Описание материальных систем.
При описании материальных систем используют корпускулярную и континуальную теории. Корпускула – частица, имеющая определенные размеры и локализована в определенной точке пространства.
Согласно корпускулярной теории все состоит из мельчайших частиц, или атомов, и пустоты. Атомы двигаются в пустоте и образуют более-менее устойчивые соединения.
Континуальная теория рассматривает повторяющиеся, непрерывные процессы, колебания. Колебания вызывают в среде волны. Континуальная теория описывает волновые процессы. Вся материя рассматривается в этой теории как форма поля, равномерно распространенного в пространстве, после случайного возмущения поля возникают волны, т.е. частицы с различными свойствами. Их взаимодействие приводит к появлению атомов, молекул, макротел, образующих макромир. Выделяют следующие уровни материального мира: микромир, макромир и мегамир.
Физика частиц и полей.
Макромир состоит из дискретных и континуальных объектов — частиц и полей (волн) (Демокрит, Зенон Элейский, Дальтон, Фарад ей, Максвелл).
Движение объектов относительно и сохраняется в отсутствие взаимодействий. Состояния покоя и равномерного прямолинейного движения неразличимы никакими физическими опытами (Галилей, Ньютон, Лоренц, Пуанкаре, Эйнштейн, Нетер).
Поля (свет, гравитация, в том числе) распространяются с постоянной предельной скоростью (Майкельсон, Морли, Эйнштейн), объединяя в единое многообразие пространство и время – в пространство-время (Минковский).
|
|
|
Корпускулярная (дискретная) и континуальная (полевая) форма материи в микромире дуально едина (де Бройль, Шредингер, Дирак).
Разнообразные свойства всех микрообъектов квантованно минимизированы – электрический заряд (Милликен), спин (Гаудсмит, Уленбек), магнитный момент (Бор), изоспин (Гейзенберг), странность (Гелл-Манн), барионный заряд, аромат, цвет – и переносятся, передаются от одного к другому связывающими их агентами – фотонами, мезонами, векторными бозонами, глюонами (Планк, Эйнштейн, Тамм, Иваненко, Ферми, Юкава, Янг, Миллс, Гелл-Манн, Цвейг, Боголюбов, Матвеев, Фадеев, Салам, Вайнберг).
Искривленное пространство-время макро- и мегамиров (Клиффорд, Лобачевский, Риман) создано материей (Эйнштейн) и простирается (распространяется), расширяясь (Фридман, Хаббл), от предельно плоских (Евклид) локальных областей к предельно искривленным областям – черным дырам (Лаплас, Оппенгеймер, Снайдер, Пенроуз, Хокинг).
Тема 2
УРОВНИ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА
Основные характеристики уровней организации материи.
Микромир - область предельно малых (непосредственно ненаблюдаемых материальных микрообъектов). Размер в диапазоне 10 -8 - 10 -16 см. Время жизни от бесконечности до 10 -24 с. Мир от атомов до элементарных частиц. Все они обладают и волновыми и корпускулярными свойствами.
|
|
|
Макромир – объекты соизмеримые с человеком (размеры от миллиметра до километра; время существования от секунды до лет). Представлен: макромолекулы, человеческий организм.
Мегамир – космические масштабы и скорости расстояния измеряются в астрономических единицах: 1 а.е. – 8.3 световых минут; световой год – 10 триллионов км; парсек 1 пк = 30 триллионом км. Время существования космических объектов – миллионы и миллиарды лет. Представлены: планеты и их системы, звезды, галактики, скопление галактик (метагалактики).
Выражение расстояния через время, которое необходимо свету, чтобы пройти данный отрезок пути:
- скорость света – 300000км/сек; размер Земли через время: луч света огибает Землю за 1/7 сек.
- до Луны свет идет несколько дольше секунды;
- расстояние до Луны равно ~ 1 световой секунде;
- до Солнца – 8 световых минут;
- до Плутона – 5 световых часов от Солнца;
- ближайшая к Земли звезда – расстояние 4 световых года.
Классификация элементарных частиц.
Элементарные частицы – основные структурные элементы микромира. ЭЧ могут быть составными (протон, нейтрон) и несоставные (электрон, нейтрон, фотон).
|
|
|
К настоящему времени известно около 400 частиц и их античастиц. Некоторые элементарные частицы обладают необычными свойствами: не имеют массы покоя, т.е. трудно регистрируются, обладают высокой проникающей способностью.
Античастицы имеют многие из тех же признаков, что и частицы, но обладают другим знаком электрического заряда.
Пример: электрон-позитрон.
При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция (превращение ни во что) – превращение элементарных частиц и античастиц в другие частицы. Аннигиляция пары электрон-позитрон рождает фотон.
Число обнаруженных ЭЧ увеличивается.
Ведется поиск элементарных фундаментальных частиц-кварков-«кирпичиков» для построения известных ЭЧ.
Особенность кварков заключается в том, что они имеют дробные электрические заряды. Кварки могут соединяться друг с другом парами и тройками. В свободном состоянии кварки не наблюдаются.
В зависимости от массы покоя частицы (масса ее покоя определяется по отношению к массе покоя электрона самая легкая из всех части, имеющих массу покоя) выделяют:
|
|
|
фотон – не имеет массы покоя и движения со скоростью света;
лептон – легкие частицы (электрон и нейтрино);
мезон – средние частицы с массой от одной до тысячи масс электрона (пи-мезон и др.);
барионы – тяжелые частицы с массой более тысячи масс электрона (протоны, нейтроны).
В зависимости от электрического заряда выделяют: электрон – частица с отрицательным зарядом, протон, позитрон – частицы с положительными зарядами нейтрино – частица с нулевым зарядом.
Типы взаимодействия частиц.
С учетом типа фундаментального взаимодействия выделяют:
адроны – участвуют в электромагнитном взаимодействии сильном и слабом взаимодействиях;
лептон – в электромагнитном и слабом взаимодействии.
Имеются частицы – переносчики взаимодействий:
фотоны – переносчики электромагнитного взаимодействия;
гравитоны – переносчики гравитационного взаимодействия;
глюоны – переносчики сильного взаимодействия;
бозоны – переносчики слабого взаимодействия.
По времени жизни частицы делятся на:
стабильные (фотон, нейтрино, протон, электрон) – не распадаются длительное время от бесконечности до 10 -10 с.;
нестабильные – время жизни - 10-10 - 10 -24 с.;
квазистабильные – время жизни 10 -24 – 10 -26 с.
Современные представления свидетельствуют: атом состоит из электронов (лептоны) и ядра (протоны, нейтроны) размеры атома – 10 -14 – 10 -15 м.
В середине 60-х XX в. предложена кварковая модель строения веществ. Суть модели: в основе вещества находится адрон – набор 2 или 3 кварков, имеющих дробный электрический заряд. Экспериментально кварки не обнаружена.
По новой модели ядро не является набором протонов и нейтронов. Атомное ядро – совокупность определенного числа кварков, связанных между собой.
Пример: ядро Гемия – 2 протона + 2 нейтрона по-новому – это совокупность 12 кварков.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 197; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!