10. Стандартная модель. Вещество и поле.

Стандартной моделью сегодня принято называть теорию, наилучшим образом отражающую наши представления об исходном материале, из которого изначально построена Вселенная. Она же описывает, как именно материя образуется из этих базовых компонентов, и силы и механизмы взаимодействия между ними.

Сильное взаимодействие (короткодействующее, радиус действия около 10-13 см) связывает между собой нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре. Переносчики (кванты) сильного взаимодействия – глюоны.

Электромагнитное взаимодействие (дальнодействующее, радиус действия не ограничен) определяет взаимодействие между электронами и ядрами атомов или молекул. Переносчики (кванты) эл.м.взаимодействия – фотоны.

Слабое взаимодействие (короткодействующее, радиус действия меньше 10-15 см), в котором участвуют все элементарные частицы, ответственны за большинство радиоактивных распадов и превращений элементарных частиц. Переносчики (кванты) слабого взаимодействия – бозоны.

Гравитационное взаимодействие — самое слабое, не учитывается в теории элементарных частиц; распространяется на все виды материи; имеет решающее значение, когда речь идет об очень больших массах. Переносчики (кванты) гравитационного взаимодействия – гравитоны.

Вещество и поле – фундаментальные физические понятия, обозначающие два основных вида материи на макроскопическом уровне.

Основные характеристики вещества и поля

1. Вещество и поле различаются по массе покоя. Частицы вещества обладают массой покоя, электромагнитное и гравитационное поля – нет.

2. Вещество и поле различаются по закономерностям движения. Скорость распространения электромагнитного и гравитационного полей всегда равна скорости света в пустоте (с), а скорость движения частиц вещества всегда меньше с.

3. Вещество и поле различаются по степени проницаемости. Вещество мало проницаемо, электромагнитное и гравитационное поля – наоборот.

4. Вещество и поле различаются по степени концентрации массы и энергии. Очень большая – у частиц вещества и очень малая – у электромагнитного и гравитационного полей.

5. Вещество и поле различаются как корпускулярная и волновая сущности. Это различие исчезает на уровне микропроцессов.

Общий вывод: различия вещества и поля верно характеризует реальный мир в макроскопическом приближении. Это различие не является абсолютным и при переходе к микрообъектам ярко обнаруживается его относительность. В микромире понятия «частицы» (вещество) и «волны» (поля) выступают как дополнительные характеристики, выражающие внутренне противоречивую сущность микрообъектов.

11. Физический вакуум

Внутри твердого и массивного предмета вакуум занимает неизмеримо большее пространство, чем вещество. Таким образом, мы приходим к выводу, что вещество является редчайшим исключением в огромном пространстве, заполненном субстанцией вакуума.

Современная квантовая модель вакуума получила образное название «море Дирака». П. Дирак получил уравнение, из которого следовало, что наряду с частицами должны существовать и их античастицы, отличающиеся от частиц только знаком заряда. На основе своего уравнения П. Дирак предположил, что вакуум на самом деле вовсе не является пустым, а плотно заполнен частицами, обладающими отрицательными энергиями – виртуальные частицы, существование которых нами никак не регистрируется, то есть из просто пустоты вакуум превращался в добрую половину (а то и более того) всего сущего.

Собственно представление о вакууме как непрерывной активности содержащихся в нем виртуальных частиц содержится в принципе неопределенности Гейзенберга. Принцип неопределенности Гейзенберга имеет выражение: ΔЕ · Δt > h. Согласно этому квантовые эффекты могут на время нарушать закон сохранения энергии. В течение короткого времени Δt энергия, взятая как бы «взаймы», может расходоваться на рождение короткоживущих частиц, исчезающих при возвращении «займа» энергии. Это и есть виртуальные частицы. Возникая из ни-

чего», они снова возвращаются в «ничто».

Физический вакуум – пространство, не содержащее реальных частиц и энергии, поддающейся непосредственному измерению. Он представляет собой множество всевозможных виртуальных частиц и античастиц, которые в отсутствии внешних полей не могут превратиться в реальные. По современным представлениям в вакууме непрерывно образуются и исчезают пары частиц–античастиц: электрон–позитрон, нуклон–антинуклон…. Однако при определенных обстоятельствах виртуальные частицы становятся реальными.