Στο Σύμπαν κάθε σώμα ζει στον δικό του χρόνο και τα βασικά στοιχειώδη σωματίδια επίσης. Η διάρκεια ζωής των περισσότερων στοιχειωδών σωματιδίων είναι μάλλον μικρή.

Κάποια αποσυντίθενται αμέσως μετά τη γέννησή τους, γι' αυτό τα ονομάζουμε ασταθή σωματίδια.

Μετά από σύντομο χρονικό διάστημα, διασπώνται σε σταθερά: πρωτόνια, ηλεκτρόνια, νετρίνα, φωτόνια, γκραβιτόνια και τα αντισωματίδια τους.

Τα πιο σημαντικά μικροαντικείμενα στον στενό μας χώρο - πρωτόνια και ηλεκτρόνια. Μερικά από τα απομακρυσμένα μέρη του Σύμπαντος μπορεί να αποτελούνται από αντιύλη, τα πιο σημαντικά σωματίδια εκεί θα είναι ένα αντιπρωτόνιο και ένα αντιηλεκτρόνιο (ποζιτρόνιο).

Συνολικά, έχουν ανακαλυφθεί αρκετές εκατοντάδες στοιχειώδη σωματίδια: πρωτόνιο (p), νετρόνιο (n), ηλεκτρόνιο (e -), καθώς και φωτόνιο (g), πι-μεσόνια (p), μιόνια (m), νετρίνα τριών τύποι (ηλεκτρονικό ve, μιόνιο v m, με λεπτόνιο v t), κ.λπ. προφανώς θα φέρουν περισσότερα νέα μικροσωματίδια.

Εμφάνιση σωματιδίων:

πρωτόνια και ηλεκτρόνια

Η εμφάνιση πρωτονίων και ηλεκτρονίων χρονολογείται πριν από περίπου δέκα δισεκατομμύρια χρόνια.

Ένας άλλος τύπος μικροαντικειμένων που παίζουν σημαντικό ρόλο στη δομή του κοντινού διαστήματος είναι τα νετρόνια, τα οποία έχουν κοινή ονομασία με ένα πρωτόνιο: νουκλεόνια. Τα ίδια τα νετρόνια είναι ασταθή, διασπώνται περίπου δέκα λεπτά μετά τη δημιουργία τους. Μπορούν να είναι σταθερά μόνο στον πυρήνα ενός ατόμου. Ένας τεράστιος αριθμός νετρονίων αναδύεται συνεχώς στα βάθη των άστρων, όπου οι πυρήνες των ατόμων γεννιούνται από πρωτόνια.

Νετρίνο

Στο Σύμπαν γίνεται συνεχώς και η γέννηση των νετρίνων, τα οποία είναι παρόμοια με ένα ηλεκτρόνιο, αλλά χωρίς φορτίο και με μικρή μάζα. Το 1936, ανακαλύφθηκε μια ποικιλία νετρίνων: τα νετρίνα μιονίων, τα οποία προκύπτουν κατά τη μετατροπή των πρωτονίων σε νετρόνια, στα βάθη των υπερμεγέθων αστέρων και κατά τη διάσπαση πολλών ασταθών μικροαντικειμένων. Γεννιούνται όταν οι κοσμικές ακτίνες συγκρούονται στον διαστρικό χώρο.

Η μεγάλη έκρηξη είχε ως αποτέλεσμα την εμφάνιση ενός τεράστιου αριθμού νετρίνων και νετρίνων μιονίων. Ο αριθμός τους στο διάστημα αυξάνεται συνεχώς, γιατί δεν απορροφώνται σχεδόν από καμία ύλη.

Φωτόνια

Όπως τα φωτόνια, τα νετρίνα και τα νετρίνα μιονίων γεμίζουν ολόκληρο τον χώρο. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται «θάλασσα των νετρίνων».
Από τη Μεγάλη Έκρηξη, έχουν απομείνει πάρα πολλά φωτόνια, τα οποία ονομάζουμε λείψανα ή απολιθώματα. Είναι γεμάτα με όλο το διάστημα, και τη συχνότητά τους, και ως εκ τούτου η ενέργεια μειώνεται συνεχώς, καθώς το σύμπαν διαστέλλεται.

Προς το παρόν, όλα τα κοσμικά σώματα, κυρίως τα αστέρια και τα νεφελώματα, εμπλέκονται στο σχηματισμό του τμήματος φωτονίων του Σύμπαντος. Τα φωτόνια γεννιούνται στην επιφάνεια των άστρων από την ενέργεια των ηλεκτρονίων.

Σύνδεση σωματιδίων

Στο αρχικό στάδιο του σχηματισμού του Σύμπαντος, όλα τα βασικά στοιχειώδη σωματίδια ήταν ελεύθερα. Τότε δεν υπήρχαν πυρήνες ατόμων, πλανήτες, αστέρια.

Τα άτομα, και από αυτά οι πλανήτες, τα αστέρια και όλες οι ουσίες, σχηματίστηκαν αργότερα, όταν είχαν περάσει 300.000 χρόνια και η πυρακτωμένη ύλη ψύχθηκε αρκετά κατά τη διάρκεια της διαστολής.

Μόνο το νετρίνο, το νετρίνο του μιονίου και το φωτόνιο δεν μπήκαν σε κανένα σύστημα: η αμοιβαία έλξη τους είναι πολύ ασθενής. Έχουν παραμείνει ελεύθερα σωματίδια.

Ακόμη και στο αρχικό στάδιο του σχηματισμού του Σύμπαντος (300.000 χρόνια μετά τη γέννησή του), ελεύθερα πρωτόνια και ηλεκτρόνια συνδυάστηκαν σε άτομα υδρογόνου (ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο συνδεδεμένα με ηλεκτρική δύναμη).

Το πρωτόνιο θεωρείται το κύριο στοιχειώδες σωματίδιομε φορτίο +1 και μάζα 1,672 10 −27 kg (λίγο λιγότερο από 2000 φορές βαρύτερο από ένα ηλεκτρόνιο). Τα πρωτόνια που βρέθηκαν σε ένα τεράστιο αστέρι μετατράπηκαν σταδιακά στο κύριο κτιριακό «σίδερο» του Σύμπαντος. Καθένας από αυτούς απελευθέρωσε το ένα τοις εκατό της μάζας ανάπαυσης. Στα υπερμεγέθη αστέρια, τα οποία συρρικνώνονται σε μικρούς όγκους ως αποτέλεσμα της δικής τους βαρύτητας στο τέλος της ζωής τους, ένα πρωτόνιο μπορεί να χάσει σχεδόν το ένα πέμπτο της ενέργειας ηρεμίας του (και επομένως το ένα πέμπτο της μάζας ηρεμίας του).

Είναι γνωστό ότι τα «δομικά μικρομπλοκ» του Σύμπαντος είναι τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια.

Τέλος, όταν ένα πρωτόνιο και ένα αντιπρωτόνιο συναντώνται, δεν προκύπτει σύστημα, αλλά όλη η ενέργεια ηρεμίας τους απελευθερώνεται με τη μορφή φωτονίων ().

Οι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι υπάρχει επίσης ένα φανταστικό βασικό βαρυτόνιο στοιχειώδους σωματιδίου που φέρει βαρυτική αλληλεπίδραση παρόμοια με τον ηλεκτρομαγνητισμό. Ωστόσο, η ύπαρξη ενός graviton έχει αποδειχθεί μόνο θεωρητικά.

Έτσι, τα κύρια στοιχειώδη σωματίδια προέκυψαν και αντιπροσωπεύουν τώρα το Σύμπαν μας, συμπεριλαμβανομένης της Γης: πρωτόνια, ηλεκτρόνια, νετρίνα, φωτόνια, γκραβιτόνια και πολλά άλλα ανακαλυφθέντα και μη ανακαλυφθέντα μικροαντικείμενα.

Αυτά τα τρία σωματίδια (όπως και άλλα που περιγράφονται παρακάτω) αλληλοέλκονται και απωθούν το ένα το άλλο ανάλογα με το δικό τους ταρίφα, που είναι μόνο τέσσερις τύποι ανάλογα με τον αριθμό των θεμελιωδών δυνάμεων της φύσης. Τα φορτία μπορούν να ταξινομηθούν κατά σειρά μείωσης των αντίστοιχων δυνάμεων ως εξής: έγχρωμο φορτίο (δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ κουάρκ). ηλεκτρικό φορτίο (ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις). ασθενές φορτίο (ισχύς σε ορισμένες ραδιενεργές διεργασίες). τέλος, μάζα (βαρυτική δύναμη ή βαρυτική αλληλεπίδραση). Η λέξη "χρώμα" εδώ δεν έχει καμία σχέση με το χρώμα του ορατού φωτός. είναι απλώς ένα χαρακτηριστικό του ισχυρότερου φορτίου και των μεγαλύτερων δυνάμεων.

Ταρίφα επιμένω, δηλ. Το φορτίο που εισέρχεται στο σύστημα είναι ίσο με το φορτίο που εξέρχεται από αυτό. Αν το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο ενός συγκεκριμένου αριθμού σωματιδίων πριν από την αλληλεπίδρασή τους είναι, ας πούμε, 342 μονάδες, τότε μετά την αλληλεπίδραση, ανεξάρτητα από το αποτέλεσμά της, θα είναι ίσο με 342 μονάδες. Αυτό ισχύει και για άλλα φορτία: χρώμα (ισχυρό φορτίο αλληλεπίδρασης), ασθενή και μάζα (μάζα). Τα σωματίδια διαφέρουν ως προς τα φορτία τους: στην ουσία «είναι» αυτά τα φορτία. Οι χρεώσεις είναι, λες, ένα «πιστοποιητικό» του δικαιώματος απάντησης στην αντίστοιχη δύναμη. Έτσι, μόνο τα χρωματιστά σωματίδια επηρεάζονται από τις χρωματικές δυνάμεις, μόνο τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια επηρεάζονται από τις ηλεκτρικές δυνάμεις κ.ο.κ. Οι ιδιότητες ενός σωματιδίου καθορίζονται από τη μεγαλύτερη δύναμη που ασκείται σε αυτό. Μόνο τα κουάρκ είναι φορείς όλων των φορτίων και, ως εκ τούτου, υπόκεινται στη δράση όλων των δυνάμεων, μεταξύ των οποίων το χρώμα κυριαρχεί. Τα ηλεκτρόνια έχουν όλα τα φορτία εκτός από το χρώμα και η κυρίαρχη δύναμη για αυτά είναι η ηλεκτρομαγνητική δύναμη.

Οι πιο σταθεροί στη φύση είναι, κατά κανόνα, ουδέτεροι συνδυασμοί σωματιδίων στους οποίους το φορτίο των σωματιδίων ενός σημείου αντισταθμίζεται από το συνολικό φορτίο των σωματιδίων ενός άλλου σημείου. Αυτό αντιστοιχεί στην ελάχιστη ενέργεια ολόκληρου του συστήματος. (Ομοίως, δύο μαγνήτες ράβδων βρίσκονται σε μια ευθεία, με τον βόρειο πόλο του ενός να κοιτάζει τον νότιο πόλο του άλλου, που αντιστοιχεί στην ελάχιστη ενέργεια του μαγνητικού πεδίου.) Η βαρύτητα αποτελεί εξαίρεση σε αυτόν τον κανόνα: αρνητική μάζα δεν υπάρχει. Δεν υπάρχουν σώματα που θα έπεφταν επάνω.

ΕΙΔΗ ΥΛΗΣ

Η συνηθισμένη ύλη σχηματίζεται από ηλεκτρόνια και κουάρκ, ομαδοποιημένα σε αντικείμενα που έχουν ουδέτερο χρώμα και στη συνέχεια σε ηλεκτρικό φορτίο. Η χρωματική δύναμη εξουδετερώνεται, η οποία θα συζητηθεί λεπτομερέστερα παρακάτω, όταν τα σωματίδια συνδυάζονται σε τρίδυμα. (Εξ ου και ο ίδιος ο όρος "χρώμα", προερχόμενος από την οπτική: τα τρία βασικά χρώματα, όταν αναμειγνύονται, δίνουν λευκό.) Έτσι, τα κουάρκ, για τα οποία η χρωματική ισχύς είναι η κύρια, σχηματίζουν τριπλέτες. Αλλά τα κουάρκ, και αυτά υποδιαιρούνται σε u-κουάρκ (από τα αγγλικά πάνω - άνω) και ρε-κουάρκ (από τα αγγλικά κάτω - πιο κάτω), έχουν και ηλεκτρικό φορτίο ίσο με u-κουάρκ και για ρε-κουάρκ. Δύο u-κουάρκ και ένα ρε-το κουάρκ δίνει ηλεκτρικό φορτίο +1 και σχηματίζει ένα πρωτόνιο, και ένα u-κουάρκ και δύο ρε-τα κουάρκ δίνουν μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο και σχηματίζουν νετρόνιο.

Σταθερά πρωτόνια και νετρόνια, που έλκονται μεταξύ τους από τις υπολειπόμενες χρωματικές δυνάμεις της αλληλεπίδρασης μεταξύ των συστατικών τους κουάρκ, σχηματίζουν έναν ουδέτερο ως προς το χρώμα ατομικό πυρήνα. Αλλά οι πυρήνες φέρουν θετικό ηλεκτρικό φορτίο και, προσελκύοντας αρνητικά ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα όπως οι πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο, τείνουν να σχηματίζουν ένα ουδέτερο άτομο. Τα ηλεκτρόνια στις τροχιές τους απομακρύνονται από τον πυρήνα σε αποστάσεις δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερες από την ακτίνα του πυρήνα - απόδειξη ότι οι ηλεκτρικές δυνάμεις που τα συγκρατούν είναι πολύ πιο αδύναμες από τις πυρηνικές. Λόγω της δύναμης της χρωματικής αλληλεπίδρασης, το 99,945% της μάζας ενός ατόμου περικλείεται στον πυρήνα του. Βάρος u- και ρε-Τα κουάρκ είναι περίπου 600 φορές η μάζα ενός ηλεκτρονίου. Επομένως, τα ηλεκτρόνια είναι πολύ ελαφρύτερα και πιο κινητά από τους πυρήνες. Η κίνησή τους στην ύλη προκαλεί ηλεκτρικά φαινόμενα.

Υπάρχουν αρκετές εκατοντάδες φυσικές ποικιλίες ατόμων (συμπεριλαμβανομένων των ισοτόπων) που διαφέρουν ως προς τον αριθμό των νετρονίων και των πρωτονίων στον πυρήνα και, κατά συνέπεια, στον αριθμό των ηλεκτρονίων σε τροχιές. Το απλούστερο είναι το άτομο υδρογόνου, που αποτελείται από έναν πυρήνα με τη μορφή ενός πρωτονίου και ένα μόνο ηλεκτρόνιο που περιστρέφεται γύρω του. Όλη η «ορατή» ύλη στη φύση αποτελείται από άτομα και μερικώς «αποσυναρμολογημένα» άτομα, τα οποία ονομάζονται ιόντα. Τα ιόντα είναι άτομα που, έχοντας χάσει (ή αποκτήσει) μερικά ηλεκτρόνια, έχουν γίνει φορτισμένα σωματίδια. Η ύλη, που αποτελείται σχεδόν από ένα ιόν, ονομάζεται πλάσμα. Τα αστέρια που καίγονται λόγω θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στα κέντρα αποτελούνται κυρίως από πλάσμα, και δεδομένου ότι τα αστέρια είναι η πιο κοινή μορφή ύλης στο σύμπαν, μπορούμε να πούμε ότι ολόκληρο το σύμπαν αποτελείται κυρίως από πλάσμα. Πιο συγκεκριμένα, τα αστέρια είναι κατά κύριο λόγο πλήρως ιονισμένο αέριο υδρογόνο, δηλ. ένα μείγμα μεμονωμένων πρωτονίων και ηλεκτρονίων, και επομένως σχεδόν ολόκληρο το ορατό σύμπαν αποτελείται από αυτό.

Αυτό είναι ορατή ύλη. Αλλά υπάρχει ακόμα αόρατη ύλη στο Σύμπαν. Και υπάρχουν σωματίδια που λειτουργούν ως φορείς δυνάμεων. Υπάρχουν αντισωματίδια και διεγερμένες καταστάσεις ορισμένων σωματιδίων. Όλα αυτά οδηγούν σε μια σαφώς υπερβολική αφθονία «στοιχειωδών» σωματιδίων. Σε αυτή την αφθονία, μπορεί κανείς να βρει μια ένδειξη της πραγματικής, αληθινής φύσης των στοιχειωδών σωματιδίων και των δυνάμεων που δρουν μεταξύ τους. Σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες θεωρίες, τα σωματίδια μπορούν βασικά να είναι εκτεταμένα γεωμετρικά αντικείμενα - «χορδές» σε δεκαδιάστατο χώρο.

Αόρατος κόσμος.

Δεν υπάρχει μόνο ορατή ύλη στο σύμπαν (αλλά και μαύρες τρύπες και «σκοτεινή ύλη», όπως ψυχροί πλανήτες που γίνονται ορατοί όταν φωτίζονται). Υπάρχει επίσης μια πραγματικά αόρατη ύλη που διαποτίζει όλους εμάς και ολόκληρο το Σύμπαν κάθε δευτερόλεπτο. Είναι ένα ταχέως κινούμενο αέριο ενός είδους σωματιδίων - τα νετρίνα ηλεκτρονίων.

Το νετρίνο ηλεκτρονίων είναι ο συνεργάτης του ηλεκτρονίου, αλλά δεν έχει ηλεκτρικό φορτίο. Τα νετρίνα φέρουν μόνο το λεγόμενο ασθενές φορτίο. Η μάζα ηρεμίας τους είναι, κατά πάσα πιθανότητα, μηδέν. Αλλά αλληλεπιδρούν με το βαρυτικό πεδίο, επειδή έχουν κινητική ενέργεια μι, που αντιστοιχεί στην αποτελεσματική μάζα Μ, σύμφωνα με τον τύπο του Αϊνστάιν μι = mc 2, όπου ντοείναι η ταχύτητα του φωτός.

Ο βασικός ρόλος του νετρίνου είναι ότι συμβάλλει στον μετασχηματισμό και-κουάρκ μέσα ρεκουάρκ, με αποτέλεσμα τη μετατροπή ενός πρωτονίου σε νετρόνιο. Το νετρίνο παίζει το ρόλο της «βελόνας του καρμπυρατέρ» για τις αστρικές θερμοπυρηνικές αντιδράσεις, στις οποίες τέσσερα πρωτόνια (πυρήνες υδρογόνου) συνδυάζονται για να σχηματίσουν έναν πυρήνα ηλίου. Επειδή όμως ο πυρήνας του ηλίου δεν αποτελείται από τέσσερα πρωτόνια, αλλά από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια, για μια τέτοια πυρηνική σύντηξη είναι απαραίτητο δύο και- τα κουάρκ μετατράπηκαν σε δύο ρε-κουάρκ. Η ένταση του μετασχηματισμού καθορίζει πόσο γρήγορα θα καούν τα αστέρια. Και η διαδικασία μετασχηματισμού καθορίζεται από ασθενή φορτία και δυνάμεις ασθενούς αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων. Εν και-κουάρκ (ηλεκτρικό φορτίο +2/3, ασθενές φορτίο +1/2), αλληλεπιδρώντας με ένα ηλεκτρόνιο (ηλεκτρικό φορτίο - 1, ασθενές φορτίο -1/2), σχηματίζει ρε-κουάρκ (ηλεκτρικό φορτίο -1/3, ασθενές φορτίο -1/2) και νετρίνο ηλεκτρονίων (ηλεκτρικό φορτίο 0, ασθενές φορτίο +1/2). Τα χρωματικά φορτία (ή απλά τα χρώματα) των δύο κουάρκ ακυρώνονται σε αυτή τη διαδικασία χωρίς το νετρίνο. Ο ρόλος του νετρίνου είναι να απομακρύνει το μη αντισταθμισμένο ασθενές φορτίο. Επομένως, ο ρυθμός μετασχηματισμού εξαρτάται από το πόσο αδύναμες είναι οι ασθενείς δυνάμεις. Αν ήταν πιο αδύναμοι από ό,τι είναι, τότε τα αστέρια δεν θα καίγονταν καθόλου. Αν ήταν πιο δυνατοί, τότε τα αστέρια θα είχαν καεί εδώ και πολύ καιρό.

Τι γίνεται όμως με τα νετρίνα; Δεδομένου ότι αυτά τα σωματίδια αλληλεπιδρούν εξαιρετικά ασθενώς με άλλη ύλη, σχεδόν αμέσως εγκαταλείπουν τα αστέρια στα οποία γεννήθηκαν. Όλα τα αστέρια λάμπουν, εκπέμποντας νετρίνα και τα νετρίνα λάμπουν μέσα από το σώμα μας και ολόκληρη τη Γη μέρα και νύχτα. Περιπλανιούνται λοιπόν στο Σύμπαν, μέχρι να εισέλθουν, ίσως, σε μια νέα αλληλεπίδραση του STAR).

Φορείς αλληλεπίδρασης.

Τι προκαλεί δυνάμεις που δρουν μεταξύ σωματιδίων σε απόσταση; Η σύγχρονη φυσική απαντά: λόγω της ανταλλαγής άλλων σωματιδίων. Φανταστείτε δύο σκέιτερ να πετούν μια μπάλα τριγύρω. Δίνοντας ορμή στην μπάλα κατά τη ρίψη και λήψη ορμής με την λαμβανόμενη μπάλα, και οι δύο λαμβάνουν μια ώθηση προς την κατεύθυνση ο ένας από τον άλλο. Αυτό μπορεί να εξηγήσει την εμφάνιση απωστικών δυνάμεων. Αλλά στην κβαντομηχανική, η οποία εξετάζει φαινόμενα στον μικρόκοσμο, επιτρέπονται ασυνήθιστες τεντώσεις και μετεγκατάσταση γεγονότων, κάτι που οδηγεί, φαίνεται, στο αδύνατο: ένας από τους σκέιτερ ρίχνει τη μπάλα προς την κατεύθυνση απότο άλλο, αλλά το ένα παρ' όλα αυτά μπορείπιάσε αυτή την μπάλα. Δεν είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι αν αυτό ήταν δυνατό (και στον κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων είναι δυνατό), θα υπήρχε έλξη μεταξύ των σκέιτερ.

Τα σωματίδια, λόγω της ανταλλαγής των οποίων προκύπτουν δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ των τεσσάρων «σωματιδίων ύλης» που συζητήθηκαν παραπάνω, ονομάζονται σωματίδια μετρητή. Κάθε μία από τις τέσσερις αλληλεπιδράσεις - ισχυρή, ηλεκτρομαγνητική, ασθενής και βαρυτική - έχει το δικό της σύνολο σωματιδίων μετρητή. Τα ισχυρά σωματίδια φορέα αλληλεπίδρασης είναι γκλουόνια (υπάρχουν μόνο οκτώ από αυτά). Ένα φωτόνιο είναι φορέας ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης (είναι ένα και αντιλαμβανόμαστε τα φωτόνια ως φως). Τα σωματίδια-φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης είναι ενδιάμεσα διανυσματικά μποζόνια (το 1983 και το 1984 ανακαλύφθηκαν W + -, W- -μποζόνια και ουδέτερα Ζ-μποζόνιο). Το σωματίδιο-φορέας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης εξακολουθεί να είναι ένα υποθετικό βαρυτόνιο (πρέπει να είναι ένα). Όλα αυτά τα σωματίδια, εκτός από το φωτόνιο και το βαριτόνιο, που μπορούν να διανύσουν άπειρες μεγάλες αποστάσεις, υπάρχουν μόνο στη διαδικασία ανταλλαγής μεταξύ υλικών σωματιδίων. Τα φωτόνια γεμίζουν το Σύμπαν με φως και τα γκραβιτόνια - με βαρυτικά κύματα (δεν έχουν ακόμη ανιχνευθεί με βεβαιότητα).

Ένα σωματίδιο ικανό να εκπέμπει σωματίδια μετρητή λέγεται ότι περιβάλλεται από ένα κατάλληλο πεδίο δύναμης. Έτσι, τα ηλεκτρόνια που είναι ικανά να εκπέμπουν φωτόνια περιβάλλονται από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, καθώς και από ασθενή και βαρυτικά πεδία. Τα κουάρκ περιβάλλονται επίσης από όλα αυτά τα πεδία, αλλά και από το πεδίο της ισχυρής αλληλεπίδρασης. Τα σωματίδια με χρωματικό φορτίο στο πεδίο των χρωματικών δυνάμεων επηρεάζονται από τη χρωματική δύναμη. Το ίδιο ισχύει και για άλλες δυνάμεις της φύσης. Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι ο κόσμος αποτελείται από ύλη (σωματίδια υλικού) και πεδίο (σωματίδια μετρητή). Περισσότερα για αυτό παρακάτω.

Αντιύλη.

Κάθε σωματίδιο αντιστοιχεί σε ένα αντισωματίδιο, με το οποίο το σωματίδιο μπορεί αμοιβαία να εκμηδενιστεί, δηλ. «εκμηδενίζονται», με αποτέλεσμα να απελευθερώνεται ενέργεια. "Καθαρή" ενέργεια από μόνη της, ωστόσο, δεν υπάρχει. ως αποτέλεσμα της εκμηδένισης, εμφανίζονται νέα σωματίδια (για παράδειγμα, φωτόνια) που παρασύρουν αυτήν την ενέργεια.

Ένα αντισωματίδιο στις περισσότερες περιπτώσεις έχει τις αντίθετες ιδιότητες σε σχέση με το αντίστοιχο σωματίδιο: εάν ένα σωματίδιο κινηθεί προς τα αριστερά υπό την επίδραση ισχυρών, ασθενών ή ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, τότε το αντισωματίδιο του θα μετακινηθεί προς τα δεξιά. Εν ολίγοις, το αντισωματίδιο έχει αντίθετα σημάδια από όλα τα φορτία (εκτός από το φορτίο μάζας). Εάν ένα σωματίδιο είναι σύνθετο, όπως, για παράδειγμα, ένα νετρόνιο, τότε το αντισωματίδιο του αποτελείται από συστατικά με αντίθετα σημάδια φορτίου. Έτσι, ένα αντιηλεκτρόνιο έχει ηλεκτρικό φορτίο +1, ασθενές φορτίο +1/2 και ονομάζεται ποζιτρόνιο. Το αντινετρόνιο αποτελείται από και-αντικουάρκ με ηλεκτρικό φορτίο –2/3 και ρε-αντικουάρκ με ηλεκτρικό φορτίο +1/3. Τα πραγματικά ουδέτερα σωματίδια είναι τα δικά τους αντισωματίδια: το αντισωματίδιο του φωτονίου είναι το φωτόνιο.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες θεωρητικές έννοιες, κάθε σωματίδιο που υπάρχει στη φύση πρέπει να έχει το δικό του αντισωματίδιο. Και πολλά αντισωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των ποζιτρονίων και των αντινετρονίων, ελήφθησαν πράγματι στο εργαστήριο. Οι συνέπειες αυτού είναι εξαιρετικά σημαντικές και αποτελούν τη βάση ολόκληρης της πειραματικής φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων. Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, η μάζα και η ενέργεια είναι ισοδύναμες και υπό ορισμένες συνθήκες, η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε μάζα. Εφόσον το φορτίο διατηρείται και το φορτίο του κενού (κενός χώρος) είναι μηδέν, οποιοδήποτε ζεύγος σωματιδίων και αντισωματιδίων (με μηδενικό καθαρό φορτίο) μπορεί να αναδυθεί από το κενό, όπως τα κουνέλια από το καπέλο ενός μάγου, αρκεί η ενέργεια να είναι επαρκής για να δημιουργήσει μάζα.

Γενιές σωματιδίων.

Πειράματα επιταχυντών έδειξαν ότι το τετράπτυχο (κουαρτέτο) των σωματιδίων υλικού επαναλαμβάνεται τουλάχιστον δύο φορές σε υψηλότερες τιμές μάζας. Στη δεύτερη γενιά, η θέση του ηλεκτρονίου καταλαμβάνεται από το μιόνιο (με μάζα περίπου 200 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου, αλλά με τις ίδιες τιμές όλων των άλλων φορτίων), η θέση του νετρίνου ηλεκτρονίου είναι το μιόνιο (το οποίο συνοδεύει το μιόνιο σε ασθενείς αλληλεπιδράσεις με τον ίδιο τρόπο που το ηλεκτρόνιο συνοδεύει το νετρίνο ηλεκτρονίων), και-Κουάρκ καταλαμβάνει Με-κουάρκ ( γοητευμένος), ένα ρε-κουάρκ - μικρό-κουάρκ ( παράξενος). Στην τρίτη γενιά, το κουαρτέτο αποτελείται από ένα ταυλεπτόνιο, ένα ταυ νετρίνο, t-κουάρκ και σι-κουάρκ.

Βάρος t- το κουάρκ είναι περίπου 500 φορές η μάζα του ελαφρύτερου - ρε-κουάρκ. Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι υπάρχουν μόνο τρεις τύποι ελαφρών νετρίνων. Έτσι, η τέταρτη γενιά σωματιδίων είτε δεν υπάρχει καθόλου, είτε τα αντίστοιχα νετρίνα είναι πολύ βαριά. Αυτό είναι σύμφωνο με τα κοσμολογικά δεδομένα, σύμφωνα με τα οποία δεν μπορούν να υπάρχουν περισσότεροι από τέσσερις τύποι ελαφρών νετρίνων.

Σε πειράματα με σωματίδια υψηλής ενέργειας, το ηλεκτρόνιο, το μιόνιο, το ταυ-λεπτόνιο και τα αντίστοιχα νετρίνα δρουν ως ξεχωριστά σωματίδια. Δεν φέρουν χρωματικό φορτίο και εισέρχονται μόνο σε ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Συλλογικά λέγονται λεπτόνια.

Πίνακας 2. ΓΕΝΕΙΣ ΘΕΜΕΛΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ
Σωματίδιο	Μάζα ηρεμίας, MeV/ Με 2	Ηλεκτρικό φορτίο	χρέωση χρώματος	Αδύναμη φόρτιση
ΔΕΥΤΕΡΗ ΓΕΝΙΑ
Με-κουάρκ	1500	+2/3	Κόκκινο, πράσινο ή μπλε	+1/2
μικρό-κουάρκ	500	–1/3	Ιδιο	–1/2
Μιονικό νετρίνο		0	0	+1/2
Muon	106	0	0	–1/2
ΤΡΙΤΗ ΓΕΝΙΑ
t-κουάρκ	30000–174000	+2/3	Κόκκινο, πράσινο ή μπλε	+1/2
σι-κουάρκ	4700	–1/3	Ιδιο	–1/2
Ταυ νετρίνο		0	0	+1/2
Tau	1777	–1	0	–1/2

Τα κουάρκ, από την άλλη, υπό την επίδραση των χρωματικών δυνάμεων, συνδυάζονται σε έντονα αλληλεπιδρώντα σωματίδια που κυριαρχούν στα περισσότερα πειράματα στη φυσική υψηλής ενέργειας. Τέτοια σωματίδια ονομάζονται αδρόνια. Περιλαμβάνουν δύο υποκατηγορίες: βαρυόνια(π.χ. πρωτόνιο και νετρόνιο), τα οποία αποτελούνται από τρία κουάρκ, και μεσόνιαπου αποτελείται από ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ. Το 1947, το πρώτο μεσόνιο, που ονομάζεται πιόν (ή πι-μεσόνιο), ανακαλύφθηκε στις κοσμικές ακτίνες και για κάποιο διάστημα πιστευόταν ότι η ανταλλαγή αυτών των σωματιδίων ήταν η κύρια αιτία των πυρηνικών δυνάμεων. Τα ωμέγα-μείον αδρόνια, που ανακαλύφθηκαν το 1964 στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven (ΗΠΑ) και το σωματίδιο j-psy ( J/y-μεσόνιο), που ανακαλύφθηκε ταυτόχρονα στο Brookhaven και στο Stanford Center for Linear Accelerators (επίσης στις ΗΠΑ) το 1974. Η ύπαρξη του σωματιδίου ωμέγα-μείον είχε προβλεφθεί από τον M. Gell-Mann στο λεγόμενο " SU 3-θεωρία» (άλλο όνομα είναι ο «οκταπλός τρόπος»), στο οποίο προτάθηκε για πρώτη φορά η πιθανότητα ύπαρξης κουάρκ (και αυτό το όνομα τους δόθηκε). Μια δεκαετία αργότερα, η ανακάλυψη του σωματιδίου J/yεπιβεβαίωσε την ύπαρξη Με-κουάρκ και τελικά έκανε τους πάντες να πιστέψουν τόσο στο μοντέλο του κουάρκ όσο και στη θεωρία που συνδύαζε ηλεκτρομαγνητικές και ασθενείς δυνάμεις ( Δες παρακάτω).

Τα σωματίδια της δεύτερης και τρίτης γενιάς δεν είναι λιγότερο αληθινά από αυτά της πρώτης. Είναι αλήθεια ότι, αφού προέκυψαν, διασπώνται σε εκατομμυριοστά ή δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου σε συνηθισμένα σωματίδια της πρώτης γενιάς: ένα ηλεκτρόνιο, ένα νετρίνο ηλεκτρονίων και επίσης και- και ρε-κουάρκ. Το ερώτημα γιατί υπάρχουν πολλές γενιές σωματιδίων στη φύση εξακολουθεί να είναι ένα μυστήριο.

Συχνά γίνεται λόγος για διαφορετικές γενιές κουάρκ και λεπτονίων (που είναι, φυσικά, κάπως εκκεντρικό) ως διαφορετικές «γεύσεις» σωματιδίων. Η ανάγκη να τους εξηγήσουμε ονομάζεται πρόβλημα «γεύσης».

ΜΠΟΖΟΝΙΑ ΚΑΙ ΦΕΡΜΙΟΝΙΑ, ΠΕΔΙΟ ΚΑΙ ΟΥΣΙΑ

Μία από τις θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ των σωματιδίων είναι η διαφορά μεταξύ μποζονίων και φερμιονίων. Όλα τα σωματίδια χωρίζονται σε αυτές τις δύο κύριες κατηγορίες. Όπως τα μποζόνια μπορούν να επικαλύπτονται ή να επικαλύπτονται, αλλά όπως τα φερμιόνια δεν μπορούν. Η υπέρθεση εμφανίζεται (ή δεν συμβαίνει) στις διακριτές ενεργειακές καταστάσεις στις οποίες η κβαντική μηχανική διαιρεί τη φύση. Αυτές οι καταστάσεις είναι, όπως ήταν, ξεχωριστά κύτταρα στα οποία μπορούν να τοποθετηθούν σωματίδια. Έτσι, σε ένα κελί μπορείτε να βάλετε οποιοδήποτε αριθμό πανομοιότυπων μποζονίων, αλλά μόνο ένα φερμιόνιο.

Ως παράδειγμα, θεωρήστε τέτοια κύτταρα, ή «καταστάσεις», για ένα ηλεκτρόνιο που περιστρέφεται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου. Σε αντίθεση με τους πλανήτες του ηλιακού συστήματος, σύμφωνα με τους νόμους της κβαντικής μηχανικής, ένα ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να κυκλοφορήσει σε καμία ελλειπτική τροχιά, γιατί υπάρχει μόνο ένας διακριτός αριθμός επιτρεπόμενων «καταστάσεων κίνησης». Τα σύνολα τέτοιων καταστάσεων, ομαδοποιημένα ανάλογα με την απόσταση από το ηλεκτρόνιο στον πυρήνα, ονομάζονται τροχιακά. Στο πρώτο τροχιακό, υπάρχουν δύο καταστάσεις με διαφορετική γωνιακή ροπή και, επομένως, δύο επιτρεπόμενα κύτταρα, και στα υψηλότερα τροχιακά, οκτώ ή περισσότερα κύτταρα.

Δεδομένου ότι ένα ηλεκτρόνιο είναι φερμιόνιο, κάθε κύτταρο μπορεί να περιέχει μόνο ένα ηλεκτρόνιο. Από αυτό ακολουθούν πολύ σημαντικές συνέπειες - το σύνολο της χημείας, αφού οι χημικές ιδιότητες των ουσιών καθορίζονται από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αντίστοιχων ατόμων. Εάν περάσετε από το περιοδικό σύστημα στοιχείων από το ένα άτομο στο άλλο με σειρά αύξησης του αριθμού των πρωτονίων στον πυρήνα ανά μονάδα (ο αριθμός των ηλεκτρονίων θα αυξηθεί επίσης ανάλογα), τότε τα δύο πρώτα ηλεκτρόνια θα καταλάβουν το πρώτο τροχιακό, το τα επόμενα οκτώ θα βρίσκονται στο δεύτερο κ.λπ. Αυτή η διαδοχική αλλαγή στην ηλεκτρονική δομή των ατόμων από στοιχείο σε στοιχείο καθορίζει τις κανονικότητες στις χημικές τους ιδιότητες.

Εάν τα ηλεκτρόνια ήταν μποζόνια, τότε όλα τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου θα μπορούσαν να καταλαμβάνουν το ίδιο τροχιακό που αντιστοιχεί στην ελάχιστη ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, οι ιδιότητες όλης της ύλης στο Σύμπαν θα ήταν εντελώς διαφορετικές, και με τη μορφή με την οποία το γνωρίζουμε, το Σύμπαν θα ήταν αδύνατο.

Όλα τα λεπτόνια - ηλεκτρόνιο, μιόνιο, ταυ-λεπτόνιο και το αντίστοιχο νετρίνο τους - είναι φερμιόνια. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τα κουάρκ. Έτσι, όλα τα σωματίδια που σχηματίζουν την «ύλη», το κύριο πληρωτικό του Σύμπαντος, καθώς και τα αόρατα νετρίνα, είναι φερμιόνια. Αυτό είναι πολύ σημαντικό: τα φερμιόνια δεν μπορούν να συνδυαστούν, επομένως το ίδιο ισχύει και για τα αντικείμενα στον υλικό κόσμο.

Ταυτόχρονα, όλα τα «σωματίδια μετρητή» ανταλλάσσονται μεταξύ αλληλεπιδρώντων υλικών σωματιδίων και τα οποία δημιουργούν ένα πεδίο δυνάμεων ( βλέπε παραπάνω), είναι μποζόνια, κάτι που είναι επίσης πολύ σημαντικό. Έτσι, για παράδειγμα, πολλά φωτόνια μπορεί να βρίσκονται στην ίδια κατάσταση, σχηματίζοντας ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από έναν μαγνήτη ή ένα ηλεκτρικό πεδίο γύρω από ένα ηλεκτρικό φορτίο. Χάρη σε αυτό, είναι επίσης δυνατό ένα λέιζερ.

Γνέθω.

Η διαφορά μεταξύ μποζονίων και φερμιονίων συνδέεται με ένα άλλο χαρακτηριστικό των στοιχειωδών σωματιδίων - πίσω. Όσο και αν φαίνεται εκπληκτικό, αλλά όλα τα θεμελιώδη σωματίδια έχουν τη δική τους γωνιακή ορμή ή, με άλλα λόγια, περιστρέφονται γύρω από τον δικό τους άξονα. Η γωνιακή ορμή είναι χαρακτηριστικό της περιστροφικής κίνησης, όπως και η συνολική ορμή της μεταφορικής κίνησης. Σε κάθε αλληλεπίδραση, η γωνιακή ορμή και ορμή διατηρούνται.

Στον μικρόκοσμο, η γωνιακή ορμή κβαντίζεται, δηλ. παίρνει διακριτές τιμές. Σε κατάλληλες μονάδες, τα λεπτόνια και τα κουάρκ έχουν σπιν ίσο με 1/2 και τα σωματίδια μετρητή έχουν σπιν ίσο με 1 (εκτός από το γκραβιτόνιο, το οποίο δεν έχει ακόμη παρατηρηθεί πειραματικά, αλλά θεωρητικά θα έπρεπε να έχει σπιν ίσο με 2). Δεδομένου ότι τα λεπτόνια και τα κουάρκ είναι φερμιόνια και τα σωματίδια του μετρητή είναι μποζόνια, μπορεί να υποτεθεί ότι η "φερμιονικότητα" σχετίζεται με το σπιν 1/2 και η "βοσονικότητα" με το σπιν 1 (ή 2). Πράγματι, τόσο το πείραμα όσο και η θεωρία επιβεβαιώνουν ότι αν ένα σωματίδιο έχει μισό ακέραιο σπιν, τότε είναι φερμιόνιο, και αν είναι ακέραιος, τότε είναι μποζόνιο.

ΘΕΩΡΙΕΣ ΜΕΤΡΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ

Σε όλες τις περιπτώσεις, οι δυνάμεις προκύπτουν λόγω της ανταλλαγής μποζονίων μεταξύ φερμιονίων. Έτσι, η χρωματική δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο κουάρκ (κουάρκ - φερμιόνια) προκύπτει λόγω της ανταλλαγής γκλουονίων. Μια τέτοια ανταλλαγή λαμβάνει χώρα συνεχώς σε πρωτόνια, νετρόνια και ατομικούς πυρήνες. Με τον ίδιο τρόπο, τα φωτόνια που ανταλλάσσονται μεταξύ ηλεκτρονίων και κουάρκ δημιουργούν ηλεκτρικές ελκτικές δυνάμεις που συγκρατούν τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο και τα ενδιάμεσα διανυσματικά μποζόνια που ανταλλάσσονται μεταξύ λεπτονίων και κουάρκ δημιουργούν ασθενείς δυνάμεις αλληλεπίδρασης υπεύθυνες για τη μετατροπή των πρωτονίων σε νετρόνια κατά τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στα αστέρια.

Η θεωρία μιας τέτοιας ανταλλαγής είναι κομψή, απλή και πιθανώς σωστή. Ονομάζεται θεωρία μετρητή. Αλλά προς το παρόν υπάρχουν μόνο ανεξάρτητες θεωρίες μετρητών ισχυρών, ασθενών και ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων και μια θεωρία μετρητή βαρύτητας παρόμοια με αυτές, αν και κατά κάποιο τρόπο διαφορετική. Ένα από τα πιο σημαντικά φυσικά προβλήματα είναι η αναγωγή αυτών των ξεχωριστών θεωριών σε μια ενιαία και ταυτόχρονα απλή θεωρία, στην οποία όλες θα γίνονταν διαφορετικές όψεις μιας ενιαίας πραγματικότητας - όπως οι όψεις ενός κρυστάλλου.

Πίνακας 3. ΜΕΡΙΚΑ ΑΔΡΟΝΙΑ

Πίνακας 3. ΜΕΡΙΚΑ ΑΔΡΟΝΙΑ
Σωματίδιο	Σύμβολο	Σύνθεση κουάρκ *	μάζα ανάπαυσης, MeV/ Με 2	Ηλεκτρικό φορτίο
ΒΑΡΥΟΝΙΑ
Πρωτόνιο	Π	uud	938	+1
Νετρόνιο	n	udd	940	0
Ωμέγα μείον	Δ-	σσ.σ	1672	–1
ΜΕΣΩΝΟΙ
Πι συν	Π +	u	140	+1
Pi-μείον	Π –	du	140	–1
fi	φά	sє	1020	0
JPS	J/y	cў	3100	0
Υψιλο	Ў	σι	9460	0
* Σύνθεση Κουάρκ: u- επάνω; ρε- πιο χαμηλα; μικρό- περίεργο? ντο- μαγεμένος σι- πανεμορφη. Η γραμμή πάνω από το γράμμα υποδηλώνει αντικουάρκ.

Η απλούστερη και παλαιότερη από τις θεωρίες μετρητών είναι η θεωρία μετρητών της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης. Σε αυτό, το φορτίο ενός ηλεκτρονίου συγκρίνεται (βαθμονομείται) με το φορτίο ενός άλλου ηλεκτρονίου που απέχει από αυτό. Πώς μπορούν να συγκριθούν οι χρεώσεις; Μπορείτε, για παράδειγμα, να φέρετε το δεύτερο ηλεκτρόνιο πιο κοντά στο πρώτο και να συγκρίνετε τις δυνάμεις αλληλεπίδρασής τους. Δεν αλλάζει όμως το φορτίο ενός ηλεκτρονίου όταν μετακινείται σε άλλο σημείο του χώρου; Ο μόνος τρόπος για να ελέγξετε είναι να στείλετε ένα σήμα από το κοντινό ηλεκτρόνιο στο μακρινό και να δείτε πώς αντιδρά. Το σήμα είναι ένα σωματίδιο μετρητή - ένα φωτόνιο. Για να μπορέσουμε να ελέγξουμε το φορτίο σε μακρινά σωματίδια, χρειάζεται ένα φωτόνιο.

Μαθηματικά, αυτή η θεωρία διακρίνεται από εξαιρετική ακρίβεια και ομορφιά. Από την «αρχή του μετρητή» που περιγράφηκε παραπάνω, προκύπτει όλη η κβαντική ηλεκτροδυναμική (η κβαντική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού), καθώς και η θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου του Μάξγουελ, ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά επιτεύγματα του 19ου αιώνα.

Γιατί μια τόσο απλή αρχή είναι τόσο γόνιμη; Προφανώς, εκφράζει μια ορισμένη συσχέτιση διαφορετικών τμημάτων του Σύμπαντος, επιτρέποντας μετρήσεις στο Σύμπαν. Με μαθηματικούς όρους, το πεδίο ερμηνεύεται γεωμετρικά ως η καμπυλότητα κάποιου νοητού «εσωτερικού» χώρου. Η μέτρηση του φορτίου είναι η μέτρηση της συνολικής «εσωτερικής καμπυλότητας» γύρω από το σωματίδιο. Οι θεωρίες μετρητών ισχυρών και ασθενών αλληλεπιδράσεων διαφέρουν από τη θεωρία ηλεκτρομαγνητικού μετρητή μόνο στην εσωτερική γεωμετρική «δομή» του αντίστοιχου φορτίου. Το ερώτημα για το πού ακριβώς βρίσκεται αυτός ο εσωτερικός χώρος απαντάται από πολυδιάστατες ενοποιημένες θεωρίες πεδίου, οι οποίες δεν εξετάζονται εδώ.

Πίνακας 4. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ
ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ	Σχετική ένταση σε απόσταση 10–13 cm	Ακτίνα δράσης	Φορέας αλληλεπίδρασης	Μάζα ηρεμίας φορέα, MeV/ Με 2	Περιστροφή φορέα
Ισχυρός	1		Gluon	0	1
Ηλεκτρο- μαγνητικός	0,01	Ґ	Φωτόνιο	0	1
Αδύναμος	10 –13		W +	80400	1
			W –	80400	1
			Ζ 0	91190	1
Βαρύτητα- λογικός	10 –38	Ґ	graviton	0	2

Η φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί. Δεν είναι ακόμη σαφές εάν τα διαθέσιμα δεδομένα είναι επαρκή για την πλήρη κατανόηση της φύσης των σωματιδίων και των δυνάμεων, καθώς και της πραγματικής φύσης και των διαστάσεων του χώρου και του χρόνου. Χρειαζόμαστε πειράματα με ενέργειες 10 15 GeV για αυτό ή θα είναι αρκετή η προσπάθεια της σκέψης; Δεν υπάρχει απάντηση ακόμα. Αλλά μπορούμε να πούμε με σιγουριά ότι η τελική εικόνα θα είναι απλή, κομψή και όμορφη. Είναι πιθανό να μην υπάρχουν τόσες πολλές θεμελιώδεις ιδέες: η αρχή του μετρητή, οι χώροι υψηλότερων διαστάσεων, η κατάρρευση και η επέκταση και, πάνω απ 'όλα, η γεωμετρία.

719. Νόμος διατήρησης ηλεκτρικού φορτίου

720. Σώματα με ηλεκτρικά φορτία διαφορετικών σημείων, …

Ελκύονται ο ένας για τον άλλον.

721. Πανομοιότυπες μεταλλικές μπάλες φορτισμένες με αντίθετα φορτία q 1 =4q και q 2 = -8q ήρθαν σε επαφή και απομακρύνθηκαν στην ίδια απόσταση. Κάθε μπάλα έχει ένα φορτίο

q 1 \u003d -2q και q 2 \u003d -2q

723. Σταγόνα που έχει θετικό φορτίο (+2e) χάνει ένα ηλεκτρόνιο όταν φωτίζεται. Το φορτίο της πτώσης έγινε ίσο με

724. Πανομοιότυπες μεταλλικές μπάλες φορτισμένες με φορτία q 1 = 4q, q 2 = - 8q και q 3 = - 2q ήρθαν σε επαφή και απομακρύνθηκαν στην ίδια απόσταση. Κάθε μία από τις μπάλες θα έχει μια χρέωση

q 1 = - 2q, q 2 = - 2q και q 3 = - 2q

725. Πανομοιότυπες μεταλλικές μπάλες φορτισμένες με φορτία q 1 \u003d 5q και q 2 \u003d 7q ήρθαν σε επαφή και απομακρύνθηκαν στην ίδια απόσταση και στη συνέχεια ήρθαν σε επαφή η δεύτερη και η τρίτη σφαίρα με φορτίο q 3 \u003d -2q και απομακρύνθηκαν στην ίδια απόσταση. Κάθε μία από τις μπάλες θα έχει μια χρέωση

q 1 = 6q, q 2 = 2q και q 3 = 2q

726. Πανομοιότυπες μεταλλικές μπάλες φορτισμένες με φορτία q 1 = - 5q και q 2 = 7q ήρθαν σε επαφή και απομακρύνθηκαν στην ίδια απόσταση, και στη συνέχεια η δεύτερη και η τρίτη σφαίρα με φορτίο q 3 = 5q ήρθαν σε επαφή και απομακρύνθηκαν στην ίδια απόσταση. Κάθε μία από τις μπάλες θα έχει μια χρέωση

q 1 \u003d 1q, q 2 \u003d 3q και q 3 \u003d 3q

727. Υπάρχουν τέσσερις ίδιες μεταλλικές μπάλες με φορτία q 1 = 5q, q 2 = 7q, q 3 = -3q και q 4 = -1q. Αρχικά, τα φορτία q 1 και q 2 (1 σύστημα φορτίσεων) ήρθαν σε επαφή και απομακρύνθηκαν στην ίδια απόσταση, και στη συνέχεια ήρθαν σε επαφή τα φορτία q 4 και q 3 (το 2ο σύστημα φορτίσεων). Έπειτα πήραν από ένα φορτίο το καθένα από τα συστήματα 1 και 2 και τα μπόλιασαν σε επαφή και τα απομάκρυναν στην ίδια απόσταση. Αυτές οι δύο μπάλες θα έχουν φορτίο

728. Υπάρχουν τέσσερις ίδιες μεταλλικές μπάλες με φορτία q 1 = -1q, q 2 = 5q, q 3 = 3q και q 4 = -7q. Αρχικά, τα φορτία q 1 και q 2 (1 σύστημα φορτίσεων) ήρθαν σε επαφή και απομακρύνθηκαν στην ίδια απόσταση, και στη συνέχεια ήρθαν σε επαφή τα φορτία q 4 και q 3 (2 συστήματα φορτίσεων). Στη συνέχεια πήραν μία φόρτιση από το σύστημα 1 και 2 και τα έφεραν σε επαφή και τα απομακρύνουν στην ίδια απόσταση. Αυτές οι δύο μπάλες θα έχουν φορτίο

729. Σε ένα άτομο, θετικό φορτίο έχει

Πυρήνας.

730. Οκτώ ηλεκτρόνια κινούνται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου οξυγόνου. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός ατόμου οξυγόνου είναι

731. Το ηλεκτρικό φορτίο ενός ηλεκτρονίου ισούται με

-1,6 10 -19 C.

732. Το ηλεκτρικό φορτίο ενός πρωτονίου είναι

1,6 10 -19 C.

733. Ο πυρήνας ενός ατόμου λιθίου περιέχει 3 πρωτόνια. Αν 3 ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα, τότε

Το άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο.

734. Στον πυρήνα του φθορίου υπάρχουν 19 σωματίδια, από τα οποία τα 9 είναι πρωτόνια. Ο αριθμός των νετρονίων στον πυρήνα και ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα ουδέτερο άτομο φθορίου

Νετρόνια και 9 ηλεκτρόνια.

735. Αν σε οποιοδήποτε σώμα ο αριθμός των πρωτονίων είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των ηλεκτρονίων, τότε το σώμα ως σύνολο

θετικά φορτισμένο.

736. Σταγόνα με θετικό φορτίο +3e έχασε 2 ηλεκτρόνια κατά την ακτινοβολία. Το φορτίο της πτώσης έγινε ίσο με

8 10 -19 Κλ.

737. Ένα αρνητικό φορτίο σε ένα άτομο φέρει

Κέλυφος.

738. Αν ένα άτομο οξυγόνου έχει μετατραπεί σε θετικό ιόν, τότε αυτό

Έχασε ένα ηλεκτρόνιο.

739. Έχει μεγάλη μάζα

Αρνητικό ιόν υδρογόνου.

740. Ως αποτέλεσμα της τριβής, αφαιρέθηκαν 5 10 10 ηλεκτρόνια από την επιφάνεια της γυάλινης ράβδου. Ηλεκτρική φόρτιση σε ραβδί

(e = -1,6 10 -19 C)

8 10 -9 Κλ.

741. Ως αποτέλεσμα της τριβής, ένα ραβδί εβονίτη έλαβε 5 10 10 ηλεκτρόνια. Ηλεκτρική φόρτιση σε ραβδί

(e = -1,6 10 -19 C)

-8 10 -9 Κλ.

742. Η ισχύς της αλληλεπίδρασης Coulomb δύο σημειακών ηλεκτρικών φορτίων με μείωση της μεταξύ τους απόστασης κατά 2 φορές

Θα αυξηθεί 4 φορές.

743. Η δύναμη της αλληλεπίδρασης Coulomb δύο σημειακών ηλεκτρικών φορτίων με μείωση της μεταξύ τους απόστασης κατά 4 φορές

Θα αυξηθεί κατά 16 φορές.

744. Τα δύο σημειακά ηλεκτρικά φορτία δρουν μεταξύ τους σύμφωνα με το νόμο του Coulomb με δύναμη 1Ν. Εάν η απόσταση μεταξύ τους αυξηθεί κατά 2 φορές, τότε η δύναμη της αλληλεπίδρασης Coulomb αυτών των φορτίων γίνεται ίση με

745. Δύο σημειακά φορτία δρουν μεταξύ τους με δύναμη 1Ν. Εάν η τιμή καθενός από τα φορτία αυξηθεί κατά 4 φορές, τότε η δύναμη της αλληλεπίδρασης Coulomb γίνεται ίση με

746. Η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο σημειακών φορτίων είναι 25 N. Αν η απόσταση μεταξύ τους μειωθεί κατά 5, τότε η δύναμη αλληλεπίδρασης αυτών των φορτίων γίνεται ίση με

747. Η δύναμη της αλληλεπίδρασης Coulomb δύο σημειακών φορτίων με αύξηση της απόστασης μεταξύ τους κατά 2 φορές

Θα μειωθεί κατά 4 φορές.

748. Η δύναμη της αλληλεπίδρασης Coulomb δύο σημειακών ηλεκτρικών φορτίων με αύξηση της απόστασης μεταξύ τους κατά 4 φορές

Θα μειωθεί κατά 16 φορές.

749.Τύπος νόμου του Coulomb

.

750. Αν 2 όμοιες μεταλλικές μπάλες με φορτία +q και +q έρθουν σε επαφή και απομακρυνθούν στην ίδια απόσταση, τότε το μέτρο της δύναμης αλληλεπίδρασης

Δεν θα αλλάξει.

751. Αν 2 όμοιες μεταλλικές μπάλες με φορτία +q και -q έρθουν σε επαφή και απομακρυνθούν στην ίδια απόσταση, τότε η δύναμη της αλληλεπίδρασης

Θα γίνει 0.

752. Δύο φορτία αλληλεπιδρούν στον αέρα. Αν τοποθετηθούν στο νερό (ε = 81), χωρίς να αλλάξει η μεταξύ τους απόσταση, τότε η δύναμη της αλληλεπίδρασης Κουλόμπ

Θα μειωθεί κατά 81 φορές.

753. Η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο φορτίων των 10 nC το καθένα, που βρίσκονται στον αέρα σε απόσταση 3 cm το ένα από το άλλο, είναι ίση με

()

754. Φορτία 1 μC και 10 nC αλληλεπιδρούν στον αέρα με δύναμη 9 mN σε απόσταση

()

755. Δύο ηλεκτρόνια σε απόσταση 3 10 -8 cm το ένα από το άλλο απωθούν ; e \u003d - 1,6 10 -19 C)

2,56 10 -9 Ν.

756

Μείωση κατά 9 φορές.

757. Η ένταση πεδίου σε ένα σημείο είναι 300 N/C. Εάν η φόρτιση είναι 1 10 -8 C, τότε η απόσταση από το σημείο

()

758. Αν η απόσταση από ένα σημειακό φορτίο που δημιουργεί ηλεκτρικό πεδίο αυξηθεί 5 φορές, τότε η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου

Θα μειωθεί κατά 25 φορές.

759. Ένταση πεδίου σημειακού φορτίου σε κάποιο σημείο 4 N/C. Εάν η απόσταση από το φορτίο διπλασιαστεί, τότε η ένταση γίνεται ίση με

760. Να αναφέρετε τον τύπο για την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στη γενική περίπτωση.

761. Μαθηματική σημειογραφία της αρχής της υπέρθεσης ηλεκτρικών πεδίων

762. Να αναφέρετε τον τύπο για την ένταση ενός σημειακού ηλεκτρικού φορτίου Q

.

763. Μονάδα έντασης ηλεκτρικού πεδίου στο σημείο όπου βρίσκεται η φόρτιση

1 10 -10 C ισούται με 10 V / m. Η δύναμη που επενεργεί στο φορτίο είναι

1 10 -9 Β.

765. Αν στην επιφάνεια μιας μεταλλικής σφαίρας ακτίνας 0,2 m κατανέμεται φορτίο 4 10 -8 C, τότε η πυκνότητα φορτίου

2,5 10 -7 C/m 2 .

766. Σε ένα κατακόρυφα κατευθυνόμενο ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο υπάρχει μια κηλίδα σκόνης με μάζα 1·10 -9 g και φορτίο 3,2·10-17 C. Εάν η δύναμη της βαρύτητας ενός κόκκου σκόνης εξισορροπείται από τη δύναμη του ηλεκτρικού πεδίου, τότε η ένταση του πεδίου είναι ίση με

3 10 5 N/C.

767. Σε τρεις κορυφές τετραγώνου με πλευρά 0,4 m υπάρχουν πανομοιότυπα θετικά φορτία 5 10 -9 C το καθένα. Βρείτε την τάση στην τέταρτη κορυφή

() 540 N/Cl.

768. Αν δύο φορτία είναι 5 10 -9 και 6 10 -9 C, έτσι ώστε να απωθούνται με δύναμη 12 10 -4 N, τότε βρίσκονται σε απόσταση

768

Θα αυξηθεί 8 φορές.

Μειώνεται.

770. Το γινόμενο του φορτίου ηλεκτρονίου και του δυναμικού έχει τη διάσταση

Ενέργεια.

771. Το δυναμικό στο σημείο Α του ηλεκτρικού πεδίου είναι 100V, το δυναμικό στο σημείο Β είναι 200V. Το έργο που γίνεται από τις δυνάμεις του ηλεκτρικού πεδίου όταν μετακινείται φορτίο 5 mC από το σημείο Α στο σημείο Β είναι

-0,5 J.

772. Σωματίδιο με φορτίο +q και μάζα m, που βρίσκεται στα σημεία ηλεκτρικού πεδίου με ένταση Ε και δυναμικό, έχει επιτάχυνση

773. Ένα ηλεκτρόνιο κινείται σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο κατά μήκος μιας γραμμής τάσης από ένα σημείο με μεγαλύτερο δυναμικό σε ένα σημείο με μικρότερο δυναμικό. Ταυτόχρονα, η ταχύτητά του

Αυξάνεται.

774. Ένα άτομο που έχει ένα πρωτόνιο στον πυρήνα χάνει ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό δημιουργεί

Ιόν υδρογόνου.

775. Ηλεκτρικό πεδίο στο κενό δημιουργείται από θετικά φορτία τεσσάρων σημείων που τοποθετούνται στις κορυφές ενός τετραγώνου με πλευρά α. Το δυναμικό στο κέντρο της πλατείας είναι

776. Αν η απόσταση από ένα σημειακό φορτίο μειωθεί 3 φορές, τότε το δυναμικό πεδίου

Θα αυξηθεί 3 φορές.

777

778. Το φορτίο q μετακινήθηκε από σημείο ηλεκτροστατικού πεδίου σε σημείο με δυναμικό. Ποιος από τους παρακάτω τύπους:

1) 2) ; 3) μπορείτε να βρείτε δουλειά για να μετακινήσετε τη χρέωση.

779. Σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο με ισχύ 2 N / C, φορτίο 3 C κινείται κατά μήκος των γραμμών δύναμης πεδίου σε απόσταση 0,5 m. Το έργο των δυνάμεων του ηλεκτρικού πεδίου κατά τη μετακίνηση του φορτίου είναι

780. Ένα ηλεκτρικό πεδίο δημιουργείται από τέσσερα σημειακά φορτία αντίθετων ονομάτων που τοποθετούνται στις κορυφές ενός τετραγώνου με πλευρά α. Τα ομώνυμα φορτία βρίσκονται σε αντίθετες κορυφές. Το δυναμικό στο κέντρο της πλατείας είναι

781. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ σημείων που βρίσκονται στην ίδια γραμμή πεδίου σε απόσταση 6 cm το ένα από το άλλο είναι 60 V. Εάν το πεδίο είναι ομοιόμορφο, τότε η δύναμή του είναι

782. Μονάδα διαφοράς δυναμικού

1 V \u003d 1 J / 1 C.

783. Αφήστε το φορτίο να κινηθεί σε ομοιόμορφο πεδίο με ένταση Ε=2 V/m κατά μήκος της γραμμής δύναμης 0,2 μ. Να βρείτε τη διαφορά μεταξύ αυτών των δυναμικών.

U = 0,4 V.

784. Σύμφωνα με την υπόθεση του Planck, ένα απολύτως μαύρο σώμα εκπέμπει ενέργεια

Σε μερίδες.

785. Η ενέργεια των φωτονίων προσδιορίζεται από τον τύπο

1. E = ps 2. E=hv/c 3. E=h 4. E=mc 2 . 5. E=hv. 6.E=hc/

1, 4, 5, 6.

786. Αν η ενέργεια ενός κβαντικού έχει διπλασιαστεί, τότε η συχνότητα ακτινοβολίας

αυξήθηκε κατά 2 φορές.

787. Εάν φωτόνια με ενέργεια 6 eV πέσουν στην επιφάνεια μιας πλάκας βολφραμίου, τότε η μέγιστη κινητική ενέργεια των ηλεκτρονίων που εξουδετερώνονται από αυτά είναι 1,5 eV. Η ελάχιστη ενέργεια φωτονίων στην οποία είναι δυνατό το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο για το βολφράμιο είναι:

788. Η δήλωση είναι σωστή:

1. Η ταχύτητα ενός φωτονίου είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός.

2. Η ταχύτητα ενός φωτονίου σε οποιαδήποτε ουσία είναι μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός.

3. Η ταχύτητα ενός φωτονίου είναι πάντα ίση με την ταχύτητα του φωτός.

4. Η ταχύτητα ενός φωτονίου είναι μεγαλύτερη ή ίση με την ταχύτητα του φωτός.

5. Η ταχύτητα ενός φωτονίου σε οποιαδήποτε ουσία είναι μικρότερη ή ίση με την ταχύτητα του φωτός.

789. Τα φωτόνια της ακτινοβολίας έχουν μεγάλη ορμή

Μπλε.

790. Όταν η θερμοκρασία ενός θερμαινόμενου σώματος μειώνεται, η μέγιστη ένταση ακτινοβολίας

©2015-2019 ιστότοπος
Όλα τα δικαιώματα ανήκουν στους δημιουργούς τους. Αυτός ο ιστότοπος δεν διεκδικεί την πνευματική ιδιοκτησία, αλλά παρέχει δωρεάν χρήση.
Ημερομηνία δημιουργίας σελίδας: 13-02-2016

Σελίδα 1

Είναι αδύνατο να δοθεί ένας σύντομος ορισμός της χρέωσης που να είναι ικανοποιητικός από κάθε άποψη. Έχουμε συνηθίσει να βρίσκουμε κατανοητές εξηγήσεις για πολύ σύνθετους σχηματισμούς και διαδικασίες, όπως το άτομο, οι υγροί κρύσταλλοι, η κατανομή των μορίων στις ταχύτητες κ.λπ. Αλλά οι πιο βασικές, θεμελιώδεις έννοιες, αδιαίρετες σε απλούστερες, στερούμενες, σύμφωνα με την επιστήμη σήμερα, οποιουδήποτε εσωτερικού μηχανισμού, δεν μπορούν να εξηγηθούν εν συντομία με ικανοποιητικό τρόπο. Ειδικά αν τα αντικείμενα δεν γίνονται άμεσα αντιληπτά από τις αισθήσεις μας. Σε τέτοιες θεμελιώδεις έννοιες ανήκει το ηλεκτρικό φορτίο.

Ας προσπαθήσουμε πρώτα να μάθουμε όχι τι είναι ηλεκτρικό φορτίο, αλλά τι κρύβεται πίσω από τη δήλωση, ένα δεδομένο σώμα ή σωματίδιο έχει ηλεκτρικό φορτίο.

Γνωρίζετε ότι όλα τα σώματα είναι χτισμένα από τα μικρότερα, αδιαίρετα σε απλούστερα (όσο είναι γνωστό πλέον η επιστήμη) σωματίδια, τα οποία επομένως ονομάζονται στοιχειώδη. Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια έχουν μάζα και λόγω αυτού έλκονται μεταξύ τους. Σύμφωνα με το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας, η δύναμη έλξης μειώνεται σχετικά αργά όσο αυξάνεται η απόσταση μεταξύ τους: αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης. Επιπλέον, τα περισσότερα στοιχειώδη σωματίδια, αν και όχι όλα, έχουν την ικανότητα να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με μια δύναμη που επίσης μειώνεται αντίστροφα με το τετράγωνο της απόστασης, αλλά αυτή η δύναμη είναι τεράστιος αριθμός, φορές μεγαλύτερος από τη δύναμη της βαρύτητας. Έτσι, στο άτομο υδρογόνου, που φαίνεται σχηματικά στο Σχήμα 1, το ηλεκτρόνιο έλκεται προς τον πυρήνα (πρωτόνιο) με δύναμη 1039 φορές μεγαλύτερη από τη δύναμη της βαρυτικής έλξης.

Εάν τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους με δυνάμεις που μειώνονται αργά με την απόσταση και είναι πολλές φορές μεγαλύτερες από τις δυνάμεις της παγκόσμιας βαρύτητας, τότε αυτά τα σωματίδια λέγεται ότι έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Τα ίδια τα σωματίδια ονομάζονται φορτισμένα. Υπάρχουν σωματίδια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, αλλά δεν υπάρχει ηλεκτρικό φορτίο χωρίς σωματίδιο.

Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων ονομάζονται ηλεκτρομαγνητικές. Όταν λέμε ότι τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια είναι ηλεκτρικά φορτισμένα, αυτό σημαίνει ότι είναι ικανά για αλληλεπιδράσεις συγκεκριμένου τύπου (ηλεκτρομαγνητικές) και τίποτα περισσότερο. Η απουσία φορτίου στα σωματίδια σημαίνει ότι δεν ανιχνεύει τέτοιες αλληλεπιδράσεις. Το ηλεκτρικό φορτίο καθορίζει την ένταση των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων, όπως η μάζα καθορίζει την ένταση των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων. Το ηλεκτρικό φορτίο είναι το δεύτερο πιο σημαντικό χαρακτηριστικό των στοιχειωδών σωματιδίων (μετά τη μάζα), που καθορίζει τη συμπεριφορά τους στον περιβάλλοντα κόσμο.

Με αυτόν τον τρόπο

Ηλεκτρικό φορτίοείναι ένα φυσικό βαθμωτό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ιδιότητα των σωματιδίων ή των σωμάτων να εισέρχονται σε αλληλεπιδράσεις ηλεκτρομαγνητικής δύναμης.

Το ηλεκτρικό φορτίο συμβολίζεται με τα γράμματα q ή Q.

Ακριβώς όπως στη μηχανική χρησιμοποιείται συχνά η έννοια ενός υλικού σημείου, η οποία καθιστά δυνατή τη σημαντική απλοποίηση της επίλυσης πολλών προβλημάτων, κατά τη μελέτη της αλληλεπίδρασης των φορτίων, η έννοια ενός σημειακού φορτίου αποδεικνύεται αποτελεσματική. Σημειακό φορτίο είναι ένα φορτισμένο σώμα του οποίου οι διαστάσεις είναι πολύ μικρότερες από την απόσταση από αυτό το σώμα μέχρι το σημείο παρατήρησης και άλλα φορτισμένα σώματα. Συγκεκριμένα, αν μιλάμε για την αλληλεπίδραση δύο σημειακών φορτίων, τότε υποθέτουμε ότι η απόσταση μεταξύ των δύο φορτισμένων σωμάτων που εξετάζουμε είναι πολύ μεγαλύτερη από τις γραμμικές τους διαστάσεις.

Ηλεκτρικό φορτίο στοιχειώδους σωματιδίου

Το ηλεκτρικό φορτίο ενός στοιχειώδους σωματιδίου δεν είναι ένας ειδικός «μηχανισμός» σε ένα σωματίδιο που θα μπορούσε να αφαιρεθεί από αυτό, να αποσυντεθεί στα συστατικά μέρη του και να επανασυναρμολογηθεί. Η παρουσία ηλεκτρικού φορτίου σε ένα ηλεκτρόνιο και άλλα σωματίδια σημαίνει μόνο την ύπαρξη ορισμένων αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους.

Στη φύση, υπάρχουν σωματίδια με φορτία αντίθετων ζωδίων. Το φορτίο ενός πρωτονίου ονομάζεται θετικό και το φορτίο ενός ηλεκτρονίου λέγεται αρνητικό. Το θετικό πρόσημο του φορτίου ενός σωματιδίου δεν σημαίνει φυσικά ότι έχει ιδιαίτερα πλεονεκτήματα. Η εισαγωγή φορτίων δύο ζωδίων απλώς εκφράζει το γεγονός ότι τα φορτισμένα σωματίδια μπορούν και να προσελκύουν και να απωθούνται. Τα σωματίδια με το ίδιο πρόσημο φορτίου απωθούνται μεταξύ τους και με διαφορετικά ζώδια έλκονται.

Δεν υπάρχει καμία εξήγηση για τους λόγους για την ύπαρξη δύο τύπων ηλεκτρικών φορτίων τώρα. Σε κάθε περίπτωση, δεν υπάρχουν θεμελιώδεις διαφορές μεταξύ θετικών και αρνητικών φορτίων. Εάν τα σημάδια των ηλεκτρικών φορτίων των σωματιδίων αντιστρέφονταν, τότε η φύση των ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων στη φύση δεν θα άλλαζε.

Τα θετικά και αρνητικά φορτία αντισταθμίζονται πολύ καλά στο Σύμπαν. Και αν το Σύμπαν είναι πεπερασμένο, τότε το συνολικό του ηλεκτρικό φορτίο είναι, κατά πάσα πιθανότητα, ίσο με μηδέν.

Το πιο αξιοσημείωτο είναι ότι το ηλεκτρικό φορτίο όλων των στοιχειωδών σωματιδίων είναι αυστηρά το ίδιο σε απόλυτη τιμή. Υπάρχει ένα ελάχιστο φορτίο, που ονομάζεται στοιχειώδες, το οποίο διαθέτουν όλα τα φορτισμένα στοιχειώδη σωματίδια. Το φορτίο μπορεί να είναι θετικό, όπως ένα πρωτόνιο, ή αρνητικό, όπως ένα ηλεκτρόνιο, αλλά ο συντελεστής φόρτισης είναι ο ίδιος σε όλες τις περιπτώσεις.

Είναι αδύνατο να διαχωριστεί μέρος του φορτίου, για παράδειγμα, από ένα ηλεκτρόνιο. Αυτό είναι ίσως το πιο εκπληκτικό πράγμα. Καμία σύγχρονη θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί τα φορτία όλων των σωματιδίων είναι τα ίδια και δεν μπορεί να υπολογίσει την τιμή του ελάχιστου ηλεκτρικού φορτίου. Προσδιορίζεται πειραματικά με τη βοήθεια διαφόρων πειραμάτων.

Στη δεκαετία του 1960, αφού ο αριθμός των στοιχειωδών σωματιδίων που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα άρχισε να αυξάνεται απειλητικά, προτάθηκε η υπόθεση ότι όλα τα έντονα αλληλεπιδρώντα σωματίδια είναι σύνθετα. Τα πιο θεμελιώδη σωματίδια ονομάζονταν κουάρκ. Αποδείχθηκε εντυπωσιακό ότι τα κουάρκ πρέπει να έχουν κλασματικό ηλεκτρικό φορτίο: 1/3 και 2/3 του στοιχειώδους φορτίου. Για την κατασκευή πρωτονίων και νετρονίων, αρκούν δύο είδη κουάρκ. Και ο μέγιστος αριθμός τους, όπως φαίνεται, δεν ξεπερνά τα έξι.

Μονάδα ηλεκτρικού φορτίου

Ένα στοιχειώδες σωματίδιο είναι το μικρότερο, αδιαίρετο, χωρίς δομή σωματίδιο.

ΒΑΣΙΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

Ηλεκτροδυναμική- κλάδος της φυσικής που μελετά τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις– αλληλεπιδράσεις φορτισμένων σωματιδίων. Τα κύρια αντικείμενα μελέτης στην ηλεκτροδυναμική είναι τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από ηλεκτρικά φορτία και ρεύματα.

Θέμα 1. Ηλεκτρικό πεδίο (ηλεκτροστατική)

Ηλεκτροστατική -κλάδος της ηλεκτροδυναμικής που μελετά την αλληλεπίδραση ακίνητων (στατικών) φορτίων.

Ηλεκτρικό φορτίο.

Όλα τα σώματα είναι ηλεκτρισμένα.

Το να ηλεκτρίζεις ένα σώμα σημαίνει να του δίνεις ηλεκτρικό φορτίο.

Τα ηλεκτρισμένα σώματα αλληλεπιδρούν - προσελκύουν και απωθούν.

Όσο πιο ηλεκτρισμένα είναι τα σώματα, τόσο ισχυρότερα αλληλεπιδρούν.

Το ηλεκτρικό φορτίο είναι ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ιδιότητα των σωματιδίων ή των σωμάτων να εισέρχονται σε ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις και είναι ένα ποσοτικό μέτρο αυτών των αλληλεπιδράσεων.

Το σύνολο όλων των γνωστών πειραματικών γεγονότων μας επιτρέπει να βγάλουμε τα ακόλουθα συμπεράσματα:

Υπάρχουν δύο τύποι ηλεκτρικών φορτίων, που ονομάζονται συμβατικά θετικά και αρνητικά.

Τα φορτία δεν υπάρχουν χωρίς σωματίδια

Τα φορτία μπορούν να μεταφερθούν από το ένα σώμα στο άλλο.

· Σε αντίθεση με τη μάζα σώματος, το ηλεκτρικό φορτίο δεν είναι αναπόσπαστο χαρακτηριστικό ενός δεδομένου σώματος. Το ίδιο σώμα σε διαφορετικές συνθήκες μπορεί να έχει διαφορετικό φορτίο.

· Το ηλεκτρικό φορτίο δεν εξαρτάται από την επιλογή του συστήματος αναφοράς στο οποίο μετράται. Το ηλεκτρικό φορτίο δεν εξαρτάται από την ταχύτητα του φορέα φορτίου.

Οι χρεώσεις με το ίδιο όνομα απωθούνται, σε αντίθεση με τις χρεώσεις προσελκύουν.

Μονάδα SI – μενταγιόν

Ένα στοιχειώδες σωματίδιο είναι το μικρότερο, αδιαίρετο, χωρίς δομή σωματίδιο.

Για παράδειγμα, σε ένα άτομο: ηλεκτρόνιο ( , πρωτόνιο ( , νετρόνιο ( .

Ένα στοιχειώδες σωματίδιο μπορεί να έχει ή να μην έχει φορτίο: , ,

Ένα στοιχειώδες φορτίο είναι ένα φορτίο που ανήκει σε ένα στοιχειώδες σωματίδιο, το μικρότερο, αδιαίρετο.

Στοιχειώδες φορτίο - το φορτίο ενός συντελεστή ηλεκτρονίου.

Τα φορτία ενός ηλεκτρονίου και ενός πρωτονίου είναι αριθμητικά ίσα, αλλά αντίθετα σε πρόσημο:

Ηλεκτροκίνηση τηλ.
Τι σημαίνει «το μακροσκοπικό σώμα είναι φορτισμένο»; Τι καθορίζει το φορτίο οποιουδήποτε σώματος;

Όλα τα σώματα αποτελούνται από άτομα, τα οποία περιλαμβάνουν θετικά φορτισμένα πρωτόνια, αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια και ουδέτερα σωματίδια - νετρόνια. . Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούν μέρος των ατομικών πυρήνων, τα ηλεκτρόνια αποτελούν το ηλεκτρονιακό κέλυφος των ατόμων.

Σε ένα ουδέτερο άτομο, ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων στο κέλυφος.

Τα μακροσκοπικά σώματα που αποτελούνται από ουδέτερα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα.

Ένα άτομο μιας δεδομένης ουσίας μπορεί να χάσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια ή να αποκτήσει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο. Σε αυτές τις περιπτώσεις, το ουδέτερο άτομο μετατρέπεται σε θετικά ή αρνητικά φορτισμένο ιόν.

Ηλεκτρισμός σωμάτων– η διαδικασία λήψης ηλεκτρικά φορτισμένων σωμάτων από ηλεκτρικά ουδέτερα.

Τα σώματα ηλεκτρίζονται όταν έρχονται σε επαφή μεταξύ τους.

Κατά την επαφή, μέρος των ηλεκτρονίων από το ένα σώμα περνά στο άλλο, και τα δύο σώματα ηλεκτρίζονται, δηλ. λαμβάνουν φορτία ίσα σε μέγεθος και αντίθετα σε πρόσημο:
Μια «πλεόνασμα» ηλεκτρονίων σε σύγκριση με τα πρωτόνια δημιουργεί ένα φορτίο «-» στο σώμα.
Η «έλλειψη» ηλεκτρονίων σε σύγκριση με τα πρωτόνια δημιουργεί ένα φορτίο «+» στο σώμα.
Το φορτίο οποιουδήποτε σώματος καθορίζεται από τον αριθμό των πλεονασμάτων ή ανεπαρκών ηλεκτρονίων σε σύγκριση με τα πρωτόνια.

Το φορτίο μπορεί να μεταφερθεί από το ένα σώμα στο άλλο μόνο σε τμήματα που περιέχουν έναν ακέραιο αριθμό ηλεκτρονίων. Έτσι, το ηλεκτρικό φορτίο του σώματος είναι μια διακριτή τιμή, πολλαπλάσιο του φορτίου ηλεκτρονίων: