Вопрос 14

СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

Вещество и поле

 Окружающая нас энергия существует в виде двух реальностей: вещества и поля. Причем, значительная часть энергии движения сосредоточена в веществе (потенциальная энергия – минимальна), а в окружающем его поле эта энергия присутствует в гораздо меньшей концентрации (потенциальная энергия, наоборот, – максимальна).          Понятие "концентрация энергии" дает нам возможность судить о количестве энергии, заключенной в единице объема, то есть о плотности энергии.          Но если это так, то различие между веществом и полем скорее количественное, чем качественное. А это значит, что обе эти реальности должны подчиняться одним и тем же законам. И первым подтверждением этому служит тот факт, что в определении энергии и поля, и вещества обязательно присутствует масса.          Почему? Ответ на этот вопрос получен благодаря Закону инерции – этому уникальному не только по своей значимости, но и смелости человеческого разума открытию Галилео Галилея (1564-1642), впервые описанному им в своем труде "Беседы о двух новых науках".          Чтобы увеличить (в общем случае – изменить) количество энергии в любом замкнутом пространстве, необходима дополнительная энергия (попробуйте заставить двигаться груженую тележку или чугунный шар, которые, как и все прочее, занимают определенное пространство). Иными словами, любой пространственный сгусток энергии как бы сопротивляется изменению своей плотности. Эта сопротивляемость называется инертностью или просто – инерцией. Мерой этой инерции является масса. Значит, масса является всего лишь мерой инертности соответствующего сгустка энергии.          Первым на эквивалентность массы и энергии указал Н. А. Умов в работе "Теории простых сред" (1873), затем Д. Д. Томсон (1881) и О. Хевисайд (1890) придали этому определению современный смысл: W = mc². 

Итак, поглощаемая веществом энергия последовательно переводила его из одного состояния в другое (твердое, жидкое, газообразное, плазма). Однако возникает естественный вопрос: а может ли вещество бесконечно поглощать энергию? Здравый смысл однозначно подсказывает, – нет. Значит, наш опыт должен завершиться таким состоянием вещества, когда подводимая энергия уже не поглощается, а свободно пронизывает его, не задерживаясь в нем. Наше "вещество" должно стать для дополнительной энергии полностью «прозрачным». И это состояние называется полем.          Первоначально наше вещество было реально ощутимо. В результате опыта оно поглотило дополнительную энергию. Но несоизмеримо увеличилось и занимаемое этой энергией пространство, в котором вещество как бы растворилось. Плотность энергии движения резко уменьшилась. Однако энергия веществане исчезла, она превратилась в энергию поля. 

Атомно-молекулярное строение вещества.

Окружающие нас тела кажутся нам сплошными. Наши органы чувств способны воспринимать вещество, построенные из вещества тела – как непрерывно заполненные без промежутков объекты, но оказалось, что наши органы чувств вводят нас в заблуждение Развитие методов исследования, технических средств, физических технологий привело к выводу: все тела реального мира имеют дискретное (т.е. прерывное) строение: то есть они построены из мельчайших частиц, обладающих микроскопическими размерами и массой (микрочастиц), которые взаимодействуют друг с другом посредством различных физических полей (физические поля – это материальная субстанция, осуществляющая взаимодействие микрочастиц и макротел). Идея о прерывном строении вещества зародилась еще в V в. до н.э. (2,5 тысячи лет тому назад).

Впервые эта идея появилась в трудах древнегреческих античных философов Анаксагора, Демокрита и Эпикура: атом представлялся как мельчайшая частица вещества, наделенная свойством неделимости (atomos – неделимый, греч.).

Представление об атомном строении вещества оставалось вплоть до XX векагениальнейшей догадкой выдающихся умов, которая была сформулирована интуитивно, но не имела экспериментального подтверждения. Даже к середине IXX века атомы представлялись как мельчайшие абсолютно упругие шарики, а теории, которые строились на таких представлениях, были недостаточны, а порой физически наивны.

Элементарные частицы

фундаментальные частицы (микрообъекты), структурные единицы физического мира Вселенной. Классификация частиц осуществляется по типам взаимодействий, в которых они участвуют, и на основе законов сохранения ряда физических величин их характеризующих. Включает в себя фотон, лептоны, адроны (барионы и мезоны), кварки и глюо-ны. Последние образуют лептоны и адроны, являясь на сегодняшний день самыми «элементарными». Единой теории всех элементарных частиц пока не существует, хотя за ней зарезервировано название «Великое объединение».

Основные свойства элементарных частиц. Каждая элементарная частица описывается набором дискретных значений физ. величин (квантовых чисел). Общие характеристики всех элементарных частиц - масса, время жизни, спин, электрич. заряд.  В зависимости от времени жизни элементарные частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными (в пределах точности совр. измерений) являются: электрон (время жизни более 5 -10²¹ лет), протон (более 10³¹ лет), фотон и нейтрино. К квазистабильным относятся частицы, распадающиеся вследствие электромагнитного и слабого взаимод., их времена жизни более 10^-20 с. Резонансы распадаются за счет сильного взаимод., их характерные времена жизни 10^-22-10^-24 с.