ในจักรวาล ร่างกายแต่ละส่วนมีชีวิตอยู่ในช่วงเวลาของตัวเอง และอนุภาคพื้นฐานก็เช่นกัน อายุการใช้งานของอนุภาคมูลฐานส่วนใหญ่ค่อนข้างสั้น

บางชนิดสลายตัวทันทีหลังเกิด ซึ่งเป็นสาเหตุที่เราเรียกอนุภาคเหล่านี้ว่าไม่เสถียร

หลังจากช่วงเวลาสั้นๆ พวกมันก็สลายตัวไปเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน นิวตริโน โฟตอน กราวิตอน และปฏิปักษ์ของพวกมัน

วัตถุขนาดเล็กที่สำคัญที่สุดในพื้นที่ใกล้เคียงของเรา - โปรตอนและอิเล็กตรอน. บางส่วนของจักรวาลที่อยู่ห่างไกลอาจประกอบด้วยปฏิสสาร อนุภาคที่สำคัญที่สุดคือแอนติโปรตอนและแอนติอิเล็กตรอน (โพซิตรอน)

โดยรวมแล้ว มีการค้นพบอนุภาคมูลฐานหลายร้อยชนิด: โปรตอน (p), นิวตรอน (n), อิเล็กตรอน (e -) เช่นเดียวกับโฟตอน (g), ไพ-มีซอน (p), มิวออน (m), นิวตริโนของทั้งสาม ประเภท (อิเล็กตรอน v e, มิวออน v m, กับเลปตัน โวลต์เสื้อ) ฯลฯ แน่นอนว่าพวกมันจะนำอนุภาคขนาดเล็กใหม่ๆ มาให้มากขึ้น

ลักษณะของอนุภาค:

โปรตอนและอิเล็กตรอน

การปรากฏตัวของโปรตอนและอิเล็กตรอนมีอายุย้อนไปถึงประมาณหนึ่งหมื่นล้านปี

วัตถุจุลภาคอีกประเภทหนึ่งที่มีบทบาทสำคัญในโครงสร้างของพื้นที่ใกล้เคียงคือนิวตรอน ซึ่งมีชื่อสามัญว่าโปรตอน: นิวคลีออน นิวตรอนเองนั้นไม่เสถียรและสลายตัวหลังจากกำเนิดออกมาประมาณสิบนาที พวกมันสามารถเสถียรได้ในนิวเคลียสของอะตอมเท่านั้น นิวตรอนจำนวนมากปรากฏขึ้นอย่างต่อเนื่องในส่วนลึกของดวงดาว โดยที่นิวเคลียสของอะตอมเกิดจากโปรตอน

นิวตริโน

ในจักรวาลยังมีการกำเนิดของนิวตริโนอยู่ตลอดเวลา ซึ่งคล้ายกับอิเล็กตรอน แต่ไม่มีประจุและมีมวลต่ำ ในปี พ.ศ. 2479 มีการค้นพบนิวตริโนชนิดหนึ่ง: มิวออนนิวตริโนซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนโปรตอนเป็นนิวตรอนในส่วนลึกของดาวฤกษ์มวลมหาศาลและระหว่างการสลายตัวของวัตถุขนาดเล็กที่ไม่เสถียรจำนวนมาก พวกมันเกิดขึ้นเมื่อรังสีคอสมิกชนกันในอวกาศระหว่างดวงดาว

บิ๊กแบงส่งผลให้เกิดนิวตริโนและมิวออนนิวตริโนจำนวนมาก จำนวนพวกมันในอวกาศเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากไม่ถูกดูดกลืนโดยสสารใด ๆ ในทางปฏิบัติ

โฟตอน

เช่นเดียวกับโฟตอน นิวทริโนและมิวออนนิวตริโนเติมเต็มช่องว่างทั้งหมด ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "ทะเลนิวตริโน"
ตั้งแต่สมัยบิ๊กแบง โฟตอนจำนวนมากยังคงอยู่ ซึ่งเราเรียกว่าโบราณวัตถุหรือฟอสซิล อวกาศรอบนอกทั้งหมดเต็มไปด้วยพวกมัน และความถี่และพลังงานของพวกมันก็ลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อจักรวาลขยายตัว

ในปัจจุบัน ร่างกายของจักรวาลทั้งหมด โดยเฉพาะดวงดาวและเนบิวลา มีส่วนร่วมในการก่อตัวของส่วนโฟตอนของจักรวาล โฟตอนเกิดบนพื้นผิวดาวจากพลังงานของอิเล็กตรอน

การเชื่อมต่ออนุภาค

ในระยะเริ่มแรกของการก่อตัวของจักรวาล อนุภาคมูลฐานหลักทั้งหมดเป็นอิสระ จากนั้นก็ไม่มีนิวเคลียสของอะตอม ไม่มีดาวเคราะห์ ไม่มีดาวฤกษ์

อะตอมและดาวเคราะห์ ดวงดาว และสสารต่างๆ ถูกสร้างขึ้นในเวลาต่อมา เมื่อเวลาผ่านไป 300,000 ปี และสสารร้อนได้เย็นลงอย่างเพียงพอระหว่างการขยายตัว

มีเพียงนิวตริโน มิวออนนิวตริโน และโฟตอนเท่านั้นที่ไม่ได้เข้าสู่ระบบใดๆ เนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างกันของพวกมันอ่อนเกินไป พวกมันยังคงเป็นอนุภาคอิสระ

แม้แต่ในระยะเริ่มแรกของการก่อตัวของจักรวาล (300,000 ปีหลังการกำเนิด) โปรตอนและอิเล็กตรอนอิสระก็รวมกันเป็นอะตอมไฮโดรเจน (โปรตอนหนึ่งตัวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัวเชื่อมต่อกันด้วยแรงไฟฟ้า)

โปรตอนถือเป็นอนุภาคมูลฐานหลักโดยมีประจุ +1 และมวล 1.672 10 −27 กิโลกรัม (หนักกว่าอิเล็กตรอนน้อยกว่า 2,000 เท่าเล็กน้อย) โปรตอนซึ่งไปอยู่ในดาวมวลมากค่อยๆ กลายเป็นองค์ประกอบหลักของจักรวาล แต่ละคนปล่อยมวลที่เหลือหนึ่งเปอร์เซ็นต์ ในดาวฤกษ์มวลมหาศาลซึ่งเมื่อบั้นปลายชีวิตถูกบีบอัดให้เป็นปริมาตรเล็กๆ อันเป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงของพวกมันเอง โปรตอนสามารถสูญเสียพลังงานนิ่งไปเกือบหนึ่งในห้า (และหนึ่งในห้าของมวลนิ่งด้วย)

เป็นที่ทราบกันดีว่า "การสร้างไมโครบล็อก" ของจักรวาลคือโปรตอนและอิเล็กตรอน

ในที่สุด เมื่อโปรตอนและแอนติโปรตอนมาบรรจบกัน ไม่มีระบบใดเกิดขึ้น แต่พลังงานที่เหลือทั้งหมดจะถูกปล่อยออกมาในรูปของโฟตอน ()

นักวิทยาศาสตร์อ้างว่ายังมีอนุภาคมูลฐานที่น่ากลัวอยู่ด้วย นั่นคือกราวิตอน ซึ่งมีปฏิกิริยาโน้มถ่วงคล้ายกับแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของกราวิตอนได้รับการพิสูจน์ตามทฤษฎีแล้วเท่านั้น

ดังนั้นอนุภาคมูลฐานพื้นฐานจึงเกิดขึ้นและปัจจุบันเป็นตัวแทนของจักรวาลของเรา รวมทั้งโลกด้วย เช่น โปรตอน อิเล็กตรอน นิวตริโน โฟตอน กราวิตอน และวัตถุขนาดเล็กอื่นๆ อีกมากมายที่ค้นพบและยังไม่ได้ค้นพบ

อนุภาคทั้งสามนี้ (เช่นเดียวกับอนุภาคอื่นๆ ที่อธิบายไว้ด้านล่าง) จะถูกดึงดูดและผลักไสซึ่งกันและกันตามอนุภาคเหล่านั้น ค่าธรรมเนียมซึ่งมีเพียงสี่ประเภทเท่านั้นตามจำนวนพลังพื้นฐานของธรรมชาติ ประจุสามารถจัดเรียงตามลำดับแรงที่สอดคล้องกันลดลงดังนี้ ประจุสี (แรงอันตรกิริยาระหว่างควาร์ก) ประจุไฟฟ้า (แรงไฟฟ้าและแม่เหล็ก); ประจุอ่อน (แรงในกระบวนการกัมมันตภาพรังสีบางชนิด); ในที่สุด มวล (แรงโน้มถ่วงหรือปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง) คำว่า "สี" ในที่นี้ไม่เกี่ยวข้องกับสีของแสงที่ตามองเห็น มันเป็นเพียงลักษณะของประจุที่แข็งแกร่งและพลังที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

ค่าธรรมเนียม ได้รับการบันทึกไว้, เช่น. ประจุที่เข้าระบบเท่ากับประจุที่ปล่อยออกมา หากประจุไฟฟ้ารวมของอนุภาคจำนวนหนึ่งก่อนปฏิสัมพันธ์ของพวกมันเท่ากับ 342 หน่วย ดังนั้นหลังจากการโต้ตอบโดยไม่คำนึงถึงผลลัพธ์ มันจะเท่ากับ 342 หน่วย นอกจากนี้ยังใช้กับประจุอื่นๆ ด้วย: สี (ประจุโต้ตอบรุนแรง) อ่อน และมวล (มวล) อนุภาคมีประจุต่างกัน โดยพื้นฐานแล้ว พวกมัน "คือ" ประจุเหล่านี้ ข้อกล่าวหาเปรียบเสมือน “หนังสือรับรอง” สิทธิในการตอบโต้กำลังที่เหมาะสม ดังนั้น เฉพาะอนุภาคสีเท่านั้นที่ได้รับผลกระทบจากแรงสี เฉพาะอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเท่านั้นที่จะได้รับผลกระทบจากแรงไฟฟ้า เป็นต้น คุณสมบัติของอนุภาคถูกกำหนดโดยแรงที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่กระทำต่ออนุภาคนั้น มีเพียงควาร์กเท่านั้นที่เป็นพาหะของประจุทั้งหมด ดังนั้น จึงขึ้นอยู่กับการกระทำของแรงทั้งหมด โดยที่แรงที่โดดเด่นคือสี อิเล็กตรอนมีประจุทั้งหมดยกเว้นสี และแรงหลักสำหรับพวกมันคือแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

ตามกฎแล้วธรรมชาติที่เสถียรที่สุดคือการรวมกันของอนุภาคที่เป็นกลางซึ่งประจุของอนุภาคของเครื่องหมายหนึ่งจะได้รับการชดเชยด้วยประจุรวมของอนุภาคของอีกเครื่องหมายหนึ่ง ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำของทั้งระบบ (ในทำนองเดียวกัน แท่งแม่เหล็กสองแท่งจะจัดเรียงเป็นเส้นตรง โดยขั้วเหนือของแท่งหนึ่งหันไปทางขั้วใต้ของอีกแท่งหนึ่ง ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำของสนามแม่เหล็ก) แรงโน้มถ่วงเป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้: ลบ ไม่มีมวล ไม่มีศพที่ล้มขึ้นไป

ประเภทของเรื่อง

สสารธรรมดาก่อตัวขึ้นจากอิเล็กตรอนและควาร์ก ซึ่งจัดกลุ่มเป็นวัตถุที่มีสีเป็นกลางแล้วจึงเกิดเป็นประจุไฟฟ้า พลังสีจะถูกทำให้เป็นกลาง ดังที่จะกล่าวถึงในรายละเอียดด้านล่าง เมื่ออนุภาครวมกันเป็นแฝดสาม (ดังนั้น คำว่า "สี" เองจึงนำมาจากทัศนศาสตร์: แม่สีสามสีเมื่อผสมกันจะทำให้เกิดสีขาว) ดังนั้น ควาร์กซึ่งมีความเข้มของสีเป็นหลักจึงก่อให้เกิดแฝดสาม แต่ควาร์กและพวกมันก็แบ่งออกเป็น ยู-ควาร์ก (จากภาษาอังกฤษขึ้น-บน) และ ง-ควาร์ก (จากภาษาอังกฤษ ลง-ล่าง) ยังมีประจุไฟฟ้าเท่ากับ ยู-ควาร์กและสำหรับ ง-ควาร์ก สอง ยู-ควาร์กและหนึ่ง ง-ควาร์กให้ประจุไฟฟ้า +1 ก่อตัวเป็นโปรตอน และอีก 1 อัน ยู-ควาร์กและสอง ง-ควาร์กให้ประจุไฟฟ้าเป็นศูนย์และก่อตัวเป็นนิวตรอน

โปรตอนและนิวตรอนที่เสถียรซึ่งดึงดูดซึ่งกันและกันด้วยแรงสีที่เหลือจากอันตรกิริยาระหว่างควาร์กที่เป็นส่วนประกอบของพวกมัน ก่อตัวเป็นนิวเคลียสของอะตอมที่มีสีเป็นกลาง แต่นิวเคลียสมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก และดึงดูดอิเล็กตรอนเชิงลบที่โคจรรอบนิวเคลียสเหมือนกับดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ มีแนวโน้มที่จะก่อตัวเป็นอะตอมที่เป็นกลาง อิเล็กตรอนในวงโคจรของพวกมันจะถูกกำจัดออกจากนิวเคลียสในระยะทางที่มากกว่ารัศมีของนิวเคลียสหลายหมื่นเท่า - หลักฐานที่แสดงว่าแรงไฟฟ้าที่ยึดพวกมันนั้นอ่อนแอกว่านิวเคลียร์มาก ด้วยพลังแห่งปฏิกิริยาระหว่างสี มวลอะตอมถึง 99.945% จึงมีอยู่ในนิวเคลียส น้ำหนัก ยู- และ ง-ควาร์กมีมวลประมาณ 600 เท่าของมวลอิเล็กตรอน ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงเบากว่าและเคลื่อนที่ได้มากกว่านิวเคลียสมาก การเคลื่อนที่ของสสารเกิดจากปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า

มีอะตอมตามธรรมชาติหลายร้อยชนิด (รวมถึงไอโซโทป) ต่างกันไปตามจำนวนนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียส และตามจำนวนอิเล็กตรอนในวงโคจรของพวกมัน ที่ง่ายที่สุดคืออะตอมไฮโดรเจนซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสในรูปของโปรตอนและอิเล็กตรอนตัวเดียวที่หมุนรอบมัน สสารที่ "มองเห็น" ทั้งหมดในธรรมชาติประกอบด้วยอะตอมและอะตอมที่ "แยกส่วน" บางส่วนซึ่งเรียกว่าไอออน ไอออนคืออะตอมที่สูญเสีย (หรือได้รับ) อิเล็กตรอนไปหลายตัว และกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุ สสารที่มีไอออนเกือบทั้งหมดเรียกว่าพลาสมา ดาวที่เผาไหม้เนื่องจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เกิดขึ้นในใจกลางประกอบด้วยพลาสมาเป็นส่วนใหญ่ และเนื่องจากดาวฤกษ์เป็นรูปแบบสสารที่พบได้บ่อยที่สุดในจักรวาล เราจึงสามารถพูดได้ว่าทั้งจักรวาลประกอบด้วยพลาสมาเป็นส่วนใหญ่ แม่นยำยิ่งขึ้น ดาวฤกษ์มีก๊าซไฮโดรเจนที่แตกตัวเป็นไอออนเต็มที่เป็นส่วนใหญ่ กล่าวคือ เป็นส่วนผสมของโปรตอนและอิเล็กตรอนแต่ละตัว ดังนั้นจักรวาลที่มองเห็นได้เกือบทั้งหมดจึงประกอบด้วยมัน

นี่เป็นเรื่องที่เห็นได้ แต่ก็มีสสารที่มองไม่เห็นในจักรวาลเช่นกัน และมีอนุภาคที่ทำหน้าที่เป็นตัวพาแรง มีปฏิปักษ์และสภาวะตื่นเต้นของอนุภาคบางชนิด ทั้งหมดนี้นำไปสู่อนุภาค "พื้นฐาน" ที่มากเกินไปอย่างเห็นได้ชัด ในความอุดมสมบูรณ์นี้ เราสามารถพบข้อบ่งชี้ถึงธรรมชาติที่แท้จริงของอนุภาคมูลฐานและแรงที่กระทำระหว่างอนุภาคเหล่านั้น ตามทฤษฎีล่าสุด อนุภาคอาจเป็นวัตถุทางเรขาคณิตที่ขยายออกไป ซึ่งก็คือ "สตริง" ในอวกาศสิบมิติ

โลกที่มองไม่เห็น

ไม่เพียงแต่มีสสารที่มองเห็นได้ในจักรวาลเท่านั้น (แต่ยังมีหลุมดำและ “สสารมืด” ด้วย เช่น ดาวเคราะห์เย็นที่มองเห็นได้เมื่อได้รับแสงสว่าง) นอกจากนี้ยังมีสสารที่มองไม่เห็นอย่างแท้จริงซึ่งแทรกซึมพวกเราทุกคนและทั่วทั้งจักรวาลทุกวินาที มันเป็นก๊าซที่เคลื่อนที่เร็วของอนุภาคประเภทหนึ่ง - อิเล็กตรอนนิวตริโน

อิเล็กตรอนนิวตริโนเป็นคู่ของอิเล็กตรอน แต่ไม่มีประจุไฟฟ้า นิวตริโนมีเพียงประจุที่เรียกว่าอ่อนเท่านั้น มวลที่เหลือของมันคือศูนย์ แต่พวกมันมีปฏิกิริยากับสนามโน้มถ่วงเพราะมันมีพลังงานจลน์ อีซึ่งสอดคล้องกับมวลประสิทธิผล มตามสูตรของไอน์สไตน์ อี = แมค 2 ที่ไหน ค- ความเร็วของแสง.

บทบาทสำคัญของนิวตริโนคือมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง และ-ควาร์กเข้า ง-ควาร์ก ซึ่งเป็นผลมาจากการที่โปรตอนกลายเป็นนิวตรอน นิวตริโนทำหน้าที่เป็น "เข็มคาร์บูเรเตอร์" สำหรับปฏิกิริยาฟิวชันของดาวฤกษ์ โดยโปรตอน (นิวเคลียสของไฮโดรเจน) สี่ตัวรวมกันเป็นนิวเคลียสฮีเลียม แต่เนื่องจากนิวเคลียสของฮีเลียมไม่ได้ประกอบด้วยโปรตอนสี่ตัว แต่มีโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัว สำหรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันดังกล่าว จึงจำเป็นต้องมีสองโปรตอน และ-ควาร์กกลายเป็นสอง ง-ควาร์ก ความรุนแรงของการเปลี่ยนแปลงเป็นตัวกำหนดว่าดาวฤกษ์จะลุกไหม้ได้เร็วแค่ไหน และกระบวนการเปลี่ยนรูปถูกกำหนดโดยประจุอ่อนและแรงอันตรกิริยาอ่อนระหว่างอนุภาค โดยที่ และ-ควาร์ก (ประจุไฟฟ้า +2/3, ประจุอ่อน +1/2), ทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอน (ประจุไฟฟ้า - 1, ประจุอ่อน –1/2), ก่อตัว ง-ควาร์ก (ประจุไฟฟ้า –1/3, ประจุอ่อน –1/2) และอิเล็กตรอนนิวตริโน (ประจุไฟฟ้า 0, ประจุอ่อน +1/2) ประจุสี (หรือแค่สี) ของควาร์กทั้งสองจะหักล้างกันในกระบวนการนี้โดยไม่มีนิวตริโน บทบาทของนิวตริโนคือการนำประจุอ่อนที่ไม่ได้รับการชดเชยออกไป ดังนั้นอัตราการเปลี่ยนแปลงจึงขึ้นอยู่กับว่ากองกำลังที่อ่อนแอนั้นอ่อนแอเพียงใด หากพวกเขาอ่อนแอกว่าที่เป็นอยู่ ดวงดาวก็จะไม่เผาไหม้เลย หากพวกมันแข็งแกร่งขึ้น ดวงดาวคงจะมอดไหม้ไปนานแล้ว

แล้วนิวตริโนล่ะ? เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับสสารอื่นน้อยมาก พวกมันจึงละทิ้งดาวฤกษ์ที่พวกมันเกิดเกือบจะในทันที ดวงดาวทุกดวงส่องแสงปล่อยนิวตริโนออกมา และนิวตริโนก็ส่องแสงไปทั่วร่างกายของเราและทั่วทั้งโลกทั้งกลางวันและกลางคืน ดังนั้นพวกเขาจึงเดินทางรอบจักรวาลจนกว่าพวกเขาจะเข้าสู่ STAR อันมีปฏิสัมพันธ์ใหม่)

ผู้ให้บริการของการมีปฏิสัมพันธ์

อะไรทำให้เกิดแรงที่กระทำระหว่างอนุภาคในระยะไกล? คำตอบทางฟิสิกส์สมัยใหม่: เนื่องจากการแลกเปลี่ยนอนุภาคอื่น ลองนึกภาพนักสเก็ตความเร็วสองคนขว้างลูกบอลไปรอบๆ โดยให้โมเมนตัมกับลูกบอลเมื่อโยนและรับโมเมนตัมกับลูกบอลที่ได้รับทั้งสองรับแรงผลักในทิศทางที่ห่างจากกัน สิ่งนี้สามารถอธิบายการเกิดขึ้นของพลังที่น่ารังเกียจได้ แต่ในกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งพิจารณาปรากฏการณ์ในโลกใบเล็กอนุญาตให้มีการยืดและแยกส่วนที่ผิดปกติของเหตุการณ์ได้ซึ่งนำไปสู่สิ่งที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้: นักสเก็ตคนหนึ่งขว้างลูกบอลไปในทิศทาง จากแตกต่างแต่อันนั้น อาจจะจับลูกบอลนี้ ไม่ใช่เรื่องยากที่จะจินตนาการว่าหากเป็นไปได้ (และในโลกของอนุภาคมูลฐานก็เป็นไปได้) แรงดึงดูดระหว่างนักเล่นสเก็ตก็จะเกิดขึ้น

อนุภาคเนื่องจากการแลกเปลี่ยนซึ่งแรงอันตรกิริยาระหว่าง "อนุภาคของสสาร" ทั้งสี่ที่กล่าวถึงข้างต้นเรียกว่าอนุภาคเกจ อันตรกิริยาทั้งสี่อัน ได้แก่ แรง แม่เหล็กไฟฟ้า อ่อน และแรงโน้มถ่วง มีชุดอนุภาคเกจของตัวเอง อนุภาคพาหะของปฏิกิริยารุนแรงคือกลูออน (มีเพียงแปดตัวเท่านั้น) โฟตอนเป็นพาหะของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (มีเพียงอันเดียวและเรารับรู้โฟตอนเป็นแสง) อนุภาคพาหะของปฏิกิริยาที่อ่อนแอคือโบซอนเวกเตอร์ระดับกลาง (ถูกค้นพบในปี 1983 และ 1984 ว + -, ว- - โบซอนและเป็นกลาง ซี-โบซอน) อนุภาคพาหะของปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงคือกราวิตอนสมมุติที่ยังคงอยู่ (ควรมีเพียงอันเดียว) อนุภาคทั้งหมดเหล่านี้ ยกเว้นโฟตอนและกราวิตอน ซึ่งสามารถเดินทางได้ในระยะทางไกลอย่างไม่สิ้นสุด จะมีอยู่เฉพาะในกระบวนการแลกเปลี่ยนระหว่างอนุภาคของวัสดุเท่านั้น โฟตอนทำให้จักรวาลเต็มไปด้วยแสง และกราวิตอนทำให้จักรวาลเต็มไปด้วยคลื่นความโน้มถ่วง (ยังไม่สามารถตรวจพบได้อย่างน่าเชื่อถือ)

กล่าวกันว่าอนุภาคที่สามารถปล่อยอนุภาคเกจออกมานั้นถูกล้อมรอบด้วยสนามแรงที่สอดคล้องกัน ดังนั้นอิเล็กตรอนที่สามารถปล่อยโฟตอนออกมาจึงถูกล้อมรอบด้วยสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก เช่นเดียวกับสนามอ่อนและสนามโน้มถ่วง ควาร์กยังถูกล้อมรอบด้วยสนามเหล่านี้ทั้งหมด แต่ยังรวมถึงสนามปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งด้วย อนุภาคที่มีประจุสีในสนามพลังสีจะได้รับผลกระทบจากแรงสี เช่นเดียวกับพลังแห่งธรรมชาติอื่นๆ ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าโลกประกอบด้วยสสาร (อนุภาควัสดุ) และสนาม (อนุภาคเกจ) ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ด้านล่าง

ปฏิสสาร

แต่ละอนุภาคมีปฏิภาคซึ่งอนุภาคสามารถทำลายล้างร่วมกันได้เช่น “ทำลายล้าง” ส่งผลให้มีการปล่อยพลังงานออกมา อย่างไรก็ตามพลังงาน "บริสุทธิ์" ไม่มีอยู่ในตัวมันเอง ผลจากการทำลายล้าง อนุภาคใหม่ (เช่น โฟตอน) จะปรากฏขึ้นเพื่อดูดซับพลังงานนี้ไป

ในกรณีส่วนใหญ่ แอนติอนุภาคมีคุณสมบัติตรงข้ามกับอนุภาคที่เกี่ยวข้อง: หากอนุภาคเคลื่อนที่ไปทางซ้ายภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กแรง สนามอ่อน หรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ปฏิปักษ์ของมันจะเคลื่อนที่ไปทางขวา กล่าวโดยสรุป ปฏิอนุภาคมีสัญญาณตรงกันข้ามกับประจุทั้งหมด (ยกเว้นประจุมวล) หากอนุภาคประกอบด้วยองค์ประกอบต่างๆ เช่น นิวตรอน ปฏิปักษ์ของอนุภาคจะประกอบด้วยส่วนประกอบที่มีประจุตรงกันข้าม ดังนั้น แอนติอิเล็กตรอนจึงมีประจุไฟฟ้า +1 ซึ่งเป็นประจุอ่อนที่ +1/2 และเรียกว่าโพซิตรอน แอนตินิวตรอนประกอบด้วย และ-แอนติควาร์กที่มีประจุไฟฟ้า –2/3 และ ง-แอนติควาร์กที่มีประจุไฟฟ้า +1/3 อนุภาคที่เป็นกลางที่แท้จริงคือปฏิปักษ์ของพวกมันเอง โดยปฏิปักษ์ของโฟตอนก็คือโฟตอน

ตามแนวคิดทางทฤษฎีสมัยใหม่ แต่ละอนุภาคที่มีอยู่ในธรรมชาติควรมีปฏิปักษ์เป็นของตัวเอง และมีปฏิปักษ์หลายชนิด รวมทั้งโพซิตรอนและแอนตินิวตรอนในห้องปฏิบัติการ ผลที่ตามมาของสิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งและเป็นรากฐานของฟิสิกส์อนุภาคเชิงทดลองทั้งหมด ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ มวลและพลังงานมีความเท่าเทียมกัน และภายใต้เงื่อนไขบางประการ พลังงานสามารถเปลี่ยนเป็นมวลได้ เนื่องจากประจุถูกสงวนไว้ และประจุของสุญญากาศ (พื้นที่ว่าง) เท่ากับศูนย์ คู่อนุภาคและปฏิอนุภาคใดๆ (ที่มีประจุสุทธิเป็นศูนย์) จึงสามารถออกมาจากสุญญากาศได้ เช่นเดียวกับกระต่ายที่ออกมาจากหมวกของนักมายากล ตราบใดที่ยังมีพลังงานเพียงพอที่จะทำให้ สร้างมวลของพวกเขา

รุ่นของอนุภาค

การทดลองด้วยเครื่องเร่งความเร็วแสดงให้เห็นว่าสี่อนุภาคของวัตถุถูกทำซ้ำอย่างน้อยสองครั้งที่ค่ามวลที่สูงกว่า ในรุ่นที่สอง มิวออนจะยึดตำแหน่งของอิเล็กตรอน (โดยมีมวลมากกว่ามวลของอิเล็กตรอนประมาณ 200 เท่า แต่ด้วยค่าเดียวกันของประจุอื่นทั้งหมด) ตำแหน่งของอิเล็กตรอนนิวตริโนคือ ถ่ายโดยมิวออน (ซึ่งมาพร้อมกับมิวออนในปฏิกิริยาที่อ่อนแอในลักษณะเดียวกับที่อิเล็กตรอนมาพร้อมกับอิเล็กตรอนนิวตริโน) วาง และ-ควาร์กครอบครอง กับ-ควาร์ก ( มีเสน่ห์) ก ง-ควาร์ก – ส-ควาร์ก ( แปลก). ในรุ่นที่สาม วงสี่ประกอบด้วยเทาว์เลปตัน เทานิวตริโน ที-ควาร์กและ ข-ควาร์ก

น้ำหนัก ที-ควาร์กมีมวลประมาณ 500 เท่าของมวลที่เบาที่สุด- ง-ควาร์ก มีการทดลองพบว่านิวตริโนเบามีเพียงสามประเภทเท่านั้น ดังนั้นอนุภาครุ่นที่สี่จึงไม่มีอยู่เลยหรือนิวตริโนที่เกี่ยวข้องนั้นหนักมาก ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลทางจักรวาลวิทยา โดยสามารถมีนิวตริโนเบาได้ไม่เกินสี่ประเภท

ในการทดลองกับอนุภาคพลังงานสูง อิเล็กตรอน มิวออน เทาเลปตัน และนิวตริโนที่เกี่ยวข้องจะทำหน้าที่เป็นอนุภาคที่แยกได้ พวกมันไม่มีประจุสีและเข้าสู่ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนเท่านั้น เรียกรวมกันว่า เลปตัน.

ตารางที่ 2 การกำเนิดของอนุภาคพื้นฐาน
อนุภาค	มวลที่เหลือ, MeV/ กับ 2	ค่าไฟฟ้า	ค่าสี	การชาร์จที่อ่อนแอ
รุ่นที่สอง
กับ-ควาร์ก	1500	+2/3	แดงเขียวหรือน้ำเงิน	+1/2
ส-ควาร์ก	500	–1/3	เดียวกัน	–1/2
มิวออนนิวทริโน		0	0	+1/2
มึน	106	0	0	–1/2
รุ่นที่สาม
ที-ควาร์ก	30000–174000	+2/3	แดงเขียวหรือน้ำเงิน	+1/2
ข-ควาร์ก	4700	–1/3	เดียวกัน	–1/2
เทานิวตริโน		0	0	+1/2
ตัว	1777	–1	0	–1/2

ควาร์กภายใต้อิทธิพลของพลังสี รวมตัวกันเป็นอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์อย่างรุนแรง ซึ่งครอบงำการทดลองทางฟิสิกส์พลังงานสูงส่วนใหญ่ อนุภาคดังกล่าวเรียกว่า ฮาดรอน. ประกอบด้วยสองคลาสย่อย: แบริออน(เช่นโปรตอนและนิวตรอน) ซึ่งประกอบด้วยควาร์ก 3 ตัว และ มีซอนประกอบด้วยควาร์กและแอนตีควาร์ก ในปี พ.ศ. 2490 มีการค้นพบก๊าซมีซอนชนิดแรกที่เรียกว่าไพออน (หรือไพเมซอน) ในรังสีคอสมิก และในบางครั้งเชื่อกันว่าการแลกเปลี่ยนของอนุภาคเหล่านี้เป็นสาเหตุหลักของกองกำลังนิวเคลียร์ ฮาดรอนโอเมก้าลบ ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2507 ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูกเฮเวน (สหรัฐอเมริกา) และอนุภาค JPS ( เจ/ย-meson) ค้นพบพร้อมกันที่ Brookhaven และที่ Stanford Linear Accelerator Center (ในสหรัฐอเมริกาเช่นกัน) ในปี 1974 M. Gell-Mann ทำนายการมีอยู่ของอนุภาคโอเมก้าลบด้วยสิ่งที่เรียกว่า “ ส.อ. 3 ทฤษฎี" (อีกชื่อหนึ่งคือ "เส้นทางแปดเท่า") ซึ่งเสนอแนะความเป็นไปได้ของการดำรงอยู่ของควาร์กเป็นครั้งแรก (และตั้งชื่อนี้ให้พวกเขา) ทศวรรษต่อมา การค้นพบอนุภาคดังกล่าว เจ/ยยืนยันการมีอยู่จริง กับ-ควาร์ก และในที่สุดก็ทำให้ทุกคนเชื่อทั้งแบบจำลองควาร์กและทฤษฎีที่รวมแรงแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงอ่อนเข้าด้วยกัน ( ดูด้านล่าง).

อนุภาคของรุ่นที่สองและสามนั้นมีจริงไม่น้อยไปกว่ารุ่นแรก จริงอยู่ เมื่อเกิดขึ้น ในล้านหรือหนึ่งในพันล้านวินาที พวกมันจะสลายตัวเป็นอนุภาคธรรมดาของรุ่นแรก: อิเล็กตรอน อิเล็กตรอนนิวตริโน และด้วย และ- และ ง-ควาร์ก คำถามที่ว่าทำไมจึงมีอนุภาคหลายชั่วอายุคนในธรรมชาติยังคงเป็นปริศนา

ควาร์กและเลปตันรุ่นต่างๆ มักถูกพูดถึง (ซึ่งแน่นอนว่าค่อนข้างแปลกประหลาด) ว่าเป็น "รสชาติ" ของอนุภาคที่แตกต่างกัน ความจำเป็นต้องอธิบายเรียกว่าปัญหา “รสชาติ”

โบซันและเฟอร์เมียน สนามและสสาร

ความแตกต่างพื้นฐานประการหนึ่งระหว่างอนุภาคคือความแตกต่างระหว่างโบซอนและเฟอร์มิออน อนุภาคทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองชั้นหลักนี้ โบซอนที่เหมือนกันสามารถทับซ้อนกันหรือทับซ้อนกันได้ แต่เฟอร์มิออนที่เหมือนกันไม่สามารถทำได้ การซ้อนทับเกิดขึ้น (หรือไม่เกิดขึ้น) ในสถานะพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งกลศาสตร์ควอนตัมแบ่งธรรมชาติ สถานะเหล่านี้เปรียบเสมือนเซลล์ที่แยกจากกันซึ่งสามารถวางอนุภาคได้ ดังนั้น คุณสามารถใส่โบซอนที่เหมือนกันได้มากเท่าที่คุณต้องการลงในเซลล์เดียว แต่จะใส่เฟอร์มิออนเพียงเซลล์เดียวเท่านั้น

เพื่อเป็นตัวอย่าง ให้พิจารณาเซลล์ดังกล่าวหรือ "สถานะ" ของอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียสของอะตอม ตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม ตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัม ต่างจากดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ อิเล็กตรอนไม่สามารถหมุนเวียนในวงโคจรทรงรีใดๆ ได้ เนื่องจากมีเพียง "สถานะการเคลื่อนที่" ที่อนุญาตเท่านั้น ชุดของสถานะดังกล่าวซึ่งจัดกลุ่มตามระยะห่างจากอิเล็กตรอนถึงนิวเคลียสเรียกว่า วงโคจร. ในวงโคจรแรกจะมีสถานะสองสถานะที่มีโมเมนตัมเชิงมุมต่างกัน ดังนั้น จึงอนุญาตให้มีเซลล์สองเซลล์ได้ และในวงโคจรที่สูงกว่าจะมีเซลล์แปดเซลล์หรือมากกว่านั้น

เนื่องจากอิเล็กตรอนเป็นเฟอร์เมียน แต่ละเซลล์จึงสามารถมีอิเล็กตรอนได้เพียงตัวเดียวเท่านั้น ผลที่ตามมาที่สำคัญมากตามมาจากนี้ - เคมีทั้งหมดเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีของสารถูกกำหนดโดยปฏิกิริยาระหว่างอะตอมที่เกี่ยวข้อง หากคุณผ่านระบบธาตุเป็นระยะจากอะตอมหนึ่งไปอีกอะตอมหนึ่งตามลำดับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสเพิ่มขึ้นทีละหนึ่ง (จำนวนอิเล็กตรอนก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย) จากนั้นอิเล็กตรอนสองตัวแรกจะครอบครองวงโคจรแรก แปดถัดไปจะอยู่ในวินาที ฯลฯ การเปลี่ยนแปลงอย่างสม่ำเสมอในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมจากองค์ประกอบหนึ่งไปยังอีกองค์ประกอบหนึ่งจะเป็นตัวกำหนดรูปแบบของคุณสมบัติทางเคมีของอะตอม

ถ้าอิเล็กตรอนเป็นโบซอน อิเล็กตรอนทั้งหมดในอะตอมก็สามารถอยู่ในวงโคจรเดียวกันได้ ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานขั้นต่ำ ในกรณีนี้คุณสมบัติของสสารทั้งหมดในจักรวาลจะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงและจักรวาลในรูปแบบที่เรารู้ว่ามันคงเป็นไปไม่ได้

เลปตอนทั้งหมด ได้แก่ อิเล็กตรอน มิวออน เทาเลปตัน และนิวตริโนที่เกี่ยวข้องกัน ล้วนเป็นเฟอร์มิออน เช่นเดียวกันอาจกล่าวได้เกี่ยวกับควาร์ก ดังนั้นอนุภาคทั้งหมดที่ก่อให้เกิด "สสาร" ซึ่งเป็นสารตัวเติมหลักของจักรวาลรวมถึงนิวตริโนที่มองไม่เห็นจึงเป็นเฟอร์มิออน สิ่งนี้ค่อนข้างสำคัญ: เฟอร์มิออนไม่สามารถรวมกันได้ ดังนั้นจึงใช้เช่นเดียวกันกับวัตถุในโลกวัตถุ

ในเวลาเดียวกัน "อนุภาคเกจ" ทั้งหมดที่แลกเปลี่ยนกันระหว่างอนุภาควัสดุที่มีปฏิสัมพันธ์และสร้างสนามพลัง ( ดูด้านบน) คือโบซอนซึ่งมีความสำคัญมากเช่นกัน ตัวอย่างเช่น โฟตอนจำนวนมากสามารถอยู่ในสถานะเดียวกัน โดยก่อตัวเป็นสนามแม่เหล็กรอบแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้ารอบประจุไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้จึงสามารถทำเลเซอร์ได้

สปิน

ความแตกต่างระหว่างโบซอนและเฟอร์มิออนสัมพันธ์กับลักษณะอื่นของอนุภาคมูลฐาน - หมุน. น่าแปลกที่อนุภาคพื้นฐานทั้งหมดมีโมเมนตัมเชิงมุมของตัวเอง หรือพูดง่ายๆ ก็คือหมุนรอบแกนของมันเอง มุมของแรงกระตุ้นเป็นลักษณะของการเคลื่อนที่แบบหมุน เช่นเดียวกับแรงกระตุ้นรวมของการเคลื่อนที่ในการแปล ในปฏิกิริยาใดๆ โมเมนตัมเชิงมุมและโมเมนตัมจะถูกอนุรักษ์ไว้

ในพิภพเล็ก โมเมนตัมเชิงมุมจะถูกหาปริมาณ เช่น ใช้ค่าที่ไม่ต่อเนื่องกัน ในหน่วยการวัดที่เหมาะสม เลปตันและควาร์กมีการหมุน 1/2 และอนุภาคเกจมีการหมุน 1 (ยกเว้นกราวิตอนซึ่งยังไม่ได้ถูกสังเกตด้วยการทดลอง แต่ในทางทฤษฎีควรมีการหมุน 2) เนื่องจากเลปตันและควาร์กเป็นเฟอร์มิออน และอนุภาคเกจคือโบซอน เราจึงสามารถสรุปได้ว่า "เฟอร์ไมโอนิซิตี้" สัมพันธ์กับสปิน 1/2 และ "โบโซนิซิตี้" สัมพันธ์กับสปิน 1 (หรือ 2) แท้จริงแล้ว ทั้งการทดลองและทฤษฎียืนยันว่าหากอนุภาคมีการหมุนของจำนวนครึ่งจำนวนเต็ม มันก็จะเป็นเฟอร์มิออน และถ้ามันมีการหมุนของจำนวนเต็ม มันก็จะเป็นโบซอน

ทฤษฎีเกจและเรขาคณิต

ในทุกกรณี แรงเกิดขึ้นเนื่องจากการแลกเปลี่ยนโบซอนระหว่างเฟอร์มิออน ดังนั้นพลังสีของปฏิสัมพันธ์ระหว่างควาร์กสองตัว (ควาร์ก - เฟอร์มิออน) จึงเกิดขึ้นเนื่องจากการแลกเปลี่ยนกลูออน การแลกเปลี่ยนที่คล้ายกันเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในโปรตอน นิวตรอน และนิวเคลียสของอะตอม ในทำนองเดียวกัน โฟตอนที่มีการแลกเปลี่ยนกันระหว่างอิเล็กตรอนและควาร์กจะสร้างแรงดึงดูดทางไฟฟ้าที่ยึดอิเล็กตรอนไว้ในอะตอม และโบซอนเวกเตอร์ตัวกลางที่แลกเปลี่ยนกันระหว่างเลปตันและควาร์กจะสร้างแรงอ่อนที่รับผิดชอบในการแปลงโปรตอนเป็นนิวตรอนในปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ในดาวฤกษ์

ทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังการแลกเปลี่ยนนี้มีความสง่างาม เรียบง่าย และอาจถูกต้อง มันถูกเรียกว่า ทฤษฎีเกจ. แต่ในปัจจุบัน มีเพียงทฤษฎีเกจอิสระเกี่ยวกับปฏิกิริยาระหว่างแรง อ่อน และแม่เหล็กไฟฟ้า และทฤษฎีเกจแรงโน้มถ่วงที่คล้ายกัน แม้ว่าจะแตกต่างบ้างก็ตาม ปัญหาทางกายภาพที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งคือการลดทอนทฤษฎีแต่ละทฤษฎีเหล่านี้ให้เป็นทฤษฎีเดียวและในเวลาเดียวกัน ซึ่งทฤษฎีเหล่านี้ทั้งหมดจะกลายเป็นแง่มุมที่แตกต่างกันของความเป็นจริงอันเดียว - เหมือนใบหน้าของคริสตัล

ตารางที่ 3. HADRONS บางส่วน

ตารางที่ 3. HADRONS บางส่วน
อนุภาค	เครื่องหมาย	องค์ประกอบของควาร์ก *	มวลที่เหลือ มีวี/ กับ 2	ค่าไฟฟ้า
แบริออนส์
โปรตอน	พี	อุ๊ย	938	+1
นิวตรอน	n	อุ๊ด	940	0
โอเมก้าลบ	ว –	เอสเอส	1672	–1
มีซอนส์
Pi-บวก	พี +	ยู	140	+1
ไพ ลบ	พี –	ดู่	140	–1
ฟิ	ฉ	ซ	1020	0
เจพี	เจ/ปี	คў	3100	0
อัพซิลอน	Ў	ข	9460	0
* องค์ประกอบของควาร์ก: ยู- สูงสุด; ง- ต่ำกว่า; ส- แปลก; ค– หลงเสน่ห์; ข- สวย. ของเก่าจะมีเส้นกำกับอยู่เหนือตัวอักษร

ทฤษฎีเกจที่ง่ายและเก่าแก่ที่สุดคือทฤษฎีเกจของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า ในนั้นจะมีการเปรียบเทียบประจุของอิเล็กตรอน (ปรับเทียบ) กับประจุของอิเล็กตรอนตัวอื่นที่อยู่ห่างไกลจากมัน คุณจะเปรียบเทียบค่าใช้จ่ายได้อย่างไร? ตัวอย่างเช่น คุณสามารถนำอิเล็กตรอนตัวที่สองเข้ามาใกล้อิเล็กตรอนตัวแรกและเปรียบเทียบแรงอันตรกิริยาของพวกมันได้ แต่ประจุของอิเล็กตรอนไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อมันเคลื่อนที่ไปยังจุดอื่นในอวกาศใช่หรือไม่ วิธีเดียวที่จะตรวจสอบได้คือการส่งสัญญาณจากอิเล็กตรอนใกล้ไปยังไกลและดูว่าอิเล็กตรอนมีปฏิกิริยาอย่างไร สัญญาณนั้นเป็นอนุภาคเกจ - โฟตอน เพื่อให้สามารถทดสอบประจุบนอนุภาคที่อยู่ห่างไกลได้ จำเป็นต้องมีโฟตอน

ในทางคณิตศาสตร์ทฤษฎีนี้มีความแม่นยำและสวยงามอย่างยิ่ง จาก "หลักการเกจ" ที่อธิบายไว้ข้างต้นกระแสพลศาสตร์ควอนตัมทั้งหมด (ทฤษฎีควอนตัมของแม่เหล็กไฟฟ้า) รวมถึงทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ - หนึ่งในความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของศตวรรษที่ 19

เหตุใดหลักการง่ายๆ เช่นนี้จึงเกิดผลมาก? เห็นได้ชัดว่าเป็นการแสดงออกถึงความสัมพันธ์บางอย่างระหว่างส่วนต่างๆ ของจักรวาล ทำให้สามารถวัดค่าในจักรวาลได้ ในแง่คณิตศาสตร์ สนามจะถูกตีความในเชิงเรขาคณิตว่าเป็นความโค้งของปริภูมิ "ภายใน" ที่เป็นไปได้ ประจุในการวัดคือการวัด "ความโค้งภายใน" ทั้งหมดรอบอนุภาค ทฤษฎีเกจของปฏิกิริยาระหว่างแรงและอ่อนนั้นแตกต่างจากทฤษฎีเกจแม่เหล็กไฟฟ้าใน "โครงสร้าง" เรขาคณิตภายในของประจุที่สอดคล้องกันเท่านั้น คำถามที่ว่าพื้นที่ภายในนี้หาคำตอบได้จากทฤษฎีสนามรวมหลายมิติซึ่งไม่ได้กล่าวถึงในที่นี้

ตารางที่ 4. ปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน
ปฏิสัมพันธ์	ความเข้มสัมพัทธ์ที่ระยะ 10–13 ซม	รัศมีของการกระทำ	ผู้ให้บริการโต้ตอบ	มวลนิ่งของผู้ขนส่ง, MeV/ กับ 2	หมุนผู้ให้บริการ
แข็งแกร่ง	1		กลูออน	0	1
ไฟฟ้า- แม่เหล็ก	0,01	Ґ	โฟตอน	0	1
อ่อนแอ	10 –13		ว +	80400	1
			ว –	80400	1
			ซี 0	91190	1
กราวิต้า- แห่งชาติ	10 –38	Ґ	กราวิตัน	0	2

ฟิสิกส์ของอนุภาคยังไม่สมบูรณ์ ยังห่างไกลจากความชัดเจนว่าข้อมูลที่มีอยู่เพียงพอที่จะเข้าใจธรรมชาติของอนุภาคและแรง ตลอดจนธรรมชาติและมิติที่แท้จริงของอวกาศและเวลาอย่างแท้จริงหรือไม่ เราจำเป็นต้องมีการทดลองด้วยพลังงาน 10 15 GeV สำหรับสิ่งนี้ หรือความพยายามในการคิดจะเพียงพอหรือไม่? ยังไม่มีคำตอบ แต่เราสามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าภาพสุดท้ายจะเรียบง่าย สง่า และสวยงาม เป็นไปได้ว่าจะไม่มีแนวคิดพื้นฐานมากมาย เช่น หลักการเกจ ช่องว่างในมิติที่สูงกว่า การยุบตัวและการขยายตัว และเหนือสิ่งอื่นใดคือเรขาคณิต

719. กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า

720. ร่างที่มีประจุไฟฟ้ามีสัญญาณต่างกัน...

พวกเขาดึงดูดกัน

721. ลูกบอลโลหะเหมือนกันซึ่งมีประจุตรงข้ามกัน q 1 = 4q และ q 2 = -8q ถูกนำมาสัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกันเป็นระยะทางเท่ากัน แต่ละลูกมีค่าใช้จ่าย

คิว 1 = -2q และ คิว 2 = -2q

723.หยดที่มีประจุบวก (+2e) สูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัวเมื่อถูกส่องสว่าง ประจุของดรอปก็เท่ากัน

724. ลูกบอลโลหะเหมือนกันที่มีประจุ q 1 = 4q, q 2 = - 8q และ q 3 = - 2q ถูกนำมาสัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกันเป็นระยะทางเท่ากัน แต่ละลูกจะมีประจุ

คิว 1 = - 2q, คิว 2 = - 2q และ q 3 = - 2q

725. ลูกบอลโลหะที่มีประจุเหมือนกันซึ่งมีประจุ q 1 = 5q และ q 2 = 7q ถูกนำมาสัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกันเป็นระยะทางเท่ากัน จากนั้นลูกบอลลูกที่สองและสามที่มีประจุ q 3 = -2q ก็สัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกัน เป็นระยะทางเดียวกัน แต่ละลูกจะมีประจุ

q 1 = 6q, q 2 = 2q และ q 3 = 2q

726. ลูกบอลโลหะที่มีประจุเหมือนกันที่มีประจุ q 1 = - 5q และ q 2 = 7q ถูกนำมาสัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกันเป็นระยะทางเท่ากัน จากนั้นลูกบอลลูกที่สองและสามที่มีประจุ q 3 = 5q ก็สัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกัน เป็นระยะทางเดียวกัน แต่ละลูกจะมีประจุ

คิว 1 =1q, คิว 2 = 3q และ q 3 = 3q

727 มีลูกบอลโลหะที่เหมือนกันสี่ลูกซึ่งมีประจุ q 1 = 5q, q 2 = 7q, q 3 = -3q และ q 4 = -1q ขั้นแรก ประจุ q 1 และ q 2 (ประจุระบบที่ 1) ได้ถูกนำมาสัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกันเป็นระยะทางเท่ากัน จากนั้นประจุ q 4 และ q 3 (ประจุระบบที่ 2) จะถูกสัมผัสกัน จากนั้นพวกเขาก็รับประจุจากระบบ 1 และ 2 อย่างละหนึ่งประจุ แล้วนำพวกมันมาสัมผัสกันและแยกพวกมันออกจากกันให้อยู่ในระยะเดียวกัน ลูกทั้งสองนี้จะมีประจุ

728 มีลูกบอลโลหะที่เหมือนกันสี่ลูกซึ่งมีประจุ q 1 = -1q, q 2 = 5q, q 3 = 3q และ q 4 = -7q ขั้นแรก ประจุ q 1 และ q 2 (1 ระบบของประจุ) ได้ถูกนำมาสัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกันเป็นระยะทางเท่ากัน จากนั้นประจุ q 4 และ q 3 (ประจุระบบ 2) จะถูกสัมผัสกัน จากนั้นพวกเขาก็รับประจุจากระบบ 1 และ 2 อย่างละหนึ่งประจุ แล้วนำพวกมันมาสัมผัสกันและแยกพวกมันออกจากกันให้อยู่ในระยะเดียวกัน ลูกทั้งสองนี้จะมีประจุ

729.อะตอมมีประจุบวก

แกนกลาง

730. อิเล็กตรอน 8 ตัวเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสของอะตอมออกซิเจน จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมออกซิเจนคือ

731.ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอนคือ

-1.6 · 10 -19 ซล.

732.ประจุไฟฟ้าของโปรตอนคือ

1.6 · 10 -19 ซล.

733 นิวเคลียสของอะตอมลิเธียมประกอบด้วยโปรตอน 3 ตัว ถ้าอิเล็กตรอน 3 ตัวหมุนรอบนิวเคลียสแล้ว

อะตอมมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า

734 มีอนุภาค 19 ตัวในนิวเคลียสของฟลูออรีน โดย 9 ตัวเป็นโปรตอน จำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสและจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมฟลูออรีนที่เป็นกลาง

นิวตรอนและอิเล็กตรอน 9 ตัว

735 ถ้าในร่างกายใดจำนวนโปรตอนมากกว่าจำนวนอิเล็กตรอน ดังนั้นร่างกายโดยรวม

มีประจุบวก

736 หยดที่มีประจุบวก +3e สูญเสียอิเล็กตรอน 2 ตัวในระหว่างการฉายรังสี ประจุของดรอปก็เท่ากัน

8·10 -19 ค.

737 มีประจุลบในอะตอมเกิดขึ้น

เปลือก.

738.ถ้าอะตอมออกซิเจนเปลี่ยนเป็นไอออนบวก แสดงว่าไอออนบวก

สูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัว

739.มีมวลมาก

ไฮโดรเจนไอออนลบ

740 ผลของแรงเสียดทาน ทำให้อิเล็กตรอน 5·10 10 ตัวถูกดึงออกจากพื้นผิวของแท่งแก้ว ประจุไฟฟ้าบนแท่ง

(จ = -1.6 10 -19 องศาเซลเซียส)

8·10 -9 คลี.

741 จากการเสียดสี แท่งคาร์บอนไนต์ได้รับอิเล็กตรอน 5·10 10 ประจุไฟฟ้าบนแท่ง

(จ = -1.6 10 -19 องศาเซลเซียส)

-8·10 -9 คลี.

742 พลังของปฏิสัมพันธ์คูลอมบ์ของประจุไฟฟ้าสองจุดเมื่อระยะห่างระหว่างประจุลดลง 2 เท่า

จะเพิ่มขึ้น 4 เท่า

743 พลังของปฏิสัมพันธ์คูลอมบ์ของประจุไฟฟ้าสองจุดเมื่อระยะห่างระหว่างประจุลดลง 4 เท่า

จะเพิ่มขึ้น 16 เท่า

744. ประจุไฟฟ้าสองจุดกระทำต่อกันตามกฎของคูลอมบ์ด้วยแรง 1N หากระยะห่างระหว่างพวกมันเพิ่มขึ้น 2 เท่า แรงปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์ของประจุเหล่านี้จะเท่ากัน

745 ประจุสองจุดกระทำต่อกันด้วยแรง 1N หากขนาดของแต่ละประจุเพิ่มขึ้น 4 เท่า ความแรงของปฏิกิริยาคูลอมบ์จะเท่ากัน

746 แรงอันตรกิริยาระหว่างประจุสองจุดคือ 25 นิวตัน หากระยะห่างระหว่างประจุทั้งสองลดลง 5 เท่า แรงอันตรกิริยาของประจุเหล่านี้จะเท่ากัน

747 พลังของปฏิสัมพันธ์คูลอมบ์ของประจุสองจุดเมื่อระยะห่างระหว่างพวกมันเพิ่มขึ้น 2 เท่า

จะลดลง 4 เท่า

748 พลังของปฏิสัมพันธ์คูลอมบ์ของประจุไฟฟ้าสองจุดเมื่อระยะห่างระหว่างพวกมันเพิ่มขึ้น 4 เท่า

จะลดลง 16 เท่า

749 สูตรกฎของคูลอมบ์

.

750 ถ้าลูกบอลโลหะที่เหมือนกัน 2 ลูกซึ่งมีประจุ +q และ +q สัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกันเป็นระยะทางเท่ากัน แล้วโมดูลัสของแรงอันตรกิริยา

จะไม่เปลี่ยนแปลง

751. ถ้าลูกบอลโลหะที่เหมือนกัน 2 ลูกมีประจุ +q และ -q ลูกบอลจะสัมผัสกันและเคลื่อนออกจากกันเป็นระยะทางเท่ากัน จากนั้นแรงอันตรกิริยา

จะกลายเป็น 0

752 ประจุสองอันกระทบกันในอากาศ หากวางไว้ในน้ำ (ε = 81) โดยไม่เปลี่ยนระยะห่างระหว่างพวกมัน แสดงว่าแรงของปฏิสัมพันธ์ของคูลอมบ์

จะลดลง 81 เท่า

753 แรงอันตรกิริยาระหว่างประจุสองประจุอันละ 10 nC ซึ่งอยู่ในอากาศห่างจากกัน 3 ซม. เท่ากับ

()

754. ประจุ 1 µC และ 10 nC โต้ตอบในอากาศด้วยแรง 9 mN ที่ระยะห่าง

()

755. อิเล็กตรอนสองตัวซึ่งอยู่ห่างจากกัน 3·10 -8 ซม. จะผลักกันด้วยแรง ( ; อี = - 1.6 10 -19 ค)

2.56·10 -9 น.

756 เมื่อระยะห่างจากประจุเพิ่มขึ้น 3 เท่า ความแรงของสนามไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น

จะลดลง 9 เท่า

757 ความแรงของสนามไฟฟ้าที่จุดหนึ่งคือ 300 N/C ถ้าประจุอยู่ที่ 1·10 -8 C แล้วระยะทางถึงจุดนั้น

()

758 หากระยะห่างจากจุดประจุที่สร้างสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 5 เท่า ความแรงของสนามไฟฟ้า

จะลดลง 25 เท่า

759 ความแรงของสนามของประจุจุด ณ จุดหนึ่งคือ 4 N/C หากระยะห่างจากประจุเพิ่มขึ้นสองเท่า แรงดันไฟฟ้าจะเท่ากับ

760.ระบุสูตรความแรงของสนามไฟฟ้าในกรณีทั่วไป

761 สัญกรณ์ทางคณิตศาสตร์ของหลักการซ้อนทับของสนามไฟฟ้า

762 ระบุสูตรความเข้มของประจุไฟฟ้าจุด Q

.

763 โมดูลัสความแรงของสนามไฟฟ้า ณ จุดที่ประจุอยู่

1·10 -10 C เท่ากับ 10 V/m แรงที่กระทำต่อประจุมีค่าเท่ากับ

1·10 -9 น.

765 ถ้ามีประจุ 4·10 -8 C กระจายบนพื้นผิวของลูกบอลโลหะที่มีรัศมี 0.2 ม. ความหนาแน่นของประจุก็จะเท่ากับความหนาแน่นของประจุ

2.5·10 -7 องศาเซลเซียส/ตร.ม.

766. ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอในแนวตั้ง จะมีจุดฝุ่นที่มีมวล 1·10 -9 กรัม และมีประจุ 3.2·10-17 C ถ้าแรงโน้มถ่วงของเม็ดฝุ่นสมดุลกับความแรงของสนามไฟฟ้า ความแรงของสนามจะเท่ากับ

3·10 5 ไม่มี/Cl.

767 ที่จุดยอดสามจุดของสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีด้านยาว 0.4 เมตร มีประจุบวกเท่ากันที่จุดละ 5·10 -9 C จงหาแรงตึงที่จุดยอดที่สี่

() 540 ไม่มี/Cl

768 ถ้าสองประจุอยู่ที่ 5·10 -9 และ 6·10 -9 C จนพวกมันผลักกันด้วยแรง 12·10 -4 N แสดงว่าพวกมันอยู่ในระยะห่าง

768 หากโมดูลประจุจุดลดลง 2 เท่าและระยะห่างจากประจุลดลง 4 เท่า ความแรงของสนามไฟฟ้า ณ จุดที่กำหนด

จะเพิ่มขึ้น 8 เท่า

ลดลง.

770 ผลคูณของประจุอิเล็กตรอนและศักย์ไฟฟ้ามีมิติ

พลังงาน.

771 ศักย์ไฟฟ้าที่จุด A คือ 100V ศักย์ไฟฟ้าที่จุด B คือ 200V งานที่ทำโดยแรงสนามไฟฟ้าเมื่อเคลื่อนที่ประจุ 5 mC จากจุด A ไปยังจุด B มีค่าเท่ากับ

-0.5 เจ

772 อนุภาคที่มีประจุ +q และมวล m ซึ่งอยู่ที่จุดของสนามไฟฟ้าที่มีความเข้ม E และศักย์ มีความเร่ง

773 อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าสม่ำเสมอตามแนวความตึงเครียดจากจุดที่มีศักยภาพสูงไปยังจุดที่มีศักยภาพต่ำกว่า ความเร็วของมันคือ

เพิ่มขึ้น.

774 อะตอมที่มีโปรตอนหนึ่งตัวในนิวเคลียสจะสูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัว สิ่งนี้สร้าง

ไฮโดรเจนไอออน

775 สนามไฟฟ้าในสุญญากาศถูกสร้างขึ้นโดยประจุบวก 4 จุดที่วางอยู่ที่จุดยอดของรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีด้าน a ศักยภาพที่อยู่ใจกลางจตุรัสคือ

776 หากระยะห่างจากประจุจุดลดลง 3 เท่า แสดงว่าศักย์ไฟฟ้าของสนาม

จะเพิ่มขึ้น 3 เท่า

777. เมื่อประจุไฟฟ้าจุด q เคลื่อนที่ระหว่างจุดที่มีความต่างศักย์ 12 V งาน 3 J จะเสร็จสิ้น ในกรณีนี้ประจุจะถูกย้าย

778.ประจุ q ถูกย้ายจากจุดหนึ่งในสนามไฟฟ้าสถิตไปยังจุดที่มีศักยภาพ โดยสูตรใดต่อไปนี้:

1) 2) ; 3) คุณสามารถหาค่าขนย้ายงานได้

779 ในสนามไฟฟ้าที่มีความแรงสม่ำเสมอ 2 N/C ประจุ 3 C เคลื่อนที่ตามแนวสนามที่ระยะ 0.5 ม. งานที่ทำโดยแรงของสนามไฟฟ้าเพื่อย้ายประจุเท่ากับ

780 สนามไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยจุดสี่จุด ซึ่งต่างจากประจุที่วางอยู่ที่จุดยอดของสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีด้าน a ประจุแบบไลค์จะอยู่ที่จุดยอดตรงข้ามกัน ศักยภาพที่อยู่ใจกลางจตุรัสคือ

781 ความต่างศักย์ระหว่างจุดที่วางอยู่บนเส้นสนามเดียวกันที่ระยะห่าง 6 ซม. จากกันคือ 60 V หากสนามมีความสม่ำเสมอแสดงว่ามีความแข็งแกร่ง

782.หน่วยความต่างศักย์

1 โวลต์ = 1 เจ/1 ซี

783 ปล่อยให้ประจุเคลื่อนที่ในสนามสม่ำเสมอโดยมีความเข้ม E = 2 V/m ตามแนวสนาม 0.2 ม. จงหาความแตกต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้าเหล่านี้

ยู = 0.4 โวลต์

784 ตามสมมติฐานของพลังค์ วัตถุสีดำสนิทจะปล่อยพลังงานออกมา

ในบางส่วน.

785 พลังงานโฟตอนถูกกำหนดโดยสูตร

1. E =pс 2. E=hv/c 3. อี=ช 4. อี=mc2. 5. อี=เอชวี. 6.อี=เอชซี/

1, 4, 5, 6.

786 ถ้าพลังงานของควอนตัมเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ความถี่ของการแผ่รังสีก็จะตามมาด้วย

เพิ่มขึ้น 2 เท่า

787 หากโฟตอนที่มีพลังงาน 6 eV ตกลงบนพื้นผิวของแผ่นทังสเตน พลังงานจลน์สูงสุดของอิเล็กตรอนที่พวกมันทำให้กระเด็นออกไปคือ 1.5 eV พลังงานโฟตอนขั้นต่ำที่เป็นไปได้สำหรับโฟตอนคือ:

788 ข้อความต่อไปนี้ถูกต้อง:

1. ความเร็วของโฟตอนมากกว่าความเร็วแสง

2. ความเร็วของโฟตอนในสสารใด ๆ น้อยกว่าความเร็วแสง

3. ความเร็วของโฟตอนจะเท่ากับความเร็วแสงเสมอ

4. ความเร็วของโฟตอนมากกว่าหรือเท่ากับความเร็วแสง

5. ความเร็วของโฟตอนในสสารใดๆ น้อยกว่าหรือเท่ากับความเร็วแสง

789 โฟตอนที่แผ่รังสีมีแรงกระตุ้นขนาดใหญ่

สีฟ้า.

790 เมื่ออุณหภูมิของร่างกายที่ได้รับความร้อนลดลง ความเข้มของรังสีสูงสุด

©2015-2019 เว็บไซต์
สิทธิ์ทั้งหมดเป็นของผู้เขียน ไซต์นี้ไม่ได้อ้างสิทธิ์ในการประพันธ์ แต่ให้ใช้งานฟรี
วันที่สร้างเพจ: 2016-02-13

หน้า 1

ไม่อาจให้คำจำกัดความสั้นๆ ของข้อกล่าวหาที่น่าพอใจทุกประการได้ เราคุ้นเคยกับการค้นหาคำอธิบายที่เข้าใจได้สำหรับการก่อตัวและกระบวนการที่ซับซ้อนมาก เช่น อะตอม ผลึกเหลว การกระจายตัวของโมเลกุลตามความเร็ว เป็นต้น แต่แนวคิดพื้นฐานและพื้นฐานที่สุด ซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ออกเป็นแนวคิดที่เรียบง่ายกว่า ตามหลักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน ปราศจากกลไกภายในใด ๆ ไม่สามารถอธิบายสั้น ๆ ในลักษณะที่น่าพอใจได้อีกต่อไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากวัตถุไม่ได้รับการรับรู้โดยตรงจากประสาทสัมผัสของเรา เป็นแนวคิดพื้นฐานที่ประจุไฟฟ้าอ้างถึง

ก่อนอื่นให้เราพยายามค้นหาว่าไม่ใช่ประจุไฟฟ้าคืออะไร แต่มีอะไรซ่อนอยู่หลังข้อความนี้: วัตถุหรืออนุภาคนี้มีประจุไฟฟ้า

คุณรู้ว่าวัตถุทั้งหมดถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคเล็กๆ ซึ่งแบ่งแยกไม่ได้ออกเป็นอนุภาคที่เรียบง่ายกว่า (เท่าที่วิทยาศาสตร์รู้) ซึ่งจึงเรียกว่าอนุภาคมูลฐาน อนุภาคมูลฐานทั้งหมดมีมวลและด้วยเหตุนี้พวกมันจึงถูกดึงดูดซึ่งกันและกัน ตามกฎของแรงโน้มถ่วงสากล แรงดึงดูดจะลดลงค่อนข้างช้าเมื่อระยะห่างระหว่างสิ่งเหล่านั้นเพิ่มขึ้น: แปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง นอกจากนี้อนุภาคมูลฐานส่วนใหญ่แม้ว่าจะไม่ใช่ทั้งหมด แต่ก็มีความสามารถในการโต้ตอบซึ่งกันและกันด้วยแรงที่ลดลงในสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะทาง แต่แรงนี้มากกว่าแรงโน้มถ่วงเป็นจำนวนมากหลายเท่า . ดังนั้นในอะตอมไฮโดรเจนซึ่งแสดงไว้ในรูปที่ 1 อิเล็กตรอนจะถูกดึงดูดเข้าสู่นิวเคลียส (โปรตอน) ด้วยแรงที่มากกว่าแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงถึง 1,039 เท่า

หากอนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กันด้วยแรงที่ค่อยๆ ลดลงตามระยะทางที่เพิ่มขึ้นและมากกว่าแรงโน้มถ่วงหลายเท่า อนุภาคเหล่านี้จะมีประจุไฟฟ้า อนุภาคนั้นเรียกว่ามีประจุ มีอนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้า แต่ไม่มีประจุไฟฟ้าหากไม่มีอนุภาค

ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคที่มีประจุเรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อเราบอกว่าอิเล็กตรอนและโปรตอนมีประจุไฟฟ้า นั่นหมายความว่าพวกมันมีความสามารถในการโต้ตอบบางประเภท (แม่เหล็กไฟฟ้า) และไม่มีอะไรมากไปกว่านี้ การไม่มีประจุบนอนุภาคหมายความว่าไม่สามารถตรวจจับปฏิกิริยาดังกล่าวได้ ประจุไฟฟ้าเป็นตัวกำหนดความเข้มของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า เช่นเดียวกับที่มวลเป็นตัวกำหนดความเข้มของปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วง ประจุไฟฟ้าเป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดลำดับที่สอง (รองจากมวล) ของอนุภาคมูลฐาน ซึ่งกำหนดพฤติกรรมของพวกมันในโลกโดยรอบ

ดังนั้น

ค่าไฟฟ้าเป็นปริมาณสเกลาร์ทางกายภาพที่แสดงลักษณะของอนุภาคหรือวัตถุที่จะเข้าสู่ปฏิกิริยาระหว่างแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

ประจุไฟฟ้ามีสัญลักษณ์ด้วยตัวอักษร q หรือ Q

เช่นเดียวกับในกลศาสตร์มักใช้แนวคิดของจุดวัสดุซึ่งทำให้สามารถแก้ไขปัญหาต่างๆ ได้ง่ายขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ของประจุ แนวคิดของประจุแบบจุดก็มีประสิทธิภาพ ประจุแบบจุดคือวัตถุที่มีประจุซึ่งมีขนาดน้อยกว่าระยะห่างจากวัตถุนี้ไปยังจุดสังเกตและวัตถุที่มีประจุอื่น ๆ อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากพวกเขาพูดถึงอันตรกิริยาของประจุสองจุด พวกเขาจะถือว่าระยะห่างระหว่างวัตถุที่มีประจุทั้งสองที่พิจารณานั้นมากกว่ามิติเชิงเส้นของพวกมันอย่างมีนัยสำคัญ

ประจุไฟฟ้าของอนุภาคมูลฐาน

ประจุไฟฟ้าของอนุภาคมูลฐานไม่ใช่ "กลไก" พิเศษในอนุภาคที่สามารถดึงออกจากอนุภาคนั้นได้ สลายตัวเป็นส่วนประกอบแล้วประกอบกลับเข้าไปใหม่ การมีประจุไฟฟ้าบนอิเล็กตรอนและอนุภาคอื่นหมายถึงการมีปฏิสัมพันธ์บางอย่างระหว่างพวกมันเท่านั้น

ในธรรมชาติมีอนุภาคที่มีประจุตรงข้ามกัน ประจุของโปรตอนเรียกว่าบวก และประจุของอิเล็กตรอนเรียกว่าลบ เครื่องหมายบวกของประจุบนอนุภาคไม่ได้หมายความว่าอนุภาคจะมีข้อได้เปรียบพิเศษใดๆ อย่างแน่นอน การแนะนำประจุของสัญญาณทั้งสองเป็นเพียงการแสดงออกถึงความจริงที่ว่าอนุภาคที่มีประจุสามารถดึงดูดและขับไล่ได้ หากสัญญาณประจุเหมือนกัน อนุภาคจะผลักกัน และหากสัญญาณประจุต่างกันก็จะดึงดูดกัน

ขณะนี้ยังไม่มีคำอธิบายถึงสาเหตุของประจุไฟฟ้าสองประเภท ไม่ว่าในกรณีใด ไม่พบความแตกต่างพื้นฐานระหว่างประจุบวกและประจุลบ หากสัญญาณของประจุไฟฟ้าของอนุภาคเปลี่ยนไปตรงกันข้ามลักษณะของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าในธรรมชาติจะไม่เปลี่ยนแปลง

ประจุบวกและประจุลบมีความสมดุลกันเป็นอย่างดีในจักรวาล และถ้าจักรวาลมีขอบเขตจำกัด ประจุไฟฟ้ารวมของมันจะเท่ากับศูนย์ในทุกโอกาส

สิ่งที่น่าทึ่งที่สุดคือประจุไฟฟ้าของอนุภาคมูลฐานทั้งหมดมีขนาดเท่ากันอย่างเคร่งครัด ประจุขั้นต่ำเรียกว่าประจุพื้นฐานซึ่งอนุภาคมูลฐานที่มีประจุทั้งหมดมีอยู่ ประจุอาจเป็นบวก เช่น โปรตอน หรือเป็นลบ เช่น อิเล็กตรอน แต่โมดูลัสประจุจะเท่ากันในทุกกรณี

ไม่สามารถแยกประจุบางส่วนออกจากอิเล็กตรอนได้ นี่อาจเป็นสิ่งที่น่าประหลาดใจที่สุด ไม่มีทฤษฎีสมัยใหม่ใดที่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมประจุของอนุภาคทั้งหมดจึงเท่ากัน และไม่สามารถคำนวณค่าประจุไฟฟ้าขั้นต่ำได้ ถูกกำหนดโดยการทดลองโดยใช้การทดลองต่างๆ

ในคริสต์ทศวรรษ 1960 หลังจากที่จำนวนอนุภาคมูลฐานที่เพิ่งค้นพบเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างน่าตกใจ ก็มีการตั้งสมมติฐานว่าอนุภาคที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบรุนแรงทั้งหมดนั้นประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบ อนุภาคพื้นฐานเพิ่มเติมเรียกว่าควาร์ก สิ่งที่น่าทึ่งก็คือควาร์กควรมีประจุไฟฟ้าเป็นเศษส่วน: 1/3 และ 2/3 ของประจุพื้นฐาน ควาร์กสองประเภทก็เพียงพอแล้วในการสร้างโปรตอนและนิวตรอน และจำนวนสูงสุดของพวกเขาดูเหมือนจะไม่เกินหก

หน่วยวัดประจุไฟฟ้า

อนุภาคมูลฐาน คือ อนุภาคที่เล็กที่สุด แบ่งแยกไม่ได้ และไม่มีโครงสร้าง

พื้นฐานของอิเล็กโทรไดนามิกส์

ไฟฟ้ากระแส– สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า– อันตรกิริยาของอนุภาคที่มีประจุ วัตถุหลักของการศึกษาเกี่ยวกับพลศาสตร์ไฟฟ้าคือสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เกิดจากประจุและกระแสไฟฟ้า

หัวข้อที่ 1. สนามไฟฟ้า (ไฟฟ้าสถิต)

ไฟฟ้าสถิต –สาขาหนึ่งของพลศาสตร์ไฟฟ้าที่ศึกษาปฏิสัมพันธ์ของประจุคงที่ (คงที่)

ค่าไฟฟ้า.

ร่างกายทั้งหมดถูกไฟฟ้า

การทำให้ร่างกายเกิดไฟฟ้าหมายถึงการให้ประจุไฟฟ้าแก่ร่างกาย

ร่างกายที่ถูกไฟฟ้ามีปฏิกิริยาโต้ตอบ - พวกมันดึงดูดและขับไล่

ยิ่งร่างกายมีกระแสไฟฟ้ามากเท่าไร พวกมันก็จะยิ่งมีปฏิสัมพันธ์กันมากขึ้นเท่านั้น

ประจุไฟฟ้าคือปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะของอนุภาคหรือวัตถุเพื่อเข้าสู่ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า และเป็นการวัดเชิงปริมาณของปฏิกิริยาเหล่านี้

จำนวนทั้งสิ้นของข้อเท็จจริงการทดลองที่ทราบทั้งหมดทำให้เราสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:

· ประจุไฟฟ้ามีสองประเภท โดยทั่วไปเรียกว่าบวกและลบ

· ประจุไม่มีอยู่จริงหากไม่มีอนุภาค

· ประจุสามารถถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งได้

· ประจุไฟฟ้าไม่ใช่ลักษณะเฉพาะของร่างกายที่กำหนดซึ่งต่างจากมวลกาย วัตถุเดียวกันภายใต้สภาวะที่ต่างกันสามารถมีประจุต่างกันได้

· ประจุไฟฟ้าไม่ได้ขึ้นอยู่กับตัวเลือกของระบบอ้างอิงที่ใช้วัด ประจุไฟฟ้าไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของตัวพาประจุ

· เช่นเดียวกับประจุที่ผลักกัน ต่างจากประจุที่ดึงดูด

หน่วยเอสไอ – จี้

อนุภาคมูลฐาน คือ อนุภาคที่เล็กที่สุด แบ่งแยกไม่ได้ และไม่มีโครงสร้าง

ตัวอย่างเช่น ในอะตอม: อิเล็กตรอน ( , โปรตอน ( , นิวตรอน ( .

อนุภาคมูลฐานอาจมีหรือไม่มีประจุ: , ,

ประจุเบื้องต้นคือประจุที่เป็นของอนุภาคมูลฐานซึ่งเล็กที่สุดแบ่งแยกไม่ได้

ประจุเบื้องต้น – ประจุอิเล็กตรอนแบบโมดูโล.

ประจุของอิเล็กตรอนและโปรตอนมีค่าเท่ากัน แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม:

การใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกาย
“ร่างกายที่มีขนาดมหึมาถูกชาร์จ” หมายความว่าอย่างไร อะไรเป็นตัวกำหนดภาระของร่างกายคนใดคนหนึ่ง?

ร่างกายทั้งหมดประกอบด้วยอะตอม ซึ่งรวมถึงโปรตอนที่มีประจุบวก อิเล็กตรอนที่มีประจุลบ และอนุภาคที่เป็นกลาง - นิวตรอน . โปรตอนและนิวตรอนเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอม อิเล็กตรอนก่อตัวเป็นเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม

ในอะตอมที่เป็นกลาง จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือก

ร่างกายขนาดมหึมาซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่เป็นกลางมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า

อะตอมของสารที่กำหนดอาจสูญเสียอิเล็กตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปหรือได้รับอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งตัว ในกรณีเหล่านี้ อะตอมที่เป็นกลางจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวกหรือประจุลบ

การใช้พลังงานไฟฟ้าของร่างกาย– กระบวนการรับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าจากวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้า

ร่างกายจะเกิดไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกัน

เมื่อสัมผัสกัน ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนจากวัตถุหนึ่งจะผ่านไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ทั้งสองวัตถุจะถูกทำให้เกิดไฟฟ้า กล่าวคือ รับประจุที่มีขนาดเท่ากันและมีเครื่องหมายตรงกันข้าม:
อิเล็กตรอน “ส่วนเกิน” เมื่อเปรียบเทียบกับโปรตอนจะสร้างประจุ “-” ในร่างกาย
การ “ขาด” อิเล็กตรอนเมื่อเทียบกับโปรตอนทำให้เกิดประจุ “+” ในร่างกาย
ประจุของวัตถุใดๆ จะถูกกำหนดโดยจำนวนอิเล็กตรอนที่มากเกินไปหรือไม่เพียงพอเมื่อเทียบกับโปรตอน

ประจุสามารถถ่ายโอนจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้เฉพาะในส่วนที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเป็นจำนวนเต็มเท่านั้น ดังนั้น ประจุไฟฟ้าของร่างกายจึงเป็นปริมาณที่ไม่ต่อเนื่องซึ่งเป็นจำนวนเท่าของประจุอิเล็กตรอน: