جزيئات التفاعل الكهرومغناطيسية

هذه المقالة سوف ننظر في ما يسمى قوى الطبيعة - التفاعل الكهرومغناطيسي الأساسي والمبادئ التي بني عليها. وسيكون هناك أيضا أن يقال عن احتمال وجود مناهج جديدة لدراسة هذا الموضوع. في المدرسة في فصول الفيزياء، تواجه الطلاب مع شرح لمفهوم "القوة". يتعلمون أن السلطة يمكن أن تكون متنوعة جدا - قوة الاحتكاك، وقوة الجاذبية، ومرونة وقوة كثير ما شابه ذلك. ليس كل واحد منهم يمكن أن يسمى الأساسي، كما هو في كثير من الأحيان ظاهرة قوة الثانوية (قوة الاحتكاك، على سبيل المثال، مع تفاعله الجزيئات). التفاعل الكهرومغناطيسي يمكن أيضا أن تكون الثانوية - نتيجة لذلك. يعطي الفيزياء الجزيئية مثال قوى فان دير فالس. كما يعطي العديد من الأمثلة وفيزياء الجسيمات الأولية.

في الطبيعة،

وأود أن نصل إلى جوهر العمليات التي تحدث في الطبيعة، لأنه يجعلنا نعمل التفاعل الكهرومغناطيسي. ما هو بالضبط القوة الأساسية التي بنيت يحدد كل قواتها الثانوية؟ الجميع يعرف أن التفاعل الكهرومغناطيسي، أو كما يطلق عليه، والطاقة الكهربائية أساسية. ويتضح ذلك من خلال قانون كولوم، التي لديها تعميم الخاصة النابعة من معادلات ماكسويل. آخر وصف جميع القوى المغناطيسية والكهربائية التي تحدث بشكل طبيعي. هذا هو السبب ثبت أن التفاعل بين الحقول الكهرومغناطيسية - القوى الأساسية للطبيعة. المثال التالي - قوة الجاذبية. حتى أطفال المدارس تعرف عن قانون الجاذبية الكونية Isaaka Nyutona، الذي أيضا حصلت مؤخرا تعميما السليم للمعادلات آينشتاين، وفقا لنظريته في الجاذبية، وقوة التفاعل الكهرومغناطيسي أساسية في الطبيعة أيضا.

ذات مرة كان يعتقد أن هناك فقط هذه القوى الأساسية اثنين، ولكن جاء العلم إلى الأمام، وتثبت تدريجيا أن الأمر ليس كذلك. على سبيل المثال، مع اكتشاف نواة الذرة كان علينا أن إدخال مفهوم الطاقة النووية، أو كيفية فهم مبدأ الإبقاء على الجسيمات داخل النواة، لماذا لا يطير بعيدا في كل الاتجاهات. فهم كيفية التفاعل الكهرومغناطيسي في الطبيعة، وقد ساعد قياس القوى النووية، لدراسة وصفها. وفي وقت لاحق، ومع ذلك، وجاء العلماء إلى استنتاج مفاده أن القوات النووية الثانوية وفي كثير من مظاهر مثل قوى فان دير فالس. في الواقع، القوات فقط الأساسية حقا أن توفير الكواركات تتفاعل مع بعضها البعض. ثم - تأثير ثانوي - هو التفاعل بين الحقول الكهرومغناطيسية من البروتونات والنيوترونات في النواة. جوهرية حقا هو التفاعل بين الكواركات، ويتم تبادل غلوونس. وهكذا تم اكتشافه في الطبيعة هو في الواقع قوة أساسية الثالثة.

استمرارا للقصة

الابتدائية الجسيمات تسوس الثقيلة - على أخف وزنا، وتحللها يصف قوة جديدة من التفاعل الكهرومغناطيسي، والذي يدعى أيضا - قوة التفاعل الضعيف. لماذا الفقراء؟ بسبب التداخل الكهرومغناطيسي في الطبيعة أقوى من ذلك بكثير. ومرة أخرى، تبين أن نظرية التفاعلات الضعيفة، شرعت بذلك بأمان في الصورة من العالم، والأصل يصف تماما اضمحلال الجسيمات الأولية، لا تعكس نفس المسلمات، إذا تم زيادة الطاقة. هذا هو السبب وقد أعيد تصميم النظرية القديمة لآخر - نظرية التفاعل الضعيف، وهذه المرة ثبت أن تكون عالمية. على الرغم من أنها بنيت كان على نفس المبادئ بقية النظرية التي تصف التفاعل الكهرومغناطيسي من الجزيئات. في العصر الحديث، وهناك أربعة دراستها وثبت التفاعلات الأساسية، والخامس - على الطريق، وعنه أنه سيأتي. كل أربعة - الجاذبية، قوي، ضعيف، الكهرومغناطيسية - مبنية على مبدأ واحد: القوة المتولدة بين الجزيئات هي نتيجة لتقاسم نفذت الناقل، أو غير ذلك - التوسط التفاعل.

أي نوع من مساعد؟ هذا الفوتون - من دون كتلة الجسيمات، ولكن مع ذلك بنجاح يبني التداخل الكهرومغناطيسي المناسب لتبادل والكم من الموجات الكهرومغناطيسية أو الكم الخفيفة. ويتم التفاعل الكهرومغناطيسي بها الفوتونات في مجال الجسيمات المشحونة، التي التواصل مع قوة معينة، والوقت الذي ويعامل القانون كولوم. هناك واحد الجسيمات عديمة الكتلة - غلوون، فقد ثمانية أصناف، فإنه يساعد على التواصل الكواركات. هذا التفاعل الكهرومغناطيسي هو عامل جذب بين التهم، ويقال أن تكون قوية. نعم، و التفاعل الضعيف ليس بدون وسطاء، والتي جزيئات الصلب مع كتلة أكثر من ذلك، فهي ضخمة، وهذا هو الثقيلة. هذا وسيطة بوزونات النواقل. ويرجع ذلك إلى ضعف التفاعل وزنهم والوزن. الجاذبية هي القوة التبادل الكم مجال الجاذبية. هذا هو جذب التفاعل الكهرومغناطيسي من الجزيئات، فإنه لا يزال غير كاف درس، حتى graviton تجريبيا لم يتم الكشف حتى الآن، والثقالة الكمومية نحن لسنا هناك تماما، وفقط لأن لدينا لوصف ما في وسعها حتى الآن.

القوة الخامسة

رأيناها أربعة أنواع من التفاعلات الأساسية: قوي، ضعيف، الكهرومغناطيسية، الجاذبية. التفاعل - هو فعل تبادل الجزيئات، وليس لدي فكرة التناظر لا يمكن القيام به، لأنه لا يوجد تفاعل لا يرتبط معها. أنه يحدد عدد الجسيمات وكتلتها. مع التماثل الدقيق للكتلة هو دائما صفر. لذا، فإن الفوتون وكتلة غلوون ليس، فإنه يساوي الصفر، graviton - أيضا. إذا ما تم كسر التناظر، وكتلة يتوقف عن أن يكون صفرا. وهكذا، فإن البيسون ناقلات وسيطة لها كتلة، لأن التماثل مكسورة. وأوضحت التفاعلات الأساسية الأربعة كل ما نراه ونشعر. وتقول القوات المتبقية التي اقترانها الكهرومغناطيسي هو ثانوي. ومع ذلك، في عام 2012 كان هناك اختراق في مجال العلوم وتم اكتشاف جسيم آخر، مرة واحدة الشهيرة. نظمت ثورة في العالم العلمي افتتاح بوسون هيغز، الذي، كما اتضح، أيضا بمثابة الناقل للتفاعلات بين الكواركات واللبتونات.

هذا هو السبب العلماء الفيزيائيين يقولون الآن أن هناك قوة الخامسة، وساطة والتي تحولت إلى أن تكون بوزون هيغز. هو كسر التناظر هنا: من بوسون هيغز يملك قاعدة جماهيرية كبيرة. وهكذا (تم استبدال كلمة في فيزياء الجسيمات الحديثة بكلمة "القوة") وعدد من التفاعلات وصلت خمسة. ربما نحن في انتظار اكتشافات جديدة، لأننا لا نعرف بالضبط إذا كان هناك حتى بغض النظر عن هذه التفاعلات. ومن الممكن جدا التي بنيناها، واليوم هذا النموذج، فإنه يبدو تماما يفسر كل الظواهر التي لوحظت في العالم، وليست كاملة تماما. وربما، بعد مرور بعض الوقت سيكون هناك تفاعلات جديدة وقوة جديدة. احتمال من هذا القبيل هناك على الأقل لأننا تعلمنا تدريجيا جدا أن هناك من المعروف حاليا التفاعلات الأساسية - قوية، ضعيفة، الكهرومغناطيسية، الجاذبية. بعد كل شيء، إذا كان هناك في طبيعة الجزيئات فائق، والتي تمت مناقشتها في الأوساط العلمية في العالم، وهو ما يعني وجود التماثل الجديد، والتماثل ينطوي دائما ظهور جزيئات جديدة توسط بينهما. وهكذا، ونحن نسمع من قوة أساسية لم تكن معروفة سابقا، ومرة واحدة فوجئت عندما علمت أن هناك، على سبيل المثال، الكهرومغناطيسي، والتفاعل الضعيف. المعرفة فيما يتعلق طبيعتنا ناقصة جدا.

الترابط

الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن أي تفاعل الجديد يجب أن يؤدي بالضرورة إلى ظاهرة غير معروفة تماما. على سبيل المثال، إذا نحن لم يتعلم عن التفاعل الضعيف، ونحن لن اكتشفوا الانهيار، وإذا لم يكن في معرفتنا الاضمحلال، لا يمكن لدراسة التفاعل النووي كان من المستحيل. وإذا لم نكن على علم التفاعلات النووية، لن نفهم كيف تشرق الشمس علينا. بعد كل شيء، إذا لم يلمع، ولن يتم تشكيل الحياة على الأرض. ذلك أن وجود تفاعل يدل على أنه من الأهمية بمكان. حالة عدم وجود تفاعل قوي، وسيكون نواة الذرة لا تكون مستقرة. ويرجع ذلك إلى التفاعل الكهرومغناطيسي يتلقى الأرض الطاقة من الشمس، وأشعة الضوء القادمة من له درجة حرارة الكوكب. وجميع التفاعلات المعروفة ضرورية. هنا هيغز، على سبيل المثال. يوفر بوسون هيغز كتلة الجسيمات من خلال التفاعل مع المجال، ونحن دون ذلك لن يكون على قيد الحياة. وكيف، دون تفاعل الجاذبية للبقاء على سطح هذا الكوكب؟ وسيكون من المستحيل ليس فقط بالنسبة لنا، ولكن لا شيء على الإطلاق.

تماما كل من التفاعلات، حتى تلك التي لا نعرف حتى الآن، أمر لا بد منه لكل ما يعرف الإنسانية، تفهم وتحب هناك. ما يمكننا أن نعرف؟ نعم، والكثير. على سبيل المثال، ونحن نعلم أن البروتون هو مستقر في النواة. جدا، من المهم جدا بالنسبة لنا، وهذا استقراره، وإلا بنفس الطريقة لن تكون هناك حياة. ومع ذلك، والتجارب تشير إلى أن الحياة بروتون - قيمة زمنية محدودة. منذ فترة طويلة، وبطبيعة الحال، و 10 ³⁴ عاما. ولكنه يعني أن يسقط عاجلا أم آجلا على حدة، والبروتون، وهذا يتطلب بعض القوة الجديدة، وهذا هو التفاعل الجديد. ضد البروتونات تسوس موجودة بالفعل النظرية التي يفترض جديدة، بدرجة أعلى من التماثل، وبالتالي، قد توجد تفاعلا الجديد منها ونحن لا نعرف أي شيء.

التوحيد الكبير

وحدة الطبيعة هي المبدأ الوحيد لبناء جميع التفاعلات الأساسية. العديد من الأسئلة التي تطرح فيما يتعلق بعدد منهم وشرح أسباب هذه الكمية معينة. إصدارات بنيت هنا عدد كبير، وأنها مختلفة جدا في الاستنتاجات التي تم التوصل إليها. شرح وجود مثل هذا العدد من التفاعلات الأساسية في جميع السبل الممكنة، ولكنها لمبدأ واحد لبناء الأدلة. دائما أكثر أنواع مختلفة من التفاعلات والباحثين يحاولون الاندماج واحد. لذلك مثل هذه النظريات والنظريات تسمى الكبرى الموحدة. وكأن فروع شجرة العالم: تعدد الفروع والجذع هو نفسه دائما.

ذلك لأن هناك كل هذه النظريات توحيد الفكرة. بدأ أصل كل التفاعلات المعروفة وحيد تغذية الجذع، والذي يرجع إلى فقدان التناسق إلى فرع من أصل وشكلت مختلف التفاعلات الأساسية، التي يمكن أن نلاحظ تجريبيا. ولم يتسن التأكد من هذه الفرضية بعد، لأنه يتطلب فيزياء الطاقة العالية للغاية، والتجارب التي يتعذر الوصول إليها اليوم. ومن الممكن جدا، وهذا هو الخيار الذي لدينا أبدا لا في حيازة هذه الطاقات. ولكن للتغلب على هذه العقبة من الممكن تماما.

بعيدا

لدينا الكون، والتسريع الطبيعي، وجميع العمليات التي تحدث في ذلك، وجعل من الممكن للتحقق حتى الفرضيات الأكثر جرأة حول الجذور المشتركة لجميع التفاعلات المعروفة. مهمة أخرى مثيرة للاهتمام من فهم التفاعلات في الطبيعة هي ربما أكثر تعقيدا. فمن الضروري أن نفهم كيف تتصل الجاذبية مع غيرها من قوى الطبيعة. هذا هو عبارة عن التفاعل الأساسي يقف على حدة، على الرغم من أنه وفقا لمبدأ بناء هذه النظرية تشبه كل الآخرين.

درس أينشتاين نظرية الجاذبية، في محاولة لربطه مع الكهرومغناطيسية. وعلى الرغم من واقع ما يبدو على حل هذه المشكلة، ثم نظرية لا يزال لم يحدث. الآن بشرية تعرف أكثر قليلا، على الأقل نعرفه عن التفاعلات القوية والضعيفة. وإذا الآن بناء كامل للنظرية موحدة، وسوف تؤثر بالتأكيد مرة أخرى عدم وجود المعرفة. فشلت حتى الآن لوضع الثقل على قدم المساواة مع التفاعلات الأخرى، حيث يجب مراعاة كافة القوانين التي تمليها فيزياء الكم والجاذبية - لا. وفقا لنظرية الكم، وجميع الجزيئات هي الكميات من مجال معين. لكن الثقالة الكمومية غير موجود، على الأقل حتى الآن. ومع ذلك، فإن عددا من التفاعلات التي اكتشفت حتى الان يكرر بصوت عال حول ما لا يمكن أن يكون أي نظام واحد.

المجال الكهربائي

مرة أخرى في 1860 العظيم التاسع عشر الفيزيائي القرن جيمس كلارك ماكسويل نجح في خلق نظرية لشرح الحث الكهرومغناطيسي. عندما يكون للتغيير في المجال المغناطيسي في نقطة معينة في الفضاء حقل كهربائي. إذا وجدت هذا المجال موصل مغلقة، يتدفق تحريض تيار في الحقل الكهربائي. صاحب نظرية الحقول الكهرومغناطيسية ماكسويل يثبت أن العملية العكسية المحتملة: إذا كان التغيير في الوقت المناسب الحقل الكهربائي في نقطة معينة في الفضاء سوف تكون هناك حاجة الحقل المغناطيسي للأرض. لذلك فإن أي تغيير يمكن أن يسبب المجال الكهربائي متفاوتة، ويمكن الحصول على تغيير في المجال المغناطيسي بالتناوب الكهربائية في الوقت المجال المغناطيسي. هذه المتغيرات، وتوليد كل المجالات الأخرى حسب الحقل الموحد المنظمة - الكهرومغناطيسي.

والنتيجة الأكثر أهمية الذي يتبع من صيغ نظرية ماكسويل - التنبؤ بأن هناك الموجات الكهرومغناطيسية، أي نشر المجال الكهرومغناطيسي في الزمان والمكان. مصدر المجال الكهرومغناطيسي و تتحرك مع رسوم تسارع الكهربائية. وخلافا الصوتية (مرنة) الموجات الكهرومغناطيسية يمكن أن تنتشر في أي مادة، حتى في الخلاء. التداخل الكهرومغناطيسي في الخلاء يكاثر مع سرعة الضوء (ج = 299 792 كيلومتر في الثانية). قد يكون طول موجة مختلفة. الموجات الكهرومغناطيسية من عشرة آلاف متر إلى 0005 متر - وهذا هو موجات الراديو التي تستخدم لنقل المعلومات لنا، وهذا هو إشارة لمسافة معينة دون أي أسلاك. موجات الراديو التي تم إنشاؤها في تردد الحالية المرتفعة التي تتدفق في الهوائي.

ما هي موجات

إذا كان طول الإشعاع الكهرومغناطيسي يتراوح بين 0.005 ميكرومتر إلى 1 متر، أي تلك التي هي في نطاق بين موجات الضوء والراديو مرئية - هي الأشعة تحت الحمراء. له تنبعث منها جميع الهيئات ساخنة: البطاريات، والمواقد، والمصابيح المتوهجة. أجهزة خاصة لتحويل الأشعة تحت الحمراء إلى الضوء المرئي، للحصول على صور الأشياء التي تنبعث منها ذلك، حتى في الظلام المطلق. الضوء المرئي تنبعث من الطول الموجي 770-380 نانومتر - اللون يتحول من اللون الأحمر إلى اللون الأرجواني. هذا الجزء من الطيف ديه للحياة البشرية أهمية قصوى، لأن جزءا كبيرا من المعلومات حول العالم التي نتلقاها من خلال الرؤية.

إذا كان الإشعاع الكهرومغناطيسي له طول موجي أقل من اللون الأرجواني هو الأشعة فوق البنفسجية التي تقتل البكتيريا. الأشعة السينية هي غير مرئية للعين. أنها بالكاد تمتص الضوء طبقات مبهمة واضحة للمادة. أشعة X تشخيص أمراض الأعضاء الداخلية للإنسان والحيوان. إذا تم إنشاء الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة تفاعل الجسيمات الأولية والتي تنبعث من نواة مثارة التي حصلت عليها أشعة غاما. هذا هو الأكثر واسعة في الطيف الكهرومغناطيسي لأنه لا يقتصر على الطاقات العالية. أشعة جاما يمكن أن تكون لينة وصعبة: التحولات الطاقة داخل نواة الذرة - لينة، وفي التفاعلات النووية - جامدة. هذه الأشعة سحب بسهولة إلى أسفل الجزيئات والخصائص البيولوجية. كبيرة السعادة التي في الغلاف الجوي لأشعة غاما لا يمكن أن تحصل من خلال. مراقبة أشعة جاما من الفضاء يمكن أن يكون. في الطاقات العالية جدا ينتشر التفاعل الكهرومغناطيسي بسرعة قريبة من الضوء: جاما الذرات كمات سحق نواة، تقسيمها إلى جزيئات، ونثر في اتجاهات مختلفة. عند الكبح، وينبعث الضوء، واضحة في التلسكوبات الخاصة.

من الماضي - المستقبل

الموجات الكهرومغناطيسية، كما قيل، وتوقع من قبل ماكسويل. درس بعناية وحاول أن نعتقد في الرياضيات الصور ساذجة قليلا فاراداي، الذي كان يصور الظواهر المغناطيسية والكهربائية. وكان ماكسويل اكتشف عدم وجود التماثل. وأنه كان قادرا على إثبات وجود عدد من المعادلات التي بالتناوب المجالات الكهربائية تولد بالعكس المغناطيسي والعكس. هذا ما أدى به إلى الاعتقاد بأن هذه المجالات، وفصل من يتم نقل الموصلات من خلال فراغ مع بعض السرعة العملاقة. وأحسب أنه هو. كانت سرعة قريبة من trohstam آلاف الكيلومترات في الثانية الواحدة.

هذا هو نظرية التفاعل والتجربة. مثال على ذلك هو فتح من خلالها علمنا عن وجود الموجات الكهرومغناطيسية. في أنه جاء جنبا إلى جنب مع مساعدة من الفيزياء المفاهيم غير متجانسة تماما - المغناطيسية والكهرباء، كما هو ظاهرة فيزيائية من نفس النظام، ومجرد جوانب مختلفة منها هي في مجال الاتصالات. يتم ترتيب النظريات واحدة وراء الأخرى، وكلها مرتبطة ارتباطا وثيقا ببعضها البعض: نظرية التفاعل الكهرضعيفة، على سبيل المثال، حيث وضع نفسه وصفت من قبل القوة الضعيفة النووية والكهرومغناطيسية، الخ كل هذا يجمع بين اللونية الكمومية، التي تغطي التفاعلات القوية والكهرضعيفة (هنا والدقة بينما أقل ولكن لا تزال العملية). درس مكثف مجالات الفيزياء كما الثقالة الكمومية ونظرية الأوتار.

النتائج

وتبين أن المساحة المحيطة بنا تخلل تماما مع الإشعاع الكهرومغناطيسي: النجوم والشمس والقمر والأجرام السماوية الأخرى، هو الأرض نفسها، وعلى كل هاتف في يد الرجل، ومحطات هوائي - كل هذا تنبعث الموجات الكهرومغناطيسية من أسماء مختلفة . اعتمادا على وتيرة التذبذبات، الذي يشع الكائن تختلف الأشعة تحت الحمراء، والإذاعة، الضوء المرئي، والأشعة الميدان الحيوي، الأشعة السينية، وما شابه ذلك.

عندما يتم توزيع المجال الكهرومغناطيسي، يصبح من الموجات الكهرومغناطيسية. بل هو مجرد مصدر لا ينضب من الطاقة، يهتز والشحنات الكهربائية من الجزيئات والذرات. وإذا يتذبذب هذا الاتهام، وتسارعت حركته، وبالتالي تنبعث الموجات الكهرومغناطيسية. إذا تغير الحقل المغناطيسي، هو متحمس هذا المجال من خلال دوامة الكهربائية والتي، بدورها، يثير مجال دوامة المغناطيسي. وغني عن عملية عبر الفضاء، وتحتضن نقطة واحدة بعد أخرى.