). [ ]
Eng oson yo'li - maydonni tasavvur qilish (qachon haqida gapiramiz, masalan, barcha bo'shliqni to'ldiradigan ba'zi (gipotetik yoki oddiygina xayoliy) uzluksiz muhitning buzilishi (muvozanatdan og'ish, harakat) sifatida aniq bevosita mexanik tabiatga ega bo'lmagan fundamental maydonlar haqida. Masalan, deformatsiya sifatida elastik muhit, harakat tenglamalari biz tasavvur qilmoqchi bo'lgan mavhumroq maydonning maydon tenglamalariga to'g'ri keladi yoki ularga yaqin bo'ladi. Tarixan bunday vosita efir deb nomlangan, ammo keyinchalik bu atama deyarli butunlay qo'llanilmay qoldi va uning jismonan mazmunli qismi maydon tushunchasi bilan birlashtirildi. Shunga qaramay, umumiy ma'noda fizik maydon kontseptsiyasini fundamental vizual tushunish uchun zamonaviy fizika doirasida bunday yondashuv odatda faqat illyustratsiya uchun qabul qilinishini hisobga olgan holda foydalidir. maqsadlar.
Shunday qilib, jismoniy maydonni cheksiz sonli taqsimlangan dinamik tizim sifatida tavsiflash mumkin erkinlik darajalari.
Asosiy maydonlar uchun maydon o'zgaruvchisining rolini ko'pincha potentsial (skalar, vektor, tensor), ba'zan maydon kuchi deb ataladigan miqdor o'ynaydi. (uchun kvantlangan maydonlar qaysidir ma'noda maydon o'zgaruvchisining klassik tushunchasini umumlashtirish ham mos keladi operator).
Shuningdek maydon fizikada ular chaqirishadi jismoniy miqdor, joyiga qarab ko'rib chiqiladi: to'liq to'plam sifatida, umuman olganda, turli ma'nolar ba'zi kengaytirilgan uzluksiz tananing barcha nuqtalari uchun bu qiymat - davomiylik, bu kengaytirilgan tananing holatini yoki harakatini to'liq tasvirlab beradi. Bunday maydonlarga misol bo'lishi mumkin:
Bunday maydonlarning dinamikasi ham tasvirlangan qisman differentsial tenglamalar, va tarixan, 18-asrdan boshlab, bunday sohalar fizikada birinchi bo'lib ko'rib chiqildi.
Jismoniy maydonning zamonaviy kontseptsiyasi g'oyadan kelib chiqdi elektromagnit maydon, birinchi bo'lib jismoniy aniq va nisbatan yaqinda amalga oshirildi zamonaviy shakl Faraday, matematik jihatdan izchil amalga oshirildi Maksvell- dastlab foydalanish mexanik model faraziy davomiylik - efir, lekin keyinchalik mexanik modeldan foydalanishdan tashqariga chiqdi.
Fizika sohalari orasida fundamental deb ataladigan sohalar ajralib turadi. Bular zamonaviy fizikaning maydon paradigmasiga muvofiq, dunyoning fizik rasmining asosini tashkil etuvchi sohalar va boshqa barcha sohalar ulardan kelib chiqadi; Ular bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiluvchi ikkita asosiy soha sinfini o'z ichiga oladi:
Nazariyalar mavjud (masalan torlar nazariyasi, turli xil boshqalar birlashtirish nazariyalari), bunda fundamental sohalarning rolini ushbu nazariyalar, sohalar yoki ob'ektlar nuqtai nazaridan bir oz boshqacha, hatto undan ham fundamentalroq egallaydi (va hozirgi fundamental sohalar ushbu nazariyalarda "fenomenologik" sifatida paydo bo'ladi yoki paydo bo'lishi kerak. "oqibati). Biroq, bunday nazariyalar hali etarli darajada tasdiqlangan yoki umumiy qabul qilinmagan.
Tarixiy jihatdan, asosiy maydonlar orasida elektromagnit maydonlar ( elektr Va magnit maydonlar keyin birlashtiriladi elektromagnit maydon), Va gravitatsion o'zaro ta'sir. Bu sohalar klassik fizikada etarlicha batafsil kashf etilgan va o'rganilgan. Dastlab, bu sohalar (Nyutonning tortishish, elektrostatika va magnitostatika nazariyasi doirasida) ko'pchilik fiziklarga chuqurroq jismoniy tushunishga urinishlarga qaramay, to'liq jismoniy haqiqat sifatida emas, balki rasmiy qulaylik uchun kiritilgan rasmiy matematik ob'ektlarga o'xshardi. , ammo juda noaniq bo'lib qoldi yoki juda muhim meva bermadi. Ammo Faraday va Maksvelldan boshlab, maydonga yondashuv (in Ushbu holatda- elektromagnit maydonga) butunlay mazmunli jismoniy voqelik sifatida tizimli va juda samarali qo'llanila boshlandi, shu jumladan ushbu g'oyalarni matematik shakllantirishda muhim yutuq.
Boshqa tomondan, kvant mexanikasi rivojlanib borar ekan, materiya (zarralar) nazariy jihatdan aniq sohalarga xos bo'lgan xususiyatlarga ega ekanligi tobora aniq bo'ldi.
Shunday qilib, dunyoning fizik rasmini uning asosiga kvantlangan maydonlarga va ularning o'zaro ta'siriga qisqartirish mumkinligi ma'lum bo'ldi.
Qaysidir darajada, asosan, rasmiyatchilik doirasida yo'l integratsiyasi Va Feynman diagrammasi, qarama-qarshi harakat ham sodir bo'ldi: maydonlar sezilarli darajada deyarli klassik zarralar (aniqrog'i, barcha tasavvur qilinadigan traektoriyalar bo'ylab harakatlanadigan cheksiz miqdordagi deyarli klassik zarrachalarning superpozitsiyasi sifatida) va maydonlarning bir-biri bilan o'zaro ta'siri sifatida ifodalanishi mumkin edi. - zarrachalar tomonidan bir-birining tug'ilishi va so'rilishi (shuningdek, uning barcha mumkin bo'lgan variantlari superpozitsiyasi bilan). Garchi bu yondashuv juda chiroyli, qulay bo'lsa va ko'p jihatdan psixologik jihatdan aniq belgilangan traektoriyaga ega bo'lgan zarracha g'oyasiga qaytishga imkon bersa ham, u narsalarning dala ko'rinishini bekor qila olmaydi va hatto bir xil emas. unga mutlaqo nosimmetrik muqobil (va shuning uchun ham butunlay mustaqil kontseptsiyadan ko'ra chiroyli, psixologik va amaliy jihatdan qulay, ammo baribir rasmiy qurilmaga yaqinroq). Bu erda ikkita asosiy nuqta bor:
Shunday qilib, biz xulosa qilishimiz mumkinki, traektoriyalar bo'ylab integratsiya yondashuvi juda psixologik jihatdan qulay bo'lsa ham (aytaylik, uch erkinlik darajasiga ega nuqta zarrasi uni tasvirlaydigan cheksiz o'lchovli maydonga qaraganda ancha sodda) va amaliy samaradorlikni isbotladi. , lekin hali ham faqat ma'lum qayta shakllantirish, garchi uning muqobili emas, balki ancha radikal, maydon tushunchasi.
Garchi bu tilda so'zlarda hamma narsa juda "korpuskulyar" ko'rinsa ham (masalan: "zaryadlangan zarralarning o'zaro ta'siri boshqa zarrachaning almashinuvi bilan izohlanadi - o'zaro ta'sir tashuvchisi" yoki "ikki elektronning o'zaro itarishi almashinuv tufayli sodir bo'ladi. Ularning orasidagi virtual foton"), ammo buning ortida to'lqinlarning tarqalishi kabi tipik maydon haqiqati bor, garchi samarali hisoblash sxemasini yaratish va ko'p jihatdan berish uchun juda yaxshi yashiringan bo'lsa ham. qo'shimcha funktsiyalar sifatli tushunish.
Standart modeldagi bu maydonlar o'lchov maydonlari. Quyidagi turlari ma'lum:
Keng ma'noda, gipotetik har qanday nazariy ob'ektlarni (masalan, sohalar) ichki qarama-qarshiliklarni o'z ichiga olmaydi, kuzatishlarga aniq zid kelmaydigan va shu bilan birga kuzatilishi mumkin bo'lgan oqibatlarni keltirib chiqarishga qodir bo'lgan deb hisoblash mumkin. hozir qabul qilingan nazariyalarga nisbatan ushbu nazariyalar foydasiga tanlov qilishga imkon bering. Quyida biz (va bu odatda atamaning odatiy tushunchasiga to'g'ri keladi) asosan ushbu tor va qat'iy ma'noda gipotetiklik haqida gapiramiz, bu biz gipoteza deb ataydigan taxminning haqiqiyligi va noto'g'riligini nazarda tutadi.
Nazariy fizikada juda ko'p turli xil gipotetik sohalar ko'rib chiqiladi, ularning har biri o'ziga xos o'ziga xos nazariyaga tegishli (turi va matematik xususiyatlariga ko'ra, bu sohalar ma'lum bo'lmagan gipotetik sohalar bilan to'liq yoki deyarli bir xil bo'lishi mumkin va ko'proq yoki ko'proq bo'lishi mumkin). har ikkala holatda ham ularning faraziy tabiati ular hali haqiqatda kuzatilmaganligini, ba'zi faraziy sohalarga nisbatan kashf qilinmaganligini anglatadi, ular printsipial jihatdan kuzatilishi mumkinmi, degan savol tug'ilishi mumkin; va hatto ular umuman mavjud bo'lishi mumkinmi - masalan, agar ular mavjud bo'lgan nazariya birdaniga zid bo'lib chiqsa).
Ma'lum bir sohani gipotetik toifadan haqiqiy toifaga o'tkazishga imkon beradigan mezonni nima deb hisoblash kerakligi haqidagi savol juda nozikdir, chunki ma'lum bir nazariyani tasdiqlash va unda mavjud bo'lgan ba'zi ob'ektlarning haqiqati ko'pincha yoki ko'proq bo'ladi. kamroq bilvosita. Bu holatda, odatda, qandaydir oqilona kelishuvga to'g'ri keladi ilmiy hamjamiyat(ularning a'zolari haqiqatda gapirayotgan tasdiqlash darajasini ko'proq yoki kamroq to'liq bilishadi).
Hatto etarlicha tasdiqlangan deb hisoblangan nazariyalarda ham gipotetik maydonlar uchun joy mavjud (bu erda biz nazariyaning turli qismlari sinovdan o'tganligi haqida gapiramiz. turli darajalarda puxtalik va ularda muhim rol o'ynaydigan ba'zi sohalar, qoida tariqasida, tajribada hali o'zini juda aniq ko'rsatmagan, ya'ni ular hali ham ma'lum bir nazariy maqsadlar uchun ixtiro qilingan gipotezaga o'xshaydi, boshqa sohalar esa xuddi shu nazariyada namoyon bo'ladi. , ular haqida haqiqat sifatida gapirish uchun allaqachon etarlicha yaxshi o'rganilgan).
Bunday gipotetik maydonga misol qilib keltirish mumkin Xiggs maydoni, bu muhim ahamiyatga ega Standart model, ularning qolgan sohalari hech qanday taxminiy emas va modelning o'zi, muqarrar shartlar bilan bo'lsa-da, haqiqatni tasvirlaydi deb hisoblanadi (hech bo'lmaganda haqiqat ma'lum bo'lgan darajada).
(Haligacha) kuzatilmagan sohalarni o'z ichiga olgan ko'plab nazariyalar mavjud va ba'zida bu nazariyalarning o'zlari shunday baho beradilarki, ularning gipotetik maydonlarini (nazariyaning o'zidan kelib chiqqan holda namoyon bo'lishining zaifligi tufayli) printsipial jihatdan oldindan aytib bo'lmaydi. kelajak (masalan, burilish maydoni). Bunday nazariyalar (agar ular amalda tekshirib bo'lmaydiganlardan tashqari, etarli miqdordagi tekshirish oson bo'lgan oqibatlarni o'z ichiga olmasa), agar ba'zi bir ahamiyatsiz bo'lmasa, amaliy ahamiyatga ega emas. yangi yo'l ularning tekshiruvlari aniq cheklovlarni chetlab o'tishga imkon beradi. Ba'zan (masalan, ko'pchilikda tortishishning muqobil nazariyalari- Masalan, Dikning maydoni) nazariyaning o'zi umuman hech narsa ayta olmaydigan namoyon bo'lish kuchi haqida shunday gipotetik maydonlar kiritiladi (masalan, bu sohaning boshqalar bilan bog'lanish konstantasi noma'lum va juda katta yoki o'zboshimchalik bilan kichik bo'lishi mumkin); ular odatda bunday nazariyalarni sinab ko'rishga shoshilmaydilar (chunki bunday nazariyalar juda ko'p va ularning har biri o'zining foydaliligini hech qanday tarzda isbotlamagan va hatto rasmiy ravishda soxtalashtirilmaydi), ba'zi sabablarga ko'ra ulardan biri boshlanmagan hollar bundan mustasno, ba'zi bir joriy qiyinchiliklarni hal qilish uchun istiqbolli bo'lib tuyuladi (ammo bu erda nazariyalarni noto'g'ri bo'lmaslik, ayniqsa noaniq konstantalar tufayli skrining qilish ba'zan tark etiladi, shuning uchun qanday qilib jiddiy yaxshi nazariyani ba'zan uning ta'sirini kashf qilish umidida sinab ko'rish mumkin, garchi bu keng sinf kafolatlanmagan bo'lsa-da, ma'lum parametrlarga ko'ra, har birini alohida tekshirishga alohida kuch sarflamasdan);
Shuni ham ta'kidlash kerakki, faqat kuzatilishi mumkin bo'lmagan ko'rinishlarga ega bo'lmagan (yoki Xiggs maydonida bo'lgani kabi ular etarli bo'lmagan) maydonlarni gipotetik deb atash odatiy holdir. Agar jismoniy maydonning mavjudligi uning kuzatilishi mumkin bo'lgan namoyon bo'lishi bilan mustahkamlangan bo'lsa va biz faqat uning nazariy tavsifini yaxshilash haqida gapiradigan bo'lsak (masalan, Nyuton tortishish maydonini metrik tenzor maydoni bilan almashtirish haqida) GTO), keyin u yoki bu haqda gipotetik deb gapirish odatda qabul qilinmaydi (garchi umumiy nisbiylikning dastlabki holati uchun tortishish maydonining tenzor tabiatining faraziy tabiati haqida gapirish mumkin edi).
Xulosa qilib aytganda, turi juda g'ayrioddiy, ya'ni nazariy jihatdan tasavvur qilish mumkin bo'lgan, ammo bunday turdagi sohalar amalda hech qachon kuzatilmagan (va ba'zi hollarda, rivojlanishning dastlabki bosqichlarida) bunday sohalarni eslatib o'tamiz. ularning nazariyasi, uning izchilligiga shubha paydo bo'lishi mumkin). Bular, birinchi navbatda, o'z ichiga olishi kerak taxyon maydonlari. Aslida, taxion maydonlarini faqat potentsial gipotetik deb atash mumkin (ya'ni, maqomga erishmaydi). bilimli taxmin), chunki ular ko'proq yoki kamroq muhim rol o'ynaydigan ma'lum o'ziga xos nazariyalar mavjud, masalan, va spinor dalalar.
O'tmish va hozirgi tabiatshunos olimlar va faylasuflar tabiat hodisalarining xilma-xilligini yagona pozitsiyadan kelib chiqib tushuntirishga harakat qilganlar. Xuddi shunday, fizikada olimlar haqiqiy kuchlarni cheklangan miqdordagi fundamental o'zaro ta'sirlarga kamaytirishga harakat qilishdi. Hozirgi vaqtda o'zaro ta'sirlarning to'rtta turi asosiy deb ataladi, qolganlari esa qisqartiriladi.
1.
Kuchli yoki yadroviy o'zaro ta'sir U = De - a r / r. Bu erda a=1/r o
R o ~10 -14 m - yadro kuchlarining ta'siri o'zini namoyon qiladigan xarakterli masofa. O'zaro ta'sir qisqa masofali (qisqa masofalarda) va jalb qilish xususiyatiga ega.
2.
Elektromagnit o'zaro ta'sir U cool = q 1 q 2 /r uzoq masofali va qarama-qarshi zaryadlar holatida tortishish xususiyatiga ega. Elektromagnit va yadroviy o'zaro ta'sirlar intensivligi nisbati I em /I zahar = 10 -2.
3.
Zaif o'zaro ta'sir - qisqa masofali I sl / I zahar = 10 -14.
4.
Gravitatsion o'zaro ta'sir - uzoq masofali
I grav /I zahar = 10 -39. U grav = Gm 1 m 2 / r - o'zaro ta'sir tortishish tabiatida.
Haqiqiy kuchlar. Elastiklik va ishqalanish kuchlari
Elastik kuchlar.
Elastik kuchlar qattiq jismning deformatsiyasiga reaktsiya sifatida paydo bo'ladi. Keling, ba'zi tushunchalarni aniqlaylik.
Deformatsiya (e) - tana nuqtalarining nisbiy siljishi.
Elastik kuchlanish (lar) - bu qattiq jismda uning deformatsiyasi s = F / S paytida paydo bo'ladigan bosim. Bu erda S - elastik kuch F ta'sir qiladigan maydon, kuchlanish va deformatsiya o'rtasidagi bog'liqlik quyidagicha.
S I - maydon
Elastiklikka mos keladi
Deformatsiyalar. Bu yerga
Guk qonuni to'g'ri:
s=Ee, bu erda E - modul
I II III elastiklik.
II - elastik bo'lmagan hudud
III - moddiy vayronagarchilik zonasi.
Rod shaklidagi korpuslar uchun (tayoqlar, nurlar, quvurlar)
e = DL/L - nisbiy cho'zilish, E - Young moduli. Kesish kuchlanishlari s^ siljish deformatsiyalari e^ = DD/D (D - novda diametri) G siljish moduli orqali bog'liq: s^ = Ge^. Gidrodinamik bosim P siqilish moduli K orqali hajmning nisbiy o'zgarishi bilan bog'liq:
P = KDV/V. Izotrop jismlar uchun faqat ikkita mustaqil elastiklik moduli bo'ladi. Qolganlarini ma'lum formulalar yordamida qayta hisoblash mumkin, masalan: E = 2G (1 + m). Bu erda m - Puasson nisbati.
Elastik kuchlarning tabiati asosiy elektromagnit o'zaro ta'sirlar bilan bog'liq.
Ishqalanish kuchlari
Tegishli jismlarning sirtlari orasida paydo bo'ladigan va ularning nisbiy harakatiga to'sqinlik qiladigan kuchlar ishqalanish kuchlari deyiladi. Parallel o'tkazish orqali ishqalanish kuchi tananing og'irlik markazidan olinadi. U jismlarning nisbiy harakat tezligiga qarshi qaratilgan.
Tashqi yoki quruq ishqalanish qattiq jismlar orasidagi ishqalanishdir. O'z navbatida, u statik ishqalanish va kinematik ishqalanishga (siljish va dumaloq) bo'linadi. Statik ishqalanish kuchi qattiq jismning harakati boshlanishi uchun unga qo'llanilishi kerak bo'lgan maksimal kuchga teng. F tr = kN
Bu erda N - normal bosim kuchi.
koeffitsientga bog'liqligi
harakat tezligidan ishqalanish
tananing hizalanishi ko'rsatilgan
chizish. Kichikda
sayohat tezligi
V ishqalanish koeffitsienti o'zgaradi
harakat va dumalash statik ishqalanish koeffitsientidan kamroq.
Statik ishqalanish o'zaro ta'sir qiluvchi jismlarning elastik deformatsiyasi bilan bog'liq. Sürgülü va dumalab ishqalanish tana sirtlarining elastik deformatsiyasi va hatto qisman buzilishi bilan bog'liq. Shuning uchun kinematik
ishqalanish akustik emissiya - shovqin bilan birga keladi.
Rolling ishqalanish noelastik bilan bog'liq
jismlarning deformatsiyasi. Keyin
gorizontal komponent paydo bo'ladi
deformatsiya reaktsiya kuchlari N 2
g'ildirakning old qismi ostidagi sirtda - N 1
bu dumalab ishqalanish kuchi.
Ishqalanish koeffitsientini kamaytirish usullari:
1.
Sürgülü ishqalanishni dumaloq ishqalanish bilan almashtirish.
2.
Quruq ishqalanishni viskoz ishqalanish bilan almashtirish.
3.
Ishqalanish qismlarini sirtga ishlov berish sifatini oshirish.
4.
Ovoz va ultratovush tebranishlarini qo'llash orqali statik ishqalanishni toymasin ishqalanish va dumaloq ishqalanish bilan almashtirish.
5.
Ftoroplastikaga asoslangan polimer bilan to'ldirilgan kompozitsiyalardan foydalanish.
6. Gravitatsion o'zaro ta'sir- to'rtta asosiy o'zaro ta'sirlarning eng zaifi. Qonunga ko'ra universal tortishish Nyuton, ikki nuqta massasining m 1 va m 2 ning tortishish kuchi F g ga teng.
8. G = 6,67·10 -11 m 3 · kg –1 · sm –2 - tortishish doimiysi, r - o'zaro ta'sir qiluvchi m 1 va m 2 massalar orasidagi masofa. Ikki proton orasidagi tortishish kuchining ular orasidagi Kulon elektrostatik o'zaro ta'sir kuchiga nisbati 10 -36 ga teng.
G 1/2 m miqdori tortishish zaryadi deb ataladi. Gravitatsion zaryad tananing massasiga proportsionaldir. Shuning uchun, relativistik bo'lmagan holat uchun, Nyuton qonuniga ko'ra, tortishish kuchining o'zaro ta'siri F g tomonidan yuzaga keladigan tezlanish tezlashtirilgan jismning massasiga bog'liq emas. Bu bayonotni tashkil etadi ekvivalentlik printsipi
.
Gravitatsion maydonning asosiy xususiyati shundaki, u materiya harakatlanadigan fazo-vaqt geometriyasini aniqlaydi. Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, zarralar orasidagi o'zaro ta'sir ular orasidagi zarralar - o'zaro ta'sir tashuvchilar almashinuvi orqali sodir bo'ladi. Gravitatsion o'zaro ta'sirning tashuvchisi graviton, spini J = 2 bo'lgan zarracha ekanligiga ishoniladi. Graviton eksperimental ravishda aniqlanmagan. Gravitatsiyaning kvant nazariyasi hali yaratilmagan.
Barcha kundalik harakatlarimiz shundan kelib chiqadiki, biz mushaklar yordamida yoki atrofdagi jismlarni harakatga keltiramiz va bu harakatni saqlab qolamiz yoki harakatlanuvchi jismlarni to'xtatamiz.
Bu jismlar asboblar (bolg'a, qalam, arra), o'yinlarda - to'plar, shaybalar, shaxmat donalari. Ishlab chiqarishda va qishloq xo'jaligi odamlar asboblarni ham harakatga keltirdilar. To'g'ri, bugungi kunda ishchining roli tobora ko'proq mashinalarni boshqarishga kamaymoqda. Ammo har qanday mashinada siz oddiy qo'l mehnati asboblarining o'xshashligini topishingiz mumkin. Tikuv mashinasida igna va kesuvchi bor stanok samolyotga o'xshash, ekskavator paqir belkurakni almashtiradi.
Dvigatellar. Mashinalardan foydalanish ulardagi dvigatellardan foydalanish tufayli mehnat unumdorligini ko'p marta oshiradi.
Har qanday dvigatelning maqsadi oddiy ishqalanish va "ishchi" qarshilik bilan tormozlanishiga qaramay, jismlarni harakatga keltirish va bu harakatni saqlab turishdir (to'sar shunchaki metall ustida sirpanibgina qolmasdan, uni kesib, chiplarni olib tashlashi kerak; pulluk erni bo'shatish va boshqalar). Bunday holda, vosita tomonidan harakatlanuvchi jismga kuch ta'sir qilishi kerak, uni qo'llash nuqtasi tana bilan birga harakat qiladi.
Kundalik ish g'oyasi. Biror kishi (yoki biron bir dvigatel) harakatlanuvchi jismga ma'lum bir kuch bilan ta'sir qilganda, biz u ishlaydi deb aytamiz. Ushbu kundalik ish g'oyasi mexanikaning eng muhim tushunchalaridan biri - kuch ishi tushunchasini shakllantirish uchun asos bo'ldi.
Boshqa jismdan (boshqa jismlardan) kuch (yoki bir necha kuch) jismga uning harakat yo'nalishi bo'yicha yoki unga qarshi ta'sir qilganda ish tabiatda bajariladi. Shunday qilib, yomg'ir tomchilari yoki toshlar jardan tushganda tortishish kuchi ishlaydi. Shu bilan birga, ish havodan tushgan tomchilarga yoki toshga ta'sir qiluvchi ishqalanish kuchlari tomonidan ham amalga oshiriladi. Elastik kuch shamol tomonidan egilgan daraxt tekislanganda ham ish bajaradi.
Ishning ta'rifi. Nyutonning ikkinchi qonuni ko'rinishdagi jism tezligi ∆ vaqt davomida ta'sir etsa, uning kattaligi va yo'nalishi bo'yicha qanday o'zgarishini aniqlashga imkon beradi. t kuch harakat qiladi.
Ko'p hollarda, agar jismni harakatlantirganda, unga kuch ta'sir etsa, ularning tezligi modulining o'zgarishiga olib keladigan kuchlarning jismlariga ta'siri a bilan tavsiflangan bo'lsa, tezlik modulining o'zgarishini hisoblash muhimdir jismlarning kuchlari va harakatlariga bog'liq bo'lgan qiymat. Mexanikada bu miqdor deyiladi kuch ishi.
Umumiy holatda, qattiq jism harakat qilganda, uning turli nuqtalarining siljishlari har xil bo'ladi, lekin kuchning ishini aniqlashda biz uning qo'llanilishi nuqtasining siljishini tushunamiz. Qattiq jismning translatsiya harakati paytida uning barcha nuqtalarining harakati kuch qo'llash nuqtasi harakati bilan mos keladi.
Maydon- materiyaning mavjudligi shakllaridan biri va, ehtimol, eng muhimi. "Maydon" tushunchasi elektr va magnit kuchlarining uzoq masofada cheklangan tezlikda harakat qilishini, o'zaro va doimiy ravishda bir-birini hosil qilishini aks ettiradi. Maydon chiqariladi, kosmosda cheklangan tezlikda tarqaladi va materiya bilan o'zaro ta'sir qiladi. Faraday dala g'oyalarini shunday shakllantirdi yangi shakl materiya va yozuvlarni muhrlangan konvertga solib, uning vafotidan keyin ochilishini vasiyat qildi (bu konvert faqat 1938 yilda topilgan). Faraday (1840) energiyaning universal saqlanishi va o'zgarishi g'oyasidan foydalangan, garchi qonunning o'zi hali kashf etilmagan edi.
Faraday o'z ma'ruzalarida (1845) nafaqat energiyaning bir shakldan ikkinchisiga ekvivalent o'zgarishi haqida gapirdi, balki u uzoq vaqt davomida "yorug'lik va elektr o'rtasidagi to'g'ridan-to'g'ri bog'liqlikni kashf etishga" harakat qilganligi va "u magnitlanish va elektrlashtirishga muvaffaq bo'lganligi haqida gapirdi. yorug'lik nuri va magnit kuch chizig'ini yoritadi." U sinov jismlari yordamida zaryadlangan jism atrofidagi bo'shliqni o'rganish texnikasiga ega, dala tasviriga kirish. elektr uzatish liniyalari. U yorug'likning qutblanish tekisligini magnit maydon bilan aylantirish bo'yicha o'z tajribalarini tasvirlab berdi. Elektr va o'rtasidagi munosabatlarni o'rganish magnit xususiyatlari moddalar Faradayni nafaqat para- va diamagnetizmni kashf etishga, balki asosiy g'oya - maydon g'oyasini yaratishga ham olib keldi. U (1852) shunday deb yozgan edi: "Atrof-muhit yoki uni o'rab turgan makon haqiqiy va to'liq magnit tizimning bir qismi bo'lgan magnitning o'zi kabi muhim rol o'ynaydi."
Faraday induksiyaning elektromotor kuchi ekanligini ko'rsatdi E magnit oqim o'zgarganda paydo bo'ladi F(ochish, yopish, o'tkazgichlarda oqimni o'zgartirish, magnitga yaqinlashish yoki olib tashlash va hokazo). Maksvell bu haqiqatni quyidagicha ifodalagan: E = -dF/dt. Faradayning fikriga ko'ra, oqimlarni qo'zg'atish qobiliyati magnit natija atrofida aylanada namoyon bo'ladi. Maksvellning fikriga ko'ra, o'zgaruvchan magnit maydon vorteks elektr maydoni bilan o'ralgan va minus belgisi Lenz qoidasi bilan bog'liq: induksiyalangan oqim uni hosil qiluvchi o'zgarishlarni oldini oladigan yo'nalishda paydo bo'ladi. Belgilanish rot - ingliz tilidan. rotor - girdob. 1846 yilda F. Neumann induksion oqim hosil qilish uchun ma'lum miqdorda energiya sarflash kerakligini aniqladi.
Umuman olganda, Maksvell tomonidan vektor shaklida yozilgan tenglamalar tizimi ixcham shaklga ega:
Ushbu tenglamalarga kiritilgan elektr va magnit induksiya vektorlari (D va B) va elektr va magnit maydon kuchlari vektorlari (E va H) dielektrik doimiy e va muhitning magnit o'tkazuvchanligi m bilan ko'rsatilgan oddiy munosabatlar bilan bog'liq. Ushbu operatsiyani ishlatish magnit maydon kuchi vektorining oqim zichligi vektori atrofida aylanishini anglatadi j.
(1) tenglamaga ko'ra, har qanday oqim atrofdagi kosmosda magnit maydon paydo bo'lishiga olib keladi, to'g'ridan-to'g'ri oqim - doimiy magnit maydon. Bunday maydon "keyingi" hududlarda elektr maydonini keltirib chiqara olmaydi, chunki (2) tenglamaga ko'ra, faqat o'zgaruvchan magnit maydon oqim hosil qiladi. Atrofda AC o'zgaruvchan magnit maydon ham yaratiladi, u kosmosning "keyingi" elementida to'lqinning elektr maydonini, uzluksiz to'lqinni yaratishga qodir - bo'shliqdagi magnit maydonning energiyasi butunlay elektr energiyasiga aylanadi va aksincha. Yorug'lik ko'ndalang to'lqinlar shaklida o'tganligi sababli ikkita xulosa chiqarish mumkin: yorug'lik elektromagnit buzilishdir; elektromagnit maydon kosmosda ko'ndalang to'lqinlar shaklida tezlik bilan tarqaladi Bilan= 3 10 8 m / s, muhitning xususiyatlariga qarab, va shuning uchun "lahzali uzoq masofali harakat" mumkin emas. Shunday qilib, yorug'lik to'lqinlarida tebranishlar elektr va magnit maydonlarining intensivligi bilan amalga oshiriladi va to'lqinning tashuvchisi kuchlanish holatida bo'lgan fazoning o'zidir. Va siljish oqimi tufayli u yangi magnit maydonni yaratadi va hokazo .
(3) va (4) tenglamalarning ma'nosi aniq - (3) Gaussning elektrostatik teoremasini tavsiflaydi va Coulomb qonunini umumlashtiradi, (4) magnit zaryadlarning yo'qligi faktini aks ettiradi. Divergentsiya (lot.dan. ajralish - nomuvofiqlikni aniqlash) manbaning o'lchovidir. Agar, masalan, yorug'lik nurlari shishada tug'ilmasa, faqat u orqali o'tsa, divD = 0. Quyosh yorug'lik va issiqlik manbai sifatida ijobiy farqga ega, qorong'ilik esa salbiy. Shuning uchun kuch chiziqlari elektr maydoni zichligi p bo'lgan zaryadlarda tugaydi, magnitlari esa o'z-o'zidan yopiq va hech qayerda tugamaydi.
Maksvell tenglamalarining asosini tashkil etgan qarashlar tizimi deyiladi Maksvellning elektromagnit maydon nazariyasi. Garchi bu tenglamalar oddiy shaklga ega bo'lsa-da, Maksvell va uning izdoshlari ular ustida qanchalik ko'p ishlagan bo'lsa, ularga ularning ma'nosi shunchalik chuqurroq ochib berilgan. Tajribalari Faraday-Maksvell elektromagnit maydon nazariyasining to‘g‘ridan-to‘g‘ri to‘g‘ridan-to‘g‘ri to‘g‘ridan-to‘g‘ri birinchi isboti bo‘lgan G.Xertz Maksvell tenglamalarining bitmas-tuganmasligi haqida shunday yozgan edi: “Bu ajoyib nazariyani ba’zida matematik formulalar yashayotganligini his qilmasdan o‘rganib bo‘lmaydi. o'z hayoti, o'z aqliga ega - "bu formulalar bizdan ko'ra aqlliroq, hatto muallifning o'zidan ham aqlli, go'yo ular bizga dastlab ulardagidan ko'proq narsani beradi".
Maydonning tarqalish jarayoni so'nmagan to'lqin shaklida cheksiz davom etadi - bo'shliqdagi magnit maydon energiyasi butunlay elektr energiyasiga aylanadi va aksincha. Tenglamalarga kiritilgan doimiylar orasida c doimiysi bor edi; Maksvell uning qiymati yorug'lik tezligiga to'liq teng ekanligini aniqladi. Bu tasodifga e'tibor bermaslikning iloji yo'q edi. Shunday qilib, yorug'lik to'lqinlarida tebranishlar elektr va magnit maydonlarining intensivligi bilan amalga oshiriladi va to'lqinning tashuvchisi kuchlanish holatida bo'lgan fazoning o'zidir.
Yorug'lik to'lqini elektromagnit to'lqindir, Vayskopf aytganidek, "kosmosda yugurish va uni chiqaradigan zaryadlardan ajralish". U Maksvell kashfiyotini Nyutonning tortishish qonunining kashfiyoti bilan taqqosladi. Nyuton sayyoralar harakatini Yerdagi tortishish kuchi bilan bog'ladi va kuchlar ta'sirida massalarning mexanik harakatining asosiy qonunlarini kashf etdi. Maksvell optikani elektr bilan bog'ladi va elektr va magnit maydonlarining xatti-harakatlarini va ularning zaryadlar va magnitlar bilan o'zaro ta'sirini boshqaradigan asosiy qonunlarni (Maksvell tenglamalari) chiqardi. Nyuton asarlari umumjahon tortishish qonuni, Maksvell asarlari - elektromagnit maydon tushunchasi va uning tarqalish qonuniyatlarini o'rnatish tushunchasining kiritilishiga olib keldi. Agar elektromagnit maydon moddiy tashuvchidan mustaqil ravishda mavjud bo'lishi mumkin bo'lsa, u holda uzoq masofali ta'sir o'z o'rnini qisqa masofali ta'sirga, kosmosda cheklangan tezlikda tarqaladigan maydonlarga berishi kerak. O'zgaruvchan tok (1861), elektromagnit to'lqinlar va yorug'likning elektromagnit tabiati (1865) haqidagi g'oyalar shu qadar jasur va g'ayrioddiy ediki, hatto keyingi avlod fiziklari ham Maksvell nazariyasini darhol qabul qilishmadi. 1888 yilda G. Gerts kashf etdi elektromagnit to'lqinlar, lekin Maksvell nazariyasining V.Tomson (Kelvin) kabi faol muxolifiga faqat mavjudligini kashf etgan P.N.Lebedevning tajribalari orqali ishonch hosil qilish mumkin edi engil bosim.
19-asrning o'rtalarida. Maksvell elektr va magnitlanishni yagona maydon nazariyasiga birlashtirdi. Elektr zaryadi elementar zarralar bilan bog'liq bo'lib, ulardan eng mashhurlari - elektron va proton - bir xil zaryadga ega. e, u tabiatning universal konstantasidir. SIda = 1,6 10 -19 Cl. Magnit zaryadlar hali kashf etilmagan bo'lsa-da, nazariy jihatdan ular allaqachon paydo bo'lgan. Fizik Dirakning fikriga ko'ra, magnit zaryadlarning kattaligi elektron zaryadining karrali bo'lishi kerak.
Elektromagnit maydon sohasidagi keyingi tadqiqotlar klassik mexanika tushunchalari bilan qarama-qarshiliklarga olib keldi, Golland fizigi X.A. Lorenz. U koordinata transformatsiyalarini kiritdi inertial tizimlar, bu klassik Galiley o'zgarishlaridan farqli o'laroq, doimiylikni o'z ichiga olgan - yorug'lik tezligi, bu maydon nazariyasi bilan bog'langan. Vaqt va uzunlik shkalasi yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda o'zgargan. Jismoniy ma'no Bu Lorentz o'zgarishlarini faqat A. Eynshteyn 1905 yilda maxsus nisbiylik nazariyasi (STR) yoki relativistik mexanikaning asosini tashkil etgan "Harakatlanuvchi jismlarning elektrodinamikasi haqida" asarida tushuntirib berdi.
Tabiatshunoslik olamdagi moddiy jismlarning turlarini aniqlabgina qolmay, balki ular orasidagi aloqalarni ham ochib beradi. Integral tizimdagi ob'ektlar orasidagi bog'lanish har bir element va tashqi muhitdan elementlar orasidagi bog'lanishga qaraganda ancha tartibli, barqarorroqdir. Tizimni yo'q qilish, tizimdan u yoki bu elementni ajratish uchun unga ma'lum energiyani qo'llash kerak. Bu energiya bor turli o'lchamlar va tizim elementlari orasidagi o'zaro ta'sir turiga bog'liq. Mega dunyoda bu o'zaro ta'sirlar gravitatsiya bilan ta'minlanadi, elektromagnit o'zaro ta'sir tortishish kuchiga qo'shiladi va u kuchliroq bo'ladi. Mikrokosmosda, atom kattaligida, atom yadrolarining yaxlitligini ta'minlaydigan yanada kuchli yadroviy o'zaro ta'sir paydo bo'ladi. Elementar zarrachalarga, ichki bog'lanish energiyasiga o'tayotganda, biz bilamizki, tabiiy moddalar atomlardan qurilgan va davriy tizimda yig'ilgan elementlarning kimyoviy birikmalaridir. Bir muncha vaqt atomlar koinotning elementar qurilish bloklari ekanligiga ishonishgan, ammo keyin atom "butun olam" ni ifodalashi va bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiluvchi yanada asosiy zarralardan iborat ekanligi aniqlandi: protonlar, elektronlar, neytronlar, mezonlar. va boshqalar. O'zini elementar deb da'vo qiladigan zarralar soni ortib bormoqda, lekin ular haqiqatan ham shunday elementarmi?
Nyuton mexanikasi qabul qilindi, ammo tezlanishni keltirib chiqaradigan kuchlarning kelib chiqishi muhokama qilinmadi. Gravitatsion kuchlar bo'shliq orqali ta'sir qiladi, ular uzoq masofali, elektromagnit kuchlar esa muhit orqali ta'sir qiladi. Hozirgi vaqtda tabiatdagi barcha o'zaro ta'sirlar to'rt turga qisqartiriladi: tortishish, elektromagnit, kuchli yadro va kuchsiz yadro.
Gravitatsiya(latdan. tortishish kuchi- zo'ravonlik) tarixan o'rganilgan birinchi o'zaro ta'sirdir. Aristotelga ergashib, ular barcha jismlar "o'z joyiga" (og'ir - Yerga, engil - yuqoriga) moyil ekanligiga ishonishgan. XVII-XVIII asrlar fizikasi. faqat gravitatsion o'zaro ta'sirlar ma'lum edi. Nyutonning fikriga ko'ra, ikkita nuqta massasi ularni bog'laydigan to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilgan kuch bilan bir-birini tortadi: 
Minus belgisi biz jalb qilish bilan shug'ullanayotganimizni ko'rsatadi, r- jismlar orasidagi masofa (tanalarning kattaligi ancha kichikroq deb ishoniladi r), t 1 va t 2 - tana massasi Kattalik G- qiymatni aniqlaydigan universal konstanta tortishish kuchlari. Agar og'irligi 1 kg bo'lgan jismlar bir-biridan 1 m masofada joylashgan bo'lsa, ular orasidagi tortishish kuchi 6,67 10 -11 N ga teng. Gravitatsiya universaldir, barcha jismlar unga bo'ysunadi va hatto zarrachaning o'zi ham tortishish manbai hisoblanadi. Qiymat bo'lsa G kattaroq edi, kuch ham ortadi, lekin G juda kichik va gravitatsion o'zaro ta'sir subatomik zarralar dunyosida u ahamiyatsiz, makroskopik jismlar orasida esa deyarli sezilmaydi. Kavendish qiymatni o'lchashga muvaffaq bo'ldi G, burilish balanslari yordamida. Ko'p qirralilik doimiy G Bu koinotning istalgan nuqtasida va vaqtning istalgan lahzasida 1 m masofa bilan ajratilgan 1 kg og'irlikdagi jismlar orasidagi tortishish kuchi bir xil qiymatga ega bo'lishini anglatadi. Shuning uchun, biz qiymati, deb aytish mumkin G tortishish tizimlarining tuzilishini aniqlaydi. Gravitatsiya yoki tortishish kichik zarralar orasidagi o'zaro ta'sirda unchalik ahamiyatli emas, lekin u sayyoralarni, butun quyosh tizimini va galaktikalarni birga ushlab turadi. Biz hayotimizda doimo tortishish kuchini his qilamiz. Qonun tortishish kuchining uzoq masofali tabiatini va tortishish o'zaro ta'sirining asosiy xususiyatini - uning universalligini belgilab berdi.
Eynshteynning tortishish nazariyasi (GTR) kuchli tortishish maydonlarida Nyuton qonunidan farqli natijalar beradi, kuchsizlarida - ikkala nazariya ham mos keladi. GTR ma'lumotlariga ko'ra, tortishish kuchi- Bu fazo-vaqt egriligining namoyonidir. Jismlar egri traektoriyalar bo'ylab tortishish kuchi ularga ta'sir qilgani uchun emas, balki ular egri fazoda harakat qilgani uchun harakat qiladi. Ular "eng qisqa yo'l bilan harakat qilishadi va tortishish geometriyadir". Fazo-vaqt egriligining ta'sirini nafaqat qulab tushadigan ob'ektlar yaqinida aniqlash mumkin neytron yulduzlari yoki qora tuynuklar. Bular, masalan, Merkuriy orbitasining presessiyasi yoki Yer yuzasida vaqtning kengayishi (2.3-rasmga qarang, V). Eynshteyn tortishish kuchini tezlashtirilgan harakatning ekvivalenti sifatida tasvirlash mumkinligini ko'rsatdi.
O'z tortishish kuchi ta'sirida koinotning siqilishiga yo'l qo'ymaslik va uning turg'unligini ta'minlash uchun u tortishishning mumkin bo'lgan manbasini kiritdi. g'ayrioddiy xususiyatlar, materiyaning kontsentratsiyasiga emas, balki "itarish" ga olib keladi va masofa ortib borishi bilan itarilish kuchi ortadi. Ammo bu xususiyatlar faqat olamning juda katta miqyosida namoyon bo'lishi mumkin. Qaytaruvchi kuch nihoyatda kichik va itaruvchi massaga bog'liq emas; qaerda ko'rinishida ifodalanadi T - qaytarilgan ob'ektning massasi; r- uning qaytaruvchi jismdan masofasi; L- doimiy. Hozirda uchun yuqori chegara mavjud L= 10 -53 m -2, ya'ni. 1 m masofada joylashgan har biri 1 kg og'irlikdagi ikkita jism uchun tortishish kuchi kosmik itarilishdan kamida 10 25 marta oshadi. Massalari 10 41 kg bo'lgan ikkita galaktika 10 million yorug'lik masofasida joylashgan bo'lsa. yillar (taxminan 10 22 m), keyin ular uchun jozibador kuchlar, agar qiymat bo'lsa, itaruvchi kuchlar tomonidan taxminan muvozanatlangan bo'ladi. L belgilangan yuqori chegaraga haqiqatan ham yaqin. Bu miqdor hali o'lchanmagan, garchi u olamning keng ko'lamli tuzilishi uchun asosiy ahamiyatga ega.
Elektromagnit o'zaro ta'sir, elektr va magnit zaryadlardan kelib chiqadigan, fotonlar tomonidan tashiladi. Zaryadlar orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari kompleks tarzda zaryadlarning joylashishi va harakatiga bog'liq. Agar ikkita zaryad bo'lsa q 1 va q 2 harakatsiz va masofadagi nuqtalarda jamlangan r, u holda ular orasidagi o'zaro ta'sir elektrdir va Kulon qonuni bilan belgilanadi: Bog'liq dan zaryad belgilari q 1 Va q 2 zaryadlarni tutashtiruvchi to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilgan elektr o'zaro ta'sir kuchi tortishish yoki itarish kuchi bo'ladi. Bu erda elektrostatik o'zaro ta'sirning intensivligini aniqlaydigan konstanta uning qiymati 8,85 10 -12 F / m deb belgilanadi; Shunday qilib, har biri 1 m ga ajratilgan 1 C bo'lgan ikkita zaryad 8,99 10 9 N kuchga ega bo'ladi. Elektr zaryadi har doim elementar zarralar bilan bog'liq. Ulardan eng mashhurlari - proton va elektronning zaryadining raqamli qiymati bir xil: bu universal doimiydir. e = 1,6 10-19-sinf. Protonning zaryadi musbat, elektronniki esa manfiy deb hisoblanadi.
Magnit kuchlar hosil bo'ladi elektr toklari- elektr zaryadlarining harakati. Magnit zaryadlar (magnit monopollar) mavjudligini bashorat qiluvchi simmetriyalarni hisobga olgan holda nazariyalarni birlashtirishga urinishlar mavjud, ammo ular hali kashf etilmagan. Shuning uchun qiymat e magnit o'zaro ta'sirning intensivligini aniqlaydi. Agar elektr zaryadlari tezlashuv bilan harakatlanib, ular chiqaradi - chastota diapazoniga qarab yorug'lik, radio to'lqinlar yoki rentgen nurlari shaklida energiya beradi. Bizning his-tuyg'ularimiz tomonidan qabul qilinadigan deyarli barcha axborot tashuvchilar elektromagnit xususiyatga ega, garchi ular ba'zan murakkab shakllarda namoyon bo'ladi. Elektromagnit o'zaro ta'sirlar atomlarning tuzilishi va xatti-harakatlarini belgilaydi, atomlarni parchalanishdan saqlaydi va molekulalar orasidagi bog'lanishlar uchun, ya'ni kimyoviy va biologik hodisalar uchun javobgardir.
Gravitatsiya va elektromagnetizm koinot bo'ylab tarqaladigan uzoq masofali kuchlardir.
Kuchli va kuchsiz yadro kuchlari- qisqa masofali va faqat atom yadrosi hajmida, ya'ni 10-14 m gacha bo'lgan maydonlarda paydo bo'ladi.
Zaif yadroviy o'zaro ta'sir elementar zarrachalarning ba'zi turdagi yadroviy parchalanishiga olib keladigan ko'plab jarayonlar uchun javob beradi (masalan, (3-emirilish - neytronlarning protonlarga aylanishi) deyarli nuqtaga o'xshash ta'sir doirasi: taxminan 10-18 m. Bu zarrachalarning o'zgarishiga ularning harakatiga qaraganda kuchliroq ta'sir qiladi, shuning uchun uning samaradorligi emirilish tezligiga bog'liq bo'lgan konstanta - universal doimiy aloqa bilan belgilanadi. g (Vt), neytronlarning parchalanishi kabi jarayonlar tezligini aniqlash. Zaif yadroviy o'zaro ta'sir kuchsiz bozonlar tomonidan amalga oshiriladi va ba'zi subatomik zarralar boshqalarga aylanishi mumkin. Stabil bo'lmagan subyadroviy zarrachalarning kashf etilishi zaif kuchning ko'plab o'zgarishlarga olib kelishini aniqladi. O'ta yangi yulduzlar zaif o'zaro ta'sirning kuzatilgan kam sonli holatlaridan biridir.
Kuchli yadro kuchi atom yadrolarining parchalanishiga to'sqinlik qiladi va usiz yadrolar protonlarning elektr itarish kuchlari tufayli parchalanadi. Ba'zi hollarda qiymat uni xarakterlash uchun kiritiladi g(S), elektr zaryadiga o'xshaydi, lekin ancha katta. Glyuonlar tomonidan amalga oshiriladigan kuchli o'zaro ta'sir radiusi taxminan 10-15 m bo'lgan hududdan tashqarida keskin nolga tushadi, u protonlar, neytronlar va adronlar deb ataladigan boshqa shunga o'xshash zarralarni birlashtiradi. Ular proton va neytronlarning o'zaro ta'siri ularning ichki o'zaro ta'sirini aks ettiradi, deyishadi, ammo hozirgacha bu chuqur hodisalarning surati bizdan yashirin. Bu Quyosh va yulduzlar tomonidan chiqarilgan energiya, yadro reaktorlaridagi o'zgarishlar va energiyaning chiqishi bilan bog'liq. Ro'yxatdagi turlar aftidan, o'zaro munosabatlar boshqa tabiatga ega. Bugungi kunga kelib, tabiatdagi barcha o'zaro ta'sirlar ular tomonidan tugaganmi yoki yo'qmi aniq emas. Eng kuchlisi qisqa masofali kuchli oʻzaro taʼsir, elektromagnit oʻzaro taʼsir 2 daraja, kuchsiz oʻzaro taʼsir 14 daraja, tortishish kuchi esa 39 daraja kuchsizroqdir. O'zaro ta'sir kuchlarining kattaligiga ko'ra, ular turli vaqtlarda sodir bo'ladi. Kuchli yadroviy oʻzaro taʼsirlar zarralar yorugʻlikka yaqin tezlikda toʻqnashganda sodir boʻladi. Kuchlarning ta'sir radiusini yorug'lik tezligiga bo'lish yo'li bilan aniqlangan reaktsiya vaqti 10 -23 s tartibli qiymatni beradi. Zaif o'zaro ta'sir jarayonlari 10-9 s, tortishish jarayonlari esa 10 16 s yoki 300 million yil ichida sodir bo'ladi.
P.Erenfest ko'rsatganidek, nuqtaning tortishish massalari yoki elektr zaryadlari bir-biriga ta'sir qiladigan "teskari kvadrat qonuni" fazoning uch o'lchovliligidan kelib chiqadi (1917). Kosmosda n o'lchovlarda nuqta zarralari teskari kuch qonuniga muvofiq o'zaro ta'sir qiladi ( n- 1). uchun n = 3, teskari kvadrat qonuni amal qiladi, chunki 3 - 1 = 2. Va teskari kub qonuniga to'g'ri keladigan u = 4 bilan sayyoralar spiral shaklida harakatlanadi va tezda Quyoshga tushadi. Uch o'lchamdan ortiq bo'lgan atomlarda ham barqaror orbitalar bo'lmaydi, ya'ni kimyoviy jarayonlar va hayot bo'lmaydi. Kant, shuningdek, fazoning uch o'lchovliligi va tortishish qonuni o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rsatdi.
Bundan tashqari, shuni ko'rsatish mumkinki, to'lqinlarning sof shaklida tarqalishi kosmosda teng miqdordagi o'lchamlarga ega - to'lqin tomonidan olib boriladigan strukturani (ma'lumotni) buzadigan buzilishlar paydo bo'ladi. Bunga misol qilib, to'lqinning rezina qoplama ustida (o'lchamli sirt ustida) tarqalishidir n= 2). 1955 yilda matematik X. J. Uitrou tirik organizmlar axborotni uzatish va qayta ishlashni talab qilganligi sababli, hayotning yuqori shakllari juft o'lchamli fazolarda mavjud bo'lmaydi, degan xulosaga keldi. Bu xulosa bizga ma'lum bo'lgan hayot shakllari va tabiat qonunlariga taalluqlidir va boshqa olamlarning, boshqa tabiatning mavjudligini istisno qilmaydi.
Nyuton va P. Laplasdan mexanikani universal deb hisoblash saqlanib qolgan fizik nazariya. 19-asrda Bu joyni dunyoning mexanik rasmi, jumladan, mexanika, termodinamika va moddaning kinetik nazariyasi, yorug'likning elastik nazariyasi va elektromagnetizm egallagan. Elektronning kashf etilishi g'oyalarni qayta ko'rib chiqishga turtki bo'ldi. X.Lorents asr oxirida barcha tabiat hodisalarini qamrab olish uchun elektron nazariyasini yaratdi, lekin bunga erisha olmadi. Zaryad diskretligi va maydon uzluksizligi bilan bog'liq muammolar va radiatsiya nazariyasidagi muammolar ("ultrabinafsha falokat") dunyo va kvant mexanikasining kvant maydon tasvirini yaratishga olib keldi. SRT yaratilgandan so'ng, nisbiylik nazariyasi, Maksvell nazariyasi va mexanikasini o'zida mujassam etgan dunyoning elektromagnit tasviri tabiiy dunyoni universal yoritishni ta'minlashi mumkin edi, ammo bu illyuziya tez orada yo'q qilindi.
Ko'pgina nazariyotchilar tortishish va elektromagnetizmni birlashtirilgan tenglamalar bilan qoplashga harakat qilishdi. To'rt o'lchovli fazo-vaqtni joriy etgan Eynshteyn ta'siri ostida ko'p o'lchovli maydon nazariyalari hodisalarni kamaytirishga urinishlarda qurilgan. geometrik xossalari bo'sh joy.
Birlashtirish tashqi kuchlar yo'qligida bo'sh kosmosda harakatlanadigan turli kuzatuvchilar uchun yorug'lik tezligining o'rnatilgan mustaqilligi asosida amalga oshirildi. Eynshteyn tasvirlangan dunyo chizig'i fazoviy o'qi gorizontal va vaqtinchalik o'qi vertikal yo'naltirilgan bo'lgan tekislikdagi ob'ekt. U holda vertikal chiziq berilgan sanoq sistemasida tinch holatda bo‘lgan jismning dunyo chizig‘i, qiya chiziq esa doimiy tezlikda harakatlanayotgan jismning dunyo chizig‘idir. Egri dunyo chizig'i tezlanish bilan harakatlanadigan ob'ektga mos keladi. Bu tekislikning istalgan nuqtasi ma'lum bir joyda ma'lum bir vaqtda ma'lum bir pozitsiyaga mos keladi va deyiladi voqea. Bunday holda, tortishish endi makon va vaqtning passiv fonida ta'sir qiluvchi kuch emas, balki fazo-vaqtning buzilishini ifodalaydi. Axir, tortishish maydoni fazo-vaqtning "egriligi" dir.
Bir-biriga nisbatan harakatlanuvchi mos yozuvlar tizimlari o'rtasidagi aloqani o'rnatish uchun fazoviy intervallarni vaqt birliklarida o'lchash kerak. Bunday qayta hisoblash uchun multiplikator bo'lishi mumkin yorug'lik tezligi, masofa bu masofani bosib o'tish uchun yorug'lik kerak bo'lgan vaqtga bog'liq. Bunday tizimda 1 m 3,33 emas (1 emas = 10 -9 s) ga teng. Keyin fotonning dunyo chizig'i 45 ° burchak ostida, har qanday moddiy ob'ekt esa kichikroq burchak ostida o'tadi (chunki uning tezligi doimo kamroq tezlik Sveta). Fazoviy o'q uchta Dekart o'qiga to'g'ri kelganligi sababli, moddiy jismlarning dunyo chiziqlari foton dunyo chizig'i bilan tasvirlangan konusning ichida joylashgan bo'ladi. Kuzatish natijalari quyosh tutilishi 1919 yil Eynshteynga butun dunyo shuhratini keltirdi. Quyosh yaqinida faqat tutilish paytida ko'rish mumkin bo'lgan yulduzlarning siljishi Eynshteynning tortishish nazariyasining bashoratlariga to'g'ri keldi. Shunday qilib, uning tortishish nazariyasini qurishga geometrik yondashuvi ta'sirchan tajribalar bilan tasdiqlandi.
Xuddi shu 1919 yilda umumiy nisbiylik nazariyasi paydo bo'lganda, Kenigsberg universitetining xususiy dotsenti T. Kaluza Eynshteynga o'z ishini yubordi va u erda taklif qildi. beshinchi o'lchov. Barcha o'zaro ta'sirlarning asosiy printsipini topishga harakat qilib (o'sha paytda ikkitasi ma'lum edi - tortishish va elektromagnetizm), Kaluza ularni besh o'lchovli umumiy nisbiylikda bir xilda olish mumkinligini ko'rsatdi. Beshinchi o'lchamning o'lchami birlashishning muvaffaqiyati uchun muhim emas edi va, ehtimol, u shunchalik kichikki, uni aniqlab bo'lmaydi. Maqola Eynshteyn bilan ikki yillik yozishmalardan so'ng chop etildi. Shved fizigi O. Klayn kvant mexanikasining asosiy tenglamasini toʻrtta oʻrniga beshta oʻzgaruvchili modifikatsiya qilishni taklif qildi (1926). U kosmosning biz sezmaydigan o'lchamlarini juda kichik hajmgacha "yiqdi" (uzoqdan o'ralgan chiziq kabi ko'rinadigan, lekin har bir nuqta aylana bo'lib chiqadigan ehtiyotsizlik bilan tashlangan sug'orish shlangini misol qilib keltirdi) . Ushbu o'ziga xos halqalarning o'lchamlari atom yadrosining o'lchamidan 10-20 baravar kichikdir. Shuning uchun beshinchi o'lchovni kuzatish mumkin emas, lekin bu mumkin.
Besh o'lchovli nazariyani rivojlantirishga sovet olimlari G.A. Mandel va V.A. Fok. Ular besh o'lchovli fazoda zaryadlangan zarrachaning traektoriyasini qat'iy ravishda geodezik chiziq sifatida tasvirlash mumkinligini ko'rsatdi (yunonchadan. geodaziya- er bo'linishi), yoki sirtdagi ikkita nuqta orasidagi eng qisqa yo'l, ya'ni beshinchi o'lchov jismoniy jihatdan haqiqiy bo'lishi mumkin. Har bir zarrani kosmosdagi mintaqani egallagan to'lqin paketi shaklida ifodalovchi Geyzenberg noaniqlik munosabati tufayli aniqlanmadi, uning hajmi zarrachaning energiyasiga bog'liq (energiya qanchalik baland bo'lsa, uning hajmi shunchalik kichik bo'ladi). mintaqa). Agar beshinchi o'lcham kichik doira ichiga o'ralgan bo'lsa, uni aniqlash uchun uni yorituvchi zarralar yuqori energiyaga ega bo'lishi kerak. Tezlatgichlar 10 -18 m o'lchamlarini ta'minlaydigan zarrachalar nurlarini ishlab chiqaradi, shuning uchun beshinchi o'lchamdagi doira kichikroq o'lchamlarga ega bo'lsa, uni hali aniqlab bo'lmaydi.
Sovet professori Yu.B. Rumer o'zining besh o'lchovli nazariyasida beshinchi o'lchovga ma'no berish mumkinligini ko'rsatdi harakatlar. Eynshteyn tomonidan ilgari surilgan to'rt o'lchovli fazo-vaqt kabi besh o'lchovli fazoni tasavvur qilishga urinishlar darhol paydo bo'ldi. Ushbu urinishlardan biri "parallel" dunyolar mavjudligi haqidagi gipotezadir. To'pning to'rt o'lchovli tasvirini tasavvur qilish qiyin emas edi: bu uning har bir vaqt nuqtasidagi tasvirlari to'plami - o'tmishdan kelajakka cho'zilgan to'plarning "quvuri". Va besh o'lchovli to'p allaqachon maydon, mutlaqo bir xil dunyolar tekisligidir. Uchdan beshgacha o'lchovga ega bo'lgan barcha olamlarda, hatto bitta sabab, hatto tasodifiy bo'lsa ham, bir nechta oqibatlarga olib kelishi mumkin. Olti o'lchovli Atoqli sovet samolyot konstruktori L.R. tomonidan qurilgan koinot. Bartini, uchta fazoviy va uchta vaqtinchalik o'lchamlarni o'z ichiga oladi. Bartini uchun vaqt uzunligi - bu davomiylik, kenglik - variantlar soni, balandlik - har bir mumkin bo'lgan dunyoda vaqt tezligi.
Kvant tortishish nazariyasi GTR va ulanishi kerak edi kvant mexanikasi. Kvant tortishish qonunlariga bo'ysunadigan olamda fazo-vaqtning egri chizig'i va uning tuzilishi o'zgaruvchan bo'lishi kerak, kvant dunyosi hech qachon tinchlanmaydi; Va o'tmish va kelajak tushunchalari, bunday dunyodagi voqealar ketma-ketligi ham har xil bo'lishi kerak. Bu o'zgarishlar hali aniqlanmagan, chunki kvant effektlari juda kichik miqyosda namoyon bo'ladi.
50-yillarda XX asr R. Feynman, Y. Shvinger va S. Tomogava mustaqil ravishda kvant elektrodinamikasini yaratdilar, kvant mexanikasini relyativistik tushunchalar bilan bog'lab, atomlar va ularning nurlanishini o'rganishda olingan ko'plab effektlarni tushuntirdilar. Keyin zaif o'zaro ta'sirlar nazariyasi ishlab chiqildi va elektromagnitizmni faqat kuchsiz kuch bilan matematik tarzda birlashtirish mumkinligini ko'rsatdi. Uning mualliflaridan biri, pokistonlik nazariy fizik A. Salam shunday deb yozgan edi: “Eynshteyn yutug‘ining siri shundaki, u gravitatsiyaviy o‘zaro ta’sirda zaryadning fundamental ahamiyatini anglagan. Va biz Eynshteyn tortishish uchun qilganidek, elektromagnit, kuchsiz va kuchli o'zaro ta'sirlardagi zaryadlarning mohiyatini chuqur anglamagunimizcha, yakuniy birlashishda muvaffaqiyatga umid kam... Biz Eynshteynning u muvaffaqiyatga erisha olmagan urinishlarini davom ettirishni istamaymiz. , balki ushbu dasturga boshqa to'lovlarni ham kiriting.
Ko'p o'lchovli nazariyalarga qiziqish qayta tiklandi va Eynshteyn, Bergman, Kaluza, Rumer va Iordaniya asarlari qaytadan aylantirila boshlandi. Sovet fiziklarining (L.D.Landau, I.Ya.Pomeranchuk, E.S.Fradkin) ishlari 10 -33 sm masofada kvant elektrodinamikasida oʻzgarmas qarama-qarshiliklar paydo boʻlishini koʻrsatadi (divergentsiya, anomaliya, barcha zaryadlar nolga aylanadi). Ko'pgina olimlar yagona nazariyani yaratish g'oyalari ustida ishladilar. S.Vaynberg, A.Salam va S.Glashou elektromagnetizm va kuchsiz yadro kuchini maʼlum bir “elektr zaif” kuchning koʻrinishi deb hisoblash mumkinligini va kuchli kuchning haqiqiy tashuvchilari kvarklar ekanligini koʻrsatdi. Yaratgan nazariya - kvant xromodinamikasi- kvarklardan proton va neytronlar qurdi va elementar zarrachalarning standart modelini yaratdi.
Plank shuningdek, asosiy nazariyalarni - STR (yorug'lik tezligi c), kvant mexanikasini (Plank doimiysi) belgilaydigan uchta doimiydan tashkil topgan kattaliklarning asosiy rolini qayd etdi. h) va Nyutonning tortishish nazariyasi (gravitatsiya doimiysi G). Ularning kombinatsiyasidan siz uchta miqdorni olishingiz mumkin (Planckian) Bilan
massa, vaqt va uzunlik o'lchamlari
5 10 93 g/sm 3 . Plank uzunligi kvant elektrodinamikasi ma'nosiz bo'ladigan kritik masofaga to'g'ri keladi. Endi geometriya faqat 10-16 sm dan ortiq masofalarda aniqlandi, bu Planknikidan 17 marta kattaroqdir! O'zaro ta'sirlarni birlashtirish nazariyadagi farqlar va anomaliyalarni bartaraf etish uchun zarur - muammo zarrachalarni nuqta sifatida belgilash va ularning fazo-vaqtni buzish edi. Va ular buni yuqori simmetriya g'oyalari yordamida qidira boshladilar. Bu g'oyalar 80-yillarda "ikkinchi shamol" oldi. XX asr GUT va supergravitatsiyaning buyuk birlashuv nazariyalarida. GUT - bu tortishishlardan tashqari barcha o'zaro ta'sirlarni birlashtirishga imkon beradigan nazariya. Agar biz u bilan gravitatsiyaviy o'zaro ta'sirni birlashtira olsak, biz mavjud bo'lgan hamma narsa nazariyasiga ega bo'lamiz (TVS). Shunda dunyo bir xilda tasvirlanadi. Bunday "super kuch"ni qidirish davom etmoqda.
O'ta tortishish nazariyalari umumiy nisbiylikni qurishda geometrik yondashuvga xos bo'lgan ko'p o'lchovli konstruktsiyalardan foydalanadi. Siz dunyoni qurishingiz mumkin turli raqamlar o'lchovlar (ular 11 va 26 o'lchovli modellardan foydalanadilar), lekin 11 o'lchovlilar matematik nuqtai nazardan eng qiziqarli va chiroyli: 7 - fazo-vaqtning yashirin o'lchamlarining minimal soni, bu uchta o'z ichiga olish imkonini beradi. nazariyada tortishish bo'lmagan kuchlar va 4 fazo -vaqtning oddiy o'lchamlari. To'rtta ma'lum bo'lgan o'zaro ta'sirlar beshdan ortiq o'lchamlarga ega bo'lgan geometrik tuzilmalar sifatida qaraladi.
Superstring nazariyasi 80-yillarning o'rtalaridan boshlab ishlab chiqilgan. XX asr supergravitatsiya bilan birga. Bu nazariya ingliz olimi M.Grin va amerikalik olim J.Shvarts tomonidan ishlab chiqila boshlandi. Nuqta o'rniga ular zarrachalarni ko'p o'lchovli fazoda joylashtirilgan bir o'lchovli ip bilan bog'ladilar. Bu nazariya nuqta zarralarini mayda energiya halqalari bilan almashtirish orqali hisob-kitoblarda yuzaga keladigan bema'niliklarni bartaraf etdi. Kosmik torlar - bular elementar zarralar nazariyasi tomonidan yaratilgan ekzotik ko'rinmas shakllanishlardir. Bu nazariya dunyoni ierarxik tushunishni aks ettiradi - fizik haqiqat uchun yakuniy asos yo'qligi, faqat kichikroq va kichikroq zarralar ketma-ketligi. Juda massiv zarralar va massasiz mingga yaqin zarralar mavjud. Plank o'lchamiga (10-33 sm) ega bo'lgan har bir ip tebranishlarning cheksiz ko'p turlariga (yoki rejimlariga) ega bo'lishi mumkin. Skripka torlarining tebranishi turli tovushlarni hosil qilganidek, bu torlarning tebranishi ham barcha kuch va zarralarni hosil qilishi mumkin. Superstrings bizga xirallikni tushunishga imkon bering (yunonchadan. cheir- qo'l), supergravitatsiya chap va o'ng o'rtasidagi farqni tushuntirib bera olmaydi - u har bir yo'nalishdagi zarrachalarning teng qismlarini o'z ichiga oladi. Supergravitatsiya kabi supertorlar nazariyasi tajriba bilan emas, balki matematikaga ko'proq xos bo'lgan anomaliyalar va farqlarni bartaraf etish bilan bog'liq.
Amerikalik fizik E. Vitten supertorlar nazariyasi fizikaning kelajagi uchun asosiy umid degan xulosaga keldi, u nafaqat tortishish imkoniyatini hisobga oladi, balki uning mavjudligini ham tasdiqlaydi, tortishish esa supertor nazariyasining natijasidir. Uning topologiya va kvant maydon nazariyasidan olingan texnologiyasi yuqori o'lchamli chigal tugunlar orasidagi chuqur simmetriyalarni ochish imkonini beradi. Nisbatan izchil nazariyaga mos keladigan o'lcham aniqlandi, u 506 ga teng.
Superstring nazariyasidan foydalanib, koinotdagi materiyaning "yirtiq" taqsimlanishini tushuntirish mumkin. Superstrings - bu yangi tug'ilgan Olam materiyasidan qolgan iplar. Ular hayratlanarli darajada harakatchan va zich bo'lib, ular atrofidagi bo'shliqni egib, sharlar va halqalarni hosil qiladilar va massiv halqalar elementar zarralar, galaktikalar va galaktikalar klasterlarini tug'diradigan darajada kuchli tortishish kuchini yaratishi mumkin. 1986 yilga kelib, kosmik torlar bo'yicha ko'plab maqolalar nashr etildi, garchi ularning o'zlari hali kashf qilinmagan edi. Superstringlarni ular keltirib chiqaradigan bo'shliqning egriligi, tortishish linzalari vazifasini bajaradigan yoki ular chiqaradigan tortishish to'lqinlari orqali topish mumkin, deb ishoniladi. Superstringlarning evolyutsiyasi kompyuterlarda o'ynaladi va displey ekranida kosmosda kuzatilganlarga mos keladigan rasmlar paydo bo'ladi - u erda deyarli hech qanday galaktikalar mavjud bo'lmagan filamentlar, qatlamlar va ulkan bo'shliqlar hosil bo'ladi.
So'nggi 30 yil ichida kosmologiya va zarralar fizikasining g'ayrioddiy yaqinlashuvi fazo-vaqt va materiyaning tug'ilish jarayonlarining mohiyatini birlamchi yagonalikdan keyin 10 -43 dan 10 -35 s gacha bo'lgan qisqa vaqt oralig'ida tushunishga imkon berdi. chaqirdi Katta portlash. O'lchovlar soni 10 (supergravitatsiya) yoki 506 (superstring nazariyasi) yakuniy emas, balki murakkabroq geometrik tasvirlar paydo bo'lishi mumkin, lekin ko'plab qo'shimcha o'lchamlarni to'g'ridan-to'g'ri aniqlash mumkin emas; Koinotning haqiqiy geometriyasi, ehtimol, uchta fazoviy o'lchovga ega emas, bu faqat bizning metagalaktikamiz uchun xosdir - Koinotning kuzatilishi mumkin bo'lgan qismi.
Va ularning barchasi, uchtasidan tashqari, Katta portlash paytida (10-15 milliard yil oldin) Plank o'lchamiga qadar burishgan. Yoniq uzoq masofalar(Metagalaktikaning o'lchami 10 28 sm gacha) geometriya Evklid va uch o'lchovli, Plankda esa Evklid bo'lmagan va ko'p o'lchovli. Hozirgi vaqtda ishlab chiqilayotgan mavjud bo'lgan hamma narsa nazariyalari (TEC) zarralar orasidagi barcha fundamental o'zaro ta'sirlarning tavsiflarini birlashtirishi kerak, deb ishoniladi.
Tadqiqot predmetining mos kelishi fanlarning o'rnatilgan metodologiyasini o'zgartirdi. Astronomiya kuzatuv fani hisoblangan, tezlatgichlar esa zarralar fizikasida vosita hisoblangan. Endi ular zarralarning xossalari va ularning kosmologiyadagi o'zaro ta'siri haqida taxminlar qila boshladilar va hozirgi avlod olimlari ularni sinab ko'rish imkoniyatiga ega bo'ldi. Shunday qilib, kosmologiyadan kelib chiqadiki, asosiy zarralar soni kichik bo'lishi kerak. Ushbu bashorat nuklonlarning birlamchi sintez jarayonlarini tahlil qilish bilan bog'liq bo'lib, koinotning yoshi taxminan 1 s bo'lgan va tezlatgichlarda katta kuchlarga erishish ularning sonining ko'payishiga olib keladigan bir paytda qilingan. elementar zarralar. Agar zarralar ko'p bo'lganida, Koinot hozir boshqacha bo'lar edi.
