Hạt tương tác điện từ

Bài viết này sẽ nhìn vào những gì được gọi là sức mạnh thiên nhiên - sự tương tác điện từ cơ bản và các nguyên tắc mà trên đó nó được xây dựng. Cũng sẽ được thông báo về khả năng xảy ra sự tồn tại của các phương pháp mới để nghiên cứu về chủ đề này. Ở trường trong các lớp vật lý, sinh viên đang phải đối mặt với một lời giải thích về khái niệm "lực lượng". Họ biết rằng sức mạnh có thể rất đa dạng - lực ma sát, lực hấp dẫn, tính đàn hồi và sức mạnh của nhiều tương tự. Không phải tất cả trong số họ có thể được gọi là cơ bản, như là rất thường xuyên hiện tượng lực lượng thứ cấp (lực ma sát, ví dụ, với sự tương tác của các phân tử). Sự tương tác điện từ cũng có thể là thứ yếu - như một hệ quả. Vật lý phân tử đưa ra ví dụ của Van der Waals lực. Cũng đưa ra nhiều ví dụ và vật lý hạt cơ bản.

Trong tự nhiên,

Tôi muốn để có được bản chất của các quá trình xảy ra trong tự nhiên, vì nó làm cho chúng ta làm việc tương tác điện từ. Chính xác là động lực cơ bản để xác định tất cả được xây dựng lực lượng thứ yếu của nó? Ai cũng biết rằng sự tương tác điện từ, hoặc, như nó được gọi, điện là nền tảng. Này được chứng minh bằng định luật Coulomb, trong đó có sự tổng quát riêng của mình bắt nguồn từ các phương trình Maxwell. mô tả gần đây tất cả các lực lượng từ trường và điện xảy ra một cách tự nhiên. Đó là lý do tại sao nó được chứng minh rằng sự tương tác của trường điện từ - lực cơ bản của tự nhiên. Ví dụ sau đây - lực hấp dẫn. Ngay cả học sinh biết về pháp luật vạn vật hấp dẫn Isaaka Nyutona, người cũng vừa mới nhận được một sự tổng quát đúng đắn của các phương trình của Einstein, và theo lý thuyết của ông về trọng lực, sức mạnh của sự tương tác điện từ là nền tảng trong tự nhiên, quá.

Ngày xửa ngày xưa người ta tin rằng chỉ có hai lực lượng cơ bản, nhưng khoa học tiến lên phía trước, dần dần chứng minh rằng nó không phải là như vậy. Ví dụ, với việc khám phá ra hạt nhân nguyên tử, chúng tôi đã giới thiệu các khái niệm về điện hạt nhân, hoặc làm thế nào để hiểu được nguyên tắc duy trì các hạt bên trong hạt nhân, tại sao họ không bay đi theo mọi hướng. Hiểu được cách tương tác điện từ trong tự nhiên, đã giúp đo các lực lượng hạt nhân, nghiên cứu và mô tả. Sau đó, tuy nhiên, các nhà khoa học đi đến kết luận rằng các lực lượng hạt nhân là thứ yếu và trong nhiều biểu hiện như Van der Waals lực. Trong thực tế, lực lượng chỉ thực sự cơ bản mà cung cấp các quark tương tác với nhau. Sau đó - một tác dụng phụ - là sự tương tác giữa trường điện từ của proton và neutron trong hạt nhân. Thực sự cơ bản là sự tương tác của quark, gluon được trao đổi. Như vậy đã được phát hiện trong tự nhiên thực sự là động lực cơ bản thứ ba.

Tiếp tục câu chuyện

Tiểu hạt phân rã, nặng - trên nhẹ hơn, và phân rã của họ mô tả sức mạnh mới của sự tương tác điện từ, mà cũng được đặt tên - sức mạnh của sự tương tác yếu. Tại sao người nghèo? Bởi vì nhiễu điện từ trong tự nhiên là mạnh hơn rất nhiều. Và một lần nữa, nó bật ra rằng lý thuyết về tương tác yếu, vì vậy một cách duyên dáng bắt tay trong bức tranh của thế giới và ban đầu hoàn hảo mô tả sự phân rã của các hạt cơ bản, không phản ánh những định đề tương tự, nếu năng lượng được tăng lên. Đó là lý do tại sao các lý thuyết cũ đã được thiết kế lại để khác - một lý thuyết về sự tương tác yếu, lần này được chứng minh là phổ quát. Mặc dù nó được xây dựng đó là trên cùng một nguyên tắc như phần còn lại của lý thuyết mô tả sự tương tác điện từ của các hạt. Trong thời hiện đại, có bốn nghiên cứu và chứng minh tương tác cơ bản, và thứ năm - trên đường đi, về anh nó sẽ đến. Tất cả bốn - hấp dẫn, mạnh, yếu, điện từ - được xây dựng trên một nguyên tắc duy nhất: các lực lượng được tạo ra giữa các hạt là kết quả của một sự chia sẻ thực hiện vận chuyển, hoặc bằng cách khác - trung gian tương tác.

Những loại một trợ lý? photon này - không có khối lượng hạt, tuy nhiên thành công xây dựng nhiễu điện từ do trao đổi một lượng tử của sóng điện từ hay lượng tử ánh sáng. Sự tương tác điện từ được thực hiện bởi các photon trong lĩnh vực hạt mang điện tích, mà giao tiếp với một lực lượng nhất định, như thời gian nó và đối xử với pháp luật của Coulomb. Có một hạt có khối lượng - gluon, nó có tám giống, nó giúp giao tiếp quark. tương tác điện từ Đây là một sức hấp dẫn giữa các chi phí, và nó được cho là mạnh mẽ. Vâng, và sự tương tác yếu là không phải không có trung gian, mà thép các hạt có khối lượng hơn thế nữa, họ là khổng lồ, đó là nặng. Đây trung boson vector. trọng lượng của họ và trọng lượng là do sự yếu kém của sự tương tác. Trọng lực là trao đổi lực lượng tử trường hấp dẫn. Đây là sự hấp dẫn của sự tương tác điện từ của các hạt, nó vẫn là chưa đủ nghiên cứu, thậm chí Graviton thực nghiệm chưa phát hiện, và lực hấp dẫn lượng tử chúng ta không hoàn toàn ở đó, và chỉ vì chúng ta phải mô tả nó có thể không được nêu ra.

lực lượng thứ năm

Chúng tôi coi bốn loại tương tác cơ bản: mạnh, yếu, điện từ, hấp dẫn. Tương tác - là một hành động trao đổi của các hạt, và cũng không biết đối xứng không thể làm được, vì không có sự tương tác mà không được liên kết với nó. Nó quyết định số lượng của các hạt và khối lượng của chúng. Với sự đối xứng chính xác khối lượng luôn là zero. Vì vậy, photon và khối lượng gluon không phải là, nó là bằng không, các graviton - quá. Nếu đối xứng bị phá vỡ, khối lượng không còn là zero. Như vậy, bò rừng bizon vector trung gian có khối lượng, vì đối xứng bị phá vỡ. Bốn tương tác cơ bản giải thích tất cả những gì chúng ta thấy và cảm nhận. Các lực lượng còn lại nói rằng khớp nối điện từ của họ chỉ là thứ yếu. Tuy nhiên, trong năm 2012 đã có một bước đột phá trong khoa học và được phát hiện một hạt, một khi trở nên nổi tiếng. Một cuộc cách mạng trong thế giới khoa học đã tổ chức khai mạc Higgs boson, trong đó, khi nó bật ra, cũng đóng vai trò như một tàu sân bay của tương tác giữa các hạt quark và lepton.

Đó là lý do tại sao các nhà khoa học-nhà khoa học hiện nói rằng có một lực lượng thứ năm, các trung gian trong đó hóa ra là boson Higgs. Đối xứng bị phá vỡ ở đây: từ Higgs boson có khối lượng. Như vậy số lượng tương tác (từ trong vật lý hạt hiện đại được thay thế bằng từ "lực lượng") đã đạt năm. Có lẽ chúng ta đang chờ đợi những khám phá mới, vì chúng ta không biết chính xác nếu có thậm chí ngoài những tương tác này. Nó rất có thể là chúng tôi đã xây dựng được, và ngày nay mô hình này, nó sẽ có vẻ hoàn hảo giải thích tất cả các hiện tượng quan sát trên thế giới, và không phải là khá hoàn chỉnh. Và có lẽ, sau một thời gian sẽ có tương tác mới và sức mạnh mới. Xác suất như vậy có ít nhất là vì chúng ta rất dần dần học được rằng có hiện đang được biết đến tương tác cơ bản - mạnh, yếu, điện từ, hấp dẫn. Sau khi tất cả, nếu có trong bản chất của các hạt siêu đối xứng, được thảo luận trong giới khoa học, nó có nghĩa là sự tồn tại của một đối xứng mới, và đối xứng luôn đòi hỏi sự xuất hiện của các hạt mới mà trung gian giữa chúng. Do đó, chúng tôi nghe nói về một lực lượng cơ bản chưa từng được biết, như một lần đã rất ngạc nhiên khi biết rằng có, ví dụ, điện từ, tương tác yếu. Kiến thức liên quan đến bản chất của chúng ta rất đầy đủ.

kết nối liên thông

Điều thú vị nhất là bất kỳ sự tương tác mới nhất thiết phải dẫn đến một hiện tượng hoàn toàn xa lạ. Ví dụ, nếu chúng ta không hề biết về sự tương tác yếu, chúng tôi sẽ không bao giờ phát hiện ra sự sụp đổ, và nếu nó không phải là kiến thức của chúng ta về sự phân rã, không có nghiên cứu về phản ứng hạt nhân sẽ không thể thực hiện. Và nếu chúng ta không biết về phản ứng hạt nhân, sẽ không hiểu tại sao mặt trời chiếu sáng trên chúng ta. Sau khi tất cả, nếu nó không tỏa sáng, và sự sống trên Trái đất sẽ không được hình thành. Vì vậy mà sự hiện diện của sự tương tác chỉ ra rằng nó là cực kỳ quan trọng. Nếu sự tương tác mạnh mẽ không tồn tại, và hạt nhân nguyên tử sẽ không được ổn định. Do sự tương tác điện từ Trái đất nhận được năng lượng từ mặt trời, và các tia sáng đến từ anh ấy, làm ấm hành tinh. Và tất cả các tương tác được biết đến là rất cần thiết. Dưới đây Higgs, ví dụ. Higgs boson cung cấp khối lượng hạt bằng cách tương tác với lĩnh vực này, chúng tôi không có nó sẽ không sống sót. Và làm thế nào, nếu không có sự tương tác hấp dẫn để ở lại trên bề mặt của hành tinh này? Nó sẽ không thể không chỉ cho chúng ta, nhưng không có gì cả.

Tuyệt đối tất cả các tương tác, thậm chí những người mà chúng ta chưa biết, là điều bắt buộc để tất cả mọi thứ mà nhân loại biết, hiểu và yêu thương đó. chúng ta có thể biết những gì? Có, rất nhiều. Ví dụ, chúng ta biết rằng các proton là ổn định trong nhân. Rất, rất quan trọng đối với chúng ta, sự ổn định của nó này, nếu không cùng một cách thì sẽ không có sự sống. Tuy nhiên, các thí nghiệm cho thấy rằng cuộc sống của proton - giá trị thời gian hạn chế. Long, tất nhiên, 10 năm ^34. Nhưng nó có nghĩa là sớm hay muộn sụp đổ, và proton, và điều này sẽ đòi hỏi một số lực lượng mới, đó là một sự tương tác mới. Chống proton phân rã đã tồn tại lý thuyết mà giả định mới, mức độ cao hơn nhiều đối xứng, do đó, một sự tương tác mới có thể tồn tại mà chúng ta không biết bất cứ điều gì.

thống nhất đất nước vĩ đại

Sự thống nhất của thiên nhiên là nguyên tắc duy nhất của xây dựng của tất cả các tương tác cơ bản. Nhiều câu hỏi nảy sinh liên quan đến số lượng của chúng và giải thích lý do cho số lượng đặc biệt này. Phiên bản xây dựng tại đây một nhiều tuyệt vời, và họ rất khác nhau trong các kết luận đạt được. Giải thích sự hiện diện của chỉ một số ví dụ của các tương tác cơ bản trong mọi cách có thể, nhưng họ là một nguyên tắc duy nhất của việc xây dựng bằng chứng. Luôn các loại khác nhau hầu hết các tương tác, các nhà nghiên cứu đang cố gắng để kết hợp thành một. Do đó lý thuyết và lý thuyết như vậy gọi là Đại Unified. Như nếu cành cây thế giới: một đa số chi nhánh và thân cây luôn luôn là như nhau.

Đó là bởi vì có tất cả những lý thuyết thống nhất ý tưởng. Thư mục gốc của tất cả các tương tác nổi tiếng của một đơn ăn một thân cây, mà là do sự mất đối xứng bắt đầu chi nhánh ra và hình thành tương tác cơ bản khác nhau, mà chúng ta có thể quan sát bằng thực nghiệm. Giả thuyết này không thể xác minh được nêu ra, bởi vì nó đòi hỏi vật lý năng lượng rất cao, thí nghiệm không thể tiếp cận hiện nay. Nó rất có thể, và điều này là một lựa chọn mà chúng ta chưa bao giờ không sở hữu những năng lượng này. Nhưng xung quanh trở ngại này là hoàn toàn có thể.

cách nhau

Chúng tôi có một vũ trụ, chân ga tự nhiên, và tất cả các quá trình xảy ra trong nó, làm cho nó có thể kiểm tra ngay cả những giả thuyết táo bạo nhất về nguồn gốc chung của tất cả các tương tác được biết đến. Một nhiệm vụ thú vị hiểu sự tương tác trong tự nhiên có lẽ thậm chí phức tạp hơn. Nó là cần thiết để hiểu làm thế nào để liên hệ lực hấp dẫn với các lực lượng khác của thiên nhiên. Đây là một sự tương tác cơ bản đứng vì nó riêng biệt, mặc dù thực tế rằng theo nguyên tắc xây dựng lý thuyết này cũng tương tự như tất cả những người khác.

Einstein đã nghiên cứu lý thuyết về trọng lực, cố gắng để liên kết nó với điện từ. Mặc dù thực tế dường như để giải quyết vấn đề này, thì lý thuyết vẫn chưa xảy ra. Bây giờ nhân loại biết nhiều hơn một chút, ít nhất chúng ta biết về sự tương tác mạnh mẽ và yếu. Và nếu bây giờ việc xây dựng hoàn chỉnh các lý thuyết thống nhất, nó chắc chắn sẽ ảnh hưởng đến một lần nữa sự thiếu kiến thức. Cho đến nay thất bại trong việc đưa trọng lực ngang bằng với các tương tác khác, vì tất cả tuân thủ luật pháp quyết định bởi vật lý lượng tử và trọng lực - không có. Theo lý thuyết lượng tử, tất cả các hạt lượng tử là một lĩnh vực nhất định. Nhưng hấp dẫn lượng tử không tồn tại, ít nhất là không được nêu ra. Tuy nhiên, số lượng tương tác đã phát hiện lặp đi lặp lại ầm ĩ về những gì không thể được bất kỳ chương trình duy nhất.

điện trường

Trở lại năm 1860 vĩ đại XIX nhà vật lý thế kỷ James Clerk Maxwell đã thành công trong việc tạo ra một lý thuyết để giải thích sự cảm ứng điện từ. Khi một sự thay đổi trong từ trường trong một thời điểm nào đó trong không gian một điện trường. Nếu lĩnh vực này được tìm thấy dây dẫn khép kín, cảm ứng dòng điện trong điện trường. lý thuyết trường điện từ của ông Maxwell chứng minh rằng quá trình ngược lại khả năng: nếu sự thay đổi trong thời gian điện trường tại một điểm nhất định trong không gian sẽ được yêu cầu từ trường. Vì vậy, bất kỳ sự thay đổi có thể gây ra một điện trường khác nhau, và có thể có được một sự thay đổi trong từ trường điện xen kẽ trong thời gian từ trường. Những biến, tạo ra mỗi lĩnh vực khác do trường thống nhất tổ chức - điện từ.

Kết quả quan trọng nhất cho phép theo công thức lý thuyết của Maxwell - một dự đoán rằng có những sóng điện từ, ví dụ: tuyên truyền điện từ trường trong thời gian và không gian. Nguồn gốc của các trường điện từ được di chuyển với chi phí tăng tốc điện. Không giống như âm thanh (đàn hồi) sóng điện từ có thể tuyên truyền trên mọi chất liệu, ngay cả trong chân không. nhiễu điện từ trong chân không truyền với vận tốc ánh sáng (c = 299 792 km mỗi giây). Các bước sóng có thể khác nhau. sóng điện từ mười nghìn mét đến 0.005 mét - đây là sóng radio được sử dụng để truyền thông tin cho chúng tôi, đó là dấu hiệu cho một khoảng cách nhất định mà không cần bất kỳ dây. sóng radio tạo ra ở tần số cao, hiện tại chảy trong ăng-ten.

những con sóng là gì

Nếu chiều dài của bức xạ điện từ dao động từ 0,005 micromet đến 1 mét, tức là những người mà đang ở trong phạm vi giữa sóng ánh sáng nhìn thấy được và đài phát thanh - là bức xạ hồng ngoại. phát ra tất cả các cơ quan của ông nóng: pin, bếp, đèn sợi đốt. các thiết bị đặc biệt chuyển đổi bức xạ hồng ngoại thành ánh sáng nhìn thấy, để có được hình ảnh của các đối tượng phát ra nó, ngay cả trong bóng tối tuyệt đối. ánh sáng nhìn thấy phát ra một bước sóng 770-380 nm - màu chuyển từ đỏ sang tím. Phần này của quang phổ có cho cuộc sống con người vô cùng quan trọng, bởi vì một phần lớn các thông tin về thế giới chúng tôi nhận được thông qua tầm nhìn.

Nếu các bức xạ điện từ có bước sóng nhỏ hơn màu tím là ánh sáng tia cực tím có thể tiêu diệt vi khuẩn. X-quang không nhìn thấy được bằng mắt. Họ hầu như không hấp thụ ánh sáng có thể nhìn thấy các lớp mờ của vật chất. X-quang chẩn đoán bệnh của cơ quan nội tạng của con người và động vật. Nếu các bức xạ điện từ được tạo ra bởi sự tương tác của các hạt cơ bản và phát ra bởi hạt nhân vui mừng thu được bằng bức xạ gamma. Đây là loạt nhất trong quang phổ điện từ bởi vì nó không bị hạn chế đến năng lượng cao. bức xạ gamma có thể được mềm mại và cứng rắn: chuyển năng lượng trong hạt nhân nguyên tử - mềm mại, và trong các phản ứng hạt nhân - cứng nhắc. Những tia dễ dàng kéo xuống các phân tử và đặc điểm sinh học. Lớn hạnh phúc mà trong khí quyển của các tia gamma không thể vượt qua. Quan sát tia gamma từ vũ trụ có thể được. Ở mức năng lượng rất cao sự tương tác điện từ lan truyền với tốc độ gần với ánh sáng: gamma nguyên tử lượng tử nghiền nát hạt nhân, phá vỡ chúng thành các hạt, tán xạ theo các hướng khác nhau. Khi phanh, chúng phát ra ánh sáng, có thể nhìn thấy trong kính thiên văn đặc biệt.

Từ quá khứ - tương lai

sóng điện từ, như đã nói, dự đoán của Maxwell. Ông đã nghiên cứu một cách cẩn thận và cố gắng tin vào toán học hình ảnh hơi ngây thơ Faraday, mà trên đó các hiện tượng từ tính và điện đã được mô tả. Đó là Maxwell phát hiện ra một thiếu đối xứng. Và rằng ông đã có thể chứng minh một số phương trình mà xen kẽ các lĩnh vực điện tạo ra từ trường và ngược lại. Điều này dẫn ông tin rằng lĩnh vực và tách khỏi dây dẫn được chuyển qua một khoảng trống với một số tốc độ khổng lồ. Và ông đã tìm nó. Tốc độ là gần trohstam hàng ngàn cây số mỗi giây.

Đó là lý thuyết và thí nghiệm tương tác. Một ví dụ là việc mở cửa mà qua đó chúng học được về sự tồn tại của sóng điện từ. Trong nó đến cùng với sự giúp đỡ về vật lý khái niệm hoàn toàn không đồng nhất - từ tính và điện, vì nó là một hiện tượng vật lý của cùng một thứ tự, chỉ cần hai bên khác nhau của nó là trong giao tiếp. Lý thuyết được sắp xếp một đằng sau người kia, và tất cả chúng đều có liên quan chặt chẽ với nhau: lý thuyết về tương tác điện yếu, ví dụ, nơi vị trí tương đương được mô tả bởi các lực lượng yếu hạt nhân và điện từ, vv Tất cả kết hợp thuyết sắc động lực học lượng tử, bao gồm các tương tác mạnh và điện yếu (ở đây, chính xác trong khi thấp hơn nhưng các hoạt động tiếp tục). Sâu nghiên cứu các lĩnh vực vật lý như lực hấp dẫn lượng tử và lý thuyết dây.

phát hiện

Nó chỉ ra rằng không gian xung quanh chúng ta hoàn toàn thấm nhuần với bức xạ điện từ: các ngôi sao và mặt trời, mặt trăng và các thiên thể khác, đó là bản thân trái đất, và mỗi điện thoại trong tay của người đàn ông, và trạm ăng ten - tất cả điều này phát ra sóng điện từ của tên gọi khác nhau . Tùy thuộc vào tần số của dao động, trong đó tỏa ra các đối tượng khác nhau hồng ngoại, đài phát thanh, ánh sáng nhìn thấy, tia sinh học thực địa, X-quang và các loại tương tự.

Khi một trường điện từ được phân phối, nó sẽ trở thành một làn sóng điện từ. Nó chỉ đơn giản là một nguồn vô tận của năng lượng, rung những chi phí điện của các phân tử và nguyên tử. Và nếu điện tích dao động, chuyển động của nó được tăng tốc, và do đó phát ra sóng điện từ. Nếu những thay đổi từ trường, lĩnh vực này được kích thích bởi cơn lốc điện đó, lần lượt, kích thích các lĩnh vực xoáy từ. Quá trình này đi qua không gian, ôm một thời điểm khác.