Bu, yalnızca mikrokozmosta var olan üçüncü temel etkileşimdir. Bazı fermiyon parçacıklarının diğerlerine dönüşümünden sorumludur, ancak zayıf etkileşime giren peptonların ve kuarkların rengi değişmez. Zayıf etkileşimin tipik bir örneği, serbest bir nötronun ortalama 15 dakika içinde bir protona, bir elektrona ve bir elektron antinötrinosuna bozunduğu beta bozunması sürecidir. Çürüme, nötronun içindeki bir tat kuarkının, bir tat kuarkı u'ya dönüşmesinden kaynaklanır. Yayılan elektron toplamın korunmasını sağlar elektrik yükü ve antinötrino sistemin toplam mekanik momentumunu korumanıza izin verir.

Güçlü etkileşim

Ana işlev güçlü etkileşim- kuarkları ve antikuarkları hadronlarda birleştirir. Güçlü etkileşimler teorisi oluşturulma sürecindedir. Bu tipik bir alan teorisidir ve kuantum renk dinamiği olarak adlandırılır. Başlangıç ​​noktası, maddenin kuarkları güçlü etkileşimde birleştirme konusundaki doğal yeteneğini ifade eden üç tür renk yükünün (kırmızı, mavi, yeşil) varlığı varsayımıdır. Kuarkların her biri bu tür yüklerin bir kombinasyonunu içerir, ancak bunların karşılıklı telafisi tam olarak gerçekleşmez ve kuarkın sonuçta ortaya çıkan bir rengi vardır, yani diğer kuarklarla güçlü bir şekilde etkileşime girme yeteneğini korur. Ancak üç kuark veya bir kuark ve bir antikuark bir hadron oluşturmak üzere birleştiğinde, içindeki renk yüklerinin net birleşimi, hadronun bir bütün olarak nötr renk olmasını sağlayacak şekilde olur. Renk yükleri, kendilerine özgü kuantum bozonlarıyla alanlar yaratır. Kuarklar ve/veya antikuarklar arasındaki sanal renk bozonlarının değişimi, güçlü etkileşimin maddi temelini oluşturur. Kuarkların ve renk etkileşimlerinin keşfinden önce, atom çekirdeğindeki protonları ve nötronları birleştiren nükleer kuvvetin temel olduğu düşünülüyordu. Maddenin kuark seviyesinin keşfiyle birlikte güçlü etkileşim, hadronlara birleşen kuarklar arasındaki renk etkileşimleri olarak anlaşılmaya başlandı. Nükleer kuvvetler artık temel sayılmıyor; bunların bir şekilde renkli kuvvetlerle ifade edilmesi gerekiyor. Ancak bunu yapmak kolay değil çünkü çekirdeği oluşturan baryonlar (protonlar ve nötronlar) genellikle nötr renktedir. Benzetme yapmak gerekirse, atomların bir bütün olarak elektriksel olarak nötr olduğunu ancak moleküler düzeyde elektriksel atomik kuvvetlerin yankıları olarak kabul edilen kimyasal kuvvetlerin ortaya çıktığını hatırlayabiliriz.

Göz önüne alınan dört temel etkileşim türü, gelişimin daha yüksek aşamalarında ortaya çıkanlar da dahil olmak üzere, madde hareketinin bilinen tüm diğer biçimlerinin temelini oluşturur. Herhangi karmaşık şekiller Hareketler yapısal bileşenlere ayrıştırıldığında bu temel etkileşimlerin karmaşık modifikasyonları olarak ortaya çıkar.

2. “Büyük Birleşme” teorisinin evrimsel yaratılışından önce parçacıkların etkileşimi hakkında bilimsel görüşlerin geliştirilmesi

"Büyük Birleşme" teorisi elektromanyetik, güçlü ve zayıf etkileşimler. “Büyük Birleşme” teorisinden bahsederken, doğada var olan tüm güçlerin tek bir evrensel temel gücün tezahürü olduğundan bahsediyoruz. Evrenimizi doğuran Büyük Patlama anında yalnızca bu kuvvetin var olduğuna inanmamızı sağlayan bir takım düşünceler vardır. Ancak zamanla evren genişledi, yani soğudu ve tek kuvvet birkaç farklı kuvvete bölündü; bunu şimdi gözlemliyoruz. "Büyük Birleşme" teorisi elektromanyetik, güçlü, zayıf ve yerçekimi kuvvetlerini tek bir evrensel kuvvetin tezahürleri olarak tanımlayacaktır. Halihazırda bazı ilerlemeler kaydedildi: Bilim insanları elektromanyetik ve zayıf etkileşimleri birleştiren bir teori oluşturmayı başardılar. Ancak “Büyük Birleşme” teorisine ilişkin asıl çalışma halen devam etmektedir.

Modern parçacık fiziği, aslında eski düşünürleri endişelendiren soruları tartışmak zorunda kalıyor. Bu parçacıklardan oluşan parçacıkların ve kimyasal atomların kökeni nedir? Ve Kozmos, yani bizim görebildiğimiz Evren, onlara ne ad verirsek verelim parçacıklardan nasıl inşa edilebilir? Ve ayrıca Evren yaratıldı mı, yoksa sonsuzluktan beri var mıydı? Eğer bunu sorabilirsek, ikna edici yanıtlara yol açabilecek düşünce yolları nelerdir? Bütün bu sorular, varoluşun gerçek ilkelerinin arayışına, bu ilkelerin mahiyetine ilişkin sorulara benzer.

Uzay hakkında ne söylersek söyleyelim, şu açık ki, her şey uzaydadır. doğal dünyaöyle ya da böyle parçacıklardan oluşur. Peki bu kompozisyon nasıl anlaşılır? Parçacıkların etkileşime girdiği bilinmektedir; birbirlerini çekerler veya iterler. Parçacık fiziği çeşitli etkileşimleri inceler. [Popper K. Bilgi ve cehaletin kaynakları üzerine // Vopr. doğa bilimleri ve teknoloji tarihi, 1992, Sayı. 3, s. 32.]

Elektromanyetik etkileşim 18. ve 19. yüzyıllarda özellikle ilgi gördü. Elektromanyetik ve yerçekimsel etkileşimler arasındaki benzerlikler ve farklılıklar keşfedildi. Yer çekimi gibi elektromanyetik kuvvetler de mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Ancak, yerçekiminin aksine, elektromanyetik "yerçekimi" yalnızca parçacıkları (farklı yük işaretlerine) çekmekle kalmaz, aynı zamanda onları birbirlerinden (eşit yüklü parçacıklar) da iter. Ve tüm parçacıklar elektrik yükünün taşıyıcıları değildir. Örneğin foton ve nötron bu konuda nötrdür. 50'li yıllarda yıl XIX V. D. C. Maxwell'in (1831–1879) elektromanyetik teorisi, birleşik elektrik ve manyetik olaylar ve böylece elektromanyetik kuvvetlerin etkisini açıklığa kavuşturdu. [Grünbaum A. Fiziksel kozmolojide kökene karşı yaratılış (modern fiziksel kozmolojinin teolojik çarpıtmaları). - Soru. Felsefe, 1995, Sayı: 2, s. 19.]

Radyoaktivite olgusunun incelenmesi, zayıf etkileşim adı verilen özel bir tür parçacık etkileşiminin keşfedilmesine yol açtı. Bu keşif beta radyoaktivitesinin incelenmesiyle ilgili olduğundan bu etkileşime beta bozunması diyebiliriz. Bununla birlikte, fiziksel literatürde zayıf etkileşimden bahsetmek gelenekseldir - yerçekimi etkileşiminden çok daha güçlü olmasına rağmen elektromanyetik etkileşimden daha zayıftır. Keşif, beta bozunması sırasında nötrino adı verilen enerjinin korunumu yasasının bariz ihlalini telafi eden nötr bir parçacığın salındığını öngören W. Pauli'nin (1900–1958) araştırması tarafından kolaylaştırıldı. Ayrıca, zayıf etkileşimlerin keşfi, diğer fizikçilerle birlikte elektronların ve nötrinoların ayrılmadan önce var olduğunu öne süren E. Fermi'nin (1901–1954) araştırması ile kolaylaştırılmıştır. radyoaktif çekirdek tabiri caizse çekirdekte mevcut değil bitmiş form ancak radyasyon işlemi sırasında oluşur. [Grünbaum A. Fiziksel kozmolojide kökene karşı yaratılış (modern fiziksel kozmolojinin teolojik çarpıtmaları). - Soru. Felsefe, 1995, Sayı: 2, s. 21.]

Son olarak dördüncü etkileşimin çekirdek içi süreçlerle ilişkili olduğu ortaya çıktı. Güçlü etkileşim olarak adlandırılan bu etkileşim, kendisini çekirdek içi parçacıkların (protonlar ve nötronlar) çekimi olarak gösterir. Büyük boyutundan dolayı muazzam bir enerji kaynağı olduğu ortaya çıkıyor.

Dört tür etkileşimin incelenmesi, bunların derin bağlantılarını arama yolunu izledi. Bu belirsiz, büyük ölçüde karanlık yolda, yalnızca simetri ilkesi araştırmaya rehberlik etti ve sözde bağlantının tanımlanmasına yol açtı. çeşitli türler etkileşimler.

Bu tür bağlantıları belirlemek için aramaya başvurmak zorunda kaldık. özel tip simetriler. Basit bir örnek Bu tür simetri, bir yükü kaldırırken yapılan işin asansörün yüksekliğine bağlı olmasıyla temsil edilebilir. Harcanan enerji yükseklik farkına bağlıdır ancak çıkış yolunun yapısına bağlı değildir. Yalnızca yükseklik farkı önemlidir ve ölçüme hangi seviyeden başladığımızın hiçbir önemi yoktur. Burada köken seçimi açısından simetri konusunu ele aldığımızı söyleyebiliriz.

Benzer şekilde, bir elektrik yükünün bir elektrik alanındaki hareket enerjisini de hesaplayabilirsiniz. Buradaki yüksekliğin analogu alan voltajı veya başka bir deyişle elektrik potansiyeli olacaktır. Şarj hareketi sırasında harcanan enerji yalnızca son ve son arasındaki potansiyel farkına bağlı olacaktır. başlangıç ​​noktaları alan uzayında. Burada ayar denilen şeyle, başka bir deyişle ölçek simetrisiyle uğraşıyoruz. Bahsedilen ölçü simetrisi elektrik alanı, elektrik yükünün korunumu yasasıyla yakından ilgilidir.

Ölçü simetrisinin, temel parçacıklar teorisindeki birçok zorluğu çözme ve çeşitli etkileşim türlerini birleştirmeye yönelik sayısız girişimde bulunma fırsatını yaratan en önemli araç olduğu ortaya çıktı. İÇİNDE kuantum elektrodinamiğiörneğin çeşitli farklılıklar ortaya çıkıyor. Teorinin zorluklarını ortadan kaldıran renormalizasyon adı verilen işlemin ayar simetrisi ile yakından ilgili olması nedeniyle bu farklılıkları ortadan kaldırmak mümkündür. Yalnızca elektromanyetik değil, aynı zamanda diğer etkileşimlere ilişkin bir teori oluşturmanın zorluklarının, başka gizli simetriler bulunabilirse aşılabileceği fikri ortaya çıkıyor.

Gösterge simetrisi genelleştirilmiş bir karaktere bürünebilir ve herhangi bir kuvvet alanına atfedilebilir. 1960'ların sonunda. Harvard Üniversitesi'nden S. Weinberg (d. 1933) ve Londra'daki Imperial College'dan A. Salam (d. 1926), S. Glashow'un (d. 1932) çalışmasına dayanarak, elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerin teorik olarak birleştirilmesini üstlendi. Ölçü simetrisi fikrini ve bu fikirle ilişkili ölçü alanı kavramını kullandılar. [Yakushev A. S. Modern doğa biliminin temel kavramları. – M., Fakt-M, 2001, s. 29.]

Elektromanyetik etkileşim için geçerlidir en basit biçimölçü simetrisi. Zayıf etkileşimin simetrisinin elektromanyetik etkileşimin simetrisinden daha karmaşık olduğu ortaya çıktı. Bu karmaşıklık, sürecin kendisinin karmaşıklığından, tabiri caizse zayıf etkileşim mekanizmasından kaynaklanmaktadır.

Örneğin zayıf etkileşim sürecinde bir nötronun bozunması meydana gelir. Nötron, proton, elektron ve nötrino gibi parçacıklar bu sürece katılabilir. Ayrıca zayıf etkileşim nedeniyle parçacıkların karşılıklı dönüşümü meydana gelir.

“Büyük Birleşme” Teorisinin Kavramsal Hükümleri

Modern olarak teorik fizik Ortamı iki yeni kavramsal şema belirliyor: “Büyük Birleşme” teorisi ve süpersimetri.

Bu bilimsel eğilimler hep birlikte çok çekici bir fikre yol açıyor; buna göre, tüm doğa sonuçta kendisini çeşitli "kılıklarda" gösteren bir süper gücün etkisine maruz kalıyor. Bu kuvvet, Evrenimizi yaratacak ve ona ışık, enerji, madde kazandıracak ve ona yapı kazandıracak kadar güçlüdür. Ancak süper güç, yaratıcı bir güçten daha fazlasıdır. İçinde madde, uzay-zaman ve etkileşim, bölünmez ve uyumlu bir bütün halinde kaynaşarak, daha önce kimsenin hayal etmediği bir Evren birliği yaratıyor. Bilimin amacı esasen böyle bir birliği aramaktır. [Ovchinnikov N.F. Yapı ve simetri // Sistem Araştırması, M., 1969, s. 137.]

Buna dayanarak, canlı ve cansız doğadaki tüm olguların tek bir tanımlayıcı şema çerçevesinde birleştirilmesine dair belirli bir güven vardır. Bugün doğada bilinen tüm etkileşimlerden sorumlu olan dört temel etkileşim veya dört kuvvet vardır. temel parçacıklar– güçlü, zayıf, elektromanyetik ve yerçekimsel etkileşimler. Güçlü etkileşimler kuarkları birbirine bağlar. Bazı nükleer bozunma türlerinden zayıf etkileşimler sorumludur. Elektromanyetik kuvvetler elektrik yükleri arasında etki eder ve yerçekimi kuvvetleri kütleler arasında etki eder. Bu etkileşimlerin varlığı etrafımızdaki dünyayı inşa etmek için yeterli ve gerekli bir koşuldur. Örneğin, yerçekimi olmadan, sadece galaksiler, yıldızlar ve gezegenler olmayacaktı, aynı zamanda Evren de ortaya çıkamazdı - sonuçta, genişleyen bir Evren ve uzay-zamanın kaynaklandığı Büyük Patlama kavramları dayanmaktadır. yerçekimi üzerinde. Elektromanyetik etkileşimler olmasaydı atomlar, kimya ya da biyoloji, güneş ısısı ya da ışık olmazdı. Güçlü nükleer etkileşimler olmadan çekirdekler var olamaz, dolayısıyla atomlar ve moleküller, kimya ve biyoloji var olamaz, yıldızlar ve Güneş nükleer enerjiyi kullanarak ısı ve ışık üretemezdi.

Zayıf nükleer etkileşimler bile Evrenin oluşumunda rol oynamaktadır. Onlar olmasaydı, Güneş'te ve yıldızlarda nükleer reaksiyonlar mümkün olmazdı; görünüşe göre süpernova patlamaları meydana gelmez ve yaşam için gerekli olan ağır elementler Evren'e yayılamazdı. Hayat pekâlâ ortaya çıkmamış olabilir. Her biri kendi yolunda karmaşık yapıların ortaya çıkması ve tüm Evrenin evriminin belirlenmesi için gerekli olan bu dört tamamen farklı etkileşimin, tek bir basit süper güç tarafından üretildiği görüşüne katılırsak, o zaman hem yaşamda hem de yaşamda geçerli olan tek bir temel yasa cansız doğa, hiç şüphe yok. Modern araştırmalar bu dört kuvvetin bir zamanlar tek bir güçte birleştirilebileceğini gösteriyor.

Bu, kısa bir süre sonra erken Evren çağının karakteristik muazzam enerjilerinde mümkün oldu. büyük patlama. Gerçekten de, elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerin birleşme teorisi deneysel olarak zaten doğrulanmıştır. “Büyük Birleşme” teorileri bu etkileşimleri güçlü olanlarla birleştirmeli ve “Tüm Olan” teorileri dört temel etkileşimin tümünü tek bir etkileşimin tezahürleri olarak birleştirmelidir. 10-43 saniyeden başlayan Evrenin termal geçmişi. Büyük Patlama'dan günümüze kadar olan süre şunu gösteriyor: en Helyum-4, helyum-3, döteronlar (hidrojenin ağır bir izotopu olan döteryumun çekirdekleri) ve lityum-7, Büyük Patlama'dan yaklaşık 1 dakika sonra Evrende oluşmuştur.

On milyonlarca veya milyarlarca yıl sonra yıldızların içinde daha ağır elementler ortaya çıktı ve yaşamın ortaya çıkışı, gelişen Evrenin son aşamasına karşılık geliyor. Dengeden uzakta, kod frekanslı düşük enerjili bir akışın etkisi altında çalışan enerji tüketen sistemlerin teorik analizine ve bilgisayar modellemesinin sonuçlarına dayanarak, Evrende iki paralel sürecin - entropi ve bilgi - olduğu sonucuna vardık. Üstelik maddeyi radyasyona dönüştürmenin entropik süreci baskın değildir. [Soldatov V.K. “Büyük Birleşme” Teorisi. – M., Postscript, 2000, s. 38.]

Bu koşullar altında, sistemin tutarlı uzay-zamansal davranışını sistemin kendi içindeki dinamik süreçlerle birleştiren, maddenin yeni bir tür evrimsel öz-örgütlenmesi ortaya çıkar. Daha sonra Evren ölçeğinde bu yasa şu şekilde formüle edilecektir: “Eğer Büyük Patlama 4 temel etkileşimin oluşumuna yol açtıysa, o zaman Evrenin uzay-zaman organizasyonunun daha da evrimi onların birleşmesiyle ilişkilidir. ” Bu nedenle, bizim görüşümüze göre, artan entropi yasası, Evrenin tek tek parçalarına değil, tüm evrim sürecine uygulanmalıdır. Evrenin oluşumu sırasında, her biri temel etkileşimlerden birine karşılık gelen hiyerarşinin uzay-zaman seviyelerine göre nicelendiği ortaya çıktı. Evrenin genişleyen bir resmi olarak algılanan sonuçta ortaya çıkan dalgalanma, belirli bir anda dengesini yeniden sağlamaya başlar. Daha fazla evrim süreci ayna görüntüsünde gerçekleşir.

Başka bir deyişle, gözlemlenebilir Evrende iki süreç aynı anda meydana gelir. Bir süreç - anti-entropi - maddenin ve radyasyonun makrokuantum durumlarına kendi kendini organize etmesi yoluyla bozulan dengenin yeniden sağlanmasıyla ilişkilidir (olduğu gibi). fiziksel örnek maddenin süperakışkanlık, süperiletkenlik ve kuantum Hall etkisi gibi iyi bilinen hallerini sayabiliriz. Görünüşe göre bu süreç, süreçlerin tutarlı evrimini belirliyor termonükleer füzyon yıldızlarda gezegen sistemlerinin oluşumu, mineraller, flora, tek hücreli ve çok hücreli organizmalar. Bu otomatik olarak canlı organizmaların ilerleyici evriminin üçüncü ilkesinin kendi kendini organize etme yönelimini takip eder.

Diğer süreç doğası gereği tamamen entropiktir ve kendi kendini organize eden maddenin (çürüme - kendi kendini organize etme) döngüsel evrimsel geçiş süreçlerini tanımlar. Bu ilkelerin, dört etkileşimin tümünü tek bir süper güçte birleştirmemize olanak tanıyan bir matematiksel aygıt yaratmanın temelini oluşturması mümkündür. Daha önce de belirtildiği gibi, çoğu teorik fizikçinin şu anda meşgul olduğu sorun budur. Bu ilkenin daha ileri düzeyde tartışılması, bu makalenin kapsamının çok ötesine geçer ve Evrenin Evrimsel Kendi Kendine Organizasyonu teorisinin inşasıyla bağlantılıdır. Bu nedenle, ana sonucu çıkaralım ve bunun biyolojik sistemlere, bunların kontrol ilkelerine ve en önemlisi vücudun patolojik durumlarının tedavisi ve önlenmesine yönelik yeni teknolojilere ne kadar uygulanabilir olduğunu görelim. Her şeyden önce, canlı organizmaların kendi kendini örgütlemesini ve evrimini sürdürme ilkeleri ve mekanizmalarının yanı sıra her türlü patoloji şeklinde ortaya çıkan ihlallerinin nedenleri ile ilgileneceğiz.

Bunlardan ilki, ana amacı herhangi bir açık kendi kendini organize eden enerji tüketen sistem içindeki enerji akışını sürdürmek, senkronize etmek ve kontrol etmek olan kod frekansı kontrolü ilkesidir. Bu prensibin canlı organizmalar için uygulanması, biyolojik bir nesnenin (moleküler, hücre altı, hücresel, doku, organoid, organizma, popülasyon, biyosenotik, biyotik, peyzaj, biyosfer, kozmik) her yapısal hiyerarşik seviyede biyoritmolojik bir sürecin varlığını gerektirir. sistem içindeki süreçlerin etkinliğini ve sırasını belirleyen, dönüştürülen enerjinin tüketimi ve tüketimi ile ilişkilidir. Bu mekanizma, yaşamın ortaya çıkışının erken aşamalarında, DNA yapısının oluşumu süreçlerinde ve kalıtsal bilginin ayrı kodlarının çoğaltılması ilkesinin yanı sıra hücre bölünmesi ve sonraki farklılaşma gibi süreçlerde merkezi bir yer tutar. Bilindiği gibi hücre bölünmesi süreci her zaman gerçekleşir. katı sıra: profaz, metafaz, telofaz ve ardından anafaz. Bölünme koşullarını ihlal edebilir, ona müdahale edebilir, hatta çekirdeği kaldırabilirsiniz, ancak dizi her zaman korunacaktır. Şüphesiz vücudumuz en mükemmel senkronizatörlerle donatılmıştır: Dış ve dış etkenlerdeki en ufak değişikliklere duyarlı bir sinir sistemi. iç ortam, Yavaş humoral sistem. Aynı zamanda terlik kirpiklisi, sinir ve salgı sistemlerinin tamamen yokluğunda yaşar, beslenir, salgılar, çoğalır ve tüm bunlar çok karmaşık süreçler kaotik bir şekilde değil, kesin bir sırayla ilerleyin: herhangi bir reaksiyon bir sonrakini önceden belirler ve bu da bir sonraki reaksiyonu başlatmak için gerekli ürünleri serbest bırakır. [Soldatov V.K. “Büyük Birleşme” Teorisi. – M., Postscript, 2000, s. 59.]

Einstein'ın teorisinin doğayı anlamada o kadar önemli bir ilerleme kaydettiğini ve doğanın diğer güçlerine ilişkin görüşlerin yakında gözden geçirilmesinin kaçınılmaz hale geldiğini belirtmek gerekir. O dönemde varlığı kesin olarak kanıtlanmış tek "öteki" kuvvet elektromanyetik etkileşimdi. Ancak dışarıdan bakıldığında yerçekimine hiç benzemiyordu. Üstelik Einstein'ın yerçekimi teorisinin yaratılmasından birkaç on yıl önce, elektromanyetizma Maxwell'in teorisi tarafından başarıyla tanımlanıyordu ve bu teorinin geçerliliğinden şüphe etmek için hiçbir neden yoktu.

Einstein hayatı boyunca doğanın tüm güçlerinin saf geometri temelinde birleşeceği birleşik bir alan teorisi yaratmayı hayal etti. Einstein, genel görelilik teorisini yarattıktan sonra hayatının çoğunu böyle bir şema arayışına adadı. Ancak ironiktir ki, Einstein'ın hayalini gerçekleştirmeye en yakın kişi, 1921'de fiziğin birleştirilmesine yönelik yeni ve beklenmedik bir yaklaşımın temellerini atan az tanınan Polonyalı fizikçi Theodor Kaluza'ydı. inanılmaz cüretkarlığıyla.

20. yüzyılın 30'lu yıllarında zayıf ve güçlü etkileşimlerin keşfedilmesiyle birlikte, yerçekimi ile elektromanyetizmayı birleştirme fikirleri çekiciliğini büyük ölçüde yitirdi. Tutarlı bir birleşik alan teorisinin iki değil dört kuvveti içermesi gerekirdi. Açıkçası, bu, zayıf ve güçlü etkileşimlere ilişkin derinlemesine bir anlayışa ulaşmadan gerçekleştirilemezdi. 1970'lerin sonlarında Büyük Birleşik Teoriler (GUT) ve süper kütle çekiminin getirdiği taze rüzgar sayesinde eski Kaluza-Klein teorisi hatırlandı. "Tozunu attılar, modaya uygun bir şekilde giydirdiler" ve bugüne kadar bilinen tüm etkileşimleri buna dahil ettiler.

GUT'ta teorisyenler üç farklı türde etkileşimi tek bir kavram altında bir araya getirmeyi başardılar; bunun nedeni, her üç etkileşimin de gösterge alanları kullanılarak tanımlanabilmesidir. Gösterge alanlarının ana özelliği soyut simetrilerin varlığıdır, bu sayede bu yaklaşım zarafet kazanır ve geniş olasılıklar açar. Kuvvet alanı simetrilerinin varlığı, bazı gizli geometrilerin tezahürünü oldukça açık bir şekilde gösterir. Kaluza-Klein teorisinin hayata döndürülmesinde ölçüm alanlarının simetrileri somutlaşıyor; bunlar uzayın ek boyutlarıyla ilişkili geometrik simetrilerdir.

Orijinal versiyonda olduğu gibi, uzay-zamana ek uzaysal boyutlar eklenerek etkileşimler teoriye dahil edilmiştir. Ancak artık üç tür etkileşimi barındırmamız gerektiğinden, birkaç ek boyutu da dahil etmemiz gerekiyor. Basitçe GUT'ta yer alan simetri işlemlerinin sayısını saymak, yedi ek uzaysal boyuta sahip bir teoriye yol açar (yani bunların toplam sayı ona ulaşır); zamanı da hesaba katarsak uzay-zamanın toplamda on bir boyutu vardır. [Soldatov V.K. “Büyük Birleşme” Teorisi. – M., Postscript, 2000, s. 69.]

Kuantum fiziği açısından "Büyük Birleşme" teorisinin temel hükümleri

Kuantum fiziğinde her uzunluk ölçeği bir enerji ölçeğiyle (veya eşdeğer kütlelerle) ilişkilendirilir. Üzerinde çalışılan uzunluk ölçeği ne kadar küçük olursa, bunun için gereken enerji de o kadar yüksek olur. Bir protonun kuark yapısını incelemek, protonun kütlesinin en az on katına eşdeğer enerjiler gerektirir. Enerji ölçeğinde önemli ölçüde daha yüksek olan, Büyük Birleşmeye karşılık gelen kütledir. Bugün çok uzakta olduğumuz bu kadar büyük bir kütleye (enerjiye) ulaşmayı başarırsak, o zaman kuarklar ve leptonlar arasındaki farkların silindiği X parçacıkları dünyasını incelemek mümkün olacaktır.

7-kürenin "içerisine" nüfuz etmek ve uzayın ek boyutlarını keşfetmek için ne tür bir enerjiye ihtiyaç vardır? Kaluza-Klein teorisine göre Büyük Birleşme ölçeğinin aşılması ve 10 19 proton kütlesine eşdeğer enerjilere ulaşılması gerekmektedir. Uzayın ek boyutlarının tezahürlerini doğrudan gözlemlemek ancak hayal edilemeyecek kadar büyük enerjilerle mümkün olabilirdi.

Bir protonun 10 19 kütlesindeki bu büyük değere, ilk kez kuantum teorisinin yaratıcısı Max Planck tarafından ortaya atıldığı için Planck kütlesi adı verilmektedir. Planck kütlesine karşılık gelen bir enerjide, doğadaki dört etkileşimin tümü tek bir süper kuvvette birleşecek ve on uzaysal boyut tamamen eşit olacaktır. Eğer konsantre olabilseydim yeterli miktar enerji, “Planck kütlesine ulaşıldığında, uzayın tüm boyutu tüm ihtişamıyla ortaya çıkacaktır.”

Hayal gücünün dizginlerini serbest bırakarak, bir gün insanlığın süper güçler kazanacağı hayal edilebilir. Eğer bu olsaydı, o zaman doğa üzerinde güç kazanırdık, çünkü süper güç sonuçta tüm etkileşimlere ve tüm fiziksel nesnelere yol açar; bu anlamda her şeyin temel ilkesidir. Süper güce sahip olarak uzay ve zamanın yapısını değiştirebilir, boşluğu kendi yolumuzda bükebilir ve maddeyi düzene koyabilirdik. Süper güçleri kontrol ederek, parçacıkları istediğimiz gibi yaratabilir veya dönüştürebilir, maddenin egzotik yeni formlarını üretebiliriz. Hayal bile edilemeyecek özelliklere sahip tuhaf yapay dünyalar yaratarak uzayın boyutunu bile değiştirebiliriz. Gerçekten Evrenin efendileri olurduk!

Peki buna nasıl ulaşılır? Öncelikle yeterli miktarda enerji elde etmek gerekir. Neden bahsettiğimize dair bir fikir edinmek için Stanford'daki 3 km uzunluğundaki doğrusal hızlandırıcının elektronları 20 proton kütlesine eşdeğer enerjilere hızlandırdığını unutmayın. Planck enerjisini elde etmek için, hızlandırıcının 10 18 kat uzatılması, yani Samanyolu büyüklüğüne (yaklaşık yüz bin ışıkyılı) ulaşması gerekir. Böyle bir proje yakın gelecekte hayata geçirilebilecek bir proje değil. [Wheeler J. A. Kuantum ve Evren // Astrofizik, kuantum ve görelilik teorisi, M., 1982, s. 276.]

Büyük Birleşik Teori, enerjinin üç eşiğini veya ölçeğini açıkça birbirinden ayırır. Her şeyden önce bu, neredeyse 90 proton kütlesine eşdeğer olan Weinberg-Salam eşiğidir; bunun üzerinde elektromanyetik ve zayıf etkileşimler tek bir elektrozayıf etkileşim halinde birleşir. 10 14 proton kütlesine karşılık gelen ikinci ölçek, Büyük Birleşimin ve ona dayalı yeni fiziğin karakteristiğidir. Son olarak, 10 19 proton kütlesine eşdeğer olan nihai ölçek - Planck kütlesi - tüm etkileşimlerin tamamen birleşmesine karşılık gelir ve bunun sonucunda dünya şaşırtıcı derecede basitleşir. Çözülemeyen en büyük sorunlardan biri, bu üç ölçeğin varlığının yanı sıra birinci ve ikinci ölçekler arasındaki bu kadar güçlü farkın nedenini açıklamaktır. [Soldatov V.K. “Büyük Birleşme” Teorisi. – M., Postscript, 2000, s. 76.]

Modern teknoloji yalnızca ilk ölçeğe ulaşma yeteneğine sahiptir. Proton bozunması bize verebilir dolaylı araçlarçalışmak fiziksel dünya Büyük birleşik ölçekte, her ne kadar şu anda bırakın Planck kütlesi ölçeğini, bu sınıra doğrudan ulaşma umudu yok gibi görünse de.

Bu, orijinal süper gücün ve uzayın görünmez yedi boyutunun tezahürlerini asla gözlemleyemeyeceğimiz anlamına mı geliyor? Süperiletken süper çarpıştırıcı gibi teknik araçları kullanarak, bilimde başarılabileceklerin ölçeğini hızla yükseltiyoruz. karasal koşullar enerjiler. Ancak insanların yarattığı teknoloji tüm olasılıkları tüketmez; doğanın kendisi de vardır. Evren, temel parçacık fiziği alanındaki en büyük deneyin 18 milyar yıl önce "yürütüldüğü" devasa bir doğal laboratuvardır. Bu deneye Büyük Patlama diyoruz. Daha sonra tartışılacağı gibi, bu ilk olay - çok kısa bir an için de olsa - süper gücün serbest bırakılması için yeterliydi. Ancak görünüşe göre bu, süper gücün hayalet varlığının sonsuza dek iz bırakması için yeterliydi. [Yakushev A. S. Modern doğa biliminin temel kavramları. – M., Fakt-M, 2001, s. 165.]

1896'da Fransız bilim adamı Henri Becquerel uranyumdaki radyoaktiviteyi keşfetti. Bu, daha önce bilinmeyen doğa kuvvetlerine (zayıf etkileşim) ilişkin ilk deneysel sinyaldi. Artık pek çok tanıdık olgunun arkasında zayıf kuvvetin olduğunu biliyoruz; örneğin Güneş'in ve diğer yıldızların ışınımını destekleyen bazı termonükleer reaksiyonlarda rol oynuyor.

Bir yanlış anlaşılma nedeniyle bu etkileşime "zayıf" adı verildi - örneğin bir proton için 1033 kat daha güçlü yerçekimi etkileşimi(bkz. Yerçekimi, Doğanın Bu Birliği). Bu daha ziyade yıkıcı bir etkileşimdir, doğanın maddeyi bir arada tutmayan, yalnızca yok eden tek gücüdür. Buna "ilkesiz" de denebilir, çünkü yıkımda diğer güçler tarafından gözlemlenen uzaysal eşitlik ve zamansal tersine çevrilebilirlik ilkelerini hesaba katmaz.

Zayıf etkileşimin temel özellikleri, esas olarak İtalyan fizikçi E. Fermi'nin çalışmaları sayesinde 1930'larda biliniyordu. Yerçekimi ve elektrik kuvvetlerinin aksine, zayıf kuvvetlerin çok kısa bir etki alanına sahip olduğu ortaya çıktı. O yıllarda, hiçbir hareket yarıçapı yokmuş gibi görünüyordu - etkileşim, uzayın bir noktasında ve üstelik anında gerçekleşti. Bu etkileşim sanaldır (açık kısa zaman) çekirdeğin her protonunu bir nötrona, bir pozitronu bir pozitron ve bir nötrinoya ve her nötronu bir proton, elektron ve antinötrinoya dönüştürür. Kararlı çekirdeklerde (bkz. Atom çekirdeği), bu dönüşümler, elektron-pozitron çiftlerinin veya proton-antiproton çiftlerinin boşlukta sanal olarak yaratılması gibi, sanal olarak kalır.

Yük bakımından farklılık gösteren çekirdeklerin kütleleri arasındaki fark yeterince büyükse, bu sanal dönüşümler gerçek olur ve çekirdek yükünü 1 oranında değiştirerek bir elektron ve bir antinötrino (elektron bozunması) veya bir pozitron ve bir nötrino yayar ( pozitron bozunması). Nötronlar, bir proton ve bir elektronun kütlelerinin toplamını yaklaşık 1 MeV aşan bir kütleye sahiptir. Bu nedenle, serbest bir nötron bir protona, bir elektrona ve bir antinötrinoya bozunarak yaklaşık 1 MeV'lik bir enerji açığa çıkarır. Yaşam süresi serbest nötron yaklaşık 10 dakika olmasına rağmen bağlı durumörneğin bir nötron ve bir protondan oluşan döteronda bu parçacıklar süresiz olarak yaşar.

Benzer bir olay müonda da meydana gelir (bkz. Peptonlar) - bir elektrona, nötrinoya ve antinötrinoya bozunur. Müon bozunmadan önce yaklaşık c kadar yaşar; yani bir nötrondan çok daha az. Fermi'nin teorisi bunu ilgili parçacıkların kütlelerindeki farklılıkla açıkladı. Çürüme sırasında ne kadar fazla enerji açığa çıkarsa o kadar hızlı gider. Bozunma sırasında açığa çıkan enerji yaklaşık 100 MeV'dir; bu, bir nötronun bozunması sırasındaki enerjiden yaklaşık 100 kat daha fazladır. Bir parçacığın ömrü bu enerjinin beşinci kuvveti ile ters orantılıdır.

ortaya çıktığı gibi son on yıllar zayıf etkileşim yerel değildir, yani anında veya bir noktada gerçekleşmez. Modern teoriye göre zayıf etkileşim anında iletilmiyor, müonun nötrinoya dönüşmesinden sonra sanal bir elektron-antinötrino çifti doğuyor ve bu da cm uzaklıkta gerçekleşmiyor. Elbette bu kadar küçük bir mesafeyi ölçün, tıpkı hiçbir kronometrenin bu kadar küçük bir zaman aralığını ölçemeyeceği gibi. Neredeyse her zaman olduğu gibi, modern fizik dolaylı verilerle yetinmeliyiz. Fizikçiler inşa ediyor çeşitli hipotezler sürecin mekanizması hakkında bilgi edinin ve bu hipotezlerin olası tüm sonuçlarını kontrol edin. En az bir güvenilir deneyle çelişen hipotezler atılır ve geri kalanları test etmek için yeni deneyler yapılır. Zayıf etkileşim durumunda bu süreç, fizikçiler zayıf etkileşimin protondan 100 kat daha ağır olan süper kütleli parçacıklar tarafından taşındığına ikna olana kadar yaklaşık 40 yıl devam etti. Bu parçacıkların spini 1'dir ve denir. vektör bozonları(1983'te CERN, İsviçre - Fransa'da keşfedildi).

İki yüklü vektör bozonu ve bir nötr bozonu vardır (her zamanki gibi üstteki simge yükü proton birimi cinsinden gösterir). Yüklü bir vektör bozonu, nötron ve müonun bozunmalarında “çalışır”. Müon bozunmasının seyri Şekil 2'de gösterilmektedir. (yukarıda, sağda). Bu tür çizimlere Feynman diyagramları denir; bunlar yalnızca süreci göstermekle kalmaz, aynı zamanda hesaplamaya da yardımcı olur. Bu, bir reaksiyonun olasılığı formülünün bir tür kısaltmasıdır; burada yalnızca örnekleme amacıyla kullanılmıştır.

Müon, bir elektrona ve bir antinötrinoya bozunan bir -boson yayan bir nötrinoya dönüşür. Açığa çıkan enerji, -bozonun gerçek doğumu için yeterli değildir, dolayısıyla sanal olarak, yani çok kısa bir süre için doğar. İÇİNDE bu durumda bu s. Bu süre zarfında, -boson'a karşılık gelen alanın bir dalga veya gerçek bir parçacık oluşturacak zamanı yoktur (bkz. Alanlar ve parçacıklar). Cm büyüklüğünde bir alan pıhtısı oluşur ve c'den sonra ondan bir elektron ve bir antinötrino doğar.

Bir nötronun bozunması için de aynı diyagramı çizmek mümkün olabilir ama burada zaten bizi yanıltmış olur. Gerçek şu ki, bir nötronun boyutu cm'dir, yani 1000 katıdır. yarıçaptan daha büyük zayıf kuvvetlerin eylemleri. Dolayısıyla bu kuvvetler kuarkların bulunduğu nötronun içinde etki eder. Üç nötron kuarktan biri bir -bozon yayar ve başka bir kuarka dönüşür. Bir nötrondaki kuarkların yükleri: -1/3, -1/3 ve dolayısıyla iki kuarktan biri negatif yük-1/3'ü bir kuarkın içine girer pozitif yük. Sonuç, birlikte bir proton oluşturan 1/3, 2/3, 2/3 yüklü kuarklar olacaktır. Reaksiyon ürünleri (elektron ve antinötrino) protondan serbestçe uçar. Ama bu -bozon yayan bir kuark. Geri tepmeyi aldı ve taşınmaya başladı ters yön. Neden uçup gitmiyor?

Güçlü bir etkileşimle bir arada tutulur. Bu etkileşim, kuarkı iki ayrılmaz arkadaşıyla birlikte taşıyacak ve hareket eden bir protonla sonuçlanacaktır. İle benzer şema geri kalan hadronlarda zayıf bozunumlar (zayıf etkileşimlerle ilişkili) meydana gelir. Bunların hepsi, kuarklardan biri tarafından bir vektör bozonunun emisyonu, bu vektör bozonunun leptonlara (ve -parçacıklara) dönüşümü ve reaksiyon ürünlerinin daha da genişlemesi ile özetlenir.

Ancak bazen hadronik bozunmalar da meydana gelir: Bir vektör bozonu, mezonlara dönüşecek olan bir kuark-antikuark çiftine bozunabilir.

Bu yüzden, büyük sayı çeşitli reaksiyonlar kuarkların ve leptonların vektör bozonlarla etkileşimine gelir. Bu etkileşim evrenseldir, yani kuarklar ve leptonlar için de aynıdır. Yerçekimi veya elektromanyetik etkileşimin evrenselliğinin tersine, zayıf etkileşimin evrenselliği henüz kapsamlı bir açıklama alamamıştır. İÇİNDE modern teoriler zayıf etkileşim elektromanyetik etkileşimle birleştirilir (bkz. Doğa güçlerinin birliği).

Zayıf etkileşim nedeniyle simetrinin bozulması hakkında bkz. Parite, Nötrinolar. Doğa Güçlerinin Birliği makalesi, mikro dünya resminde zayıf güçlerin yeri hakkında konuşuyor

Zayıf etkileşim

Güçlü etkileşim

Güçlü etkileşim kısa sürelidir. Etki aralığı yaklaşık 10-13 cm'dir.

Güçlü etkileşimlere katılan parçacıklara hadron denir. Sıradan kararlı bir maddede çok fazla değil yüksek sıcaklık güçlü etkileşim herhangi bir sürece neden olmaz. Rolü, çekirdeklerdeki nükleonlar (protonlar ve nötronlar) arasında güçlü bir bağ oluşturmaktır. Bağlanma enerjisi nükleon başına ortalama 8 MeV civarındadır. Ayrıca çekirdeklerin veya nükleonların yeterli miktarda çarpışması durumunda yüksek enerji(yüzlerce MeV mertebesinde), güçlü etkileşim çok sayıda nükleer reaksiyonlar: çekirdeklerin bölünmesi, bazı çekirdeklerin diğerlerine dönüşümü vb.

Birkaç yüz MeV mertebesindeki çarpışan nükleonların enerjilerinden başlayarak, güçlü etkileşim P-mezonların üretimine yol açar. Daha da yüksek enerjilerde, K-mezonlar ve hiperonlar ile birçok mezon ve baryon rezonansı doğar (rezonanslar, hadronların kısa ömürlü uyarılmış durumlarıdır).

Aynı zamanda tüm parçacıkların güçlü bir etkileşim yaşamadığı ortaya çıktı. Böylece protonlar ve nötronlar bunu yaşar, ancak elektronlar, nötrinolar ve fotonlar buna maruz kalmaz. Genellikle yalnızca ağır parçacıklar güçlü etkileşimlere katılır.

Teorik açıklama Güçlü etkileşimin doğasını geliştirmek zordu. Bir atılım ancak 1960'ların başında kuark modelinin önerildiği zaman ortaya çıktı. Bu teoride nötronlar ve protonlar temel parçacıklar olarak değil, kuarklardan oluşan bileşik sistemler olarak kabul edilir.

Güçlü etkileşim kuantumu sekiz gluondur. Gluonlar isimlerini nereden alıyor? İngilizce kelime tutkal (yapıştırıcı), çünkü kuarkların hapsedilmesinden sorumludurlar. Gluonların geri kalan kütleleri sıfırdır. Aynı zamanda, gluonlar renkli bir yüke sahiptirler, bu nedenle birbirleriyle etkileşime girebilmektedirler, dedikleri gibi, kendi kendine etkileşim, bu da doğrusal olmaması nedeniyle güçlü etkileşimi matematiksel olarak tanımlamada zorluklara yol açmaktadır.

Etki aralığı 10-15 cm'den azdır. Zayıf etkileşim, yalnızca güçlü olandan değil, aynı zamanda elektromanyetik olandan da birkaç kat daha zayıftır. Üstelik mikrokozmosta yer çekimi kuvvetinden çok daha güçlüdür.

Zayıf etkileşimlerin neden olduğu ilk keşfedilen ve en yaygın süreç radyoaktif b bozunumuçekirdekler.
ref.rf'de yayınlandı
Bu tip radyoaktivite 1896 yılında A.A. Becquerelem. Radyoaktif elektronun /b - -/ bozunması sürecinde, nötronlardan biri / N/ atom çekirdeği protona dönüşür / R/ elektron emisyonlu / e-/ ve elektron antinötrino //:

n ® p + e-+

Pozitronik /b + -/ bozunum sürecinde aşağıdaki geçiş meydana gelir:

p® n + e++

1934 yılında E. Fermi tarafından oluşturulan ilk b-bozunumu teorisinde, bu olguyu açıklamak için geçişe neden olan özel bir tür kısa menzilli kuvvetlerin varlığına dair hipotezi ortaya koymak gerekiyordu.

n ® p + e-+

Daha sonraki araştırmalar Fermi'nin ortaya koyduğu etkileşimin evrensel bir karaktere sahip olduğunu gösterdi.
ref.rf'de yayınlandı
Kütleleri ve seçim kuralları aşağıdakilere göre olan tüm kararsız parçacıkların bozunmasına neden olur. kuantum sayıları güçlü veya elektromanyetik etkileşim nedeniyle çürümelerine izin vermeyin. Zayıf etkileşim, fotonlar dışındaki tüm parçacıkların doğasında vardır. 100 MeV düzeyindeki enerjilerdeki zayıf etkileşim süreçlerinin karakteristik süresi, güçlü etkileşimin karakteristik süresinden 13-14 kat daha uzundur.

Zayıf etkileşim kuantumu üç bozondur - W + , W - , Z°- bozonları. Üst simgeler bu kuantumların elektrik yükünün işaretini gösterir. Zayıf etkileşim kuantumlarının önemli bir kütleye sahip olması, zayıf etkileşimin çok kısa mesafelerde kendini göstermesine yol açmaktadır.

Şunu da hesaba katmak gerekir ki, bugün zaten birleşik teori zayıf ve elektromanyetik etkileşimler birleştirilir. Bir numara var teorik şemalar Her türlü etkileşim için birleşik bir teori yaratma girişiminde bulunulduğu. Ancak bu şemalar henüz deneysel olarak test edilebilecek kadar geliştirilmemiştir.

26. Yapısal fizik. Doğanın tanımlanması ve açıklanmasına bütüncül yaklaşım. İndirgemecilik

Yapısal fiziğin nesneleri maddenin yapısının unsurlarıdır (örneğin, moleküller, atomlar, temel parçacıklar) ve daha fazlası karmaşık eğitim onlardan. Bu:

1) plazma - moleküllerin veya atomların önemli bir kısmının iyonize olduğu bir gazdır;

2) kristaller- Bu katılar atomların veya moleküllerin düzenli bir şekilde düzenlendiği ve periyodik olarak tekrarlanan bir yapı oluşturduğu iç yapı;

3) sıvılar- Bu fiziksel durum maddeler, katı hal (hacimin korunması, belirli bir gerilme mukavemeti) ve gaz halindeki durumun (şekil değişkenliği) özelliklerini birleştirir.

Sıvı şu şekilde karakterize edilir:

a) parçacıkların (moleküller, atomlar) düzenlenmesinde kısa menzilli düzen;

b) termal hareketin kinetik enerjisindeki küçük fark ve bunların potansiyel enerji etkileşimler.

4) yıldızlar,ᴛ.ᴇ. parlayan gaz (plazma) topları.

Seçerken yapısal denklemler maddeler aşağıdaki kriterleri kullanır:

Uzamsal boyutlar: aynı seviyedeki parçacıklar aynı düzeyde uzamsal boyutlara sahiptir (örneğin, tüm atomların boyutları 10-8 cm civarındadır);

Süreç süresi: Bir seviyede yaklaşık olarak aynı büyüklüktedir;

Aynı seviyedeki nesneler aynı elementlerden oluşur (örneğin, tüm çekirdekler protonlardan ve nötronlardan oluşur);

Bir düzeydeki süreçleri açıklayan yasalar, başka bir düzeydeki süreçleri açıklayan yasalardan niteliksel olarak farklıdır;

Farklı seviyelerdeki nesnelerin temel özellikleri farklılık gösterir (örneğin, tüm atomlar elektriksel olarak nötrdür ve tüm çekirdekler pozitif elektrik yüklüdür).

Yeni yapı düzeyleri ve maddenin halleri keşfedildikçe, yapısal fiziğin nesne alanı genişliyor.

Belirli bir çözümü çözerken dikkate alınması gerekir. fiziksel problemler Yapının, etkileşimin ve hareketin açıklanmasına ilişkin sorular yakından iç içe geçmiş durumdadır.

Yapısal fiziğin temelinde doğayı tanımlamaya ve açıklamaya yönelik parçacıksal bir yaklaşım vardır.

Atomun bedenin son ve bölünmez parçacığı olduğu düşüncesi ilk kez 19. yüzyılda ortaya çıktı. Antik Yunanistan Leukippos-Demokritos okulunun doğal felsefi öğretileri çerçevesinde. Bu görüşe göre dünyada yalnızca boşlukta hareket eden atomlar vardır. Eski atomcular maddenin sürekliliğinin açık olduğunu düşünüyorlardı. Farklı atom kombinasyonları farklı görünür cisimler oluşturur. Bu hipotez deneysel verilere dayanmıyordu. O sadece harika bir tahmindi. Ancak gelecek yüzyıllar boyunca her şeyi belirledi. daha fazla gelişme doğa bilimleri.

Atom Hipotezi bölünmez parçacıklar Maddeler, doğa bilimlerinde, özellikle de fizik ve kimyada, ampirik olarak belirlenmiş bazı yasaları açıklamak için yeniden canlandırıldı (örneğin, Boyle-Mariotte ve Gay-Lussac yasaları). ideal gazlar, termal genleşme tel, vb.). Aslında Boyle-Mariotte yasası bir gazın hacminin basıncıyla ters orantılı olduğunu belirtir ancak bunun neden böyle olduğunu açıklamaz. Aynı şekilde bir cisim ısıtıldığında boyutu da artar. Peki bu genişlemenin nedeni nedir? Maddenin kinetik teorisinde bu ve deneysel olarak oluşturulan diğer modeller atom ve moleküllerin yardımıyla açıklanmaktadır.

Nitekim maddenin kinetik teorisinde hacminin artmasıyla birlikte gaz basıncında doğrudan gözlenen ve ölçülebilir azalma, onu oluşturan atom ve moleküllerin serbest yolunun artmasıyla açıklanmaktadır. Bunun sonucunda gazın kapladığı hacim artar. Benzer şekilde maddenin kinetik teorisinde cisimlerin ısıtıldığında genleşmesi bir artışla açıklanır. ortalama hız hareketli moleküller

Hangi özelliklere ilişkin açıklamalar karmaşık maddeler veya cisimleri daha basit elemanlarının özelliklerine indirgemeye çalışırlar veya bileşenler, isminde indirgemecilik. Bu analiz yöntemi, doğa bilimlerindeki geniş bir problem sınıfını çözmeyi mümkün kıldı.

kadar XIX sonu V. Atomun maddenin en küçük, bölünmez, yapısız parçacığı olduğuna inanılıyordu. Aynı zamanda elektron ve radyoaktivite konusundaki keşifler bunun böyle olmadığını gösterdi. ortaya çıkar gezegen modeli Rutherford atomu. Daha sonra yerini N. Bora modeli aldı. Ancak daha önce olduğu gibi fizikçilerin düşünceleri tüm çeşitliliği azaltmayı amaçlıyor. karmaşık özellikler bedenler ve doğal olaylar basit özellikler az sayıda birincil parçacık. Daha sonra bu parçacıklara ad verildi. temel. Şimdi toplam sayıları 350'yi aşıyor. Bu nedenle, bu tür parçacıkların tümüne, başka elementler içermeyen, gerçekten temel denilmesi pek olası değildir. Bu inanç kuarkların varlığı hipoteziyle güçlenmektedir. Buna göre bilinen temel parçacıklar kesirli elektrik yüklü parçacıklardan oluşur. Onlar denir kuarklar.

Temel parçacıkların katıldığı etkileşim türüne göre foton hariç tümü iki gruba ayrılır:

1) hadronlar. Güçlü etkileşimin varlığı ile karakterize olduklarını söylemeye değer. Üstelik zayıf ve elektromanyetik etkileşimlere de katılabilirler;

2) leptonlar. Οʜᴎ yalnızca elektromanyetik ve zayıf etkileşimlere katılır;

Ömürlerine göre ayırt edilirler:

a) kararlı temel parçacıklar. Bunlar elektron, foton, proton ve nötrinodur;

b) yarı kararlı. Bunlar elektromanyetik ve zayıf etkileşimler nedeniyle bozunan parçacıklardır. Örneğin + ® m + +'ya;

c) kararsız. Örneğin, güçlü etkileşim nedeniyle Οʜᴎ bozunması, nötron.

Temel parçacıkların elektrik yükleri, elektronun doğasında bulunan en küçük yükün katlarıdır. Aynı zamanda, temel parçacıklar parçacık çiftlerine ayrılır - antipartikül, örneğin e - - e + (hepsi aynı özelliklere sahiptir ve elektrik yükünün işaretleri zıttır). Elektriksel olarak nötr parçacıkların aynı zamanda antiparçacıkları da vardır, örneğin: P -,- .

Bu yüzden, atomistik kavram maddenin ayrık yapısı fikrine dayanır. Atomik yaklaşım, fiziksel bir nesnenin özelliklerini, belirli bir biliş aşamasında bölünmez olarak kabul edilen en küçük parçacıklarının özelliklerine dayanarak açıklar. Tarihsel olarak bu tür parçacıklar önce atom, sonra temel parçacık ve şimdi de kuark olarak tanındı. Bu yaklaşımın zorluğu, karmaşık olanın tamamen basit olana indirgenmesidir, bu da aralarındaki niteliksel farklılıkları hesaba katmaz.

Yirminci yüzyılın ilk çeyreğinin sonuna kadar, makro ve mikro kozmosun yapısının birliği fikri, mekanik olarak, yasaların tam özdeşliği ve her ikisinin yapısının tam benzerliği olarak anlaşıldı.

Mikro parçacıklar makro cisimlerin minyatür kopyaları olarak yorumlandı, ᴛ.ᴇ. Gezegensel yörüngelere tamamen benzeyen hassas yörüngelerde hareket eden son derece küçük toplar (parçacıklar) gibi; tek fark, gök cisimleri yerçekimi etkileşimi kuvvetleriyle ve mikropartiküller elektriksel etkileşim kuvvetleriyle bağlanır.

Elektronun keşfinden (Thomson, 1897 ᴦ.), kuantum teorisinin yaratılmasından (Planck, 1900 ᴦ.), foton kavramının tanıtılmasından (Einstein, 1905 ᴦ.) sonra atom doktrini kazanıldı. yeni karakter.
ref.rf'de yayınlandı
Ayrıklık fikri, elektrik ve ışık fenomenleri alanına, enerji kavramına kadar genişletildi (19. yüzyılda enerji doktrini, devletin sürekli miktarları ve işlevleri hakkındaki fikirlerin alanı olarak hizmet ediyordu). Modernin en önemli özelliği atom doktrini eylemin atomizmini oluşturur. Bunun nedeni, çeşitli mikro nesnelerin hareketinin, özelliklerinin ve durumlarının kuantizasyona uygun olmasıdır, ᴛ.ᴇ. şeklinde ifade edilir ayrık miktarlar ve ilişkiler. Yeni atomizm tanır göreceli stabilite Her ayrı madde türü, niteliksel kesinliği, doğal olayların bilinen sınırları içindeki göreli bölünmezliği ve dönüştürülemezliği. Örneğin bazılarına bölünebilme fiziksel yollarla, atom kimyasal olarak bölünemez, ᴛ.ᴇ. V kimyasal süreçler bütün, bölünmez bir şeymiş gibi davranır. Kimyasal olarak atomlara bölünebilen molekül, termal hareket halindedir (en fazla bilinen sınırlar) bir bütün olarak, bölünemez vb. davranır.

Yeni atomizm kavramında özellikle önemli olan, herhangi bir ayrı madde türünün birbirine dönüştürülebilirliğinin tanınmasıdır.

Farklı seviyeler yapısal organizasyon fiziksel gerçeklik(kuarklar, mikro parçacıklar, çekirdekler, atomlar, moleküller, makro cisimler, mega sistemler) kendine özgü özelliklere sahiptir. fiziksel yasalar. Ancak incelenen olgu, incelenen olgudan ne kadar farklı olursa olsun klasik fizik tüm deneysel veriler kullanılarak tanımlanmalıdır. klasik kavramlar. İncelenen mikro nesnenin davranışının tanımı ile ölçüm cihazlarının hareketinin tanımı arasında temel bir fark vardır. Bu, ölçüm cihazlarının hareketinin prensip olarak dilde tanımlanması gerektiği gerçeğinin sonucudur. klasik fizik ve incelenen nesne bu dille tanımlanamayabilir.

Açıklamaya bütüncül yaklaşım fiziksel olaylar ve süreçler, etkileşim fiziğinin ortaya çıkışından bu yana daima süreklilik yaklaşımıyla birleştirilmiştir. Alan kavramı ve fiziksel etkileşimdeki rolünün açıklanmasıyla ifade edildi. Alanın belirli türdeki parçacıkların akışı olarak temsili ( kuantum teorisi alanlar) ve herhangi birine atıf fiziksel nesne dalga özellikleri(Louis de Broglie'nin hipotezi) fiziksel olayların analizine yönelik bu iki yaklaşımı bir araya getirdi.

Zayıf etkileşim - kavram ve türleri. "Zayıf etkileşim" kategorisinin sınıflandırılması ve özellikleri 2017, 2018.

Zayıf etkileşim.

Fizik, zayıf etkileşimin varlığını belirlemeye doğru yavaş yavaş ilerledi. Zayıf etkileşim parçacık bozunumlarından sorumludur. Bu nedenle, radyoaktivitenin keşfi ve beta bozunması çalışmaları sırasında bunun tezahürüne rastlanmıştır (bkz. 8.1.5).

Beta bozunması bulundu en yüksek derece garip özellik. Görünüşe göre bu çürümede enerjinin korunumu yasası ihlal edilmiş, enerjinin bir kısmı bir yerlerde kaybolmuştu. W. Pauli, enerjinin korunumu yasasını "kurtarmak" için, beta bozunması sırasında elektronla birlikte başka bir parçacığın eksik enerjiyi de alarak uçtuğunu öne sürdü. Nötrdür ve alışılmadık derecede yüksek bir nüfuz etme kabiliyetine sahiptir, bu nedenle gözlemlenememektedir. E. Fermi görünmez parçacığa “nötrino” adını verdi.

Ancak nötrinoları tahmin etmek sorunun, formülasyonunun yalnızca başlangıcıdır. Nötrinoların doğasını açıklamak gerekliydi; burada pek çok gizem kaldı. Gerçek şu ki, elektronlar ve nötrinolar kararsız çekirdekler tarafından yayılıyor, ancak çekirdeklerin içinde bu tür parçacıkların olmadığı biliniyordu. Nasıl ortaya çıktılar? Çekirdeğe dahil olan nötronların, kendi hallerine bırakılarak birkaç dakika sonra proton, elektron ve nötrinoya bozunduğu ortaya çıktı. Bu kadar parçalanmaya hangi güçler sebep oluyor? Analiz şunu gösterdi bilinen kuvvetler böyle bir parçalanmaya neden olamaz. Görünüşe göre, bazı "zayıf etkileşime" karşılık gelen, bilinmeyen başka bir kuvvet tarafından üretilmişti.

Zayıf etkileşim, yerçekimi etkileşimi dışındaki tüm etkileşimlerden büyüklük olarak çok daha küçüktür. Bulunduğu yerde etkileri elektromanyetik ve güçlü etkileşimlerin gölgesinde kalır. Ayrıca zayıf etkileşim çok küçük mesafelere yayılmaktadır. Zayıf etkileşimin yarıçapı çok küçüktür (10-16 cm). Bu nedenle sadece makroskobik değil, hatta etkileyemez. atom nesneleri ve sınırlıdır atom altı parçacıklar. Ayrıca elektromanyetik ve güçlü etkileşimlerle karşılaştırıldığında zayıf etkileşim son derece yavaştır.

Birçok kararsız nükleer altı parçacığın çığ benzeri keşfi başladığında, çoğunun zayıf etkileşimlere katıldığı keşfedildi. Zayıf etkileşim doğada çok önemli bir rol oynar önemli rol. öyle ayrılmaz parça Güneş'teki termonükleer reaksiyonlar, yıldızlar, pulsarların sentezini sağlayan patlamalar süpernovalar, sentez kimyasal elementler yıldızlarda vb.

Zayıf etkileşim

Fizik, zayıf etkileşimin varlığını belirlemeye doğru yavaş yavaş ilerledi. Parçacık bozunumlarından zayıf kuvvet sorumludur; ve bu nedenle tezahürü, radyoaktivitenin keşfi ve beta bozunmasının incelenmesiyle karşı karşıya kaldı.

Beta bozunması son derece garip bir özelliği ortaya çıkardı. Araştırmalar, bu çürümenin fiziğin temel yasalarından biri olan enerjinin korunumu yasasını ihlal ettiği sonucuna vardı. Enerjinin bir kısmı bir yerlerde kayboluyormuş gibi görünüyordu. W. Pauli, enerjinin korunumu yasasını "kurtarmak" için, beta bozunması sırasında elektronla birlikte başka bir parçacığın eksik enerjiyi de alarak uçtuğunu öne sürdü. Nötrdür ve alışılmadık derecede yüksek bir nüfuz etme kabiliyetine sahiptir, bu nedenle gözlemlenememektedir. E. Fermi görünmez parçacığa “nötrino” adını verdi.

Ancak nötrinoları tahmin etmek sorunun, formülasyonunun yalnızca başlangıcıdır. Nötrinoların doğasını açıklamak gerekiyordu ama burada hâlâ pek çok gizem vardı. Gerçek şu ki, elektronlar ve nötrinolar kararsız çekirdekler tarafından yayılıyor. Ancak çekirdeklerin içinde böyle parçacıkların olmadığı reddedilemez bir şekilde kanıtlanmıştır. Oluşumlarıyla ilgili olarak, elektronların ve nötrinoların çekirdekte “hazır formda” bulunmadığı, bir şekilde radyoaktif çekirdeğin enerjisinden oluştuğu öne sürüldü. Daha ileri araştırmalar, çekirdeğe dahil edilen nötronların, kendi hallerine bırakıldıklarında, birkaç dakika sonra proton, elektron ve nötrinoya bozunduklarını gösterdi. bir parçacık yerine üç yeni parçacık ortaya çıkıyor. Analiz, bilinen kuvvetlerin böyle bir parçalanmaya neden olamayacağı sonucuna vardı. Görünüşe göre bilinmeyen başka bir güç tarafından üretilmiş. Araştırmalar bu kuvvetin bazı zayıf etkileşimlere karşılık geldiğini göstermiştir.

Zayıf etkileşim, kütleçekim etkileşimi dışındaki tüm etkileşimlerden büyüklük olarak önemli ölçüde daha küçüktür ve mevcut olduğu sistemlerde etkileri, elektromanyetik ve güçlü etkileşimlerin gölgesinde kalır. Ayrıca zayıf etkileşim çok küçük mesafelere yayılır. Zayıf etkileşimin yarıçapı çok küçüktür. Zayıf etkileşim, kaynaktan 10-16 cm'den daha büyük bir mesafede durur ve bu nedenle makroskobik nesneleri etkileyemez, ancak mikrokozmos, atom altı parçacıklarla sınırlıdır. Birçok kararsız nükleer altı parçacığın çığ benzeri keşfi başladığında, çoğunun zayıf etkileşimlere katıldığı keşfedildi.

Güçlü etkileşim

Temel etkileşimler serisinin sonuncusu, muazzam bir enerji kaynağı olan güçlü etkileşimdir. En tipik örnek güçlü etkileşimle açığa çıkan enerji - Güneş. Güneşin ve yıldızların derinliklerinden sürekli akıyor termonükleer reaksiyonlar güçlü etkileşimden kaynaklanmaktadır. Ancak insan aynı zamanda güçlü etkileşimi serbest bırakmayı da öğrendi: yaratıldı hidrojen bombası kontrollü termonükleer reaksiyon teknolojileri tasarlanmış ve geliştirilmiştir.

Fizik, atom çekirdeğinin yapısının incelenmesi sırasında güçlü etkileşimin varlığı fikrine geldi. Bir miktar kuvvetin, pozitif yüklü protonları çekirdekte tutması ve elektrostatik itmenin etkisi altında uçup gitmelerini önlemesi gerekir. Yerçekimi bunu sağlayamayacak kadar zayıftır; Açıkçası, elektromanyetikten daha güçlü bir tür etkileşim gereklidir. Daha sonra keşfedildi. Güçlü etkileşimin büyüklüğü bakımından diğerlerini önemli ölçüde aşmasına rağmen ortaya çıktı temel etkileşimler, ancak çekirdeğin dışında hissedilmez. Zayıf etkileşim durumunda olduğu gibi etki alanı yeni güççok küçük olduğu ortaya çıktı: güçlü etkileşim, çekirdeğin büyüklüğüne göre belirlenen bir mesafede kendini gösterir; yaklaşık 10-13 cm. Ayrıca tüm parçacıkların güçlü etkileşim yaşamadığı ortaya çıktı. Böylece protonlar ve nötronlar bunu yaşar, ancak elektronlar, nötrinolar ve fotonlar buna maruz kalmaz. Genellikle yalnızca ağır parçacıklar güçlü etkileşimlere katılır. Çekirdeklerin oluşumundan ve temel parçacıkların birçok etkileşiminden sorumludur.

Güçlü etkileşimin doğasına ilişkin teorik açıklamayı geliştirmek zor olmuştur. Bir atılım ancak 60'ların başında kuark modelinin önerildiği zaman ortaya çıktı. Bu teoride nötronlar ve protonlar temel parçacıklar olarak değil, kuarklardan oluşan bileşik sistemler olarak kabul edilir.

Böylece temel olarak fiziksel etkileşimler uzun menzilli ve kısa menzilli kuvvetler arasındaki fark açıkça görülmektedir. Bir yanda sınırsız yarıçaplı etkileşimler (yerçekimi, elektromanyetizma), diğer yanda küçük yarıçaplı (güçlü ve zayıf) etkileşimler. Dünya fiziksel süreçler Bu iki kutbun sınırları içinde ortaya çıkar ve son derece küçük ve son derece büyük olanın birliğinin somutlaşmış halidir - mikrokozmosta kısa menzilli eylem ve Evren boyunca uzun vadeli eylem.