Частицы - переносчики взаимодействий

Перечень известных частиц не исчерпывается лептонами и адронами, образующими строительный материал вещества. В этот перечень не включен, например, фотон. Есть еще один тип частиц, которые не являются строительным материалом материи, а непосредственно обеспечивают четыре фундаментальных взаимодействия, т.е. образуют своего рода «клей», не позволяющий миру распадаться на части.

Переносчиком электромагнитного взаимодействия выступает фотон. Теория электромагнитного взаимодействия представлена квантовой электродинамикой.

Переносчики сильного взаимодействия — глюоны. Глюоны — переносчики взаимодействия между кварками, связывающие их попарно или тройками.

Переносчики слабого взаимодействия три частицы — W± и Z°- бозоны. Они были открыты лишь в 1983 г. Радиус слабого взаимодействия чрезвычайно мал, поэтому его переносчиками должны быть частицы с большими массами покоя. В соответствии с принципом неопределенности время жизни частиц с такой большой массой покоя должно быть чрезвычайно коротким — всего лишь около 10-26 с.

Высказывается мнение, что возможно существование и переносчика гравитационного поля — гравитона. Подобно фотонам, гравитоны движутся со скоростью света; следовательно, это частицы с нулевой массой покоя. Но этим сходство между гравитонами и фотонами исчерпывается. В то время как фотон имеет спин 1, спин гравитона равен 2. Это важное различие определяет направление силы: при электромагнитном взаимодействии одноименно заряженные частицы (электроны) отталкиваются, а при гравитационном — все частицы притягиваются друг к другу. В принципе гравитоны можно зафиксировать в эксперименте. Но поскольку гравитационное взаимодействие очень слабое и в квантовых процессах практически не проявляется, то непосредственно зафиксировать гравитоны очень сложно и пока не удалось.

Классификация частиц на лептоны, адроны и переносчики взаимодействий исчерпывает мир известных нам субатомных частиц. Каждый вид частиц играет свою роль в формировании структуры материи, Вселенной.

7.

Теория "Великого объединения" – это теория, объединяющая электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия. Упоминая про теорию "Великого объединения", речь заходит о том, что все силы, существующие в природе, являются проявлением одной всеобщей фундаментальной силы. Есть ряд соображений, дающих основания полагать, что в момент Большого взрыва, породившего нашу вселенную, существовала только эта сила. Однако с течением времени вселенная расширялась, а значит, остывала, и единая сила расщепилась на несколько разных, которые мы сейчас и наблюдаем. Теория "Великого объединения" должна описать электромагнитную, сильную, слабую и гравитационную силы как проявление одной всеобщей силы. Определенный прогресс уже есть: ученым удалось построить теорию, объединяющую электромагнитное и слабое взаимодействия.

Основные положения

После построения в конце XIX века электродинамики, объединившей на основе уравнений Максвелла в единой теоретической схеме явления электричества, магнетизма и оптики, в физике возникла идея объяснения на основе электромагнетизма всех известных физических явлений. Однако создание общей теории относительности привело физиков к мысли, что для описания на единой основе всех явлений необходимо объединение теорий электромагнетизма и гравитации.

Первые варианты единых теорий поля были созданы Давидом Гильбертом и Германом Вейлем. В дальнейшем большое внимание «теории всего» уделил Альберт Эйнштейн. Он посвятил попыткам её создания большую часть своей жизни. Гильберт, Вейль и, в дальнейшем, Эйнштейн полагали, что достаточно объединить общую теорию относительности и электромагнетизм, к тому же вначале не имелось в виду, что они должны быть квантовыми, так как сама квантовая механика еще не была достаточно развитой. В значительной мере, если не полностью, минимальная программа — объединение ОТО и электродинамики была решена в рамках теории Калуцы — Клейна (возможно, и еще некоторых теорий), но почти уже ко времени ее создания стало актуальным включение в теорию других полей и предсказание существования многих частиц, что было не совсем тривиальным, а в дальнейшем прояснились и новые трудности, а квантовый вариант теории Калуцы-Клейна хоть и был мыслим, однако квантование наталкивалось на трудности конкретной разработки, как и квантование само́й общей теории относительности отдельно.

Современная физика требует от «теории всего» объединения четырёх известных в настоящее время фундаментальных взаимодействий:

гравитационное взаимодействие,

электромагнитное взаимодействие,

сильное ядерное взаимодействие,

слабое ядерное взаимодействие.

Кроме того, она должна объяснять существование всех элементарных частиц. Первым шагом на пути к этому стало объединение электромагнитного и слабого взаимодействий в теории электрослабого взаимодействия, созданной в 1967 году Стивеном Вайнбергом, Шелдоном Глэшоу и Абдусом Саламом. В 1973 году была предложена теория сильного взаимодействия. После чего появилось несколько вариантов теорий Великого объединения (наиболее известная из них — теория Пати — Салама, 1974 год), в рамках которых удалось объединить все типы взаимодействий, кроме гравитационного. Правда, ни одна из теорий Великого объединения пока не нашла подтверждения, а некоторые уже опровергнуты экспериментально на основе данных по отсутствию распада протона. Недостающим звеном в «теории всего» остается подтверждение какой-либо из теорий Великого объединения и построение квантовой теории гравитации на основе квантовой механики и общей теории относительности.

В настоящее время основными кандидатами в качестве «теории всего» являются теория струн, петлевая теория и теория Калуцы — Клейна. О последней подробней. В начале двадцатого века появились предположения, что Вселенная имеет больше измерений, чем наблюдаемые три пространственных и одно временно́е. Толчком к этому стала теория Калуцы — Клейна, которая позволяет увидеть, что введение в общую теорию относительности дополнительного измерения приводит к получению уравнений Максвелла. Благодаря идеям Калуцы и Клейна стало возможным создание теорий, оперирующих большими размерностями. Использование дополнительных измерений подсказало ответ на вопрос о том, почему действие гравитации проявляется значительно слабее, чем другие виды взаимодействий. Общепринятый ответ состоит в том, что гравитация существует в дополнительных измерениях, поэтому её влияние на наблюдаемые измерения ослабевает.

. Естествозна́ние — область науки, изучающая совокупность Естественных наук, взятую как целое  Естествознание появилось более 3000 лет назад. Тогда не было разделения на физику, биологию, географию. Естественнонаучные знания Древнего Востока проникли в Древнюю Грецию в VI в. до н.э. и обрели статус науки как определенной системы знаний. Эта наука называлась натурфилософией (от лат. natura — природа). Натурфилософы были одновременно и философами, и учеными. Они воспринимали природу во всей ее полноте и были исследователями в различных областях знания. В VI в. до н.э. в древнегреческом городе Милете возникла первая научная школа.(Фвлес Милетский 624-547 до н .э.осонователь этой школы.Представители:Анаксимандр,Анаксимен,Анаксогор)Основная мысль состояла в том что бы объяснить неизвестное через известное.Другое научное сообщество рассматриваемого периода это Пифагорейская школа. Пифагорейской школе принадлежит соединение учебного материала семи наук(граматика,риторика,поэтика,арифметика,геометрия,астрономия,музыка.Основатель Пифагор.Эти исследования были продолжени Демокритом и его учителем Левкиппом, которые ввели понятие атома. Новое учение, атомистика, утверждало, что все в мире состоит из атомов — неделимых, неизменных, неразрушимых, движущихся, не возникающих, вечных, мельчайших частиц.Далее следует классический период(афинский)480-330.Самой яркой фигурой античной науки того периода был величайший ученый и философ Аристотель (384-322 гг. до н.э.), авторитет которого был незыблемым более полутора тысяч лет. Аристотель разделял все науки на три больших раздела: науки теоретические и практические, добывающие знания ради достижения морального совершенствования, а также науки продуктивные, цель которых – производство определенных объектов. Формальная логика, созданная Аристотелем, просуществовала в предложенной им форме вплоть до конца XIX в. Дальше следует. Эллиптический период(александрийский330г)9евклид,Архимед,Эратосфен),после эллиптического периода следует Греко –римский1в до н.э.-5 в н.э.Представитель:Клавдий Птолимей Особое место среди его работ занимает "Великое построение" (в арабском переводе — "Альмагест"), которая является итогом всех астрономических знаний того времени. Эта работа посвящена математическому описанию картины мира (полученной от Аристотеля), в которой Солнце, Луна и 5 планет, известных к тому времени, вращаются вокруг Земли. Из всех наук Птолемей отдает предпочтение математике ввиду ее строгости и доказательности. Наука античного мира обязана Галену (130-200 гг.?) систематизацией знания в области медицины. Он обобщил анатомические исследования, полученные медиками александрийского Музея; осмыслил элементы зоологии и биологии, воспринятые от Аристотеля; теорию элементов, качеств и жидкостей системы Гиппократа. К этому можно добавить его телеологическую концепцию. В истории естествознания процесс накопления знаний сменялся периодами научных революций, когда происходила ломка старых представлений и взамен их возникали новые теории.  Крупные научные революции связаны с такими достижениями человеческой мысли, как:  - учение о гелиоцентрической системе мира Н. Коперника;  - создание классической механики И. Ньютоном;  - ряд фундаментальных открытий в биологии, геологии, химии и физике в первой половине XIX столетия, подтвердившие процесс эволюционного развития природы и установившие тесную взаимосвязь многих явлений природы;  - крупные открытия в начале XX столетия в области микромира, создание квантовой механики и теории относительности. Общеметодологические проблемы Е. группируются вокруг вопросов, которые связывают между собой все отрасли Е.: а) раскрытие всеобщей связи явлений природы, их взаимо переходов, их взаимообусловленности, особенно живой и неживой природы проблемы междисциплинарных наук — биокибернетики, биохимии, биофизики, молекулярной биологии, бионики; б) движение Е. к сущности явлений, раздвижение ранее достигнутых пределов как в глубь материи так и в сторону макро- и мегаобъектов в) обнаружение нераздельности материи и форм её бытия — движения, пространства и времени. Теория относи