullar altında aynı şekilde ilerler. evlenmek görelilik ilkesi.

HOOK YASASI - elastik deformasyonların, bunlara neden olan dış etkilerle doğru orantılı olduğu yasa.

MOMENTUM KORUMA YASASI - mekanik yasası: sistemde meydana gelen tüm süreçlerde herhangi bir kapalı sistemin momentumu sabit kalır (korunur) ve yalnızca etkileşimlerinin bir sonucu olarak sistemin parçaları arasında yeniden dağıtılabilir.

NEWTON YASALARI - Newtoncu klasik mekaniğin altında yatan üç yasa. 1. yasa (atalet yasası): Maddi bir nokta, üzerinde başka hiçbir cisim hareket etmiyorsa veya bu cisimlerin hareketi telafi edilmezse, doğrusal ve düzgün hareket veya durgunluk durumundadır. 2. yasa (dinamiğin temel yasası): cismin aldığı ivme, cisme etki eden tüm kuvvetlerin bileşkesi ile doğru orantılı ve cismin kütlesi ile ters orantılıdır (). 3. yasa: iki maddi nokta, bu noktaları birbirine bağlayan düz çizgi boyunca aynı büyüklükte ve zıt yönde aynı nitelikteki kuvvetlerle etkileşime girer ().

RÖLATİVLİK İLKESİ - herhangi bir eylemsiz referans çerçevesinde, aynı koşullar altında tüm fiziksel (mekanik, elektromanyetik vb.) fenomenlerin aynı şekilde ilerlediğini belirten görelilik teorisinin postülalarından biridir. Galileo'nun görelilik ilkesini tüm fiziksel olaylara (yerçekimi hariç) genellemesidir.

2. MOLEKÜLER FİZİK VE TERMODİNAMİK

AVOGADRO YASASI - ideal gazların temel yasalarından biri: aynı sıcaklık ve basınçta eşit hacimde farklı gazlar aynı sayıda molekül içerir. 1811'de İtalyanlar tarafından açıldı. fizikçi A. Avogadro (1776-1856).

BOYLE-MARIOTE YASASI - ideal bir gazın yasalarından biri: belirli bir gazın sabit bir sıcaklıkta belirli bir kütlesi için, basınç ve hacmin çarpımı sabittir. Formül: pV=sabit. İzotermal bir süreci tanımlar.

TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI - termodinamiğin temel yasalarından biri, buna göre periyodik bir işlemin imkansız olduğu, bunun tek sonucu ısıtıcıdan alınan ısı miktarına eşdeğer iş performansı. Başka bir formülasyon: bir süreç imkansızdır, bunun tek sonucu, daha az ısıtılmış bir vücuttan daha sıcak olana ısı şeklinde enerji transferidir. v.z.t. çok sayıda rastgele hareket eden parçacıktan oluşan bir sistemin, daha az olası durumlardan daha olası durumlara kendiliğinden geçiş eğilimini ifade eder. İkinci türden bir sürekli hareket makinesinin oluşturulmasını yasaklar.

GAY-LUSSAC HUKUKU - gaz yasası: sabit basınçta belirli bir gazın belirli bir kütlesi için, hacmin mutlak sıcaklığa oranı sabit bir değerdir, burada \u003d 1/273 K-1, hacim genleşmesinin sıcaklık katsayısıdır.

DALTON YASASI - temel gaz yasalarından biri: kimyasal olarak etkileşmeyen ideal gazların bir karışımının basıncı, bu gazların kısmi basınçlarının toplamına eşittir.

PASCAL YASASI - hidrostatiğin temel yasası: Bir sıvı veya gazın yüzeyinde dış kuvvetlerin ürettiği basınç, her yöne eşit olarak iletilir.

TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ KANUNU - termodinamik bir sistem için enerjinin korunumu yasası olan termodinamiğin temel yasalarından biri: Sisteme iletilen ısı miktarı Q, sistemin iç enerjisini değiştirmek ve A işi yapmak için harcanır. sistem tarafından dış kuvvetlere karşı Formül: Q=U+A. Isı motorlarının çalışmasının temelini oluşturur.

CHARLES YASASI - ana gaz yasalarından biri: belirli bir ideal gaz kütlesinin sabit bir hacimdeki basıncı, sıcaklıkla doğru orantılıdır: burada p0 0C'deki basınçtır, \u003d 1/273.15 K-1 sıcaklık katsayısıdır basınç.

3. ELEKTRİK VE MANYETİZMA

AMPERA HUKUKU - iki iletkenin akımlarla etkileşimi yasası; Akımları aynı yönde olan paralel iletkenler çeker ve zıt yöndeki akımlar iter. A.z. Akım taşıyan bir iletkenin küçük bir parçasına bir manyetik alanda etki eden kuvveti belirleyen yasa olarak da adlandırılır. 1820'de açıldı A.-M. Amper.

JOUL-LENTZ YASASI - bir elektrik akımının termal etkisini tanımlayan bir yasa. D. - L.z'ye göre. içinden bir doğru akım geçtiğinde iletkende açığa çıkan ısı miktarı, akım kuvvetinin, iletkenin direncinin ve geçiş süresinin karesi ile doğru orantılıdır.

YÜK KORUMA YASASI - doğanın temel yasalarından biri: elektriksel olarak yalıtılmış herhangi bir sistemin elektrik yüklerinin cebirsel toplamı değişmeden kalır. Elektriksel olarak izole edilmiş bir sistemde Z.s.z. yeni yüklü parçacıkların ortaya çıkmasına izin verir (örneğin, elektrolitik ayrışma, gazların iyonlaşması, parçacık-antiparçacık çiftlerinin oluşturulması vb.), ancak görünen parçacıkların toplam elektrik yükü her zaman sıfıra eşit olmalıdır.

Coulomb LAW - iki sabit nokta yükünün etkileşim kuvvetinin aralarındaki mesafeye bağımlılığını ifade eden temel elektrostatik yasası: iki sabit nokta yükü, bu yüklerin büyüklüklerinin çarpımı ile doğru orantılı ve ters orantılı bir kuvvetle etkileşime girer. aralarındaki mesafenin karesi ve yüklerin bulunduğu ortamın geçirgenliği. SI'da şöyle görünür: . Değer, birbirinden 1 m uzaklıkta boşlukta bulunan, her biri 1 C olan iki sabit nokta yükü arasında etkiyen kuvvete sayısal olarak eşittir. K.z. elektrodinamiğin deneysel kanıtlarından biridir.

SOL EL KURALI - bir manyetik alanda (veya hareketli yüklü bir parçacıkta) akım bulunan bir iletkene etki eden kuvvetin yönünü belirleyen bir kural. Şöyle diyor: sol el, uzanmış parmaklar akımın yönünü (parçacığın hızı) gösterecek şekilde konumlandırılmışsa ve manyetik alanın kuvvet çizgileri (manyetik indüksiyon çizgileri) avuç içine girerse, geri çekilmiş başparmak iletkene etki eden kuvvetin yönünü gösterecektir (pozitif parçacık; negatif parçacık olması durumunda kuvvetin yönü zıttır).

LENTZ KURALI (HUKUK) - elektromanyetik indüksiyon sırasında meydana gelen indüksiyon akımlarının yönünü belirleyen bir kural. L.p.'ye göre endüktif akım her zaman öyle bir yöne sahiptir ki, kendi manyetik akısı bu akıma neden olan dış manyetik akıdaki değişiklikleri telafi eder. L.p. - enerjinin korunumu yasasının bir sonucu.

OHMA YASASI - elektrik akımının temel yasalarından biri: Bir devre bölümündeki doğru elektrik akımının gücü, bu bölümün uçlarındaki voltajla doğru orantılı ve direnciyle ters orantılıdır. Sıcaklığı sabit tutulan metalik iletkenler ve elektrolitler için geçerlidir. Tam devre durumunda şu şekilde formüle edilir: Devredeki doğru elektrik akımının gücü, akım kaynağının emk'si ile doğru orantılı ve elektrik devresinin empedansı ile ters orantılıdır.

SAĞ EL KURALI - 1) manyetik alanda hareket eden bir iletkendeki endüksiyon akımının yönünü belirleyen bir kural: sağ elin avuç içi manyetik endüksiyon çizgilerini içerecek şekilde konumlandırılmışsa ve bükülmüş başparmak boyunca yönlendirilirse hareket

iletken, sonra dört uzanmış parmak indüksiyon akımının yönünü gösterecektir; 2) Akım ile doğrusal bir iletkenin manyetik indüksiyon hatlarının yönü: sağ elin baş parmağı akım yönüne yerleştirilirse, iletkeni dört parmakla tutma yönü çizgilerin yönünü gösterecektir. manyetik indüksiyon.

FARADAY YASALARI - elektrolizin temel yasaları. Faraday'ın birinci yasası: Bir elektrik akımının geçişi sırasında elektrot üzerinde salınan maddenin kütlesi, elektrolitten geçen elektrik (yük) miktarı (m=kq=kIt) ile doğru orantılıdır. İkinci FZ: Elektrolitten aynı elektrik yükleri geçtiğinde elektrotlar üzerinde kimyasal dönüşümler geçiren çeşitli maddelerin kütlelerinin oranı, kimyasal eşdeğerlerin oranına eşittir. 1833-34'te M. Faraday tarafından kuruldu. Genelleştirilmiş elektroliz yasası şu şekildedir: M molar (atomik) kütledir, z değerliktir, F Faraday sabitidir. F.p. temel elektrik yükü ile Avogadro sabitinin çarpımına eşittir. F=e.NA. Elektrolitten geçişi elektrot üzerinde 1 mol tek değerli bir maddenin salınmasına yol açan yükü belirler. F=(96484.56 0.27) hücre/mol. Adını M. Faraday'dan almıştır.

ELEKTROMANYETİK İNDÜKSİYON YASASI - manyetik alan değiştiğinde (elektromanyetik indüksiyon olgusu) bir elektrik alanının meydana gelmesi olgusunu tanımlayan bir yasa: endüksiyonun elektromotor kuvveti, manyetik akının değişim hızı ile doğru orantılıdır. Orantılılık katsayısı, birim sistemi tarafından belirlenir, işaret Lenz kuralıdır. SI'deki formül şudur: burada Ф manyetik akıdaki değişikliktir ve t, bu değişikliğin meydana geldiği zaman aralığıdır. M. Faraday tarafından keşfedilmiştir.

4. OPTİK

HUYGENS İLKESİ - herhangi bir zamanda dalga cephesinin konumunu belirlemenizi sağlayan bir yöntem. g.p.'ye göre t zamanında dalga cephesinin içinden geçtiği tüm noktalar ikincil küresel dalgaların kaynaklarıdır ve t t zamanında dalga cephesinin istenen konumu, tüm ikincil dalgaları saran yüzey ile çakışmaktadır. Işığın yansıma ve kırılma yasalarını açıklamanıza izin verir.

HUYGENS - FRESNEL - PRENSİP - dalga yayılımı problemlerini çözmek için yaklaşık bir yöntem. G.-F. Madde diyor ki: bir nokta ışık kaynağını kaplayan keyfi bir kapalı yüzeyin dışındaki herhangi bir noktada, bu kaynak tarafından uyarılan ışık dalgası, belirtilen kapalı yüzeyin tüm noktalarından yayılan ikincil dalgaların girişiminin sonucu olarak gösterilebilir. Işık kırınımının en basit problemlerini çözmenizi sağlar.

DALGA YANSIMA YASASI - gelen ışın, yansıyan ışın ve ışının geliş noktasına yükselen dik aynı düzlemde bulunur ve gelme açısı kırılma açısına eşittir. Kanun ayna yansıması için geçerlidir.

IŞIK KIRILMASI - bir ortamdan diğerine geçiş sırasında ışığın yayılma yönündeki bir değişiklik (bir elektromanyetik dalga), ilk kırılma indeksinden farklıdır. Kırılma için yasa yerine getirilir: gelen ışın, kırılan ışın ve ışının gelme noktasına yükselen dik aynı düzlemde bulunur ve bu iki ortam için, gelme açısının sinüsünün oranı kırılma açısının sinüsü, ikinci ortamın birinciye göre bağıl kırılma indisi olarak adlandırılan sabit bir değerdir.

IŞIĞIN DOĞRUSAL DAĞILIMI YASASI - homojen bir ortamda ışığın düz bir çizgide yayıldığı gerçeğinden oluşan geometrik optik yasası. Örneğin gölge ve yarı gölge oluşumunu açıklar.

6. ATOM VE NÜKLEER FİZİK.

BOHR POSTALARI - N.Bohr tarafından kanıtlanmadan sunulan ve BOHR TEORİSİ'nin altında yatan ana varsayımlar: 1) Bir atom sistemi, yalnızca ayrı bir atom enerjisi değerleri dizisine karşılık gelen durağan durumlarda kararlıdır. Bu enerjideki her değişiklik, atomun bir durağan durumdan diğerine tam bir geçişi ile ilişkilidir. 2) Bir atom tarafından enerjinin emilmesi ve yayılması, geçişle ilişkili radyasyonun monokromatik olduğu ve bir frekansa sahip olduğu yasaya göre gerçekleşir: h = Ei-Ek, burada h, Planck sabitidir ve Ei ve Ek'tir. atomun durağan haldeki enerjileri

Bu yasaya göre, tek sonucu daha soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme ısı şeklinde enerji aktarımı olan süreç, sistemin kendisinde ve çevrede değişiklik olmadan imkansızdır.
Termodinamiğin ikinci yasası, çok sayıda rastgele hareket eden parçacıktan oluşan bir sistemin, daha az olası durumlardan daha olası durumlara kendiliğinden geçiş eğilimini ifade eder. İkinci türden bir sürekli hareket makinesinin oluşturulmasını yasaklar.
Aynı sıcaklık ve basınçta eşit hacimde ideal gazlar aynı sayıda molekül içerir.
Kanun, 1811'de İtalyan fizikçi A. Avogadro (1776-1856) tarafından keşfedildi.
Birbirinden küçük bir mesafede bulunan iletkenlerde akan iki akımın etkileşim yasası şunları belirtir: akımları bir yönde olan paralel iletkenler çeker ve zıt yöndeki akımlarla iterler.
Yasa, 1820'de A. M. Ampere tarafından keşfedildi.
Hidro ve aerostatik kanunu: Bir sıvı veya gaza batırılmış bir cisme, cisim tarafından yer değiştiren sıvı veya gazın ağırlığına eşit bir kaldırma kuvveti dikey olarak yukarı doğru etki eder ve daldırılmış kısmının ağırlık merkezine uygulanır. vücut. FA = gV, burada g sıvı veya gazın yoğunluğudur, V cismin suya batmış kısmının hacmidir.
Aksi takdirde, yasa şu şekilde formüle edilebilir: Bir sıvıya veya gaza daldırılan bir cisim, ağırlığından, yerini aldığı sıvının (veya gazın) ağırlığı kadar kaybeder. Sonra P = mg - FA.
Yasa, eski Yunan bilim adamı Arşimet tarafından MÖ 212'de keşfedildi. e. Yüzen cisimler teorisinin temelidir.
İdeal bir gazın yasalarından biri: sabit bir sıcaklıkta, gaz basıncının ve hacminin çarpımı sabit bir değerdir. Formül: pV = sabit. İzotermal bir süreci tanımlar. Evrensel yerçekimi yasası veya Newton'un yerçekimi yasası: Tüm cisimler, bu cisimlerin kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı bir kuvvetle birbirine çekilir. Bu yasaya göre, katı bir cismin elastik deformasyonları, bunlara neden olan dış etkilerle doğru orantılıdır. Elektrik akımının termal etkisini açıklar: içinden bir doğru akım geçtiğinde iletkende açığa çıkan ısı miktarı, akım kuvvetinin karesi, iletkenin direnci ve geçiş süresi ile doğru orantılıdır. 19. yüzyılda Joule ve Lenz tarafından bağımsız olarak keşfedildi. İki sabit nokta yükünün etkileşim kuvvetinin aralarındaki mesafeye bağımlılığını ifade eden temel elektrostatik yasası: iki sabit nokta yükü, bu yüklerin büyüklüklerinin çarpımı ile doğru orantılı ve ters orantılı olan bir kuvvetle etkileşime girer. aralarındaki mesafenin karesi ve yüklerin bulunduğu ortamın geçirgenliği. Değer, birbirinden 1 m uzaklıkta, boşlukta bulunan her biri 1 C'lik iki sabit nokta yükü arasında etkiyen kuvvete sayısal olarak eşittir.
Coulomb yasası, elektrodinamiğin deneysel kanıtlarından biridir. 1785'te açıldı
Elektrik akımının temel yasalarından biri: Bir devre bölümündeki doğru elektrik akımının gücü, bu bölümün uçlarındaki voltajla doğru orantılı ve direnciyle ters orantılıdır. Sıcaklığı sabit tutulan metalik iletkenler ve elektrolitler için geçerlidir. Tam devre durumunda şu şekilde formüle edilir: Devredeki doğru elektrik akımının gücü, akım kaynağının emk'si ile doğru orantılı ve elektrik devresinin empedansı ile ters orantılıdır.

1826'da G. S. Ohm tarafından açıldı.