К ИСТОКУ

о развитии Божественного Начала в Человеке

* Вход   * Регистрация * FAQ * НОВЫЕ СООБЩЕНИЯ  * Ваши сообщения 

Текущее время: 12 дек 2017, 18:06

Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 36 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3  След.
Автор Сообщение
Сообщение №16  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:30 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Обработка охотничьих трофеев

Таковы первые, предварительные выводы, которые можно сделать из переписи населения микромира. Теперь надлежит с помощью теории сделать соответствующие выводы об условиях жизни частиц в микромире.

Почему столь широко разнообразие в массах частиц? Вместе с тем имеет ли оно границы, самой ли тяжелой частицей является кси-минус-гиперон? Почему частицы группируются по массам в двойки, тройки или четверки? Почему заряд частиц может иметь только три значения, а спин - два (если не считать фотона)? Почему большинство частиц неустойчиво, а вместе с тем есть и устойчивые частицы? Почему частицы из различных способов распада выбирают только один или два? Сразу предупредим, что на большинство этих "почему" квантовая механика еще не дала ответа. А там, где ответы есть, они скорее говорят "как", нежели "почему". Что ж, и то хорошо.

Группировка частиц по массам выражена в приведенном списке очень отчетливо. Массы частиц в группе очень близки друг к другу по сравнению с тем широким интервалом, который отделяет одну группу от другой. Для объяснения этого была предложена очень интересная мысль: группа частиц - это на самом деле одна-единственная частица, но живущая как бы в разных обличиях.

Возьмем для примера пи-мезоны. Массы пи-минус- и пи-плюс-мезонов равны друг другу и отличаются от массы третьего, нейтрального электрически пи-нуль-мезона. Может быть, более высокая масса заряженных частиц возникает как раз по причине того, что они имеют заряд?

открыть спойлер
Выше мы уже говорили, что с полем связана часть массы частиц. Поскольку пи-мезоны - кванты ядерного поля, а оно куда сильнее электромагнитного, то резонно предположить, что основная масса пи-мезонов обязана именно ядерному полю, а добавление к нему электромагнитного поля, связанного с наличием зарядов у частиц, вносит небольшой вклад в их массу. Потому заряженные пи-мезоны оказываются массивнее нейтрального, масса которого, понятно, должна иметь целиком ядерное происхождение.

Понятно также, казалось бы, почему в таком случае легкие частицы не образуют троек. Ядерное поле отличается тем, что его кванты имеют не равную нулю массу покоя, тогда как у квантов электромагнитного поля - фотонов - таковой нет. Электрон и позитрона, оба мю-мезона имеют явно не ядерное, а электромагнитное происхождение, поэтому среди них нейтральной электрической частицы быть не может. Тем самым остаются две возможности - положительная и отрицательная частицы, то есть двойка.

Но вот для ка-мезонов такое объяснение не подходит. Нейтральные ка-ме-зоны массивнее заряженных. Здесь - электромагнитное поле словно "вычитается" из ядерного.

Физики поэтому согласны с тем, что приведенное объяснение скорее лишь одна из догадок. Это подтверждается и тем, что среди гиперонов, имеющих ядерное происхождение, нет троек. И на этот счет тоже никакого объяснения сегодня не существует.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №17  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:31 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Очертания пустоты


Физики слушали Дирака и качали головами. Даже искренние поклонники квантовой механики отказывались признать за теорией Дирака нечто большее, чем остроумный физический анекдот. Большую волю надо было иметь, чтобы отстаивать эту "сумасшедшую" гипотезу! Но прошло совсем немного времени, и настал день, когда скепти-гамма-ки и насмешники стыдливо отверну-фОТОН ли свои лиЧа- День. когда было сделано открытие, принесшее триумф теории Дирака.

На фотопластинке, экспонированной на космических лучах, англичанин Блэккетт и итальянец Оккиа-лини в 1932 году обнаружили два следа, соответствовавшие электрону и неизвестной частице той же массы, но ^положительно заряженной. Следы исходили из одной точки и расходились в разные стороны. Так как съемка производилась в специальной камере, помещенной в магнитное поле, то разное направление следов уверенно говорило о противоположности зарядов обеих частиц.

Так дырка получила права гражданства и под именем позитрона вошла в науку. Она открыла собой список микрочастиц, называемых сегодня античастицами. О них нам предстоит еще говорить.

Теория Дирака заняла бы почетное место в золотом фонде физики, даже если бы она ограничилась лишь одним предсказанием существования позитрона. Однако ее значение гораздо больше. Дирак открыл глаза физикам на совершенно новые стороны мира сверхмалых вещей.

Прежде всего - о вакууме. Он, согласно Дираку, заполнен невзаимодействующими с "надвакуумным" миром электронами. Стоит из вакуума вылететь электрону, как одновременно с ним возникает и позитрон. Частицы эти рождаются и умирают только парами.

открыть спойлер
Но почему не считать наоборот,- что вакуум заполнен позитронами и что электроны возникают лишь при вылете из вакуума позитронов? Теория Дирака в ее первоначальном виде считает такое представление вполне равноправным с первым. Однако мы все же отдаем предпочтение вакууму из частиц, а не из античастиц.

В самом деле, электронов мы наблюдаем сколько угодно, а вот позитрон, видимо, редкий гость в нашем мире. Отсюда, казалось бы, надо заключить, что позитронов в мире куда меньше, чем электронов. Но теория Дирака указывает, что частица возникает только в паре со своей античастицей. Значит, числа электронов и позитронов в мире должны быть одинаковыми.

Странно! И еще более странно, что наш мир и мы сами после всего этого существуем. В самом деле, ничто не мешает всем электронам, встретившись с позитронами, кануть в вакуум, оставив лишь бестелесный след в виде гамма-фотонов.

Однако встречи электрона и позитрона все же слишком редки, чтобы оправдалась столь мрачная картина погружения мира в вакуум. Выходит, что позитронов все-таки меньше, чем электронов! Но куда же они деваются?

Можно думать, что предусмотрительная природа постаралась как можно дальше развести позитроны и электроны. Такая точка зрения весьма популярна среди многих писателей-фантастов и у определенной части ученых. Они считают, что где-то в необозримой Вселенной существуют миры, "зеркальные" нашему и построенные из античастиц. В таких мирах, в частности, царствуют позитроны, а электроны являются редкими гостями.

Сейчас же на очереди еще один вопрос. Если электрон имеет свою античастицу, то почему бы не иметь ее и протону? Но тогда должен существовать и вакуум протонов! И вообще, любая частица должна иметь свою античастицу, а значит, и свой вакуум. Вакуум должен быть до отказа заполнен и нейтронами, и нейтрино, и мезонами.

Вот так пустота! Она скорее напоминает огромную "братскую яму" для всех еще не рожденных и всех уже умерших частиц.

Да, это выглядит впечатляюще! Но, если можно так выразиться, несколько "громоздко". И, действительно, прошло некоторое время, и физики отказались от дираковского вакуума, заменив его более "изящными" представлениями. Об этом еще будет речь впереди.

Выбираться из такой ямы частицы могут только парами, получив для этого достаточную энергию. Первыми, конечно, выбираются наиболее легкие частицы - нейтрино и электроны. Для протона и антипротона эта энергия должна быть по крайней мере почти в две тысячи раз больше, чем для электрона и позитрона. Чем массивнее, "неповоротливее" частица, тем труднее ей выпрыгнуть из вакуума.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №18  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:33 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Открытие нового мира

ЧТО, казалось бы, может быть прочнее атомных ядер? На них не действуют ни высокие давления и температуры, ни огромные электрические и магнитные поля. Самые прочные здания, которые построила природа,- это ядра. Так сначала думали физики.

Развитие науки внесло существенные поправки в это представление. Большинство тяжелых ядер оказалось неустойчивыми. Среди легких и средних ядер также нашлось множество непрочных ядер. Понемногу начало выясняться, как природа кладет кирпичи в ядерные здания, как малейшее нарушение пропорций между числом протонов и числом нейтронов в ядре делает его неустойчивым.

Вместе с тем, чтобы объяснить наблюдаемое при распадах ядер испускание частиц, которых нет в ядре, пришлось предположить, что нейтрон может превращаться в протон, и наоборот. Это привело к мысли о существовании нейтрино.

Сама прочность ядер оказалась обязанной тоже новой, неизвестной дотоле частице - пи-мезону. В поисках этой частицы физики попутно открыли и мю-мезон.

Постепенно физикам становилось все более ясно, что мир кирпичей, из которых построены атомы и их ядра, совсем не такой неизменный и устойчивый, каким он казался раньше. В глубинах атома и в еще более интимных глубинах атомного ядра ученые стали свидетелями таких поразительных событий, перед которыми померкли те чудеса, которые дотоле предсказывала квантовая механика.

Но квантовая механика оказалась и здесь на высоте. В мире простейших частиц в полный рост развернулись ее замечательные пророческие способности. Скептики лишь с ужасом качали головами, в то время как эти пророчества блестяще подтверждались на опыте одно за другим. И это было тем паче замечательно, что здесь, в этом сверхмикроскопическом мире, каждый новый шаг противоречил здравому смыслу.

открыть спойлер
О, этот здравый смысл! Наука двигалась бы черепашьими шагами, если бы ученым обыденное здравомыслие было присуще в той же мере, что и прочим людям! Именно тогда и делаются наиболее выдающиеся открытия, когда здравый смысл ставится с ног на голову. Истинная сущность очень многих вещей всегда лежит не на поверхности, а скрыта в их глубине. Привычное, само собою разумеющееся зачастую обманчиво. И это "зачастую" превращается во "всегда", когда наука входит в фантастический мир сверхмалых вещей.

...Но пока на дворе стоит 1928 год. О новом мире еще мало что известно. Он только чуть-чуть приоткрылся и позволил увидеть две частицы - протон и электрон. Квантовой механике еще только три года. Правда, она с великим успехом разрешает одну старую загадку за другой. Стали понятными атом водорода, образование водородных молекул, только что с помощью представления о туннельном эффекте объяснено испускание альфа-частиц радиоактивными ядрами. О ядерных же и прочих частицах, об их сущности неизвестно по сути дела еще ничего.

И молодой английский физик Поль Дирак (да, как все они победительно молоды: самому старшему из них Эрвину Шредингеру - 38 лет, Вернеру Гейзенбергу - 28 лет, Дираку - 25 лет!) задумывается над тем, что успехи квантовой механики могут оказаться непрочными. Эта теория родилась на основе классической физики, которая описывала лишь относительно медленные движения тел.

А между тем можно ли назвать медленным движение электрона в атоме даже по старой теории Бора, когда электрон описывает вокруг ядра многие триллионы оборотов в секунду? Электрон при этом имеет скорость в легких ядрах порядка тысяч, а в тяжелых - порядка сотни тысяч километров в секунду.

Нет, конечно, это не медленные движения! Значит, нужно как-то перенести квантовую механику и на такие быстрые движения атомных частиц. Как это можно сделать? Примерно за двадцать лет до описываемого времени появилась теория, которая была посвящена очень быстрым движениям обычных тел. Эта теория получила название специальной теории относительности; ее создатель - Альберт Эйнштейн.

Дирак приходит к мысли, что путь перенесения квантовой механики на быстрые движения микрочастиц - это объединение ее со специальной теорией относительности.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №19  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:37 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Отличается ли левое от правого?

Вспомним испускание фотонов возбужденными атомами. Электрон находился в одном состоянии, а затем перескочил в другое, с меньшей энергией. Мы тогда интересовались одной лишь энергией, а также тем, перекрываются ли "облака вероятности" начального и конечного состояний электрона.

Оказывается, что это перекрывание самым существенным образом связано с четностью. Если бы можно было перенумеровать квартиры в атоме, то выяснилось бы, что при каждом переселении атомные жильцы могут менять номер своей квартиры только с четного на нечетный и наоборот. Переехать, скажем, из десятой квартиры в восьмую электрон за один прием не может.

Это правило, установленное на опыте еще в 1924 году, затем было осмыслено квантовой механикой. Для этой цели физики ввели понятие четности волновой функции. А отсюда понятие четности было перенесено и на само состояние, описываемое волновой функцией.

Что такое волновая функция, мы знаем: это - решение уравнения Шре-дингера. О четности же нужно поговорить подробнее.

Как часто, рассматривая собственную фотографию, вы огорченно замечаете: "Ну, вот, совсем непохоже"- и, конечно, обвиняете неудачливого фотографа. И нередко - напрасно.

Мы можем взглянуть на себя со стороны с помощью зеркала. Но вопреки поговорке зеркало не дает точного изображения того, что есть на самом деле. Если ваш нос чуть-чуть скошен вправо, то в зеркале он будет скошен влево. Правое и левое в зеркале всегда меняются местами.

Когда вас фотографируют, то на лицевой стороне пленки получается ваше зеркальное изображение. Но этим дело не кончается. Пленку предстоит еще проявить, с негатива сделать позитив, то есть по существу еще раз отразить вас в зеркале. Иногда при съемке позитива негатив перевертывается, так что всего получается уже три зеркальных отражения. Но иногда негатив остается в том же положении, что и при съемке, и тогда таких отражений только два. Со стороны вы всегда выглядите как в зеркале. А вот фотография может сделать вас таким, какой вы есть не в глазах людей, а так сказать, на самом деле.

открыть спойлер
Фотографическое и зеркальное изображения всегда совпадали бы лишь в идеальном случае-у человека с абсолютно симметричным лицом. Но это - чрезвычайная редкость. Природа очень любит холодный порядок симметрии, но никогда не отказывает себе в удовольствии разнообразить глаз, нарушая ее.

И вот что существенно: двойное отражение, вне зависимости от того, есть ли симметрия или ее нет, всегда восстанавливает первоначальную форму предмета. Как бы: минус на минус дает плюс и плюс на плюс тоже дает плюс. При двукратном отражении в зеркале все "минусы" вашего облика (асимметрия) не искажают изображения.

Волновые функции обладают теми же особенностями. Эти функции - обычные математические функции, среди которых очень часто встречаются синус и косинус. Нарисуйте их на бумаге и поднесите к зеркалу. Вы увидите, что синус "по ту сторону" перевернулся, стал вверх ногами. Что ж, это не новость: еще из школьного курса тригонометрии известно, что синус отрицательного угла равен синусу положительного, но с обратным знаком. Наше зеркало как бы продолжает ось углов в сторону их отрицательных начений.) А вот косинус в зеркале не изменит своего облика. Это подтверждает и тригонометрия.

Математики назвали косинус четной, а синус - нечетной функцией. Отражение в зеркале они тоже наименовали по-ученому: пространственная инверсия. Чтобы отличить четные функции от нечетных, им приписали условные знаки: первым плюс "за хорошее поведение", а вторым - минус.

Если синус, отраженный в зеркале, рассмотреть еще в одном зеркале, то он восстановит свою форму. Действительно, "минус на минус есть плюс". С косинусом, понятно, и на сей раз ничего не случится.

Исследование решений уравнения Шредингера для атомных электронов показало, что их четность ни при каких условиях не изменяется. Если волновая функция электрона была вначале четной, а после его прыжка в другое состояние стала нечетной, то это означает лишь одно - нечетна волновая функция рожденного в этом прыжке фтгона.

Со временем понятие четности было перенесено с атомных состояний на отдельные частицы. Началось с фотона, а потом наклеили ярлыки и на другие частицы. Электрон, например, оказался нечетной частицей.

Выше мы уже говорили, что спин электрона вполне определенным образом ориентирован относительно направления его движения. Например, если электрон движется вправо, то его спин смотрит вверх, если влево - вниз. Но попробуем - конечно, мысленно - отразить электрон в зеркале. Мы увидим, что при движении электрона вправо (в зеркале-влево) спин его в зеркале по-прежнему глядит вверх. Ведь зеркало только меняет правое на левое, но не переворачивает изображения. Зеркальный электрон имеет несуществующее у нормального электрона направление спина. Значит, электрон - явно нечетная частица. Будь он четным, он был бы в зеркале таким же, как и в действительности.Пи-мезон является нечетной частицей.

for-pics_clip_image002_0005 (1).jpg

Распространяя свою классификацию по четностям на неустойчивые частицы, физики по аналогии с испусканием фотона электроном установили, что четность исходной частицы обязательно должна быть равна произведению четностей всех тех частиц, которые образуются из нее при распаде. Что ж, до сих пор частицы никогда не нарушали этого установления, которое называлось законом сохранения четности.

for-pics_clip_image002_0006.jpg

И вот- нейтральный ка-мезон! Судя по тому, что он распадается на два пи-мезона,- это частица четная (минус на минус дает плюс). А распад его на три пи-мезона говорит о том, что это частица нечетная (минус на минус на минус дает минус). Какая же она на самом деле - четная или нечетная? Ясно, что это одна, а не две частицы: уж слишком тесно совпадают массы тау- и тета-мезонов. Но тогда выходит, что этот ка-мезон - частица "двучетная"! Нет, нет, такого нельзя никак допустить! Все равно, что кривое зеркало одновременно считать правильным! В тяжелое положение поставил квантовую механику ка-мезон!

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №20  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:38 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Первые трудности

Итак, Дираку предстоит соединить эти две великие теории XX века в одну. Новый "сплав" должен существенно повысить "прочность" квантовой теории по отношению к натиску новых фактов о жизни мира сверхмалых вещей.

Уравнение Шредингера - эта универсальная "отмычка" квантовой механики, с помощью которой удалось вскрыть сейфы природы с хитроумнейшими запорами,- все же пасует перед рядом фактов. Требуется как-то его усовершенствовать.

Быстро выясняется, что "сплавить" это уравнение с теорией относительности - совсем нелегкое дело. Прежде всего Дираку кажется, что видоизмененное уравнение дает релятивистски неинвариантные решения. (Будущее показало, что он был не вполне прав. Но кто знает- не будь этой "счастливой" ошибки, Дирак мог бы пройти мимо своего замечательного открытия!) Поясним, что означают два "страшных" слова - релятивистски неинвариантные. Они в самом деле страшные - эти два слова. В них заключен суровый приговор физическим теориям. Теорию с таким ярлыком можно сдавать в архив: проку от нее не будет! Дело заключается в следующем. Замечали ли вы когда-нибудь какую-либо разницу, скажем, в игре в мяч-на земле, на пароходе и, попробуйте себе представить, в самолете? Не замечали? Правильно, ее и нет. Но при одном условии: если пароход или самолет движутся равномерно, с постоянной скоростью.

открыть спойлер
Отличить покой от равномерного движения, с какой бы скоростью оно пи совершалось, если закрыть глаза и зажать уши, мы не сможем. Не видя смены дня и ночи, мы не улавливали выдвижения Земли вокруг собственной оси. Не видя смены зимы и лета, люди не смогли бы догадаться о движении Земли по орбите вокруг Солнца. Строго говоря, два последних примера не совсем правильны: любое вращение совершается с ускорением. Но так как в нашем случае ускорения очень малы, можно считать оба движения равномерными.

Все движения тел в ракете, движущейся со скоростью, близкой к скорости света, не должны отличаться от тех же движений на Земле. (Конечно, если в ракете создано такое же, как на нашей планете, тяготение.) А раз движения тел не зависят от скорости той "системы", в которой отсчитываются их положения в пространстве с течением времени,- будь то Земля или фотонная ракета,- то, значит, и законы движения этих тел не должны зависеть от "системы отсчета".

Во всех системах, с какой бы скоростью они ни двигались равномерно относительно друг друга, запись законов движения в виде уравнений должна оставаться одной и той же. Иными словами, эта запись должна быть неизменной относительно разных скоростей.

Вот эти слова "относительно неизменный" и звучат на языке физики как "релятивистски инвариантный". Теперь нам понятен и их суровый смысл: если уравнение говорит, что в околосветовой ракете мяч летит по одной кривой (скажем, по гиперболе), а на Земле-по другой (например, по параболе), то это означает, что уравнение написано неправильно и должно быть отброшено.Так случилось и при первых попытках видоизменить уравнение Шредин-гера.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №21  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:39 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Пустота - пустое место?

Как умирает пара из электрона и позитрона, мы уже знаем: рождаются энергичные фотоны гамма-лучей. Но почему возникают именно фотоны, а не что-либо другое? Этим вопросом нам предстоит сейчас заняться.

...Ударим одним бильярдным шаром по другому. Результат взаимодействия очевиден: один шар отлетит в сторону, а другой начнет двигаться. Но попробуйте сдвинуть с места неподвижный шар, направив другой мимо него! Другой пример: даже смешно вообразить, что лошадь будет двигать телегу, не будучи впряжена в нее и не касаясь телеги! В этих примерах тела взаимодействуют, лишь соприкасаясь друг с другом. Неважно, кратковременно ли это взаимодействие (как при ударе шаров) или же длительно (когда лошадь впряжена в телегу). В обоих случаях взаимодействующие тела находятся в контакте.

Но есть и другой вид взаимодействия тел. Сорвавшееся с дерева яблоко падает на землю. Магнит притягивает к себе железные опилки. Наэлектризованные бузинные шарики притягиваются или отталкиваются друг от друга. Само слово "притягиваются" говорит о том, что тела "начинают" взаимодействовать, находясь на некотором расстоянии друг от друга.

открыть спойлер
Может быть, такое ваимодействие передается через воздух? Опыт уже давно ответил на это отрицательно. Земля притягивает Луну, а Солнце - их обоих, хотя между ними находится практически пустота. Атомное ядро притягивает электроны, хотя между ними абсолютный вакуум. Значит, тела могут взаимодействовать и без взаимного соприкосновения.

Еще век назад физики назвали те области пространства, в которых наблюдается подобное действие на расстоянии, полем. Но то, что это пространство может быть совершенно пустым, казалось для них неприемлемым.

Нет, взаимодействие невозможно без промежуточной среды! Пусть очень эфемерная, но все же такая среда должна существовать. В соответствии с представлениями о чрезвычайной тонкости, "деликатности" этой среды она получила название эфира.

В течение ряда лет физики пытались понять свойства эфира, свойства, как мы уже говорили в начале книги, совершенно невероятные и даже противоречащие друг другу. Наконец, в конце прошлого века окончательный удар по представлению об эфире нанесли опыты со светом. А еще через несколько лет теория относительности Эйнштейна показала всю вздорность попыток возродить эфир в какой-либо форме.

Эфир рухнул, и заменить его оказалось нечем. Физики сдались и признали, что взаимодействие тел на расстоянии совершается принципиально в пустоте. Но как пустота может быть переносчиком взаимодействия - это было выше понимания самых глубоких умов. Пустота есть пустота.

Да, чем более "здраво" обычное представление о вещах, тем труднее от него отойти. Разве у кого-нибудь из вас может вызвать хоть тень сомнения утверждение, что пространство есть вместилище всех тел? Это кажется простым как воздух, само собою разумеющимся.

Есть часть пространства, занятая веществом. Ее мы называем телом, частицей и еще множеством других названий. А есть не занятая веществом часть пространства. Ее мы называем пустотой, вакуумом. Эти две части ни в какой связи друг с другом не находятся. Пустота не действует на тела, тела не действуют на пустоту. Правда, тела могут действовать друг на друга через пустоту, но сама пустота тут ни при чем: взаимодействие обусловлено только самими телами.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №22  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:41 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Пустота зависит от тел!

Но вот появляется человек, который не только усомнился в этом обыденном представлении, но и коренным образом пересмотрел его. Речь идет об Альберте Эйнштейне и о его так называемой общей теории относительности. О хронологически первой, специальной теории относительности, посвященной быстрым движениям тел, мы уже говорили. Общая теория относительности рассматривает гораздо более широкий вопрос. Коротко его можно сформулировать так: связь тел и пространства.

Основная идея этой теории состоит в утверждении, что вещество оказывает влияние на окружающее его пространство. Совершенно однородное в отсутствие тел пространство (конечно, это возможно лишь мысленно) при "внесении" в него хотя бы одного тела теряет свою однородность.

В чем это проявляется? Как мерять эту неоднородность? Для этого предназначена геометрия.

Геометрия пустого пространства есть обычная школьная геометрия, созданная еще древнегреческим математиком Евклидом. В этой геометрии кратчайшим расстоянием между двумя точками является прямая, параллельные линии нигде не пересекаются. Она содержит еще несколько "очевидных" утверждений, потому и называемых аксиомами, то есть положениями, не требующими в силу своей очевидности никакого доказательства (которое, кстати, невозможно получить).

открыть спойлер
Однако в начале прошлого века наш гениальный соотечественник Лобачевский позволил себе усомниться в очевидности одной из этих аксиом ("аксиоме о параллельности"). Он доказал, что можно создать столь же внутренне непротиворечивую, как евклидова, но в корне противоречащую здравому смыслу геометрию, отказавшись от справедливости этой аксиомы. Необычность, парадоксальность геометрии Лобачевского явилась причиной того, что тогда ее почти никто не понял. Замечательные труды Лобачевского десятилетиями пылились на самых дальних полках университетских библиотек.

Мысли Лобачевского о том, что не существует никакой геометрии "вообще", справедливой для всех миров, что любая геометрия определяется свойствами конкретных тел, что геометрия пространства зависит от того, какие вещи в нем находятся и как они расположены, казались его современникам кощунственными. Человек, переустраивая вещи, мог бы изменять единую, "богом данную" геометрию мира! И вот в трудах Эйнштейна эти мысли нашли достойное место. Как не существует пространства без тел, так нет и единого однородного пространства. В пустоте, окружающей тела, теперь кратчайшей линией между двумя точками является в общем случае уже не прямая, а кривая линия, называемая геодезической. Эта линия тем более "кривая", чем ближе к телам точки, между которыми она перекинута, чем массивнее эти тела.

Как же убедиться в этом? Здесь должен помочь луч света. "Искривление" пространства телами очень невелико и в обычных условиях совсем незаметно. Нужно перенести опыт в межзвездное пространство и выбрать в качестве "искривителя" какое-нибудь очень массивное тело, например Солнце. Искривление, понятно, удобнее всего наблюдать на линии, которую мы считаем прямой. Именно такую линию прочерчивает луч света в пустоте, если верить классической физике. Ее-то и собирается опровергнуть Эйнштейн.

Настроим телескоп на какую-либо звезду и сфотографируем ее. Затем сфотографируем эту звезду, когда луч ее света пройдет поблизости от Солнца. При Солнце звезды не видны, так что первый снимок надо сделать ночью, а второй - во время полного солнечного затмения.

Согласно классической физике, оба изображения звезды должны оказаться на одном и том же месте фотопластинки. Свету от звезды "нет никакого дела", проходит ли он близко или далеко от Солнца. Согласно же общей теории относительности, путь света около Солнца должен искривиться. Луч света, пройдя мимо Солнца, должен чуть-чуть изменить свое направление, так что на фотопластинке он должен дать смещенное относительно первого изображение той же звезды.

В августе 1919 года специальная экспедиция отправилась в Аравийскую пустыню наблюдать полное солнечное затмение. Заодно она собиралась проверить предположение Эйнштейна. И через несколько дней после затмения телеграф принес сенсацию. Обработка фотографий показала, что искривление пространства существует, и притом почти в точности такое, какое предсказывал Эйнштейн! С этого времени представление физиков о пустоте начинает коренным образом меняться. Пространство оказывается вместилищем не только тел, но и полей.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №23  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:42 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Пустоты не существует!

Обнаружение на фотопластинке факта совместного рождения электрона и позитрона- это не только "открытие" вакуума. Здесь впервые на глазах людей совершилось превращение поля в вещество. Вскоре подтверждается и обратное предсказание теориии Дирака: совместное умирание электрона и позитрона при их встрече, и рождение в этот момент двух гамма-фотонов.

"Постойте, о каком превращении здесь может идти речь? - может спросить читатель.- Ведь электрон и позитрон не превратились во что-то, а ушли в неизменном виде в вакуум. Отданная же ими энергия и имеет вид гамма-фотонов. Все произошло совсем так, как, скажем, в атоме, где электрон, перескочив с более высокого на более низкий уровень энергии, отдает часть своей энергии в виде фотона, но сам остается электроном!" Однако на самом деле это не совсем так. Вот здесь-то вакуум, пустота и выступает в своем главном, полевом обличье. В атоме электрон действительно может отдать свою энергию, но всегда только ее часть. Он может даже потерять всю кинетическую энергию в свободном движении, остановиться, но "главную", собственную энергию он не отдает ни при каких обстоятельствах, если электрон хочет остаться электроном.

Ведь отдать энергию ?о=тос2, неразрывно связанную с массой покоя те,- это значит потерять массу покоя, иными словами, утратить саму сущность частицы! Мы уже говорили, что частицы тем и отличаются от квантов электромагнитного поля, что могут находиться в покое и иметь притом не равную нулю массу.

открыть спойлер
Значит, когда электрон ныряет в вакуум, отдавая совместно с позитроном собственную энергию, он перестает быть электроном, равно как позитрон - позитроном. Разумеется, масса их не исчезает без следа, как и их энергия. Масса меняет свою природу и становится невещественной, полевой, а собственная энергия превращается в энергию квантов поля - гамма-фотонов. Выходит, что в вакууме никаких "настоящих" электронов нет, что они содержатся там только мысленно, если можно так сказать,- в потенции? Да. Потому что вакуума, пустоты вообще нигде не существует,- есть только вещество и поле, заполняющие все пространство. Тот вакуум, который имел в виду Дирак,- это просто наглядное представление, позволившее ясно изобразить процессы взаимопревращения частиц вещества и квантов поля.

И пусть читатель не подумает, что автор столь долго "водил его за нос". Нет, наш рассказ надо было начать с "привычной" пустоты, затем сделать ее "непривычной" и наконец вообще ликвидировать. Таков был естественный путь развития науки.

Электрон и позитрон превращаются при встрече в гамма-фотоны. Но если это так, то выходит, что возможен и обратный процесс, когда гамма-фотоны сами могут стать родителями упомянутой пары частиц? Совершенно верно,- если эти фотоны имеют достаточную энергию, по меньшей мере равную 2тос2 на два фотона.

Фотоны можно наблюдать, регистрировать, они вполне осязаемы. Вакуум же неощутим до тех пор, пока из него не вынырнут электрон и позитрон. Как согласовать одно с другим?

А здесь ничего и не надо согласовывать. Фотоны регистрируются как фотоны, пока их энергия не очень велика. Но как только она оказывается достаточной для превращения пары фотонов в пару частиц, тут и начинают ощущаться "вакуумные" свойства фотонов. Фотоны могут исчезать, а на их месте могут оказываться электрон и позитрон.

По существу "вакуум" - это возможность взаимных превращений вещественных частиц в кванты поля и квантов поля в частицы. Это сейчас для нас самое важное. К нему мы и ведем весь разговор с начала главы.

Впрочем, видимо, все уже более или менее понятно. Поскольку между веществом и полем перекинут мост, то по этому мосту в обе стороны может иметь место оживленное движение: частицы могут переходить через мост и превращаться в кванты поля, а кванты поля - в частицы. Важно лишь подняться на этот мост, а он довольно высок - энергетическая высота его составляет 2тос2, что для электронов соответствует миллионам, а для протонов - миллиардам электроновольт.

Итак, место вакуума в нашем рассказе заняло поле. Но все же в дальнейшем мы часто будем пользоваться представлением о вакууме для большей наглядности. Мы будем, как и выше, изображать его в виде некоего всемирного "океана", из которого выпрыгивают, чтобы вновь погрузиться в него спустя некоторое время, дельфины-частицы.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №24  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:43 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Рождение дырки

Пусть в силу каких-либо причин (мы не будем уточнять, каких именно) из вакуума, приобретя необходимую энергию, вылетел электрон. Поскольку он стал свободен, его полная энергия теперь положительна. Что при этом произойдет в вакууме? В нем образуется дырка. Вакуум в том месте, где он утратил вылетевший электрон, как бы ионизируется, то есть получает положительный заряд, по величине равный заряду электрона.

Дырка - но это же нам знакомо по полупроводникам! Там электрон вылетал в зону проводимости, а дырка оставалась в заполненной валентной зоне, в которой она имела отрицательную энергию. Замечательная аналогия, которая на этом же и кончается. В полупроводниках дырка - это действительно "пустое место", введенное просто для удобства описания разного типа движений электронов в валентной зоне и зоне проводимости.

Дырка же в вакууме - совсем другое дело. Дырка теперь ничем не отличается от электрона. Она оказывается самой настоящей частицей, ничуть не менее реальной, чем электрон. Дырка, так же как и электрон, имеет энергию покоя, то есть энергию, как раз равную глубине самого верхнего уровня энергии в вакуумной "яме".

Иными словами, электрон и дырка рождаются из вакуумного "небытия" только парами. И на рождение каждой из них затрачивается энергия тос2 (ведь массы обеих частиц одинаковы), а всего 2/гсос2 - величина, которую мы приводили выше.

Электрон, побродив в "свободном мире", может возвратиться обратно в вакуум. Для этого он должен повстречать дырку и слиться с ней, после чего станет вновь "ненаблюдаемым". Исчезнет также и дырка.

открыть спойлер
И все? Нет, прежде чем вернуться в вакуум, электрон должен сначала отдать ту энергию, которая была затрачена на его выбрасывание из вакуума, или, иными словами,- на рождение его и дырки, те самые 2/пос2.

В виде чего появится эта энергия? В виде гамма-фотонов, которые, вылетев из места слияния электрона и дырки, унесут с собою эту энергию.

Остается вопрос: почему энергия будет унесена именно в виде гамма-фотонов? Дело в том, что энергия, отдаваемая парой из электрона и дырки перед тем, как они канут в "небытие", столь велика, что соответствует жестким гамма-лучам. Два, а не меньше ( и чаще всего, не больше) гамма-фотона образуются потому, что сливающиеся электрон и дырка имеют противоположные направления спинов.

Это понятно: так как в вакууме общий спин электрона и дырки равен нулю, то они должны "погасить" свои спины при слиянии. Одному гамма-фотону поэтому нужен партнер тоже с противоположным направлением спина, так чтобы и у них общий спин оказался равным нулю. Этого требуют основные законы сохранения, о которых мы уже говорили.

Если поблизости от места встречи электрона с позитроном находится третье "тело", например ядро, то оно может отобрать на себя часть энергии и спина встретившихся частиц. Тогда вместо двух фотонов может появиться один.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №25  СообщениеДобавлено: 11 окт 2014, 07:45 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Секрет взаимодействия

Из всех известных науке полей электромагнитное поле сегодня изучено наиболее хорошо. Многое известно и о каждой его "стороне медали" -электрическом и магнитном полях. Электрическое поле создается как неподвижными, так и движущимися зарядами, магнитное поле - только последними. Поскольку же всякое взаимодействие заряженных частиц связано с их движением и в нем проявляется, то в общем можно сказать, что при любом таком взаимодействии всегда выступает совокупное, электромагнитное поле.

Но отвлечемся для простоты от магнитного поля и присмотримся поближе к электрическому, точнее, электростатическому полю. Со школьных времен вы на всю жизнь запоминаете "священную" фразу: одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются. Школьные учебники разъясняют это таинственное поведение электрических зарядов следующим образом: электрический заряд создает вокруг себя поле, которое действует силой отталкивания на любой одноименный с ним заряд, попавший в это поле, и силой притяжения на любой разноименный с ним заряд.

Это объяснение, честно говоря, выглядит примерно так, как если бы на вопрос: "Почему человек умер?" - последовал бы ответ: "Из него ушла жизненная сила".

В учебниках слово "сила" сводится к слову "поле". Но мало ввести новое слово, надо еще пояснить, что оно обозначает. Однако по этому поводу ничего не говорится. Вводятся характеристики поля: напряженность, силовые линии и т. д., а вот большего не найдешь.

Действительно, классическая физика, излагаемая в этих учебниках, хотя и ввела в науку понятие поля, не смогла вложить в него сколько-нибудь конкретного, точного смысла. Поле оказалось имеющим столь сложную сущность, что она во многом еще и сегодня ускользает от физиков.

Но кое-чего квантовой механике в этом вопросе уже удалось добиться. Об этом и будет наш дальнейший рассказ.

открыть спойлер
Физика знает только два рода электрических зарядов - положительный и отрицательный. Первый принадлежит, например, протонам, второй - электронам. Это - единственные абсолютно устойчивые носители зарядов. Мы будем далее говорить только об электронах. Протон, как выясняется, "устроен" сложнее, и речь о нем пойдет позже.

Все отрицательные заряды, таким образом, принадлежат электронам. Что ж, выберем пару электронов и попробуем понять, как они враждуют друг с другом. Прежде всего, очевидно, они как-то должны "узнать" о присутствии друг друга.

Появляется первая мысль: каждый из электронов искривляет пространство вокруг себя, как это было уже установлено Эйнштейном для всех тел, сколь велики или малы бы они ни были. В результате каждый из электронов движется подле другого уже не по прямой, а по некоторой кривой линии. Совсем как шарик, когда он катится по полотну, прогнутому лежащим на нем другим шариком.

Однако такое искривление определяется массой, а не зарядом. Ему соответствует другое поле- поле тяготения.

Вторая мысль: электрон нарушает однородность вакуума вокруг себя. В самом деле, если считать вакуум заполненным еще не рожденными электронами, то наш "надвакуумный" электрон должен отталкивать от себя вакуумные электроны. Когда у нашего электрона появляется партнер, он, понятно, должен действовать на вакуум аналогично.

Но отталкивание "настоящих" и вакуумных электронов - обоюдное. Значит, вакуумные электроны, постаравшись удалить от себя первый электрон, так же отнесутся и ко второму. Это и проявится во взаимном отталкивании наших обоих электронов.

Если, однако, вдуматься, то приведенное умозаключение представится не совсем "честным". Ведь мы пытаемся объяснить отталкивание. А вместе с тем вводим его без объяснения для "настоящих" и вакуумных электронов. Лошадку подменили, но с места так и не сдвинулись! Это действительно так. Но все же представление о взаимодействии частиц через вакуум оказывается плодотворным. Для этого нужно только до-"пустить, что электрон может самопроизвольно испускать фотоны.

Электрон, действительно, может испускать фотоны. Мы это видели при его перескоках на атомных оболочках. Но при этом он меняет свое энергетическое состояние. Правильно. А если свободный и неподвижный электрон испустит фотон и быстренько поглотит его обратно? Тогда энергия электрона останется неизменной. А сам процесс испускания окажется запрещенным с классической точки зрения. Квантовая механика, как мы уже видели, такие процессы разрешает, но с одним условием: они должны укладываться в рамки соотношения неопределенностей.

Как быстро электрон испустит и заберет обратно фотон,- это должно зависеть только от энергии фотона. Чем больше энергия последнего, тем быстрее электрон должен закончить эту операцию.

Однако за то время, пока фотон пребывает вне электрона, он успевает прощупать, подобно разведчику, окрестности пославшего его родителя. Сколь же далеко простираются эти окрестности? До бесконечности. Ведь электрон может испускать фотоны самой различной, а значит, и сколь угодно малой энергии. А такие фотоны могут уйти от своего родителя сколь угодно далеко. Однако для фотонов вполне определенной частоты радиус действия их - порядка длины волны фотона. Для фотонов видимого света это расстояние имеет порядок доли микрона.

Понятно, что фотоны не ограничиваются ролью наблюдателей. Если на их пути встречаются фотоны, испущенные другим электроном, то происходит то, что в военных сводках называется стычкой патрулей. В результате этой стычки может оказаться, что часть фотонов рассеется и не вернется к своим родителям. Например, они будут поглощены партнером.

Казалось бы, теперь нарушение закона сохранения энергии станет не виртуальным, а вполне явным. Однако нет. Энергия электронов изменится ровно настолько, сколько энергии заключено в невернувшихся фотонах, и в результате оба электрона отодвинутся в разные стороны. В самом деле, чем дальше электроны друг от друга, тем меньше энергия их взаимодействия.

Общая же энергия фотонов и электронов при этом останется такой же, какой она была "вначале".Это слово мы взяли в кавычки потому, что ни начала, ни конца взаимодействия двух электронов не существует. Взаимодействие нельзя включать и выключать. Сколь далеко ни пребывали бы электроны друг от друга, они всегда находятся во Взаимодействии.

И все же такое объяснение оставляет некоторое чувство неудовлетворенности. Поле получается как бы привязанным к своему создателю. Между тем нам известно, что фотоны очень самостоятельны.

Что ж, для большего удовлетворения можно ввести еще один виртуальный процесс. О таком процессе мы уже говорили, он встречается и в действительности. Достаточно энергичный фотон, испущенный электроном, может за время своей недолгой "разрешенной" жизни превратиться в пару из электрона и позитрона! Так вместо одного электрона у нас на мгновение окажутся два электрона и позитрон. Пройдет это мгновение - и снова электрон очутится в одиночестве. Но какой из двух электронов исчезнет, слившись с позитроном? Этого сказать нельзя: оба электрона неотличимы друг от друга.

Очень интересно! Жаль только, что наблюдать этот "букет" частиц, распустившийся из одного электрона, казалось бы, нельзя: слишком, видимо, коротко это мгновение.

Проверим, так ли это. Простой подсчет по соотношению Гейзенберга показывает, что наше мгновение длится примерно 10~21 секунды. За это время фотон успеет родить пару из второго электрона и позитрона на расстоянии около 10^-11 сантиметра от первого электрона.

Вот эта-то величина и характерна для предельно малой размазанности электрона в пространстве. 10^-11 сантиметра - это длина дебройлевской волны электрона, движущегося со скоростью, близкой к скорости света.

наменательнейшее обстоятельство! Оно показывает, что волновые свойства электрона (да и, понятно, всех других частиц) имеют в своей основе взаимодействие, то есть, иными словами, полевую природу электрона. Электрон размазывается потому, что он бесчисленное множество раз в секунду как бы ныряет в вакуум и выпрыгивает из него по соседству.

Физики назвали столь своеобразное поведение электрона "дрожащий электрон". Это образное сравнение очень близко к действительности. Электрон ти таком процессе может "дрожать", находиться где угодно в пределах отведенного ему участка пространства. А этот участок определяется энергией, а значит, длиной волны фотонов, которые могут рождать пары из электрона и позитрона.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №26  СообщениеДобавлено: 18 окт 2014, 08:29 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Слово за античастицами

До 1955 года в графе "нуклоны" перед физиками фигурировала только пара из протона и нейтрона. Эта пара была совершенно необычной: двойка составлена из. заряженной и нейтральной частиц! Загадка казалась разрешенной, когда был открыт отрицательно заряженный антипротон. Вот теперь нормальная тройка, наподобие группы пи-мезонов! Правда, в ней остается необычность: нейтральный нейтрон оказывается массивнее, а не легче протона и его античастицы. Электромагнитное поле словно "вычитается" из ядерного. Самое, однако, важное в том, что протон и нейтрон оказываются одной и той же частицей, только являющейся в разных видах. Впрочем, о подобном единстве физики догадывались и раньше, когда стало ясным, что обе эти частицы на равных правах превращаются друг в друга в ядре.

Однако спустя год после открытия антипротона был обнаружен антинейтрон. В группе появилась четвертая частица. В нее потребовалось втиснуть антинейтрон, но куда? И описанная выше схема группы рухнула. Остался один вывод: группа нуклонов состоит из двух пар: протона и нейтрона с их античастицами. Но тогда выходит, что протон и нейтрон- все же разные частицы? Вопрос оказывается трудным. Секрет четверки нуклонов нельзя считать окончательно раскрытым по сей день. На эту группу частиц внешне похожа и четверка ка-мезонов. С ней нал предстоит познакомиться особо. Наконец, можно заметить, что гипероны группируются только парами.

Есть ли какой-нибудь закон, лежащий в основе столь разнообразного построения групп частиц? Наверное, есть. Сегодня он еще не известен. Перепись населения микромира производится, удалось даже выяснить в некоторых случаях распределение его жителей по родам занятий, но окончательные выводы делать еще рано.

А пока попробуем понять, чем отличается частица от своей античастицы. Теория Дирака в ее первоначальном варианте, как мы знаем, говорит: знаком электрического заряда. Это действительно так для электрона и позитрона, протона и антипротона, двух мю-мезонов и вообще для всех заряженных частиц.

открыть спойлер
Ну, а в чем отличие,скажем, нейтрона от антинейтрона? Оба они не имеют электрического заряда, массы их, как, впрочем, в любой паре из частицы и античастицы, равны. Оказывается, отличие содержится в направлениях спина.

Как, спин можно считать за "антисвойство"? Мы, например, знаем, что электроны в атомах занимают энергетические состояния парами, то есть имеют противоположно направленные спины. Но при этом они ведь оба остаются электронами, ни один из них не переходит в позитрон. Ядерные нейтроны тоже, как мы видели, в оболочечной модели ядра могут занимать энергетические уровни попарно, и при этом также не возникает антинейтронов.

Дело оказывается в другом. То, что спины атомных электронов попарно направлены в противоположные стороны, говорит лишь о том, что электроны движутся сами в противоположные стороны. Если изобразить электроны "облаками вероятности", два противоположных движения, конечно, трудно себе представить. По энергии, в частности, для свободного атома они не различаются.

Но вот по отношению к направлению движения спин электрона всегда ориентирован определенным образом. Например, если электрон движется вправо, то можно условно считать, что его спин направлен, скажем, под некоторым углом вверх, а если влево, то вниз. Можно показать, что по мере того как скорость электрона приближается к скорости света, направление его спина все ближе к направлению его движения. У позитрона же спин при движении вправо должен указывать вниз, и наоборот. А у очень быстрого позитрона спин направлен почти точно против направления движения. Именно так надо понимать различие направлений спинов нейтрона и антинейтрона.

"Ну что это за различие!" - может разочарованно сказать читатель. Однако даже такого различия, видимо, достаточно, чтобы при встрече частицы со своей античастицей они обе исчезли, превратились в кванты поля.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №27  СообщениеДобавлено: 18 окт 2014, 08:30 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Старый груз тянет назад

Всегдашняя и повсеместная связанность, взаимная обусловленность вещества и поля поставила перед физиками задачу понять ее и выработать в соответствии с этим новые представления- о веществе и поле. Здесь уже оказывается несколько консервативной сама квантовая механика с ее сложившимися представлениями, о которых мы рассказывали в этой книге.

Когда возникла квантовая механика, она унаследовала от своей предшественницы - классической физики - все ее понятия, применявшиеся той при подходе к явлениям в обычном мире, и перенесла эти понятия в мир сверхмалых вещей. Уравнение Шредингера было построено по типу классического волнового уравнения, только описывало не обычные волны. а "волны вероятности", которые выражали собой закон движения микрочастиц в пространстве и времени. Поначалу физики были вполне удовлетворены: этим законам движения микрочастицы охотно подчинялись.

Правда, на первых же порах квантовой механики обнаружилось, что тащить старые понятия в новую физику - дело не очень благодарное. Соотношения неопределенностей ясно показывали, что прежние понятия точного местоположения и скорости, энергии частиц и времени в микромире могли иметь лишь ограниченную область применимости.

Это полуудовлетворительное положение становилось совсем уже неудовлетворительным, когда микрочастицы набирали энергию, достаточную для начала их взаимных превращений. Описанный метод установления законов движения частиц в пространстве и времени здесь вообще давал осечку.

открыть спойлер
В самом деле: была одна частица, стала совершенно другая или другие, или же вместо частиц появились фотоны. Понятно, что описание с помощью прежней волновой функции не могло учесть самого факта этого превращения. Согласно квантовой механике, оно должно было совершаться в одной точке пространства и мгновенно. В результате рождаются другая частица или фотон, для которых прежняя волновая функция уже недействительна.

Как в таком случае поступала квантовая механика? Она "сшивала" в точке превращения оба закона движения, старый и новый, пользуясь при этом не раз уже упоминавшимися законами сохранения энергии и импульса.

Но сам процесс превращения при таком подходе совершенно выпадал из рассмотрения! Во-первых, потому, что совершается он в одной "точке" пространства и одной "точке" времени, так что в момент превращения частица не движется в обычном смысле этого слова. Во-вторых, потому, что исчезает частица одного вида, а появляется частица другого вида; уравнения движения же относятся всегда к одной, неизменного вида, частице.

Значит, обычный классический, взятый в квантовую механику подход к явлениям в мире сверхмалых вещей с помощью понятий пространства и времени оказывался явно недостаточным. Он не отражал основной сущности этого мира - взаимных превращений частиц друг в друга и в кванты поля, а также обратных превращений квантов в частицы вещества. На повестку дня встал вопрос о выяснении самого хода превращений. Но для этого необходимо было в корне изменить сам способ их описания.

Квантовая механика сделала это, введя упоминавшиеся уже виртуальные процессы. Но и они не дают полного решения задачи. Требуется более глубокий подход, в котором классические представления о пространстве и времени должны быть, видимо, существенно изменены.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №28  СообщениеДобавлено: 18 окт 2014, 08:32 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Тайна пезонного обмена проясняется

Действительно, можно считать, что пи-мезон циркулирует между ядерными частицами. Но эта циркуляция идет не вокруг частиц, а в них самих, путем испускания мезона одной частицей и захвата его другой. Однако эти-то процессы испускания и поглощения противоречат уже описанным выше законам. Но вместе с тем эти процессы идут! Идут виртуально.

Вообще говоря, виртуальные процессы нам не в новинку. Вспомним, как микрочастицы проникают сквозь потенциальные барьеры. Если стать на точку зрения классической теории, то появление частицы снаружи барьера возможно, лишь если она перепрыгнула через барьер. Между тем уравнение Шредингера показывает вероятность того, что частица, сидящая в яме, может оказаться вне ее, не приобретя ни капли энергии. Но это тоже ведь кажется противоречащим закону сохранения энергии! В самом деле, чтобы перескочить самопроизвольно через барьер, частица должна была бы извлечь энергию из самой себя,- а затем вновь эта энергия исчезает.

Выше мы объяснили это парадоксальное явление волновыми свойствами микрочастицы. Вспомним, в чем состояло это объяснение.

Согласно соотношению Гейзенберга, любая частица имеет неопределенность измерения как значения кинетической, так и значения потенциальной энергии. Пытаясь уличить частицу в проникновении сквозь барьер, то есть обнаружить ее внутри барьера, мы тем самым делаем ее энергию неопределенной. В результате эта энергия становится как раз такой, что позволяет частице перепрыгнуть через барьер совершенно законным, с классической точки зрения, путем. В классическом смысле здесь, строго говоря,- нарушение закона сохранения энергии. Квантовая же механика показывает, что никакого нарушения этого закона не происходит.

открыть спойлер
Точно такое же объяснение можно дать испусканию и поглощению пи-мезонов ядерными частицами. Дело в том, что упомянутое соотношение Гейзенберга (второе, между энергией и временем, приведенное на странице 77) можно применять и к собственной энергии частицы. Тогда, например, похудание нейтрона при испускании им отрицательного пи-мезона или похудание протона при испускании им положительного пи-мезона, а также по-толстение частиц, поглотивших мезоны, можно рассматривать как некоторую неопределенность в собственной энергии этих частиц, связанную с известной неопределенностью в их массе.

Ясно, что эта неопределенность по величине не меньше, чем собственная энергия пи-мезона, Д?=т" с2, где т" - масса покоя пи-мезона. Попробуем отсюда узнать, сколько времени может существовать указанная неопределенность в энергии. Иными словами - сколько длится полный цикл "игры в мяч" между протоном и нейтроном в ядре.

Ничтожное время! Какое расстояние успеет пролететь за это время пи-мезон? Очевидно, предел его величине ставится тем, что пи-мезон должен двигаться со скоростью меньше скорости света. Поэтому предельное удаление пи-мезона от испустившей его ядерной частицы составитi?=c- ~~ ~a сантиметра. Но эта величина по порядку совпадает с радиусом действия ядерных сил! Многозначительное совпадение! Оно подтверждает правильность наших рассуждений.

Итак, уличить пи-мезоны в "незаконном" вылетании из одних ядерных частиц и в столь же "назаконном" поглощении их другими частицами не удалось бы по той же причине, что и поймать электроны в момент их прохождения под потенциальными барьерами. Стоило бы только включить измерительный прибор (конечно, мысленно), как он сразу же повысил бы энергии протона и нейтрона, участвующих в обмене пи-мезоном, настолько, что этот обмен стал бы вполне законным с классической точки зрения.

И опять виртуальный процесс имеет в своей основе волновые свойства микрочастиц! Ядерные силы потому-то и обладают ограниченным радиусом действия, что кванты ядерного поля - пи-мезоны - имеют не равную нулю массу покоя.

Пи-мезон имеет вполне "устойчивое" поведение, однако лишь при исполнении служебных обязанностей в ядре. В свободном же состоянии эта частица ведет себя совершенно иначе. Оказавшись вне ядра, пи-мезон за очень малое время - порядка стомиллионных долей секунды - распадается. Положительный пи-мезон превращается в положительный мю-мезон, отрицательный - в мю-мезон того же знака заряда. Вместе с этим при распаде испускается и нейтрино.

Впоследствии был открыт и третий пи-мезон - электрически нейтральный. Этот мезон распадается еще в миллиард раз быстрее, чем его заряженные собратья. Умирая, он рождает два гамма-фотона, но гораздо большей энергии, чем те, что появляются при встрече электрона и позитрона.

В этой неустойчивости состоит серьезное отличие пи-мезонов от фотонов. Фотоны, например, могут менять свою энергию, могут даже полностью исчезать в частицах, передав им свою энергию. Но они никогда не распадаются. Никто еще не видел, чтобы фотоны дробились на более мелкие"фотончики", обладающие меньшей энергией, чем их родители.

Вот как усложнил пи-мезон нарисованную физиками картину взаимоотношений поля и вещества! Действительно, он - рекордсмен двуликости, странный гибрид частицы и кванта.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №29  СообщениеДобавлено: 18 окт 2014, 08:35 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Царство виртуальностей

vselus-4.jpg

Итак, электрон виртуально испускает фотоны. Фотоны в свою очередь виртуально превращаются в пары электронов и позитронов. Пары, сливаясь, рождают фотоны. А фотоны поглощаются обратно электроном. Весь этот калейдоскоп превращений обязан совершаться с фантастической быстротой - многие миллиарды миллиардов раз в секунду.

Фотон, испущенный каким-либо электроном, может быть захвачен не им, а другим электроном. Но электроны неотличимы друг от друга. Узнать, какой из них захватил испущенный фотон, нет ни малейшей возможности.

Но вот результат этого обмена не виртуален, а вполне реален: электроны стремятся уйти как можно дальше друг от друга. Но даже когда расстояние между электронами во много раз превышает степень их "вакуумной размазанности", фотоны настигают их и еще более удаляют Друг от друга. Только чем больше это расстояние, тем менее энергичные фотоны могут его преодолеть, значит, тем меньшая энергия передается электронам при их обмене фотонами, тем слабее отталкиваются электроны. Что ж, именно это и говорит закон Кулона.

Электронное взаимодействие всепроникающе. И участвуют в нем не два электрона, как мы считали для простоты рассуждений, а решительно все электроны Вселенной. Неизмеримо протяженное электромагнитное поле можно найти в любом уголке бесконечного мира!

открыть спойлер
Взаимодействие электрона и позитрона, электрона и протона и вообще любых разноименно заряженных частиц имеет ту же виртуальную природу. Но только теперь реальным следствием обмена фотонами является не взаимное удаление, а сближение частиц.

Природа двулика. Ей импонирует единство противоположностей и противоположность единств. Две частицы с противоположными зарядами и одинаковыми массами, зеркальные двойники, встречаясь, "выпрыгивая из зеркала", гасят свои заряды и превращаются в кванты того самого поля, которое осуществляет их взаимодействие.

Str305_68.jpg

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №30  СообщениеДобавлено: 18 окт 2014, 08:36 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Вещество и поле

Что же такое поле? Физики называют этим словом область пространства, в которой проявляется взаимодействие тел. Невзаимодействующих тел, однако, не существует, все тела в конечном счете составлены из частиц, среди которых нет "равнодушных" друг к другу.

Поэтому поля существуют всегда и всюду. И не только между телами, но и в них самих, так как и там есть пустоты, не заполненные веществом. Это- первое и основное свойство поля. И отсюда сразу же следует другой, вывод: поле столь же реально и повсеместно, как и вещество.

Но у поля есть важное отличие от вещества: вещество "весомо и зримо", поле же, например электрическое, ядерное, гравитационное, невидимо. Но сказать, что поле неощутимо, нельзя. В простом наблюдении за яблоком, падающим на землю, действие поля обнаруживается по движению одного из тел.

Есть еще одно явление, в котором обнаруживается поле, на сей раз "само по себе",- это свет. Еще в прошлом веке было установлено, что свет - это особое, так называемое электромагнитное поле.

Эйнштейн в своей теории фотоэлектрического эффекта ввел фотон. Это очень важная идея. Электромагнитное поле, как оказывается, квантованно, то есть существует в виде отдельных частиц-квантов поля. Эти кванты и есть фотоны.

История поля движется дальше. Столетов в 1876 году установил, что свет может производить вещественные действия, выбивая электроны из металла. Лебедев в 1912 году обнаруживает прямое давление света на тела, как если бы свет представлял собой поток "настоящих" частиц, обладающих массой.

открыть спойлер
Эти два замечательных опыта и представление о фотоне совершенно неотвратимо ведут к заключению, что электромагнитное поле одновременно имеет вещественные свойства, что кванты поля могут иметь характеристики частиц вещества.

Это - первый пролет моста, возводимого над пропастью, которая, казалось бы, разделяет вещество и поле. Гипотеза де-Бройля достраивает этот мост с другого конца. Электроны могут иметь волновые свойства. Иными словами, вещество может проявлять себя с полевой стороны.

Поле - безграничное, невесомое - может иметь размеры и вес.

Вещество - ограниченное в пространстве, весомое - может лишиться и размеров и веса.

Следует ли отсюда, что вместо прежнего резкого противопоставления вещества и поля мы теперь должны слить их в нечто общее, неразличимое? Нет. Вещественные свойства поля проявляются наиболее заметным образом лишь при больших энергиях его квантов. Равно полевые свойства вещества резко проявляются лишь при больших энергиях его частиц. А при малых энергиях? Тогда поле в основном выглядит как поле, а вещество - как вещество.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 36 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3  След.

Текущее время: 12 дек 2017, 18:06

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 2

Вы не можете начинать темыВы не можете отвечать на сообщенияВы не можете редактировать свои сообщенияВы не можете удалять свои сообщенияВы не можете добавлять вложения
Перейти: