Мир элементарных частиц

Во второй половине XX в. физики, имели дело с изучением фундаментальной структуры материи, получили поистине удивительные результаты. Было открыто много новых субатомных частиц. их обычно называют элементарными частицами, но далеко не все среди них есть действительно элементарными. Многие из них, в свою очередь, состоят из еще более элементарных частиц.

Новые частицы, как правило, открывают в реакциях рассеяния уже известных частиц. Для этого сталкивают частицы с как можно большими энергиями, а затем исследуют продукты их взаимодействия и фрагменты, на которые распались вновь частицы. До 50-х pp. основным источником первичных частиц были космические лучи, а в наше время - ускорители, которые создают интенсивные пучки частиц с высокими энергиями.

Мир субатомных частиц поистине разнообразен. Среди них и "кирпичики", из которых построена вещество: протоны и нейтроны, составляющие атомные ядра, а также электроны, вращающиеся вокруг ядер. Но есть и такие частицы, которые в веществе, что нас окружает, практически не встречаются - резонансы. Время их жизни - маленькие доли секунды. По истечении этого чрезвычайно короткого промежутка времени они распадаются на обычные частицы. Таких нестабильных частиц с коротким периодом существования очень много: их известно уже более трехсот.

В 50-70-е pp. физики были фактически озадачены многочисленностью, риноманитнистю и необычностью недавно открытых субатомных частиц. Если в конце 40-х pp. было известно 15 элементарных частиц, то в конце 70-х pp. их было около четырехсот. Совершенно непонятно, для чего столько частиц. Есть элементарные частицы хаотическими и случайными обломками материи или, возможно, по взаимодействиями этих частиц скрывается четкий порядок, указывает на существование фундаментальной структуры субъядерными мира? Развитие физики в последующие десятилетия показал, что такая структура, несомненно, существует. Мира субатомных частиц присущи объективные закономерности и глубокий структурный порядок. В основе этого порядка - фундаментальные физические взаимодействия.

Фундаментальные физические взаимодействия

Гравитация

В своей повседневной жизни человек сталкивается с большим количеством сил, действующих на тела: сила ветра или потока воды; давление воздуха; мощный выброс химических веществ, которые вызывают взрыв; мускульная сила человека; вес предметов; давление квантов света; притяжения и отталкивания электрических зарядов; сейсмические волны, вызывающие подчас катастрофические разрушения; вулканические извержения, которые приводили к гибели цивилизаций; и т.д. Одни силы действуют непосредственно при контакте с телом, другие, например гравитация, действуют на расстоянии, через пространство. Но, как выяснилось в результате развития естествознания, несмотря на такое большое разнообразие, все действующие в природе силы можно свести к четырем фундаментальным взаимодействиям. Именно эти взаимодействия в конечном итоге ответственность за все изменения в мире, именно они являются источником всех материальных преобразований тел, процессов. Каждая из четырех фундаментальных взаимодействий подобная трех других и в то же время имеет свои отличия. Изучение свойств фундаментальных взаимодействий является главной задачей современной физики.

Гравитация первой из четырех фундаментальных взаимодействий стала предметом научного исследования. Создана в XVII в. ньютоновская теория гравитации (закон всемирного тяготения) позволила впервые осознать истинную роль гравитации как силы природы.

Гравитация имеет ряд особенностей, отличающих ее от других фундаментальных взаимодействий. Наиболее необычной особенностью гравитации является ее малая интенсивность. Гравитационное взаимодействие протона с электроном в 1 039 раз меньше силы их электрического взаимодействия. Если бы размеры атома водорода определялись гравитацией, а не взаимодействием между электрическими зарядами, то радиус ниже (ближайшей к ядру) орбиты электрона превышающий радиус доступной для наблюдения части Вселенной. Как может такая слабое взаимодействие быть господствующей силой во Вселенной?

Все дело во второй необычной черте гравитации - в ее универсальности. Ничто во Вселенной не может избежать гравитации. Каждая частица испытывает действия гравитации и сама является источником гравитации, вызывает гравитационное притяжение. Гравитация возрастает по мере образования все больших скоплений вещества. И хотя притяжения одного атома ничтожно малое, но совокупная сила притяжения со стороны всех атомов может быть значительной. Это проявляется и в повседневной жизни: мы ощущаем гравитацию потому, что все атомы Земли совместно привлекают нас. Зато в микромире роль гравитации очень незначительна. Никакие квантовые эффекты в гравитации пока не доступны для наблюдения.

Кроме того, гравитация - дальнодействующих сила природы. Это означает, что, хотя интенсивность гравитационного взаимодействия уменьшается с расстоянием, она распространяется в пространстве и может сказываться на очень удаленных от источника телах. В астрономическом масштабе гравитационное взаимодействие, как правило, играет главную роль. Благодаря силе дальнодействия гравитация удерживает Вселенную от распада на две части: она удерживает планеты на орбитах, звезды в галактиках, галактики в скоплениях, скопления в Метагалактике.

Сила гравитации, действующей между частицами, всегда является силой притяжения: она стремится сблизить частицы. Гравитационное отталкивание не выявлен.

Пока еще нет однозначного ответа на вопрос, что такое гравитация - некоторое поле, искривление лростору-времени или то и другое вместе. На этот счет существуют разные мнения и концепции. Поэтому нет и завершенной теории квантово-гравитационного взаимодействия.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >