Основные характерные особенности квантово-полевой картины мира
1. В рамках квантово-полевой картины мира сложились квантово-полевые представления о материи. Материя обладает корпускулярными и волновыми свойствами, т.е. каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы.
2. Картина физической реальности в квантовой механике двупланова: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта; с другой стороны – условия наблюдения (метод познания), от которых зависит определенность этих характеристик.
3. При описании объектов используются два класса понятий: пространственно-временные и энергетически импульсные. Первые дают кинематическую картину движения, вторые – динамическую (причинную). Пространство-время и причинность относительны и зависимы.
4. Движение частный случай физического взаимодействия. Фундаментальные физические взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия конечна и не превышает скорости света.
5. Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде статистических законов.
6. Фундаментальные положения квантовой теории: принцип неопределенности и принцип дополнительности.
Вопрос. Фундаментальные физические взаимодействия
|
|
|
Физические взаимодействия - это такие взаимодействия, при которых взаимодействующие объекты сохраняют свою целостность, но могут изменять взаимоположение и состояние.
Физические взаимодействия изучаются:
- на уровне макромира - механикой, молекулярной физикой и термодинамикой;
- на уровне атома - электромагнетизмом;
- на внутриатомном уровне и уровне элементарных частиц - квантовой механикой.
Исходя из структуры и уровня физических взаимодействий можно провести логически обоснованную классификацию отраслей физики, начинающихся с механики и заканчивающихся квантовой механикой.
Известны 4 основных физических взаимодействия, которые определяют структуру всего окружающего мира:
- сильные;
- электромагнитные;
- слабые;
- гравитационные.
Сильные взаимодействия происходят на уровне атомных ядер и представляет собой взаимное притяжение их составных частей. Действует на расстояниях порядка 10-13 см. Одно из проявлений сильных взаимодействий - ядерные силы. Сильные взаимодействия открыты Э. Резерфордом в 1911г. одновременно с открытием атомного ядра. Согласно гипотезе Юкавы, сильные взаимодействия состоят в испускании промежуточной частицы - переносчика ядерных сил. Это пи-мезон с массой, в 6 раз меньше массы нуклона, и найденные позже другие мезоны. Сильное взаимодействие вызывает процессы, протекающие с наибольшей интенсивностью, и приводит к самой сильной связи частиц (например, протонов и нейтронов в ядре атома). Сильное взаимодействие происходит на уровне атомных ядер и представляет собой взаимное притяжение и отталкивание их составных частей. Оно действует на расстоянии порядка 10-13 см. При определенных условиях сильное взаимодействие очень прочно связывает частицы, в результате чего образуются материальные системы с высокой энергией связи - атомные ядра. Именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми, их трудно разрушить.
|
|
|
Электромагнитное взаимодействие в 100-1000 раз слабее сильного, но значительно более дальнодействующее. При нем происходит испускание и поглощение "частиц света" - фотонов. Электромагнитное взаимодействие ответственно за связь электронов с ядрами атомов в молекуле. Процессы, обусловленные электромагнитным взаимодействием, менее интенсивны, чем процессы сильного взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие примерно в тысячу раз слабее сильного, но значительно более дальнодействующее. Взаимодействие такого типа свойственно электрически заряженным частицам. Носителем электромагнитного взаимодействия является не имеющий заряда фотон-квант электромагнитного поля. В процессе электромагнитного взаимодействия электроны и атомные ядра соединяются в атомы, атомы - в молекулы. В определенном смысле это взаимодействие является основным в химии и биологии.
|
|
|
Слабые взаимодействия слабее электромагнитного, но сильнее гравитационного. За счет слабого взаимодействия светит Солнце. При слабых взаимодействиях меняется заряд частиц. Представляет собой не контактное взаимодействие, а осуществляется путем обмена промежуточными тяжелыми частицами - бозонами, аналогичными фотону. Слабое взаимодействие возможно между различными частицами. Оно простирается на расстояние порядка 10-15 – 10-22 см и связано, главным образом, с распадом частиц, например, с происходящими в атомном ядре превращениями нейтрона в протон, электрон и антинейтрино. Согласно современному уровню знаний, большинство частиц нестабильны именно благодаря слабому взаимодействию.
Гравитационное взаимодействие во много раз слабее электромагнитного. Не учитывается в теории элементарных частиц, поскольку на характерных для них расстояниях порядка 10-13 см оно дает чрезвычайно малые эффекты, но может быть существенным на расстояниях порядка 10-33 см. На таких расстояниях начинают проявляться необычные свойства физического вакуума. Сверхтяжелые виртуальные частицы создают вокруг себя заметное гравитационное поле, которое начинает искажать геометрию пространства. Гравитационное взаимодействие - самое слабое, не учитываемое в теории элементарных частиц. Однако на ультрамалых расстояниях (порядка 10-33 см) и при ультрабольших энергиях гравитация вновь приобретает существенное значение, поскольку гравитационное взаимодействие по своей силе становится сравнимым с остальными видами взаимодействия. В космических масштабах гравитационное взаимодействие (тяготение) имеет решающее значение. Радиус его действия не ограничен.
|
|
|
Все 4 взаимодействия необходимы и достаточны для построения разнообразного мира:
- без сильных взаимодействий не существовали бы атомные ядра, а звезды и Солнце не могли бы генерировать за счет ядерной энергии теплоту и свет;
- без электромагнитных взаимодействий не было бы ни атомов, ни молекул, ни макроскопических объектов, а также тепла и света;
- без слабых взаимодействий не были бы возможны ядерные реакции в недрах Солнца и звезд, не происходили бы вспышки сверхновых звезд и необходимые для жизни тяжелые элементы не могли бы распространиться во Вселенной;
- без гравитационного взаимодействия не только не было бы галактик, звезд, планет, но и вся Вселенная не могла бы эволюционировать, поскольку гравитация является объединяющим фактором, обеспечивающим единство Вселенной как целого и ее эволюцию.
В природе, как правило, проявляется не один, а одновременно несколько типов взаимодействия, и свойства многих частиц определяются всеми четырьмя его типами. Например, протон - частица с сильным взаимодействием, но наличие электрического заряда заставляет его принимать участие также в электромагнитном взаимодействии. А так как он мог возникнуть вследствие распада нейтрона (бета-распада), т.е. процесса слабого взаимодействия, то протон связан и со слабым взаимодействием.
Изучая явления микромира, физики пытаются найти взаимосвязь между разными видами взаимодействий и построить их объединенную теорию.
Современная физика пришла к выводу, что все 4 фундаментальных взаимодействия можно получить из одного фундаментального взаимодействия - суперсилы. Наиболее ярким достижением стало доказательство того, что при очень высоких температурах или энергиях все 4 взаимодействия объединяются в одно. Это предположение носит чисто теоретический характер" поскольку экспериментальным путем его проверить невозможно. Косвенно эти идеи подтверждаются астрофизическими данными, которые можно рассматривать как экспериментальный материал, накопленный Вселенной.
Элементарные частицы, атомы, физические тела и объекты находятся в постоянном движении и взаимодействии. По мере приближения тел друг к другу, наряду с основными, также проявляется 4 типа механических взаимодействий, среди которых:
дистанционные:
- притяжение;
- отталкивание;
контактные:
- трение;
- деформирование (упругость).
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 937; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!