Фундаметальные физические вз-де-я.

Все известные в науке силы сводятся к 4-м типам вз-де-я:

1. гравитационное — предметом изучения оно стало со времён Ньютона, основу теории гравитации составляет закон всемирого тяготения, которые гласит: м/у 2-мя телами сущ-ет сила притяжения, прямопропорциональная произведению их масс и обратно пропорциональная квадрату расстояния м/у ними; любая мат. частица явл-ся источником гравитационного возде-я и испытывает его на себе; по мере увеличения массы сила гравитации возрастает. Явл-ся наиболее слабым из ныне известных. Сила гравитации де-ет на очень больших расстояниях и с увеличением расстояния не исчезает полностью. Переносчиком гравитационного взаимоде-я явл-ся гипотетическая частица «гравитон». В макромире и в мегамире отводится ведущая роль;

2. электромагнитное (Максвелл и Фарадей) — в отличие от гравитационной силы электромагнитные взаимодействия сущ-ют только м/у заряженными частицами; м/у покоящимися заряженными частицами сущ-ет электрическое поле, м/у движущимися — магнитное. Электромагнитные силы могут быть как силами притяжения, так и силами отталкивания. Одноимённозаряженные частицы отталкиваются, а разноимённые — притягиваются. Переносчиками этого вида взаимоде-я явл-ся фотоны. Оно проявляется во всех уровнях физического взаимоде-я.

3. слабое взаимоде-ие; открыто в 60-е гг. 20-го века. Это взаимоде-ие связано в распадом частиц и поэтому его открытие последовало вслед за открытием радиоактивности. В процессе радиоактивного распада в-ва образуется частица, которая способна проходить сквозь в-во. В резултате слабы взаимоде-ий нейтроны, входящие в состав атомного ядра, распадаются на 3 типа частиц:

   1. протоны;

   2. электроны;

   3. нейтрино.

Слабое взаимоде-ие больше гравитационного, но меньше электромагнитного. Оно распр-ся на 10 в минус 22 степени сантиметров, т.е. на диаметр ядра атома. Переносчиками этого взаимоде-я явл-ся бозоны.

4. сильное взаиоде-ие; оно открыто только в 20-м веке. Именно оно удерживает протоны в ядре атома, отчего протоны под де-ием электромагнитной силы отталкивания не распадаются. Оно отвечает за устойчивость ядер. Чем больше ядро, тем оно более нестабильно, т.к. сильное взаимоде-ие менее интесивно. сильное взаимоде-ие отвечает и за создание ядер. Оно очень сильно, отчего оно выделяет много энергии. Переносчиками этого взаимоде-ия явл-ся глюоны.

Глава 5 «Современные взгляды на происхождение и устройство Вселенной».

1. осн. космологические гипотезы происхождения Вселенной;

Происхождение, эволюция и устройство Вселенной изучаются космологией. Космология делится на:

а) учение о строении мира;

б) учении о происхождении мира — космогония.

Современная космология — это раздел астрономии. Современная космология — это не только философия и физика, но и религия. Все классические космологические представления сталкивались с 2-мя неразрешимыми парадоксами:

1. гравитационные парадокс — заключается в противоречии м/у исходными постулатами о бесконечности Вселенной и её вечности; если предположить бесконечность мира, то необходимо признать бесконечность действующих сил тяготения.

2. фотометрический парадокс — также вытекает из постулата бесконечности Вселенной, что означает бесконечность кол-ва объектов в ней, отчего светимость тоже должна быть бесконечной.

Парадоксы класс. наукой разрешаются современной релятивистской космологией, которую создал Эйнштейн в рамках стационарной релятивистской космологической модели (1917 год). В её основу положена релятивистская теория тяготения, а обоснованием служит общая теория относительности. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности и бесконечности пространства и времени, но сохранил принцип стационарности вселенной. Св-ва Вселенной опр-ся распределением в ней гравитационных масс, Вселенная безгранична, но замкнута в пространстве. Пространство однородно и изотропно, материя распределена равномерно, время бесконечно, а его течение не влияет на св-во Вселенной. В 1922 г. российский математик и физик Фридман выступил с критикой теории Эйнштейна. Он предложил нестационарную релятивистскую космологию. Основана на принципах:

1. принцип однородность и изотропности пространства.

2. принцип взаимосвязи пространства и времени и их зависимости от материи;

3. принцип конечной скорости протекания любых физ. процессов;

4. принцип нестационарности Вселенной; согласно этому принципу искривлённое пространство не может быть стационарным, а его кривизна должна меняться в времени.

Фридман предложил 3 модели Вселенной:

1. расс-ся случай средней плотности в-ва и неискривлённости пространства; в этой ситуации Вселенная должна бесконечно расширяться из некоторой исходной точки;

2. плотность в-ва меньше критической, отчего пространство обладает отрицательной кривизной, и по мат. расчётам Вселенная также будет бесконечно расширяться из начальной точки;

3. плотность в-ва выше критической; пространство обладает положительной кривизной, отчего Вселенная будет периодически расширяться и сжиматься.

Долгое время экспериментального подтверждения не было, но в 1929 г. юрист по образованию Хабл обнаружил эффект красного смещения в спектрах отдалённых галактик. Уменьшение частоты излучения и увеличение длины волны в зависимости от движения от источника света. Воспринимаемя частота излучения уменьшается при увеличении расстояния. Вывод: удалённые от нас галактики разбегаются, значит, Вселенная расширяется.

Иное док-во в пользу гипотезы расширяющейся Вселенно - открытие реликтового излучения: это слабое радиоизлучение св-во которого явл-ся в точности такими же, какими они были на этапе изначальной горячей взрывной Вселенной. В 1927 г. бельгийский учёный деметр ввёл понятие сингулярности. Оно было введено как некое начальное состояние Вселенной, т.е. первоначальный радиус Вселенной равнялся 10 в минус 12 степени сантиметра. Плотность была 10 в 96 степени грамм на сантиметр кубический. Учёные предполагаеют сущ-ия обрыва времени в прошлом и возможном обрыве в будущем. Конец Вселенной — Большой сток. Начало Вселенной — Большой Взрыв. Возраст нашей Вселенной оценивается в 12-20 млрд лет.

В 40-е гг. ХХ века была преложена русским эмигратом в Америке Гипотеза Большого Взрыва.

Вселенная возникла в резултате взрыва из первоначального состояния сингулярности. Дальнейшая эволюция происходила поэтапно, этапы эволюции назвали эрами:

1. адронная эра; здесь главными де-щими лицами явл-ся элементарные частицы, м/у которыми осущ-ся сильное взаимоде-ие; длительность этого периода 10 в минус 7 степени секунды; температура Вселенной в этот период: 10 в плюс 32 степени Кельвина; Вселенная представляет собой разогретую плазму;

2. Левтонная эра; главны де-щие лица: электроны, позитроны и т.п. Длительность: 10 сек. Температура: 10 в 15 степени Кельвин.

3. Эра излучения; Длительность: 1 млрд. лет; Температура: 10000 градусов Кельвин; В-во во Вселенной ионизировано и преобладает излучение;

4. Эра вещества; Вселенная ст-ся нейтральной и тёмной, образуется в-во; в начале этой эры возникают протозвёзды и протогалактики; излучение перестаёт взаимоде-ть с в-вом и свободно перемещается во Вселенной; Температура: 3 градуса Кельвина.

Теория явл-ся общепризнанной. Но что явилось первопричиной взрыва.

Для объяснения состояния сингулярности физиком Гуттом была предложена модель Инфляционной вселенной.

Начинается всё в 10 минус 45 степени секунды. Она не противоречит модели Большого взрыва. Согласно инфляционной модели первоначальное состояние Вселенной — это состояние квантовой супергравитации. Радиус Вселенной в этот момент 10 в минус 50 степени сантиметра, что значительно меньше диаметра ядра. Первоначальное состояние Вселенной — вакуум, который хар-ся высокой степенью активности. Вакуум как бы кипит. В нём постоянно рождаются и уничтожаются виртуальные частицы.

Если вакуум возбуждён, то это приводит к раздуванию пузырей, т.е. зародышей вселенных. Раздувание было названо инфляцией и на фазе инфляции примерно с 10 минус 43 степени секунды до 10 минус 34 степени секунды формируются пространственно-временные хар-ки Вселенной. Сегодня Вселенная раздулась до такого состояния, что стала больше метагалактики. Примерно ч/з 10 в минус 34 степени секуныд после начала расширения неустойчивый вакуум распадается, а силы космического отталкивания иссякают. Нарушение симметрии м/у в-вом и антив-вом (на 1 частицу из миллиарду) привело к нарушению равновесия системы, и она перешла в новое состояние, изменив свою стр-ру. В это время во Вселенной начинает де-ть сила гравитационного притяжения. Поскольку начальный импульс расширения был очень сильным, Вселенная продолжает расширяться, однако значительно медленнее. Расширение сопровождается понижением температуры. На этом этапе Вселенная пуста, в ней нет ни в-ва, ни излучения. Но энергия, которая выделилась при распаде ложного вакуума, идёт на мгновенный нагрев Вселенной примерно до температуры 10 в 27 степени Кельвин, что приводит к своеобразной вспышке света. Энергия, мгновенно разогревшая Вселенную, объединила все 4 типа фундаментальных взаимодействий. На этом стадия инфляции закончилась и начинается эволюция горячей Вселенной. Первый этап эволюции Вселенной был назван эрой Великого объединения. Далее идёт этап от 1 секунды до 1 млн. лет, когда происходит разделение электрослабого взаимоде-я на электромагнитное и слабое. Остатки этого излучения можно увидеть в реликтовом излучении. Через 1 млн. лет идёт новый этап: образование звёзд и галактик.