Фізіка
Выдавец: Народная асвета
Памер: 286с.
Мінск 1991
У свой час адкрыццё нараджэння і анігіляцыі электроннапазітронных пар вьіклікала сапраўдную сенсацыю ў навуцы. Да гэтага ніхто не думаў, што электрон, найстарэйшая з часціц, найважнейшы будаўнічы матэрыял атамаў, можа аказацца нявечным. Пазней двайнікі — антычасціцы — былі знойдзены ва ўсіх часціц. Антычасціцы проціпастаўляюцца часціцам іменна таму, што пры сустрэчы любой часціцы з адпаведнай антычасціцай адбываецца іх анігіляцыя. Абедзве часціцы знікаюць, ператвараючыся ў кванты выпраменьвання або іншыя часціцы.
Выяўлены параўнальна нядаўна антыпратон і антынейтрон. Электрычны зарад антыпратона адмоўны. Цяпер добра вядома, што нараджэнне пар часціца — антычасціца і іх анігіляцыя не складаюць манаполіі электронаў і пазітронаў.
Атамы, ядры якіх складаюцца з антынуклонаў, а абалонка — з пазітронаў, утвараюць антырэчыва. У 1969 г. у СССР быў упершыню атрыманы антыгелій.
Пры анігіляцыі антырэчыва з рэчывам энергія спакою ператвараецца ў кінетычную энергію уквантаў, якія ўтвараюцца.
Энергія спакою — самы грандыёзны і канцэнтраваны рэзервуар энергіі ў Сусвеце. I толькі пры анігіляцыі яна поўнасцю вызваляецца, ператвараючыся ў іншыя віды энергіі. Таму антырэчыва — самая дасканалая крыніца энергіі, каларыйнае «паліва».
Можна спадзявацца, што недалёка той час, калі будзе рэшана асноўная задача фізікі элементарных часціц і ўсёй фізікі наогул. Будзе атрыманы спектр мас элементарных часціц і будзе высветлена, чым вызначаюцца значэнні электрычнага зараду і іншых канстант узаемадзеянняў.
j 1. У чым адрозненне трох этапаў развіцця фізікі элементарных часціц? 2. Электрон — самая лёгкая з зараджаных часціц. Які з вядомых вам законаў захавання забараняе ператварэнне электрона ў фатоны або нейтрына? 3. Пера
259
лічыце ўсе стабільныя элементарныя часціцы. 4. Якая частата уквантаў, што ўзнікаюць пры анігіляцыі электрона і пазітрона, якія павольна рухаюцца? 5. Ці можна ў пузырковай камеры назіраць трэк зараджанай часціцы з часам жыцця 10 23 с? 6. Што такое кварк?
КАРОТКІЯ ВЫНІКІ РАЗДЗЕЛА 11'
1. Элементарныя часціцы — гэта першасныя, нераскладальныя далей часціцы, з якіх пабудавана ўся матэрыя.
2. Элементарныя часціцы не застаюцца нязменнымі. Усе элементарныя часціцы здольны ператварацца адна ў адну, і гэтыя ўзаемныя ператварэнні — галоўны факт іх існавання.
Большасць элементарных часціц нестабільныя і самаадвольна ператвараюцца з цягам часу ў іншыя часціцы; выключэнне складаюць фатон, электрон, пратон і нейтрына.
3. Усе часціцы маюць двайнікоў — антычасціцы. Напрыклад, у адносінах да электрона антычасціцай з’яўляецца пазітрон. Часціца і антычасціца маюць аднолькавыя масы, а іх зарады процілеглыя па знаку. Пры сутыкненнях часйіцы з антычасціцай яны знікаюць (анігіліруюць), ператвараючыся ў іншыя часціцы. Анігіляцыя пазітрона і электрона суправаджаецца нараджэннем двух (або трох) гамаквантаў.
4. Лік адкрытых элементарных часціц у 70я гг. склаў некалькі дзесяткаў. Акрамя таго, было выяўлена больш за дзвесце кароткажывучых часціц — рэзанансаў (з часам жыцця парадку 1023 с). У сувязі з гэтым была выказана гіпотэза, згодна з якой усе элементарныя часціцы, што моцна ўзаемадзейнічаюць, пабудаваны з больш фундаментальных часціц — кваркаў. Кваркі былі выяўлены ўнутры пратонаў і нейтронаў пры назіранні рассейвання электронаў і нейтрына вялікіх энергій на нуклонах. Аднак у свабодным стане кваркі не знойдзены, і, відаць, расшчапіць нуклоны і іншыя часціцы на кваркі немагчыма.
1 Лік істотных пунктаў каля 4
260
ЗНАЧЭННЕ ФІЗІКІ ДЛЯ ТЛУМАЧЭННЯ СВЕТУ I РАЗВІЦЦЯ ВЫТВОРЧЫХ СІЛ ГРАМАДСТВА
§ 95. АДЗІНАЯ ФІЗІЧНАЯ КАРЦІНА СВЕТУ
Такім чынам, вывучэнне школьнага курса фізікі вамі закончана. У большай ці меншай ступені кожны з вас далучыўся да вынікаў той велізарнай работы па вывучэнню розных форм руху матэрыі, будовы і ўласцівасцей матэрыяльных цел, якая была прароблена на працягу многіх вякоў вучонымі ўсяго свету.
Фізіка знаёміць нас з найбольш агульнымі законамі прыроды, якія кіруюць ходам працэсаў у навакольным жыцці і ў Сусвеце цалкам.
Мэта фізікі заключаецца ў адшуканні агульных законаў прыроды і ў растлумачэнні канкрэтных працэсаў на іх падставе. Па меры набліжэння да гэтай мэты перад вучонымі паступова вырысоўвалася велічная і складаная карціна адзінства прыроды. Свет уяўляе сабой не сукупнасць разрозненых, незалежных адна ад адной падзей, а розныя і шматлікія праявы аднаго цэлага.
Механічная карціна свету. Многія пакаленні вучоных здзіўляла і цяпер здзіўляе велічная і цэласная карціна свету, якая была створана на аснове механікі Ньютана. Паводле Ньютана, увесь Сусвет складаецца з «цвёрдых, важкіх, непранікальных, рухомых часцінак». Гэтыя «першасныя часцінкі абсалютна цвёрдыя: яны нязмерна больш цвёрдыя, чым целы, якія з іх складаюцца, настолькі цвёрдыя, што яны ніколі не зношваюцца і не разбіваюцца ўшчэнт». Адрозніваюцца яны адна ад адной галоўным чынам колькасна сваімі масамі. Усё багацце, уся якасная шматграннасць свету — гэта вынік адрозненняў у руху часцінак. Унутраная сутнасць часцінак застаецца на другім плане.
Асновай для такой адзінай карціны свету паслужыў усеабдымны характар адкрытых Ньютанам законаў руху цел. Гэтым законам са здзіўляючай дакладнасцю падпарадкоўваюцца як велізарныя нябесныя целы, так і найдрабнейшыя пясчынкі, якія гоняцца ветрам. I нават вецер — рух нябачных вокам часцінак паветра — падпарадкоўваецца тым жа законам. На працягу доўгага часу вучоныя былі ўпэўнены, што адзінымі фундаментальнымі законамі прыроды з’яўляюцца законы механікі Ньютана. Французскі вучоны Лагранж лічыў, што «няма чалавека, шчаслівейшага за Ньютана: толькі ж аднойчы аднаму чалавеку суджана пабудаваць карціну свету».
261
Аднак простая механічная карціна свету аказалася негрунтоўнай. Пры даследаванні электрамагнітных працэсаў высветлілася, што яны не падпарадкоўваюцца механіцы Ньютана. Дж. Максвел адкрыў новы тып фундаментальных законаў, якія не зводзяцца да механікі Ньютана,— гэта законы паводзін электрамагнітнага поля.
Электрамагнітная карціна свету. У механіцы Ньютана дапускалася, што целы непасрэдна праз пустату ўздзейнічаюць адно на адно і гэтыя ўзаемадзеянні ажыццяўляюцца імгненна (тэорыя далёкадзеяння). Пасля стварэння электрадынамікі ўяўленні аб сілах істотна змяніліся. Кожнае з узаемадзеючых цел стварае электрамагнітнае поле, якое з канечнай скорасцю распаўсюджваецца ў прасторы. Узаемадзеянне ажыццяўляецца з дапамогай гэтага поля (тэорыя блізкадзеяння).
Электрамагнітныя сілы надзвычай шырока распаўсюджаны ў прыродзе. Яны дзейнічаюць у атамным ядры, атаме, малекуле, паміж асобнымі малекуламі ў макраскапічных целах. Гэта адбываецца таму, што ў склад усіх атамаў уваходзяць электрычна зараджаныя часціцы. Дзеянне электрамагнітных сіл выяўляецца і на вельмі малых адлегласцях (ядро), і на касмічных (электрамагнітнае выпраменьванне зорак).
Развіццё электрадынамікі прывяло да спробы пабудаваць адзіную электрамагнітную карціну свету. Усе падзеі ў свеце згодна з гэтай карцінай кіруюцца законамі электрамагнітных узаемадзеянняў.
Кульмінацыі электрамагнітная карціна свету дасягнула пасля стварэння спецыяльнай тэорыі адноснасці. Было зразумета фундаментальнае значэнне канечнасці скорасці распаўсюджвання электрамагнітных узаемадзеянняў, створана новае вучэнне аб прасторы і часе, знойдзены рэлятывісцкія ўраўненні руху, якія замяняюць ураўненні Ньютана пры вялікіх скорасцях.
Калі ў часы росквіту механічнай карціны свету рабіліся спробы звесці электрамагнітныя з’явы да механічных працэсаў у асобым асяроддзі (сусветным эфіры), то цяпер ужо імкнуліся, наадварот, вывесці законы руху часціц з электрамагнітнай тэорыі. Часціцы рэчыва спрабавалі разглядаць як «згусткі» электрамагнітнага поля. Аднак звесці ўсе працэсы ў прыродзе да электрамагнітных не ўдалося. Ураўненні руху часціц і закон гравітацыйнага ўзаемадзеяння не могуць быць выведзены з тэорыі электрамагнітнага поля. Акрамя таго, былі адкрыты электрычна нейтральныя часціцы і новыя тыпы ўзаемадзеяння. Прырода аказалася больш складанай, чым меркавалі спачатку: ні адзіны закон руху, ні адзіная сіла не здольны ахапіць усёй разнастайнасці працэсаў у свеце.
Адзінства будовы матэрыі. Свет надзвычай разнастайны. Але як гэта ні дзіўна, рэчыва зорак дакладна такое ж, як і рэчыва, з якога складаецца Зямля. Атамы, якія складаюць усе целы Сусвету, зусім аднолькавыя. Жывыя арганізмы складаюцца з тых жа атамаў, што і нежывыя.
262
Усе атамы маюць аднолькавую структуру і пабудаваны з элементарных часціц трох сартоў. У іх ёсць ядры з пратонаў і нейтронаў, абкружаныя электронамі. Ядры і электроны ўзаемадзейнічаюць адно з адным з дапамогай электрамагнітнага поля, квантамі якога з’яўляюцца фатоны.
Узаемадзеянне ж паміж пратонамі і нейтронамі ў ядры ажыццяўляюць у асноўным лмезоны, якія ўяўляюць сабой кванты ядзернага поля. Пры распадзе нейтронаў з’яўляюцца нейтрына. Акрамя таго, адкрыта многа іншых элементарных часціц. Але толькі пры ўзаемадзеянні часціц вельмі вялікіх энергій яны пачынаюць адыгрываць прыметную ролю.
У першай палавіне XX ст. быў адкрыты фундаментальны факт: усе элементарныя часціцы здольны ператварацца адна У адну.
У 70я гг. было ўстаноўлена, што ўсе моцна ўзаемадзеючыя часціцы складаюцца з субэлементарных часціц — кваркаў шасці відаў. Сапраўды элементарнымі часціцамі з’яўляюцца лептоны і кваркі.
Пасля адкрыцця элементарных часціц і іх ператварэнняў на першы план адзінай карціны выступіла адзінства ў будове матэрыі. У аснове гэтага адзінства ляжыць матэрыяльнасць усіх элементарных часціц. Розныя элементарныя часціцы — гэта розныя канкрэтныя формы існавання матэрыі.
Сучасная фізічная карціна свету. Адзінства свету не вычэрпваецца адзінствам будовы матэрыі. Яно праяўляецца і ў законах руху часціц, і ў законах іх узаемадзеяння.
Нягледзячы на дзівосную разнастайнасць узаемадзеянняў цел аднаго з адным, у прыродзе, па сучасных даных, ёсць толькі чатыры тыпы сіл. Гэта гравітацыйныя сілы, электрамагнітныя, ядзерныя і слабыя ўзаемадзеянні. Апошнія праяўляюцца галоўным чынам пры ператварэннях элементарных часціц адна ў адну. 3 праяўленнем усіх чатырох тыпаў сіл мы сустракаемся ў бязмежных прасторах Сусвету, у любых целах на Зямлі (у тым ліку і ў жывых арганізмах), у атамах і атамных ядрах, пры ўсіх ператварэннях элементарных часціц.
КНІГІ ОНЛАЙН
