32Фундаментальные взаимодействия в природе. Их характеристика и перспективы объединения.
Все известные в природе силы сводятся к четырём взаимодействиям: гравитационное, электромагнитное, слабое ядерное, сильное ядерное.
Гравитационное- универсально действует между любыми частицами, самое слабое, но основная сила во Вселенной, так как действует на больших расстояниях и является силой притяжения. Частица – гравитон (S=2)
Электромагнитное осуществляется только между заряженными частицами, может быть притяжением или отталкиванием, на уровне атомов и молекул основное взаимодействие. Частица – фотон (S=1)
Слабое ядерное взаимодействие- только в микромире носит распадный характер играет важнейшую роль в термоядерных реакциях. Частица – «векторные бозоны»
Сильное ядерное-проявляется на расстояниях, сравнимых с размерами ядер. Оно обеспечивает связь кварков внутри протонов и нейтронов, а также связь внутри протонов и нейтронов. Частица – глюон (S=1)
сильное/э-магнитное/слабое ядерное/гравитационное=10 :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.
В 1967 Салам,Вейнберг, Глешоу предложили общую теорию электрослабых взаимодействий. слабые взаимодействия являются, как и электромагнитные, обменными взаимодействиями..При высоких энергиях фотон и бозон ведут себя одинаково, значит они характеризуют одну частицу.
Были предложены новые частицы - вектор бозоны
След.шаг: и вещество и силы можно описать единообразно. Смысл теорий: всё, что есть в мире - искривление пространства и времени.
Из вакуума на короткое время могут рождаться виртуальные частицы, которые могут стать реальными.???????
-
Парадоксы классической космологии и их разрешение. Модели Вселенной.
Классическое естествознание говорило, что вселенная появилась по законам Классич. ньютоновской механики
Согласно концепции лапласовского детерминизма зная одно начало составления вселенной можно решив уравнение движения предсказать любое другое движение.
Ньютоновская Вселенная бесконечна, вечна, изотропна.
Эти свойства оказались тесно связаны с законами сохранения энергии, момента импульса.
Такие представления привели к парадоксам, которые не могла разрешить классическая наука:
-
Гравитационный парадокс – бесконечность вселенной противоречит ее вечности.
-
Фотометрический – ночью небо должно быть белым от звезд – их бесконечное множество.
Во вселенной бесконечное кол-во звёзд. Значит любой луч зрения будет упираться в какую-либо звезду, значит ночное небо должно ярко светиться как солнце.(то есть небо не может быть тёмным)
В 1915 году Эйнштейн закончил разработку ОТО(теории объёдинения гравитации с геометрией). Согласно этой теории материя искривляет пространство-время, а оно в свою очередь определяет условия для движения материи.
В 1917 году Эйнштейн
применил уравнение ОТО ко всей Вселенной
в целом. Из уравнения ОТО следовало, что
Вселенная должна либосжиматься,
либорасширяться. Но Эйнштейн этот ввод
не принял, он говорил о статичной
Вселенной. Эйнштейн предложил ввести
уравнение (космологического отталкивания),
ввёл
-
свойство простр- врем.
В 20-х годах 20 века нестационарность Вселенной, которая вытекает из уравнений ОТО, объяснил советский математик Александр Фридман(1925) Уравнение, описывающее развитие во времени однородной и изотропной вселенной (вселенной Фридмана) в рамкой ОТО. Свойства вселенной одинаковы во всех точках и во всех направлениях, то есть Вселенная однородна и изотропна.
Фридман рассмотрел три различные модели Вселенной в зависимости от плотности вещ-ва
1.было до и что будет после - наши теории сказать не могут. Вселенная неограниченно расширяется.
Гравитация должна ост-ть неогранич. расширение.
2.недостаточно гравитации.
3.кривизна нулевая, пространство плоское, евклидово.
Выводы Фридмана о расширении Вселенной подтвердил эксперимент. В 1929 году амер. Астроном Хаббл обнаружил так называемое красное смещение спектральных линий излучения приходящего от далёких галактик.
Был сформулирован закон Хаббла. V=HL, H-постоянная Хабла
«Галактики удаляются от нас со скоростью пропорциональной расстоянию от нас до галактики.»