Үндсэн харилцан үйлчлэлийн аль нь хамгийн сул вэ? Физикийн үндсэн харилцан үйлчлэлийн төрлүүд

Олон үндсэн ойлголтууд орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухаантодорхойлолттой шууд болон шууд бус холбоотой үндсэн харилцан үйлчлэл. Харилцан үйлчлэл ба хөдөлгөөн нь материйн хамгийн чухал шинж чанар бөгөөд үүнгүйгээр түүний оршин тогтнох боломжгүй юм. Харилцан үйл ажиллагаа нь янз бүрийн материаллаг объектуудыг системд нэгтгэхийг тодорхойлдог, жишээлбэл. системчилсэн зохион байгуулалтасуудал. Материаллаг объектын олон шинж чанар нь тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн үр дүнд үүсдэг бөгөөд тэдгээрийн бие биетэйгээ бүтцийн холболт, гадаад орчинтой харилцах үйл ажиллагааны үр дүн юм.

Одоогоор мэдэгдэж байна Үндсэн харилцан үйлчлэлийн дөрвөн төрөл:

· таталцлын;

· цахилгаан соронзон;

· хүчтэй;

· сул.

Таталцлын харилцан үйлчлэл шинж чанараас үл хамааран бүх материаллаг объектын шинж чанар. Энэ нь бие махбодийн харилцан таталцлаас бүрддэг бөгөөд үндсэн зүйлээр тодорхойлогддог хуулиар бүх нийтийн таталцал: хоёрын хооронд цэгийн биетүүдТэдний массын үржвэртэй шууд пропорциональ, тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу пропорциональ татах хүч байдаг.. Таталцлын харилцан үйлчлэл нь дэлхийн таталцлын хүчний талбарт биетүүдийн уналтыг тодорхойлдог. Бүх нийтийн таталцлын хууль нь жишээлбэл, гаригуудын хөдөлгөөнийг тодорхойлдог нарны систем, түүнчлэн бусад макро объектууд. Таталцлын харилцан үйлчлэл нь тодорхой энгийн бөөмсөөс үүсдэг гэж үздэг. гравитонууд, байгаа нь туршилтаар хараахан батлагдаагүй байна.

Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлцахилгаан болон соронзон орон. Цахилгаан цэнэг байгаа үед цахилгаан орон үүсч, хөдөлж байх үед соронзон орон үүсдэг. Байгальд эерэг ба аль аль нь байдаг сөрөг цэнэгүүд, энэ нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн мөн чанарыг тодорхойлдог. Жишээлбэл, цэнэглэгдсэн биетүүдийн хоорондох электростатик харилцан үйлчлэл нь цэнэгийн тэмдгээс хамааран таталцал эсвэл түлхэлт болж буурдаг. Цэнэг хөдөлж байх үед тэдгээрийн тэмдэг, хөдөлгөөний чиглэлээс хамааран тэдгээрийн хооронд таталцал эсвэл түлхэлт үүсдэг. Бодисын нэгтгэх янз бүрийн төлөв байдал, үрэлтийн үзэгдэл, бодисын уян харимхай болон бусад шинж чанаруудыг үндсэндээ хүчээр тодорхойлдог. молекул хоорондын харилцан үйлчлэл, энэ нь электростатик шинж чанартай. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг электростатик ба электродинамикийн үндсэн хуулиуд: Кулоны хууль, Амперын хууль гэх мэтээр тайлбарладаг. ерөнхий тодорхойлолтөгдөг цахилгаан соронзон онолМаксвелл дээр үндэслэсэн үндсэн тэгшитгэл, цахилгаан ба соронзон орныг холбох.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлцөм дэх нуклонуудын холболтыг баталгаажуулж, цөмийн хүчийг тодорхойлдог. Нуклон хоорондын солилцооны явцад цөмийн хүч үүсдэг гэж үздэг виртуал бөөмс – мезон.

Эцэст нь, сул харилцан үйлчлэлзарим төрлийн цөмийн үйл явцыг дүрсэлдэг. Энэ нь богино хугацаанд үйлчилдэг бөгөөд бүх төрлийн бета хувиргалтыг тодорхойлдог.

Ихэвчлэн төлөө тоон шинжилгээЖагсаалтад орсон харилцан үйлчлэл нь хоёр шинж чанарыг ашигладаг: хэмжээсгүй тогтмолхарилцан үйлчлэл, харилцан үйлчлэлийн цар хүрээ, үйл ажиллагааны хүрээг тодорхойлох (Хүснэгт 3.1).

Хүснэгт 3.1

Хүснэгтийн дагуу. 3.1 Таталцлын харилцан үйлчлэлийн тогтмол нь хамгийн бага нь тодорхой байна. Түүний үйл ажиллагааны хүрээ нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн адил хязгааргүй юм. Сонгодог үзэл бодлоор таталцлын харилцан үйлчлэл нь бичил ертөнцийн үйл явцад чухал үүрэг гүйцэтгэдэггүй. Гэсэн хэдий ч макро процесст энэ нь шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, нарны аймгийн гаригуудын хөдөлгөөн нь таталцлын харилцан үйлчлэлийн хуулиудын дагуу явагддаг.

Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь цөмүүдийн тогтвортой байдлыг хариуцдаг бөгөөд зөвхөн цөмийн хэмжээгээр л үргэлжилдэг. Цөм дэх нуклонууд хэдий чинээ хүчтэй харилцан үйлчилнэ, төдий чинээ тогтвортой байх тусам нуклонуудыг салгах, харилцан үйлчлэл болох зайд бие биенээсээ салгахад шаардагдах ажлаар тодорхойлогддог түүний холбох энерги төдий чинээ их байдаг. тэгтэй тэнцүү. Цөмийн хэмжээ ихсэх тусам холболтын энерги буурдаг. Тиймээс үелэх системийн төгсгөлд байгаа элементүүдийн цөм нь тогтворгүй бөгөөд ялзарч болно. Энэ процессыг ихэвчлэн нэрлэдэг цацраг идэвхт задрал.

Атом ба молекулуудын харилцан үйлчлэл нь голчлон явагддаг цахилгаан соронзон шинж чанар. Энэхүү харилцан үйлчлэл нь бодисын янз бүрийн агрегат төлөв үүсэхийг тайлбарладаг: хатуу, шингэн, хий. Жишээлбэл, хатуу төлөвт байгаа бодисын молекулуудын хооронд таталцлын хэлбэрийн харилцан үйлчлэл нь хийн төлөвт ижил молекулуудын хоорондын харилцан үйлчлэлээс хамаагүй хүчтэй байдаг.

Харилцан харилцах чадвар нь материйн хамгийн чухал бөгөөд салшгүй шинж чанар юм. Энэ нь мега, макро, бичил ертөнцийн янз бүрийн материаллаг объектуудыг системд нэгтгэхийг баталгаажуулдаг харилцан үйлчлэл юм. Бүгд алдартай орчин үеийн шинжлэх ухаанХүч нь таталцлын, цахилгаан соронзон, сул, хүчтэй гэсэн үндсэн гэж нэрлэгддэг дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэлд буурдаг.

Таталцлын харилцан үйлчлэл 17-р зуунд анх физикийн судалгааны объект болсон. Дэлхийн таталцлын хуульд үндэслэсэн И.Ньютоны таталцлын онол нь сонгодог механикийн нэг бүрэлдэхүүн хэсэг болсон. Бүх нийтийн таталцлын хуульд: хоёр биений хооронд тэдгээрийн массын үржвэртэй шууд пропорциональ, тэдгээрийн хоорондох зайны квадраттай урвуу хамааралтай татах хүч байдаг (2.3). Аливаа материаллаг бөөмс нь таталцлын нөлөөллийн эх үүсвэр бөгөөд үүнийг өөрөө мэдэрдэг. Масс ихсэх тусам таталцлын харилцан үйлчлэл нэмэгддэг, өөрөөр хэлбэл харилцан үйлчлэх бодисын масс их байх тусам таталцлын хүч илүү хүчтэй болно. Таталцлын хүч нь таталцлын хүч юм. IN сүүлийн үедОрчлон ертөнц оршин тогтнох эхний мөчид (4.2) үйлчилдэг таталцлын түлхэлт байдаг гэж физикчид санал болгосон боловч энэ санаа хараахан батлагдаагүй байна. Таталцлын харилцан үйлчлэл нь одоогоор мэдэгдэж байгаа хамгийн сул тал юм. Таталцлын хүч маш их үйлчилдэг хол зайд, түүний эрчим нь зай нэмэгдэх тусам буурдаг боловч бүрмөсөн алга болдоггүй. Таталцлын харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч нь таамагласан тоосонцор гравитон гэж үздэг. Бичил ертөнцөд таталцлын харилцан үйлчлэл чухал үүрэг гүйцэтгэдэггүй, харин макро, ялангуяа мега процессуудад тэргүүлэх үүрэг гүйцэтгэдэг.

Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл 19-р зууны физикийн судалгааны сэдэв болсон. Анхны нэгдсэн онол цахилгаан соронзон оронЖ.Максвелл (2.3)-ын үзэл баримтлалыг нэвтрүүлсэн. Дургүй таталцлын хүчцахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь зөвхөн цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хооронд байдаг: цахилгаан орон нь хоёр суурин цэнэглэгдсэн бөөмийн хооронд, соронзон орон нь хоёр хөдөлж буй цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хооронд байдаг. Цахилгаан соронзон хүч нь татах болон түлхэх хүч байж болно. Боломжит цэнэгтэй тоосонцор түлхэж, эсрэг цэнэгтэй бөөмс татдаг. Энэ төрлийн харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид нь фотонууд юм. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь микро, макро, мега ертөнцөд илэрдэг.

20-р зууны дунд үед. бий болсон квант электродинамик- үндсэн зарчмуудыг хангасан цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн онол квант онолболон харьцангуйн онол. 1965 онд түүний зохиолч С.Томанага, Р.Фейнман, Ж.Швингер нар Нобелийн шагнал хүртжээ. Квант электродинамикцэнэглэгдсэн бөөмс - электрон ба позитронуудын харилцан үйлчлэлийг дүрсэлдэг.

Сул харилцан үйлчлэл 20-р зуунд буюу 1960-аад онд л нээсэн. барьсан ерөнхий онолсул харилцан үйлчлэл. Сул хүч нь бөөмсийн задралтай холбоотой тул цацраг идэвхт бодисыг олж илрүүлсний дараа л түүний нээлт болсон. Ажиглаж байхдаа цацраг идэвхт задралбөөмс, энерги хадгалагдах хуультай зөрчилдсөн юм шиг үзэгдлүүд илэрсэн. Баримт нь задралын явцад энергийн нэг хэсэг нь "алга болсон" юм. Физикч В.Паули бодисын цацраг идэвхт задралын явцад электронтой хамт өндөр нэвтрэх чадалтай бөөмс ялгардаг гэж санал болгосон. Энэ бөөмсийг хожим "нейтрино" гэж нэрлэсэн. Сул харилцан үйлчлэлийн үр дүнд атомын цөмийг бүрдүүлдэг нейтронууд эерэг цэнэгтэй протон, сөрөг цэнэгтэй электрон, саармаг нейтрино гэсэн гурван төрлийн бөөмс болж задрах нь тодорхой болсон. Сул харилцан үйлчлэл нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийнхээс хамаагүй бага боловч таталцлын харилцан үйлчлэлээс их бөгөөд тэдгээрээс ялгаатай нь жижиг зайд тархдаг - 10-22 см-ээс ихгүй байна. Тийм ч учраас удаан хугацаагаарсул харилцан үйлчлэл туршилтаар ажиглагдаагүй. Сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч нь бозонууд юм.

1970-аад онд гэж нэрлэгддэг цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлийн ерөнхий онолыг бий болгосон цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн онол.Үүнийг бүтээгчид С.Вайнберг, А.Салам, С.Глашоу нар 1979 онд хүлээн авсан. Нобелийн шагнал. Цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн онол нь хоёр төрлийн үндсэн харилцан үйлчлэлийн нэг, илүү гүнзгий илрэл гэж үздэг. Тиймээс 10-17 см-ээс дээш зайд үзэгдлийн цахилгаан соронзон тал давамгайлж, бага зайд ижил хэмжээгээрЦахилгаан соронзон болон сул талууд хоёулаа чухал юм. Энэ онолыг бий болгосноор 19-р зууны сонгодог физикт Фарадей-Максвелийн онолын хүрээнд 20-р зууны сүүлийн гуравны нэг дэх цахилгаан, соронзон, гэрлийн хүрээнд нэгдэв. сул харилцан үйлчлэлийн үзэгдлээр нэмэгддэг.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлзөвхөн 20-р зуунд л нээсэн. Энэ нь атомын цөмд протоныг барьж, цахилгаан соронзон түлхэлтийн хүчний нөлөөн дор тархахаас сэргийлдэг. Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь 10-13 см-ээс ихгүй зайд тохиолддог бөгөөд цөмийн тогтвортой байдлыг хариуцдаг. Тогтмол системийн төгсгөлд байгаа элементүүдийн цөмүүд нь тогтворгүй байдаг, учир нь тэдгээрийн радиус нь том бөгөөд үүний дагуу хүчтэй харилцан үйлчлэл нь эрч хүчээ алддаг. Ийм цөм нь задралд өртдөг бөгөөд үүнийг цацраг идэвхт гэж нэрлэдэг. Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь боловсролыг хариуцдаг атомын цөмүүдҮүнд зөвхөн хүнд хэсгүүд оролцдог: протон ба нейтрон. Цөмийн харилцан үйлчлэл нь бөөмсийн цэнэгээс хамаардаггүй, энэ төрлийн харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгчид нь глюонууд юм. Глюонууд нь глюоны талбарт (цахилгаан соронзон оронтой төстэй) нэгддэг бөгөөд үүний улмаас хүчтэй харилцан үйлчлэл үүсдэг. Хүч чадлаараа хүчтэй харилцан үйлчлэл нь бусад мэдэгдэж байгаа зүйлсээс давж, асар их энергийн эх үүсвэр болдог. Жишээ хүчтэй харилцан үйлчлэлтермо хийнэ цөмийн урвалуудНар болон бусад одод дээр. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн зарчмыг устөрөгчийн зэвсгийг бий болгоход ашигласан.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн онолыг нэрлэдэг квант хромодинамик.Энэхүү онолын дагуу хүчтэй харилцан үйлчлэл нь глюонуудын солилцооны үр дүнд бий болж, адрон дахь кваркуудын холболт үүсдэг. Квант хромодинамик хөгжсөөр байгаа бөгөөд үүнийг хүчтэй харилцан үйлчлэлийн бүрэн ойлголт гэж үзэх боломжгүй ч энэхүү физик онол нь туршилтын баттай үндэслэлтэй юм.

IN орчин үеийн физикхайлт үргэлжилж байна нэгдсэн онол, энэ нь бүх дөрвөн төрлийн үндсэн харилцан үйлчлэлийг тайлбарлах боломжтой болно. Ийм онолыг бий болгох нь нэгдмэл үзэл баримтлалыг бий болгоно гэсэн үг юм энгийн бөөмс. Энэ төслийг "Их нэгдэл" гэж нэрлэсэн. Ийм онолыг боломжтой гэж үзэх үндэс нь ойрын зайд (10-29 см-ээс бага) болон өндөр энерги(1014 ГеВ-ээс дээш) цахилгаан соронзон, хүчтэй, сул харилцан үйлчлэлийг ижил аргаар дүрсэлсэн байдаг нь тэдгээрийн мөн чанар нь нийтлэг байдаг. Гэсэн хэдий ч энэ дүгнэлт нь зөвхөн онолын шинж чанартай хэвээр байгаа бөгөөд үүнийг туршилтаар баталгаажуулах боломжгүй байна.

Өрсөлдөж буй янз бүрийн Гранд нэгдсэн онолууд сансар судлалыг (4.2) өөрөөр тайлбарладаг. Жишээлбэл, манай Орчлон ертөнц үүсэх тэр мөчид дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэл бүгд ижил байдлаар илэрч байсан нөхцөл байдал бий болсон гэж үздэг. Бүх дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэлийг нэгдмэл үндэслэлээр тайлбарлах онолыг бий болгоход кваркуудын онол, квант хромодинамик, орчин үеийн сансар судлалба харьцангуй одон орон судлал.

Гэсэн хэдий ч дөрвөн төрлийн суурь харилцан үйлчлэлийн нэгдсэн онолыг эрэлхийлэх нь материйн бусад тайлбарыг бий болгох боломжгүй гэсэн үг биш юм: шинэ харилцан үйлчлэлийн нээлт, шинэ элементийн бөөмсийг хайх гэх мэт. Зарим физикчид боломжийн талаар эргэлзэж байна. нэгдсэн онолын тухай. Ийнхүү синергетикийг бүтээгчид И.Пригожин, И.Стенгерс нар “Цаг хугацаа, эмх замбараагүй байдал, квант” номондоо “бүх зүйлийн онолыг бий болгох итгэл найдвар, үүнээс дүгнэлт хийх боломжтой” гэж бичжээ. бүрэн тайлбар физик бодит байдал, орхих хэрэгтэй болно” гэж синергетик (7.2)-ын хүрээнд боловсруулсан хуулиудаар дипломын ажлаа зөвтгөнө.

Хамгаалалтын хуулиуд нь энгийн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн механизм, тэдгээрийн үүсэх, задралыг ойлгоход чухал үүрэг гүйцэтгэсэн. Макро ертөнцөд үйлчилж буй хадгалалтын хуулиудаас гадна (энерги хадгалагдах хууль, импульс хадгалагдах хууль, өнцгийн импульс хадгалагдах хууль) бичил ертөнцийн физикт шинэ хуулиудыг нээсэн байна: хадгалалтын хууль. барион, лептоны цэнэг, хачирхалтай байдал гэх мэт.

Хамгаалалтын хууль бүр нь хүрээлэн буй ертөнцийн тэгш хэмтэй холбоотой байдаг. Физикийн хувьд тэгш хэмийг өөрчлөгддөггүй байдал, системийн өөрчлөлтүүдтэй харьцуулахад өөрчлөгддөггүй байдал, өөрөөр хэлбэл цувааны өөрчлөлттэй холбоотой гэж ойлгодог. физик нөхцөл. Германы математикч Эмма Ноетер орон зай, цаг хугацааны шинж чанар, хадгалалтын хуулиудын хоорондын холбоог тогтоожээ сонгодог физик. үндсэн теорем математик физик, Ноетерийн теорем гэж нэрлэгддэг сансар огторгуйн нэгэн төрлийн байдлаас импульс хадгалагдах хууль, цаг хугацааны нэгэн төрлийн байдлаас - энерги хадгалагдах хууль, орон зайн изотропоос - өнцгийн импульс хадгалагдах хууль дагалддаг. Эдгээр хуулиуд нь үндсэн шинж чанартай бөгөөд материйн оршин тогтнох бүх түвшинд хүчинтэй байдаг.

Эрчим хүч устаж алга болдоггүй, дахин гарч ирэхгүй, зөвхөн нэг хэлбэрээс нөгөөд шилждэг гэж энерги хадгалагдах, хувирах хуулинд заасан байдаг. Импульс хадгалагдах хууль нь импульсийн тогтмол байдлыг илэрхийлдэг хаалттай системцаг хугацааны явцад. Өнцгийн импульс хадгалагдах хууль нь хаалттай гогцооны системийн өнцгийн импульс цаг хугацааны явцад тогтмол хэвээр байна гэж заасан. Хамгаалалтын хуулиуд нь тэгш хэмийн үр дагавар, тухайлбал материаллаг объектын бүтцийн өөрчлөлттэй харьцуулахад өөрчлөгддөггүй байдал, эсвэл тэдгээрийн оршин тогтнох физик нөхцөлийн өөрчлөлтийн үр дагавар юм.

Бие биедээ буурдаггүй 4 төрлийн үндсэн харилцан үйлчлэл байдаг.

Элементар бөөмс нь мэдэгдэж буй бүх төрлийн харилцан үйлчлэлд оролцдог.

Тэдгээрийг эрчмийн буурах дарааллаар авч үзье.

1) хүчтэй,

2) цахилгаан соронзон,

3) сул дорой

4) таталцал.

Хүчтэй харилцан үйлчлэл атомын цөмийн түвшинд тохиолдож, төлөөлдөг харилцан татахтэдгээрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд. Энэ нь ойролцоогоор 10 -13 см зайд ажилладаг.

Үүний үр дүнд хүчтэй харилцан үйлчлэл үүсдэг материаллаг системүүд-тай өндөр энергихолбоо - атомын цөм.

Ийм учраас атомын цөм нь маш тогтвортой бөгөөд устгахад хэцүү байдаг. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл

хүчтэйгээс мянга дахин сул, гэхдээ илүү хол зайд ажилладаг. Энэ төрлийн харилцан үйлчлэл нь цахилгаан цэнэгтэй бөөмсийн шинж чанар юм. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн явцад электронууд ба атомын цөмүүд нэгдэж атомууд, атомууд нь молекулууд болдог. Тодорхой утгаараа энэ харилцан үйлчлэл нь хими, биологийн үндсэн суурь юм. Сул харилцан үйлчлэлөөр өөр хэсгүүдийн хооронд байж магадгүй. Энэ нь 10 -15 -10 -22 см зайд үргэлжилдэг бөгөөд голчлон бөөмсийн задралтай холбоотой байдаг. Мэдлэгийн өнөөгийн байдлын дагуу ихэнх бөөмс нь харилцан үйлчлэл нь сул байдаг тул тогтворгүй байдаг. Жишээлбэл, атомын цөмд юу тохиолддог

нейтрон хувиргалт , протон, электрон болон антинейтрино болж хувирдаг.

Таталцлын харилцан үйлчлэл

хамгийн сул бөгөөд энэ нь маш бага нөлөө үзүүлдэг тул энгийн бөөмсийн онолд тооцдоггүй. Сансар огторгуйн хувьд таталцлын харилцан үйлчлэл нь шийдвэрлэх ач холбогдолтой юм.

Түүний үйл ажиллагааны хүрээ хязгаарлагдмал биш юм.

Эгэл бөөмсийн хувирал үргэлжлэх хугацаа нь харилцан үйлчлэлийн хүчнээс хамаарна.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй холбоотой цөмийн урвалууд 10 -24 -10 -23 секундын дотор явагдана.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлгүйгээр атомын цөмүүд байхгүй, одод болон нар эрчим хүч үйлдвэрлэх боломжгүй болно. цөмийн эрчим хүчдулаан, гэрэл.

Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлгүйгээр атом, молекул, макроскоп объект, түүнчлэн дулаан, гэрэл байхгүй болно.

Сул харилцан үйлчлэлгүйгээр нар, оддын гүнд цөмийн урвал явагдахгүй, хэт шинэ одны дэлбэрэлт үүсэхгүй, амьдралд шаардлагатай хүнд элементүүд орчлон ертөнц даяар тархаж чадахгүй.

Таталцлын харилцан үйлчлэлгүйгээр зөвхөн галактик, од, гариг ​​байхгүй байх байсан төдийгүй бүхэл бүтэн орчлон ертөнц хөгжиж чадахгүй, учир нь таталцал нь бүхэл бүтэн ертөнцийн нэгдмэл байдал, түүний хувьслыг баталгаажуулдаг нэгдмэл хүчин зүйл юм.

энгийн бөөмсөөс нарийн төвөгтэй, олон янзын элементүүдийг бий болгоход шаардлагатай бүх дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэл материаллаг ертөнц, нэг үндсэн харилцан үйлчлэлээс авч болно - супер хүчнүүд .

Маш өндөр температурт (эсвэл энерги) бүх дөрвөн харилцан үйлчлэл нэг болж нийлдэг нь онолын хувьд батлагдсан.

100 ГэВ-ийн энергитэй үед цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэл нийлдэг.

Энэ температур нь Орчлон ертөнцийн 10-10 секундын температуртай тохирч байна. Их тэсрэлтийн дараа.

1015 ГэВ-ийн энергитэй үед хүчтэй харилцан үйлчлэл нь тэдэнтэй нэгддэг.

1019 ГэВ-ийн энергитэй бол бүх дөрвөн харилцан үйлчлэл нийлдэг.

1 ГеВ = 1 тэрбум электрон вольт

Энгийн бөөмийн судалгааны салбарт гарсан дэвшил нь атомизмын үзэл баримтлалыг цаашид хөгжүүлэхэд хувь нэмэр оруулсан. Одоогийн байдлаар бид олон тооны энгийн бөөмсийг ялгаж чадна гэж үзэж байна 12 үндсэн бөөмс мөн ижил хэмжээний .

эсрэг бөөмс

Зургаан бөөмс нь чамин нэртэй кваркууд юм:

"дээд", "доод", "дур булаам", "хачин", "үнэн", "дур булаам". Үлдсэн зургаа нь лептонууд юм. , электрон , мюон tau бөөмс

ба тэдгээрийн харгалзах нейтрино (электрон, мюон, тау нейтрино).

Энгийн бодис нь эхний үеийн тоосонцороос бүрддэг.

Үлдсэн үеийг цэнэглэгдсэн бөөмийн хурдасгуур дээр зохиомлоор үүсгэж болно гэж таамаглаж байна. Кварк загвар дээр үндэслэн физикчид боловсруулсан загвар

атомын бүтэц.

Атом бүр нь хүнд цөм (протон ба нейтроны глюоны талбарт хүчтэй холбогддог) ба электрон бүрхүүлээс бүрдэнэ. Цөм дэх протоны тоосерийн дугаар доторх элементүечилсэн хүснэгт

элементүүд D.I. Менделеев. Протон нь эерэг цахилгаан цэнэгтэй буюу массаасаа 1836 дахин ихэлектрон, хэмжээ нь 10-13 см орчим байна.

Нейтроны цахилгаан цэнэг тэг байна.

Кваркийн таамаглалын дагуу протон нь хоёр "дээш" кварк, нэг "доош", нейтрон нь нэг "дээш", хоёр "доош" кваркаас бүрдэнэ. Тэдгээрийг хатуу бөмбөлөг гэж төсөөлөхийн аргагүй, харин тэд төрж, алга болж буй виртуал тоосонцороос бүрдэх, бүрхэг хил хязгаартай үүлтэй төстэй.

Кварк ба лептонуудын гарал үүсэл, тэдгээр нь байгалийн "анхны барилгын материал" мөн үү, тэдгээр нь хэр үндэс суурьтай вэ гэсэн шийдэгдээгүй асуултууд байсаар байна.

Эдгээр асуултын хариултыг орчин үеийн сансар судлалд хайж байна.

Вакуумаас энгийн тоосонцор үүсэх үйл явцыг судлах, орчлон ертөнц үүсэх үед тодорхой бөөмсийг үүсгэсэн анхдагч цөмийн нэгдлийн загварыг бий болгох нь маш чухал юм.

ОТО: Эйнштейн (1915) Нэгхамгийн том амжилтууд Сүүлийн хоёр мянган жилийн хугацаанд физик нь орчлон ертөнцийг захирч буй дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэлийг тодорхойлж, тодорхойлох болсон. Тэдгээрийг бүгдийг нь бид Фарадейд өртэй талбайн хэлээр дүрсэлж болно. Харамсалтай нь, дөрвөн төрлийн аль нь ч ихэнх хэсэгт тайлбарласан хүчний талбайн бүрэн шинж чанартай байдаггүйгайхалтай бүтээлүүд

. Эдгээр төрлийн харилцан үйлчлэлийг жагсаая. 1. Хүндийн хүч. Бидний хөл дэмжлэгээс гарахыг зөвшөөрдөггүй чимээгүй хүч. Энэ нь дэлхий болон оддыг задрахаас сэргийлж, нарны аймаг, галактикийн бүрэн бүтэн байдлыг хадгалахад тусалдаг. Хэрэв таталцал байхгүй бол гаригийн эргэлт нь биднийг дэлхийгээс холдуулж, цагт 1000 миль хурдтайгаар сансарт хөөргөх болно. Асуудал нь таталцлын шинж чанар нь гайхалтай хүчний талбайн шинж чанаруудаас яг эсрэгээрээ байдагт оршино. Таталцал нь таталцлын хүч болохоос түлхэлт биш; энэ нь маш сул - харьцангуй, мэдээжийн хэрэг; Энэ нь асар их, одон орны зайд ажилладаг. Өөрөөр хэлбэл бараг л байнабүрэн эсрэгээрээ бараг бүх газарт байдаг хавтгай, нимгэн, нэвтэршгүй хаалтэсвэл кино. Жишээлбэл, өдийг бүхэл бүтэн гараг - Дэлхий шалан дээр татдаг боловч бид дэлхийн таталцлыг амархан даван туулж, нэг хуруугаараа өдийг өргөж чадна. Бидний нэг хурууны цохилт нь зургаан их наяд гаруй килограмм жинтэй бүхэл бүтэн гаригийн таталцлын хүчийг даван туулж чадна.

2. Цахилгаан соронзон (EM). Манай хотуудыг гэрэлтүүлдэг хүч. Лазер, радио, телевиз, орчин үеийн электроник, компьютер, интернет, цахилгаан, соронзон - энэ бүхэн цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн илрэлийн үр дагавар юм. Магадгүй энэ нь хүн төрөлхтний түүхийн туршид ашиглаж ирсэн хамгийн ашигтай хүч байж магадгүй юм. Таталцлаас ялгаатай нь энэ нь таталцлын болон түлхэлтийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Гэсэн хэдий ч тэр дүрд тохирохгүй байна хүчний талбархэд хэдэн шалтгааны улмаас. Нэгдүгээрт, үүнийг амархан саармагжуулж болно. Жишээлбэл, хуванцар эсвэл бусад цахилгаан дамжуулдаггүй материал нь хүчирхэг цахилгаан эсвэл соронзон орон руу амархан нэвтэрдэг. Соронзон талбарт хаягдсан хуванцар хэсэг түүгээр чөлөөтэй ниснэ. Хоёрдугаарт, цахилгаан соронзон нь хол зайд ажилладаг бөгөөд онгоцонд төвлөрөхөд тийм ч хялбар биш юм. EM харилцан үйлчлэлийн хуулиудыг Жеймс Клерк Максвеллийн тэгшитгэлээр тайлбарласан бөгөөд хүчний талбарууд нь эдгээр тэгшитгэлийн шийдэл биш юм шиг харагдаж байна.

3 ба 4. Хүчтэй ба сул цөмийн харилцан үйлчлэл. Сул хүч нь цацраг идэвхт задралын хүч, халдаг хүч юм цацраг идэвхт цөмДэлхий. Энэ хүч нь галт уулын дэлбэрэлт, газар хөдлөлт, эх газрын ялтсуудын шилжилтийн ард байдаг. Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь атомын цөмийг задрахаас сэргийлдэг; энэ нь нар, оддыг эрчим хүчээр хангаж, орчлон ертөнцийг гэрэлтүүлэх үүрэгтэй. Асуудал нь үүнд л байгаа юм цөмийн харилцан үйлчлэлзөвхөн маш бага зайд, гол төлөв атомын цөм дотор ажилладаг. Энэ нь цөмийн өөрийн шинж чанартай маш нягт холбоотой тул үүнийг хянахад маш хэцүү байдаг. Одоогоор бид энэ харилцан үйлчлэлд нөлөөлөх хоёр л арга замыг мэдэж байгаа: бид эвдэж чадна атомын доорх бөөмсхурдасгуурт хувааж эсвэл атомын бөмбөг дэлбэлэх.

Хэдийгээр хамгаалалтын талбайнуудВ шинжлэх ухааны уран зөгнөлтмөн физикийн мэдэгдэж буй хуулиудыг дагаж мөрддөггүй ч ирээдүйд хүчний талбарыг бий болгох боломжтой цоорхойнууд байсаар байна. Нэгдүгээрт, лабораторид хэн ч хараахан харж чадаагүй тав дахь төрлийн суурь харилцан үйлчлэл байж магадгүй юм. Жишээлбэл, энэ харилцан үйлчлэл нь одон орны зайд биш, хэдхэн инчээс нэг фут хүртэлх зайд ажилладаг болох нь харагдаж байна. (Гэсэн хэдий ч тав дахь төрлийн харилцан үйлчлэлийг илрүүлэх анхны оролдлого нь сөрөг үр дүнд хүрсэн.)

Хоёрдугаарт, бид сийвэнг хүчний талбайн зарим шинж чанарыг дуурайлган хийж чадна. Плазма бол "материйн дөрөв дэх төлөв" юм. Бидэнд танил болсон бодисын эхний гурван төлөв нь хатуу, шингэн, хий; гэхдээ орчлон ертөнцийн хамгийн түгээмэл материйн хэлбэр нь ионжуулсан атомуудаас бүрдэх хий юм. Плазм дахь атомууд хоорондоо холбогддоггүй бөгөөд электронгүй байдаг тул ийм байдаг цахилгаан цэнэг. Тэдгээрийг цахилгаан болон соронзон орон ашиглан хялбархан удирдаж болно.

Орчлон ертөнцийн үзэгдэх бодис нь ихэвчлэн янз бүрийн төрлийн плазм хэлбэрээр байдаг; үүнээс нар, од, од хоорондын хий үүсдэг. IN энгийн амьдралбид плазмтай бараг хэзээ ч тааралддаггүй, учир нь энэ үзэгдэл дэлхий дээр ховор тохиолддог; гэхдээ плазмыг харж болно. Үүнийг хийхийн тулд аянга, нар эсвэл плазмын телевизийн дэлгэцийг харахад л хангалттай.

Өнөөдөр би та нарт үндсэн хүч эсвэл харилцан үйлчлэлийн талаар хэлэхийг хүсч байна. Тэдгээр нь юу вэ, хичнээн олон байдаг, яагаад хэрэгтэй байгааг олж мэдэх болно.

За, явцгаая!

Үндсэн хүч гэж юу вэ?

Манай орчлонд маш олон байдаг биеийн хүч чадалболон харилцан үйлчлэл. Жишээлбэл, үрэлтийн хүч, цөмийн урвал ба химийн холбоо. Гэхдээ тодорхой дөрвөн харилцан үйлчлэлээс бусад нь бүгд хоёрдогч байдаг. Тэднийг "үндсэн" гэж нэрлэдэг. Эдгээр нь энгийн бөөмсүүдийн харилцан үйлчлэлийн төрөл бөгөөд байгаль дээрх бусад бүх хүчийг тодорхойлдог.

Орчлон ертөнцийн хамгийн эхэнд нэг үндсэн харилцан үйлчлэл байсан. Гэвч энэ нь удаан үргэлжилсэнгүй. Эхний секундын төгсгөлд нэг үндсэн хүч нь хүчтэй, сул, цахилгаан соронзон, таталцлын гэсэн дөрвөн тусдаа харилцан үйлчлэлд хуваагдсан. Бүгдийг нь харцгаая.

Хүчтэй харилцан үйлчлэл.

Та атомууд яагаад хамгийн их байдаг талаар бодож үзсэн үү? химийн элементүүдтогтвортой? Энд ямар ч төвөгтэй зүйл байхгүй юм шиг санагдаж байна. Гэсэн хэдий ч өнгөрсөн зууны 30-аад оны үед хариулт хайж байсан энэ асуултэрдэмтдийн хөлсийг урсгасан.

-аас сургуулийн курсфизик, хими Атом нь цөм, түүний эргэн тойронд эргэлддэг электрон гэсэн хоёр хэсгээс бүрддэг гэдгийг та мэдэх байх. Цөм нь эргээд "нуклонууд" - протон ба нейтроноос бүрдэнэ.

Атом нь цахилгааны хувьд төвийг сахисан байдаг. Гэхдээ түүний цөмд зөвхөн эерэг ба төвийг сахисан цэнэгтэй хэсгүүд байдаг - протон ба нейтрон. Зөвхөн эсрэг цэнэгтэй биесүүд бие биенээ татдаг гэдгийг сайн мэддэг - өөрөөр хэлбэл "нэмэх" -ээс "хасах" хүртэл. Тиймээс протон ба нейтронууд бие биенээ түлхэх ёстой. Гэсэн хэдий ч бодит байдал дээр цөмийн атомууд оршсоор байгаа бөгөөд чухал биш юм. Шалтгаан нь юу вэ?

"Магадгүй энэ бүхэн таталцлын хүчинтэй холбоотой байх?" - тэр үед физикчид бодсон. Тэгээгүй нь тогтоогдсон. Таталцлын харилцан үйлчлэл нь хамгийн сул тал тул цахилгаан соронзон хүчийг тэсвэрлэх чадваргүй болно.

Энэ нь хангалттай байгаа гэсэн үг хүчирхэг хүч, нуклонуудыг цөмийн тогтвортой атомуудад холбох. Үүнийг "хүчтэй харилцан үйлчлэл" гэж нэрлэдэг. Дараа нь энэ нь кваркуудыг (үндсэн бөөмсийн аль нэг бүлгийн төлөөлөл) холбодог болох нь тогтоогджээ. нийлмэл хэсгүүд"хадрон" гэж нэрлэдэг - жишээлбэл, ижил протон ба нейтрон.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлд кварк, адрон, глюон орно. Глюонууд нь массгүй бөгөөд хүчтэй хүчийг зөөгч юм. Кваркууд тэдгээрийг солилцож, улмаар энэхүү үндсэн хүчийг ухаардаг.

Хүчтэй цөмийн хүч бол байгаль дээрх хамгийн хүчирхэг хүч юм. Энэ нь цахилгаан соронзоноос мянга дахин, "сул цөмийн"-ээс 100,000 дахин хүчтэй бөгөөд хүч нь таталцлын хүчийг 10 39 (10-аас 39 хүртэл) дахин давдаг.

Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь харгис хэрцгий байдаг - үүнээс болж эрдэмтэд кваркуудыг чөлөөт төлөвт ажиглаж чадахгүй. Эдгээр хөөрхий тоосонцор адронд үүрд баригдана. Кваркууд бие биенээсээ хол байх тусам тэдний таталцал илүү хүчтэй болох нь тогтоогджээ. Иймээс эдгээр бөөмс огторгуйд ганцаараа тэнүүчлэх нь хэзээ ч ажиглагддаггүй бөгөөд зөвхөн адрон дотор байдаг.

Цахилгаан соронзон.

IN цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлЦахилгаан цэнэгтэй бүх бие, бөөмс оролцдог. Гэсэн хэдий ч үл хамаарах зүйлүүд байдаг - төвийг сахисан хэсгүүд, гэхдээ цэнэглэгдсэн хэсгүүдээс бүрдэх боломжтой. Гайхалтай жишээнейтрон юм. Энэ нь төвийг сахисан цэнэгтэй боловч цэнэглэгдсэн кваркуудаас бүрддэг.

Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь цахилгаан соронзон оронгоор дамжин цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн хооронд үүсдэг. Түүний квант (үндсэн бөөмс) нь фотон бөгөөд бүх ертөнцийн тролль юм.

Цахилгаан соронзон нь цэнэгтэй бөөмсүүд хоорондоо харилцан үйлчилж, фотон солилцдогт оршдог.

Цахилгаан соронзон хүч нь хүч ба таталцлын хэлбэрээр илэрдэг (бие эерэг цэнэгсөрөг цэнэгтэй) татагдах ба түлхэлт.

Энэ харилцан үйлчлэл маш их чухал үүрэгхарилцан үйлчлэлийн улмаас байгальд . Энэ нь молекулуудын бүтцийг (химийн холбоо) тодорхойлдог электрон бүрхүүлүүдатомуудад. Тиймээс цахилгаан соронзонд олон зүйл тохиолддог.

Ердийн биеийн хүчний ихэнх нь гэж тооцогддог " сонгодог механик"Ньютон - үрэлтийн хүч, уян хатан байдал, гадаргуугийн хурцадмал байдалгэх мэт. - цахилгаан соронзон шинж чанартай.

Цахилгаан соронзон хүч нь мөн тодорхойлдог ихэнх нь физик шинж чанармакро ертөнцийн биетүүд, түүнчлэн нэгээс шилжих явцад тэдгээрийн өөрчлөлтүүд нэгтгэх байдалнөгөө рүү. Энэхүү харилцан үйлчлэл нь цахилгаан, соронзон, оптик, химийн үзэгдлүүдийн үндэс юм.

Сул цөмийн хүч.

Сул харилцан үйлчлэл нь атомын цөмөөс хамаагүй бага зайд явагддаг. Энэ нь дээр дурдсан хоёр үндсэн хүчнээс сул боловч таталцлаас хүчтэй.

Сул цөмийн хүч нь үндсэн бөөмс (лептон ба кварк) ба адрон гэсэн хоёр бүлэгтэй. Сул харилцан үйлчлэлийн явцад бөөмс нь массгүй глюон ба фотонуудаас ялгаатай нь "тээвэрлэгч" - W ба Z-бозонуудыг солилцдог.

Сул цөмийн хүч нь байгальд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Нэвчилт термоядролын урвалуудодод нь яг энэ харилцан үйлчлэлээс үүдэлтэй. Өөрөөр хэлбэл сул дорой хүмүүст баярлалаа цөмийн хүчнүүдНар болон бусад хийн биетүүд шатаж байна.

Гэхдээ энэ нь бүгд биш юм. Сул хүч нь атомын цөмийн бета задралыг хариуцдаг. Энэ үйл явцнэг юм гурван төрөлцацраг идэвхт байдал. Энэ нь цөмөөс "бета тоосонцор" -ын ялгаралтаас бүрддэг: электрон эсвэл позитрон.

-д баярлалаа сул харилцан үйлчлэлгэж нэрлэгддэг "сул доройтол". Энэ нь их хэмжээний бөөмсийг хөнгөн хэсгүүдэд хуваах явдал юм. Чухал онцгой тохиолдол бол нейтроны задрал юм - энэ нь протон, электрон, антинейтрино болж хувирдаг.

Таталцал.

Бүх нийтийн суурь харилцан үйлчлэл. Бүх материаллаг биетүүд үүнд захирагддаг - энгийн бөөмсөөс эхлээд асар том галактикууд хүртэл. Энэхүү үндсэн хүч нь хамгийн сул дорой нь бөгөөд хүсэл тэмүүллээр илэрхийлэгддэг материаллаг биетүүдбие биедээ - таталцал.

Таталцал бол алс холын зайн хүч бөгөөд орчлон ертөнцийн хамгийн дэлхийн үйл явцыг хянадаг. Үүний ачаар одод болон тэдгээрийн бөөгнөрөл нь галактикт хуваагдсан. Үүний ачаар мананцарт хийн одод бий болж, сансар огторгуй дахь хүйтэн чулуун хэсгүүд гаригуудад хуваагдаж, таны дээш шидсэн бөмбөг унах нь гарцаагүй.

Таталцлын хүч хэдэн арван жилийн турш физикчдийг хуурсаар ирсэн. Энэ нь хоёр үндсэн хоорондын урт хугацааны зөрчилдөөний сэдэв юм физикийн онолууд: квант механик ба харьцангуйн онол. Гэхдээ яагаад?

Харьцангуйн ерөнхий онол ба квант физик нь өөр өөр зарчмаар бүтээгдсэн бөгөөд энэхүү үндсэн хүчийг янз бүрээр дүрсэлсэн байдаг.

Эйнштейн таталцлыг материаллаг биетүүдийн массаас шалтгаалсан орон зай цаг хугацааны муруйлт гэж тайлбарлав. Мөн квант физик үүнийг "квантчилдаг" - үүнийг өөрийн тээвэрлэгч хэсгүүдтэй харилцан үйлчлэл гэж тодорхойлдог. Тэднийг "гравитон" гэж нэрлэдэг.

Квант механикийн хувьд орон зай-цаг хугацааг "динамик хувьсагчаар" төлөөлдөггүй, өөрөөр хэлбэл. түүний дотор байрлах бие, системээс хамаардаггүй. Мөн энэ нь харьцангуйн онолын эсрэг юм.

Гэхдээ хамгийн гайхалтай нь зарчмын зөрүүтэй хэдий ч энэ хоёр онол бүгд туршилтаар батлагдсан явдал юм. Квант механикбичил ертөнцийг төгс дүрсэлж, харьцангуйн онол нь Ертөнцийг макроскопийн хэмжээнд дүрсэлдэг.

Одоо харьцангуй ба хослох оролдлого гарч байна квант физикмөн таталцлын хүчийг тодорхой тайлбарла. Дараа нь "бүх зүйлийн онол" бий болох бөгөөд энэ нэрийн гол нэр дэвшигч нь 11 хэмжигдэхүүнээр орооцолдсон "утас онол" юм.

За ингээд л боллоо!

Үндсэн харилцан үйлчлэл гэж юу вэ?