35. Фундаментальные взаимодействия в природе. Их характеристика и перспективы объединения.

Все известные в природе силы сводятся к 4 видам: Гравитац, эл/маг, слабое ядерное, сильное ядерное.

Гравитационное: универсально для всез частиц,облад массами; самое слабое, но основная, т.к. действует на больших расстояниях и явл силой притяжения.

Э/маг: осущ только м/у заряженными частицами; может быть притяжением или отталкиванием; важно в масштабах атома, т.к. на уровне атомов и молекул основное взаимодействие.

Слабое ядерное: только в микромире; носит хар-р распада; играет важнейшую роль в термоядерных реакциях.

Сильное ядерное: проявл на расстояних, сравнимых с размерами ядер; обеспеч связь кварков внутри протонов и нейтронов, а также связь внутри ядра протонов и нейтронов.

Сильное:э/маг:слабое:гравит=1:10-2:10-10:10-38.

Проблема объединения фундаментальных взаимодействий:

До середины 19 века электромагнитные явления рассматривались отдельно. 50-ее годы 19 века теория э/м волн Максвелла: электричество и магнетизм-проявление одной силы-электромагнитной.

Следующий этап:объединение э/м и слабых взаимодействий. Рез-т: 1967 Салам,Вальбер, Гленшой теория э/слабых взаимод. Согласно их теориям э/маг и слабые взаимод-2 проявления единого электроспособного. Сущ-ют ещё 3 частицыпомимо фотона. Все они разные при низких эн, оказываются на самом деле разными сост одной и той же частицы, поэтому при высоких эн должны вести себя одинаково(>100ТэВ).

След.шаг:э/слабое+сильное+гравит. Итог: 1974 Глэшоу «Теория великого объединения». При больших эн различия м/у взаимод частицами исчезают).

Дальнейших объединений пока не сущ-ет.

Струнные теории справедливы лишь в 11-мерном пространстве, где исчез различия м/у в-вом и полем.

Современ наука утв, что вакуум-сост материи с наим эн при отсутствии в-ва. Вакуум- осн (невозб) сост поля.

36. Парадоксы классической космологии и их разрешение. Модели Вселенной.

Все выводы космологии справедливы, только если з-ны, сформулир земной физикой справедливы в наблюдаемой части Вселенной.

Ньютоновская теория: вселенная вечна, бесконечна, однородна, изотропна.

Общий вывод класс естествознания: Вселенная стационарна (не меняется).

Парадоксы:1)Гравитационный( под действием гравит, в-во дб со вр собраться в одной точке; бесконечность Вселенной противоречит ее вечности); 2)Фотометрический (в бесконечной Вселенной бесконечное число звёзд, значит любой луч зрения будет упираться в какую-л звезду, а даже значит ночное небо должно ярко светиться, но оно тёмное).

1915 - Эйнштейн закончил разработку ОТО. Согласно этой теории материя искривляет пространство-время, а оно в свою очередь определяет условия для движения материи.

1917 - Эйнштейн применил уравнение ОТО ко всей вселенной. Из ур-я: размер Вселенной должен со вр изм. Но Эйнштейн этот вывод не принял, т.к. считал, что Вселенная дБ стационарной. Поэтому ввел в ур поправку (космологического отталкивание -).

В 50-ых годах Эйнштейн о космологическом отталкивании говорил как о его крупной ошибке.

1922-24 – работы по иссед Вселенной. Нестационарность Вселенной, вытек из ур ОТО, объяснил советский математик Александр Фридман(1925). Исходное предположение Фридмана: св-ва Вселенной одинаковы во всех точках и во всех направлениях, т.е. вселенная однородна и изотропна.

Ур ОТО дают различные космологич модели, в зависимости от плотности в-ва.

замкнутая, открытая, плоская.

1929 – Хаббл доказал расширение Вселенной.

Также Хаббл обнаружил так называемое красное смещение спектральных линий излучения приходящего от далёких галактик. Отсюда, галактики удаляются от нее.

Эффект Доплера: удаляющийся и приближ звук различны (волны испускаются с различной длиной).

Хаббл вычислил ск-ть в зависимости от спектра. Ск-ть удаления галактик пропорц расстоянию от нее до галактики: V=lH, где H-пост Хаббла.

«Галактики удаляются от нас со скоростью пропорциональной расстоянию от нас до галактики.»

То есть чем дальше галактика от нас, тем быстрее она удаляется.

Первая модель расширяющейся Вселенной, согласующейся с ОТО Эйнштейна и наблюдениями Э. Хабблом красного смещения, была предложена советским ученым Фридманом в 1922 . Согласно фридмановской модели и ее последубщим обобщениям, Вселенная одинакова в каждой точке пространства и во всех направлениях. Ясно, что в сравнительно малых объемах космического пространства имеются неоднородности, связанные, например, с существованием Земли и Солнца или с тем фактом, что в направлении центра нашей галактики наблюдается гораздо больше звезд, чем в других направлениях.

Сущ 3 вида обобщенных фридмановских моделей Вселенной. В одной из них галактики удаляются друг от друга достаточно медленно, так что гравитационное притяжение между ними в конце концов должно остановить их разбегание и заставить галактики сжиматься. В другой модели галактики разбегаются настолько быстро, что гравитационные силы никогда не смогут остановить их, и Вселенная будет расширяться бесконечно. Наконец, имеется и третья модель в кот ск-ть разбегания галактик в точности равна некот минимал критическому знач, кот еще позволяет избежать сжатия Вселенной.

В той фридмановской модели, где Вселенная со временем начнет сжиматься, пространство конечно, но не имеет границ, как и в эйнштейновской модели. В 2х других фридмановских моделях Вселенная расширяется вечно, в пространство бесконечно.

С другой стороны, время имеет границу (или край). Во всех этих моделях расширение начинается из состояния с бесконечной плотностью, называемого сингулярностью «Большого взрыва». В модели, где расширение сменится сжатием, есть и другая сингулярность, называемая «Большим сжатием»; ею завершается процесс коллапса.

1927-Леметто предложил, что нач Вселенная представл собой микроатом. Данное космическое яйца было неустойчиво и вскоре взорвалось. 1948- теория «горячей Вселено» дополнило теорию Леметто (автор Гамов).