Elektromagnéiteschen Interaktioun Deelchen

Dësen Artikel bezeechent een an deem wat d'Kräfte vun der Natur genannt gëtt - déi fundamental elektromagnetesch Interaktioun an d'Prinzipien, op deenen et gebaut gëtt. Mir schwätzen iwwer d'Méiglechkeeten vun der Existenz vun neie Konzepter un d'Studie vun dësem Thema. Och an der Schoul an de Physikstudenten, ginn d'Schüler mat der Erklärung vum Konzept "Muecht" konfrontéiert. Si léieren, datt Kräften déi ënnerschiddlechst sinn - d'Kraizkraaft, d'Kraaft vun der Attraktioun, d'Elastizkraft a sou weider. Net all hir kënnen als fundamental bezeechent ginn, well ganz oft de Phänomen vu Kraaft ass sekundär (Reibungskranke, zum Beispill, mat senger Interaktioun vu Molekülen). Elektromagnetesch Interaktioun kann och sekundär sinn, als Konsequenz. Molekulare Physik zitéiert d'van der Waals Kraaft als Beispill. Vill Beispiller ginn och duerch d'Physik vun elementarer Teilchen gegeben.

An der Natur

Ech géif gären an de Kär vun de Prozesser gesinn, déi an der Natur stattfannen, wann et d'elektromagnetesch Interaktioun zwéngt d'Aarbecht ze dréinen. Wat ass genee déi fundamental Kraaft, déi all déi sekundär Kräften, déi hie gebaut hunn, bestëmmt? Jiddweree weess, datt d'elektromagnetesch Interaktioun oder wéi hie sou genannt gëtt elektresch Kräfte ass fundamental. Dëst gëtt duerch d'Coulomb Gesetz gesat, déi seng eege Generaliséierung huet, déi aus de Maxwell seng Equatiounen agefouert gëtt. Déi lescht beschreift all déi magnetesch a elektresch Kräfte déi an der Natur existéieren. Dofir ass bewisen datt d'Interaktioun vu elektromagnetesche Felder d'fundamental Fundamentalen vun der Natur ass. De nächste Beispill ass d'Kraaft vun der Schwéierkraaft. Och Schoulkanner sinn bewosst iwwer d'Gesetz vun der universeller Gravitatioun vun Isaac Newton, déi och zënter kuerzem seng eege Generaliséierung vun den Einstein-Gleichungen kritt huet a wéi hie vun senger Gravitationsstrooss dës Kraaft vun der elektromagnetescher Interaktioun an der Natur och fundamental ass.

Eemol an der Zäit gouf gegleeft datt et nëmmen zwee vun dëse fundamentalen Truppen waren, mä d'Wëssenschaft war viru komm, a nogekuckt, datt dëst kee Fall war. Zum Beispill, mat der Entdeckung vum Atomkern war et noutwendeg fir de Konzept vun der Nuklearenergie z'erreechen, anescht wéi wéi de Prinzip fir d'Entretere vun Partikelen am Kär huet, firwat se net an verschidden Richtungen fléien. Verstane wéi d'elektromagnetesch Interaktioun funktionéiert an d'Natur huet d'nuklear Kräfte gemengt, fir ze studéieren an ze beschreiwen. Mä spéider waren d'Wëssenschaftler der Conclusioun komm datt d'nuklear Kräfte sinn sekundär, an op ville Weisen ähnlech wéi van der Waals Kräften. Tatsächlech sinn nëmmen déi Kräften, déi Quaken hunn, interagéieren mateneen, sinn eigentlech fundamental. Dann ass en zweeter Effekt d'Interaktioun vu elektromagnetesche Felder tëscht Neutronen a Protonen am Kärel. Wierklech fundamental ass d'Interaktioun vu Quarks, déi Gluons austauschen. Also ass eng drëtt richteg fundamental Aart an der Natur entdeckt ginn.

D'Fortsetzung vun dëser Geschicht

Elementar Partikel zerfällt, schwéier - bis lichter, an hiren Zerfall beschreift eng nei Kraaft elektromagnetesch Interaktioun, déi sougenannt gëtt - d'Muecht vu schwaach Interaktioun. Firwat schwaach? Jo, well d'elektromagnetesch Interaktioun an der Natur méi staark ass. An et koum erëm eraus datt dës Teory vu schwaach Interaktioun, déi harmonesch an d'Bild vun der Welt koum, an ursprünglech perfekt fir d'Zerfall vun elementarer Partikel ze beschreiwen, net déi selwecht Positives reflektéieren, wann d'Energie eropgestallt gouf. Also déi alte Theorie gouf an eng aner ëmgebaut - d'Theorie vun der schwaach Interaktioun, dës Kéier huet sech als universell behandelt. Obwuel et op déiselwecht Prinzipien gebaut gouf wéi aner Theorien, déi d'elektromagnetesch Interaktioun vu Partikeln beschreiwen. An de modernen Zäiten si véier Studien a bewährte fundamentale Interaktiounen, an de fënneft - op der Manéier ginn et diskutéiert ginn. All véier - gravitativ, staark, schwaach, elektromagnetesch - op engem Prinzip gebaut ginn: d'Kraaft, déi tëscht Partikelen ass, ass d'Resultat vun enger Aart Austausch, déi vum Carrier gemaach gëtt oder anescht - engem Intermediär vun der Interaktioun.

Wat fir en Helfer ass dat? Dëst ass e Photon - e Partikel ouni Mass, awer trotzdem erfolgreich d'elektromagnetesch Interaktioun wéinst dem Austausch vun engem Quantemitt vu elektromagnetesche Wellen oder e Quantem vum Liicht. Elektromagnetesch Interaktioun gëtt duerch Photonen an dem Feld vun geladenen Partikeln geschwat, déi mat enger gewëssener Kraaft kommunizéieren an dat ass genee dat wat de Coulomb Gesetz behandelt. Et ass eng aner masslos Partikel - Gluon, et gëtt an aacht Zorten, et hëlleft Quarks ze kommunizéieren. Dës elektromagnetesch Interaktioun ass eng Attraktioun tëscht Gebidder, a si gëtt staark. Jo, an der schwaach Interaktioun ass net ouni Intermédiairen, mat deem Stol Deelchen mat enger Mass méi wéi dat, si massive, dat ass schwéier. Dëst sinn zwësche Vektorbounonen. Seng Mass a Gewiicht erklärt d'Schwächheet vun der Interaktioun. D'Gravitational Force produzéiert en Austausch vu Quanta vum Gravitatiounsfeld. Dës elektromagnetesch Interaktioun ass eng Attraktioun vu Partikelen, et huet nach net genuch genug studéiert, an d'Graviton ass nach net experimentell nach ëmmer erfaasst, an d'Quantumfruit ass net komplett vu mir erkannt, dofir kënne mir et nach net beschreiwen.

Fënnefmuecht

Mir hu véier Typen fundamental fundéiert Interaktioun gepréift: staark, schwaach, elektromagnetesch a gravitativ. Interaktioun ass en Akt vum Partikelaustausch, an et gëtt keng Aart ouni Konzept vun Symmetrie ze maachen, well et keng Interaktioun ass, déi net mat dësem verbonne ass. Et bestëmmt d'Zuel vu Partikelen an hirer Mass. Mat exakter Symmetrie ass d'Mass ëmmer Null. Also, fir e Photon an e Gluon ass et keng Mass, et ass Null, och e Graviton - och. A wann d'Symmetrie verletzt ass, fänkt d'Mass vun Null op. Dofir hunn déi zwëschen Vektron Bonsonen eng Mass, well d'Symmetrie gebrach ass. Dës véier fundamental Interaktioune erkläert alles wat mir gesinn a fillen. De Rescht vun de Kräften weisen datt hir elektromagnetesch Interaktioun Secondary ass. Mä am Joer 2012 koum et zu engem Duerchmiesser an der Wëssenschaft an e weideren Deel vun der Entdeckung gouf entdeckt, dat wier direkt berühmt. D'Revolutioun an der wëssenschaftlecher Welt gouf vun der Entdeckung vum Higgs Boson organiséiert, wat, wéi et sech erausstellt, och als Carrier vun Interaktiounen tëscht Leptonen a Quarks benotzt.

Duerfir hunn d'Physiker elo gesot datt eng fënneft Kraaft erschoss gouf, duerch e Higgs Boson vermittelt. Symmetrie gëtt et och verletzt: de Higgs Boson huet eng Mass. Dofir ass d'Zuel vun Interaktiounen (dëst Wuert an der moderner Partikelphysik duerch d'Wuert "Kraaft" ersat) huet fënnef fonnt. Vläicht wësse mer nei Entdeckungen, well mir net genau wëssen ob et méi Interaktiounen niewent deene sinn. Et ass ganz méiglech, datt de Modell, deen mir haut an der Diskussioun huelen, a wéi et schéngt elo all déi Phänomener déi an der Welt beobachtet ginn, net voll ass. An et ass méiglech, datt no enger laanger Zäit nei Interaktiounen oder nei Kräfte kommen. Esou eng Wahrscheinlechkeet existéiert, wann nëmmen well mer lancéiert hunn, datt et fundamental fundamental Weiblechkeeten ass, déi staark haut, schwaach, elektromagnetesch a gravitativ sinn. Wann et an der Natur sinn, sinn supersymmetresch Partikelen, déi scho an der wëssenschaftlecher Welt gesprochen hunn, dat heescht d'Existenz vun enger neier Symmetrie, a Symmetrie versprécht ëmmer d'Erscheinung vun neie Partikelen, Intermédiairen tëscht hinnen. Dofir héieren mir un eng onbekannt fundamentale Kraaft, wéi eemol iwwerrascht wier ze léieren, datt et e Beispill ass, elektromagnetesch, schwaach Interaktioun. Wësse vun eiser Natur ass ganz onkomplett.

Interconnexioun

Déi interessant Saach ass datt all nei Interaktioun muss onbedéngt zu engem ganz onbekannte Phänomen féieren. Zum Beispill, wa mir net iwwert d'schwaach Interaktioun léieren, hätten mir ni fäeg eng Verfall entdeckt, a wann et net an eisem Wësse vu Verfall war, wäerte keng Studie vun der Nuklearreaktioun méiglech sinn. A wa mir déi kierzlech Reaktiounen net kennen kenne mir net verstanen datt d'Sonn fir eis schéngt. Nodeems alles dat net e Liicht war an d'Liewen op der Äerd net géing geformt hunn. Also d'Präsenz vun der Interaktioun proposéiert datt dëst vernoléissegt gëtt. Wann et keng staark Interaktioun war an et wäerte keng stabil Atome Nuklei sinn. Duerch d'elektromagnetesch Interaktioun erreecht d'Äerd d'Energie vun der Sonn, an d'Strahlen vu Licht deen aus der Äerd waarm ass de Planéit. A all Interaktiounen déi eis bekannt sinn absolut néideg. Hei ass den Higgs, zum Beispill. De Higgs Boson gëtt mat der Mass duerch d'Interaktioun mat dem Feld mat der Mass mat der Mass mat der Mass, ouni datt mir net iwwerlieft hunn. A wéi kënne mir op der Uewerfläch vum Planéit bleiwen ouni Gravitatiounsinteraktioun? Et wier net nëmme fir eis, mä fir näischt.

Absolut all Interaktiounen, och déi, déi mir nach net wëssen, sinn eng Noutwendegkeet fir alles, wat d'Mënschheet verstanen, versteet an Léift, existéiert. Wat kënne mir net wëssen? Jo vill. Zum Beispill wësse mer, datt de Proton am Keimstab stabil ass. Dës Stabilitéit ass ganz wichteg fir eis, soss wäerd et kee Liewen an der selwechter Aart. Experimenter weisen awer datt d'Liewensdauer vum Proton eng ze limitéierter Quantitéit ass. Laang, natierlech, 10 ³⁴ Joer. Awer dat heescht datt méi fréier oder méi spéit de Proton zerfällt, a fir dës eng nei Kräiz, dat heescht eng nei Interaktioun, brauch. Wat den Zerfall vum Proton fäerdeg ass, ginn et och Theorien, wou ee neie, méi héicht Symmetrie-Grad ass ugeholl, also eng nei Interaktioun besteet, och wat mer nach net wëssen.

Grousser Vereenegung

An der Unitéit vun der Natur ass de Prinzip just de Bau vun all fundamental Interaktiounen. Vill Leit hunn Froen iwwer d'Zuel vun hinnen an d'Grënn fir dës bestëmmten Quantitéit. Et gi vill kleng Versioune gebaut, an si sinn ganz an hirer Conclusiounen. Erklärt d'Präsenz vun esou enger grénger fundamentaler Interaktioun op all aner Weeër, awer se alleguer mat engem eenzege Prinzip vun de Beweismaterial. Always déi ënnerschiddlechst Typen vun Interaktiounen, déi Forscher versichen zesummen ze kombinéieren. Dofir ginn dës Theorien d'Theorien vun der Grous Unifikatioun genannt. Wéi e Weltbam ze briechen: et gi vill Zwecker, mä de Stamm ass ëmmer een.

Alles well et eng Iddi ass, déi all dës Theorien verbënnt. De Root vun all bekannt Interaktiounen ass eegestänneg, deen ee Stammzëmmer fiert, deen als Resultat vu Symmetrie verléiert ze hunn an huet verschidde fundamentale Interaktiounen geformt, déi mir experimentell gesinn kënnen. Dës Hypothese ka nach net verifizéiert ginn, well et erfuerderlech Physik vun onheemlech héich Energien brauch fir déi Experimenter vum heut keng accessibel sinn. Et ass och méiglech, datt mir dës Energien ni eng Meeschter hunn. Awer fir dës Hindranz ze erreechen ass ganz méiglech.

Ofgesi vun

Mir hunn de Universum, dësen natierleche Gaspedal, an all déi Prozesser déi et geschitt ass et méiglech, souguer déi këpregst Hypothesen iwwer d'eenzeg Wurzel vun all bekannten Interaktiounen ze testen. Eng aner interessant Aufgab fir Interaktiounen an der Natur ze verstoen ass, vläicht, méi komplizéiert. Et ass néideg ze verstoen, wéi d'Gravitatioun de Rescht vun den Kräfte vun der Natur betreffen. Dës fundamental Interaktioun steet wéi wann se separat ass, trotz der Tatsaach, datt, dem Bau vun der Konstruktioun, dës Theorie all ähnlech ass.

Den Einstein war an der Gravitatiounswirtschaft ageschriwwen an huet probéiert et mat Elektromagnetismus ze verbannen. Trotz der scheinbar Realitéit vun der Léisung vun dësem Problem huet d'Theorie net geschafft. Awer d'Mënschheet weess e bësse méi, an iergendeppes kenne mir iwwert staark a schwächst Interaktioun. A wann mer elo dës eenzeg Theorie fäerdeg sinn, da wäert zwangsleefeg de Mank vum Wëssen erëm betrëfft. Bis elo ass d'Schwéierkraaft net mat enger anerer Interaktioun ëmgedréit ginn, well all ob de Gesetzer vu Quantenphysik diktéiert ginn, an d'Schwéierkraaft gëtt net. Laut der Quantentheorie sinn all Partikel Quanten aus engem bestëmmte Gebitt. Mee déi quantesch Schwéierkraaft gëtt net existéieren, op d'mannst fir elo. Allerdings ass d'Zuel vun scho geöffneten Interaktiounen ganz laut gefrot, datt et keng eenzeg Schema sinn.

Elektrescht Feld

Zréck am Joer 1860 huet de grousse Physiker vum 19. Joerhonnert, James Maxwell, eng Teorie ze erschafen déi elektromagnetesch Induktioun erkläert. Wann de Magnéitfeld mat der Zäit äntwert, gëtt e elektresche Feld op enger gewësser Plaz am Raum geformt. A wann e gespaarte Dirigent an dësem Feld fonnt gëtt, fällt en Induktiounstross am elektresche Feld. Duerch seng Theorie vun elektromagnetesche Felder beweist de Maxwell datt de Reverse-Prozess och wahrscheinlech ass: Wann d'elektrescht Feld an engem gewëssen Zäitpunkt ëmgedréift ännert, muss ee Magnéitfeld onbedéngt erscheinen. Dëst bedeit datt all Changement vun der Zäit vum Magnéitfeld kann duerch d'Erscheinung vun engem geännert elektrescht Feld verursaacht ginn, a vum Ännere vun der elektrescher Persoun kann ee variéiere Magnéitfeld erreechen. Dës Variabelen, déi Felder vuneneen erstallt hunn, bilden en eenzele Feld elektromagnetesch.

Déi wichtegst Resultat, déi aus der Formel vun der Maxwellschen Theorie erauskomm ass, ass d'Prognosioun datt et elektromagnetesch Wellen ginn, dh fir elektromagnetesch Felder a Zäit an Raum ze vermeiden. D'Quell vun der elektromagnéiteschen Terrain sinn Plënneren mat Beschleunegung elektresch Käschten. Am Géigesaz zu sounden (elastesche) Wellen hunn elektromagnetesch Wellen an irgendeppes Substanz, souguer an engem Vakuum, propagéiert. D'elektromagnetesch Interaktioun am Vakuum propagéiert mat der Liichtgeschwindigkeit (c = 299,792 Kilometer pro Sekonn). D'Wellenlängt kënne verschidden sinn. Elektromagnetesch Wellen vun zéngdausend Meter op 0,005 Meter sinn Radiowellen, déi eis hëllefen, Informatioun ze vermëttelen, dat ass d'Signaler fir e gewëssen Distanz ouni Drot. D'Radiowelle si generéiert duerch héigen Frequenzen, déi an der Antenne fléien.

Wat sinn d'Wellen

Wann d'Wellenlängt vun der elektromagnetescher Bestrahlung vun 0,005 Meter op 1 Mikrometer ass, dh déi sinn am Beräich tëscht Radiowellen a sichtbaren Liicht Infrarotstrahlung. Et emittéiert all de waarmt Kierper: Batterien, Ouschteren, Glühwäin. Speziale Geräter konvertéieren Infrarotstrahlung an de sichtbare Liicht, fir Biller vun Objekten ze vermittelen, och an absoluter Dunkelheet. Sichtbarer Liicht mécht Wellen vun 770 bis 380 Nm Längt - vu roude bis violett. Dëse Deel vum Spektrum huet eng grouss grouss Bedeitung fir menschlecht Liewen, well mir enorm Deel vun der Informatioun iwwer d'Welt mat Hëllef vun der Visioun kréien.

Wann d'elektromagnetesch Strahlung e Wellenlängt manner wéi d'violett Faarf huet, ass et e Ultraviolet, dat duerch pathogene Bakterien töt. X-Strahlen zum Aa ass net bekannt. Si absorbéieren bal Schichten vun der Materiel opmaacht fir sichtbar Liicht. Röntgenstrahlung diagnostizéiert Krankheeten vun interne Organe vum Mënsch an Déieren. Wann elektromagnetesch Strahlung aus der Interaktioun vun elementarer Partikel entstoe kann an duerch excitéiert Kerne emittéiert gëtt, gëtt Gammastrahlung kritt. Dëst ass déi breetste Band am elektromagnetesche Spektrum, well et net nëmme grouss Energie gëtt limitéiert. Gamma-Strahlung kann méisseg a schwéier sinn: d'Energieübergänge bannent der Atomkernen sinn mild, a bei nuklearen Reaktiounen ass et fest. Dës Quantë kënnen d'Molekülen liicht an biologesch benotzen. Et ass e grousse Gléck, datt Gammastrahlung net duerch d'Atmosphär komme kann. Gamma Quanta beobachtet kann vu Weltraum sinn. Bei ultrahigh energies vermittelt d'elektromagnetesch Interaktioun mat enger Vitesse virun der vum Liicht: d'Gamma Quanta zerbriechen den Atom vun den Atomen, briechen se an Partikelen, déi ausenee fléien. Beim Bremsen hunn se an speziellen Teleskope Licht gesinn.

Vun der Vergaangenheet zu der Zukunft

Elektromagnetesch Wellen, wéi scho gesot, ginn vu Maxwell viru Geriicht. Hien huet suergfälscht un an huet probéiert mat der Mathematik eppes naiv Biller vun Faraday ze gräifen, op deenen et magnetesch a elektresch Phänomener war. Et war de Maxwell, deen de Manktem vu Symmetrie entdeckt huet. An et war deen, dee bewierkt huet ze bewältegen duerch eng Rei vu Gleichungen, déi alternéierend elektresch Felder magnetesche Felder generéieren a vice versa. Dëst huet gefrot him ze denken, datt sou Felder vun den Dirigenten ewechräissen a sech duerch e Vakuum bei enger gigantescher Geschwindegkeet ze rutschen. An hien huet et erausgestallt. D'Vitesse war no bei dräi Honnert Kilometer pro Sekonn.

Dat ass wéi d'Theorie an d'Experiment interagéieren. E Beispill ass d'Entdeckung, duerch déi mir geléiert hunn iwwert d'Existenz vu elektromagnetesche Wellen. Et kombinéiert mat der Hëllef vun der Physik ganz heterogen Konzepter - den Magnetismus an d'Stroum, well dës physikalesch Phänomen vun der selweschter Reiefolleg ass, just seng verschiddene Säiten sinn an der Interaktioun. D'Theorie léisst een no der anerer, an all se eng Zesummenaarbecht mateneen: d'Theorie vun der elektroweak Interaktioun, zum Beispill wou schwaache Atomkräfte a elektromagnetesch Kräfte aus de selwechte Positioune beschriwwe ginn. All dës ass mat der Quantenchromodynamik verbonnen mat staarken an elektroweak Interaktiounen (hei ass d'Genauegkeet Obwuel ett ass, awer d'Aarbecht weider). Déi intensiv Studien si sou Geodie vun der Physik als Quantumwëssenschaft a Stéckentheorie.

Conclusiounen

Et stellt sech eraus datt de Raum ronderëm eis voll duerch duerch elektromagnetesch Strahlung ewech läit: d'Stären an d'Sonn, de Mound an d'aner Himmelskierper, dat ass d'Äerd selwer, an all Telefone an den Hänn vun engem Mann, an d'Antenne vu Radiostatiounen - all dat em't elektromagnetesche Wellen, . Oofhängeg vun der Frequenz vun den Oszillatiounen, déi d'Objet emittéiert, Infrarotstrahlung, Radiowellen, sichtbar Liicht, Biofield-Trägeren, Röntgenstrahlen a dergläiche sinn ënnerscheet.

Wann de elektromagnetesche Feld verbreet ass, gëtt et e elektromagnetesche Welle. Dës Energiequell ass nëmme onbestänneg, déi d'elektresch Ladungen vun Molekülen an Atomen zitt. A wann d'Ladung oszilléiert, fänkt seng Bewegung ofzeschléissen an doduerch eng elektromagnetesch Welle ofginn. Wann de Magnéitfeld ëmgeet, ass e Wirbel elektresch Feld excitéiert, wat en ofwiesselnd de Wirbels magnetesche Feld erreecht. De Prozess geet duerch de Weltraum, spannend ee Punkt nom aneren.