На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


реферат Четыре фундаментальных взаимодействия

Информация:

Тип работы: реферат. Добавлен: 07.06.13. Сдан: 2012. Страниц: 13. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


?Четыре фундаментальных взаимодействия.
Фундаментальными взаимодействиями в физике называются качественно различающиеся виды взаимодействий между элементарными частицами и состоящими из них физическими телами. На данный момент исследователями выделяется четыре фундаментальных взаимодействия: сильное, слабое, гравитационное и электромагнитное. При этом учёные считают слабое и электромагнитное взаимодействия проявлениями электрослабого взаимодействия. Ведутся исследования, призванные выявить в мегамире и микромире другие типы фундаментальных взаимодействий, но на сегодняшний день они пока что не увенчались успехом.
Как известно, учёные-физики разделяют энергию на два типа – кинетическую и потенциальную. При этом причиной ускорения или замедления движения физических тел, то есть изменения кинетической энергии, является потенциальная энергия, или сила, что описывается во втором законе Ньютона.

 
 — сила, приложенная к материальной точке;
— ускорение материальной точки;
m — масса материальной точки.
 
Если исследовать окружающий мир, то можно выделить множество разновидностей силы, например, силу натяжения нити, силу сжатия пружины, силу тяжести, силу столкновения тел. Когда физиками было доказано дискретное, то есть атомарное, строение вещества, выяснилось, что все виды сил являются результатом взаимодействия атомов.
Со временем исследования показали, что основным типом межатомного взаимодействия является электромагнитное взаимодействие, и поэтому многие виды сил представляют собой проявления данного взаимодействия. Однако, исследователи выделили и исключения, представляющие собой другие разновидности фундаментальных взаимодействий. Наиболее показательный пример такого исключения – гравитация, или сила тяжести.


P – вес тела (совпадает с силой тяжести)
m – масса тела
g — ускорение свободного падения
Причиной силы тяжести является гравитационное взаимодействие между физическими телами, которые обладают массой.
Ученые до сих пор спорят о природе гравитации, выдвигая различные теории, призванные объяснить данное явление.
Для того, чтобы описать сегодняшнее состояние научных представлений о четырёх фундаментальных взаимодействиях, необходимо обратиться к истории открытия и исследования данных взаимодействий. Известно, что на момент наступления двадцатого века все известные на тот момент в физике силы сводились к электромагнитному и гравитационному фундаментальным взаимодействиям. В первой половине двадцатого века учёные выяснили, что атомные ядра состоят из таких частиц, как нуклоны, включающие в себя две разновидности – протоны и нейтроны.
Этот факт показал, что известных на тот момент типов взаимодействий недостаточно для объяснения природы сил, которые удерживают данные частицы в ядре. Таким образом, физиками были открыты новые типы взаимодействий – сначала сильное взаимодействие, а потом – слабое, необходимое для объяснения распада свободного нейтрона. Открытия ещё двух фундаментальных взаимодействий оказалось достаточно для описания явлений, наблюдающихся на данный момент в мегамире, макромире и микромире.
Первым теорию, описывающую фундаментальное взаимодействие, создал Д. К. Максвелл во второй половине девятнадцатого века. Это была теория электромагнетизма, объединившая электрические и магнитные явления в единое целое. Затем, в начале двадцатого века, А. Эйнштейн создал общую теорию относительности, тем самым, описав новое фундаментальное взаимодействие – гравитационное. Сразу же ученые стали предпринимать попытки объединить эти теории в единую теорию, вскрывающую взаимосвязи между гравитацией и электромагнетизмом, описывающую оба известных на тот момент фундаментальных взаимодействия как проявления единого, более общего взаимодействия. Однако эти попытки потерпели крах, что объясняется различным характером рассматриваемых теорий. Теория электромагнетизма опирается на материальную природу электромагнитных явлений, в то время как гравитационное поле описывается у Эйнштейна с помощью пространственно-временных искривлений, и в данном смысле материей не является.
Во второй половине двадцатого века, когда были открыты сильное и слабое взаимодействия, а также появились проблемы, связанные с квантованием классических, или неквантовых физических теорий и моделей, задача построения единой теории взаимодействия существенно усложнилась. После создания теории электрослабого взаимодействия, которое осуществили учёные А. Салам, С. Вайнберг и Ш. Л. Глэшоу, проблема объединения электромагнитного и слабого взаимодействий в единую систему была решена. Позже, после открытия сильного взаимодействия, или квантовой хромодинамики, которая, вместе с теорией электрослабого взаимодействия, легла в основу современной физики элементарных частиц. На этом фундаменте была построена так называемая «стандартная модель», описывающая взаимодействия в микромире, в том числе, три фундаментальных взаимодействия: электромагнитное, слабое и сильное. На сегодняшний момент появляется много новых данных, не вписывающихся в данную теоретическую конструкцию.
Однако пока что постулаты, связанные со стандартной моделью, подтверждаются экспериментально, и для продолжения опытов необходимо создание новых сооружений, таких, например, как большой адронный коллайдер, с помощью которого учёные надеются обнаружить теоретически предсказанный, но пока ещё не найденный бозон Хиггса, выделение которого может помочь в дальнейшей корректировке стандартной модели. Однако данная модель не включает в себя такое фундаментальных взаимодействие, как гравитацию.
Итак, в данный момент четыре фундаментальных взаимодействия описываются общей теорией относительности, рассматривающей гравитацию, и такой теоретической конструкцией, как стандартная модель, рассматривающей три другие взаимодействия. Основная трудность в создании всеобщей теории, описывающей все взаимодействия, является создание квантовой теории гравитации. Далее рассмотрим основные трудности, возникающие в связи с созданием такой теории, различные аспекты взаимодействий, вписывающихся в стандартную модель, а также основные подходы, связанные с созданием единой теории взаимодействий, такие, например, как теории струн, петлевую квантовую гравитацию, так называемую М-теорию.
Гравитационное взаимодействие является одним из фундаментальных взаимодействий, оно проявляется между всеми материальными телами. При слабом взаимодействии, малых скоростях, в условиях макромира описывается физическими законами, которые открыл учёный И. Ньютон. Самой распространённой теорией, объясняющей гравитацию в масштабах мегамира, всей Вселенной, является общая теория относительности, разработанная А. Эйнштейном. Существуют также альтернативные теории гравитации, которые пытаются включить гравитацию в общее поле с другими взаимодействий, такие, как релятивистская теория гравитации, теория, использующая понятие массивного гравитона, калибровочная теория гравитации, телепараллелизм, выдвинутый самим Эйнштейном, теория гравитации Бранса-Дикке, биметрическая теория гравитации, а также несимметричная теория гравитации.
Гравитация в обычных для человека масштабах описывается законом всемирного тяготения, который открыл Ньютон.
 
 
F=G(m1+m2)/r,
 
F — сила гравитационного притяжения
G — гравитационная постоянная, равная примерно м?/(кг•с?)
m1 и m2 — массы тел
r — радиус между телами
Согласно этому закону, сила гравитации между двумя телами, разделёнными определённым расстоянием, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна расстоянию, возведённому в квадрат. Гравитационное поле вокруг тел потенциально, а это значит, что энергия, с которой, например, планеты двигаются по своим орбитам, неизменна, а гравитационное взаимодействие в рамках теории Ньютона является дальнодействующим, а это значит, что гравитационный потенциал зависит только от положения тела в пространстве на данный момент времени. В больших масштабах, при значительных массах, характерных для планет, звезд и галактик, задействованы достаточно сильные гравитационные поля.
Хотя гравитационное взаимодействие считается слабейшим, оно действует на любые расстояния. Поскольку все массы космических тел положительны, а электромагнитное взаимодействие практически ничтожно вследствие того, что полный электрический заряд данных тел равен нулю, гравитационное взаимодействия является важнейшим в условиях мегамира. Ещё одной важной характеристикой гравитации является её универсальность в воздействии на энергию и материю, гравитационному взаимодействию подвержены абсолютно все объекты, изучаемые физикой. Из-за этих особенностей гравитации образуются такие явления, как чёрные дыры, происходит расширение Вселенной, гравитацией определяется строение галактик, орбиты планет, а также самые простые проявления закона всемирного тяготения – падение тел на поверхность Земли.
Гравитационное взаимодействие описывали ещё в Древней Греции, однако дать ему научное обоснование мыслители того времени не могли. Древнегреческий философ Аристотель полагал, что чем предмет тяжелее, тем быстрее он будет падать на землю. Только в новое время, когда любые рассуждения и исследования стали поверять опытом, экспериментом, Г. Галилей определил, что скорость падения зависит от сопротивления воздуха, а не от массы тела, и все тела при падении на поверхность земли ускоряются одинаково. Общая теория относительности, созданная в начале двадцатого века, более точно описала гравитационное взаимодействие, поставив его в рамки геометрии пространства и времени.
Движение тел в пустом пространстве, где единственным видом взаимодействия является гравитационное, изучает такой раздел физики как небесная механика. Данная дисциплина рассматривает, в качестве самых простых задач,  гравитационное взаимодействие между несколькими телами разных форм и размеров в пустом пространстве, причём в качестве тел рассматриваются планеты, звёзды и кометы, а в качестве пустого пространства – космос. Решение задачи о гравитационном взаимодействии двух тел предложил на рубеже шестнадцатого и семнадцатого веков немецкий астроном И. Кеплер, причём он пришел к открытию так называемых законов Кеплера интуитивно, на основе наблюдений астронома Т. Браге. Однако, если рассматривать гравитационное взаимодействие трех и более тел, сложность задачи по точному предсказанию движения данных тел существенно осложняется. Например, невозможно предсказать точное движение планет в Солнечной системе хотя бы на сто миллионов лет вперед. Несмотря на многочисленные попытки, учёным ещё не удалось точно описать поведение системы, состоящей из большого количества тел одинаковой массы, из-за проявления динамического хаоса. В случае, когда масса одного тела значительно больше массы других тел, возможно, прогнозировать гравитационное взаимодействие, игнорируя влияние малых тел, или, точнее, просчитывая их взаимодействие, друг с другом в рамках теории возмущений, однако такой прогноз не сможет включать возникновение такие необычные явления, как аттракторы, резонансы, хаотичность.
Если гравитационные поля достаточно сильны, а скорости тел достаточно велики, начинается проявление эффектов, описанных в общей теории относительности. Например, изменяется геометрия пространства-времени, закон тяготения отклоняется от закона Ньютона, в некоторых случаях появляются черные дыры. Кроме того, происходит множество других, недостаточно изученных на данный момент явлений. Одним из спорных явлений, предсказанных общей теорией относительности, является гравитационное излучение, существование которого до сих пор не подтверждено экспериментами или наблюдением в природе. Существуют только косвенные доказательства, существования данного излучения, такие, как нейтронные звезды и чёрные дыры, активно теряющие энергию, которая, согласно общей теории относительности, уносится именно гравитационным излучением.
Начиная со второй половины двадцатого века, предпринимаются постоянные попытки обнаружения гравитационного излучения в природе. Для этих целей используются наземные детекторы, а также космический детектор, который ныне только проектируется. Также чрезвычайно важны эксперименты по выявлению так называемых тонких эффектов гравитации, проявления которых в земных условиях очень слабы, и проведение таких экспериментов до недавнего времени выходило за рамки технических возможностей. Среди тонких явлений гравитации можно назвать такие, как увлечение инерциальных систем отчёта и гравитомагнитное поле.
На данный момент, кроме основной теории гравитации, общей теории относительности, существует несколько альтернативных теорий гравитации. Сначала необходимо рассмотреть общую теорию относительности, чтобы затем описать принципиальные отличия альтернативных теорий, многие из которых лишь уточняют общую теорию относительности. Итак, в рамках общей теории относительности гравитационное взаимодействие рассматривается изначально не как силовое, а как проявление искривления геометрического пространства-времени. В данном случае гравитационное взаимодействие превращается в эффект неевклидовой геометрии. Гравитационное поле в общей теории относительности рассматривается как обобщение гравитационного потенциала, который Ньютон изучал в земных условиях, и становится фундаментальным физическим полем четырехмерного пространства-времени, а свойства гравитации определяют свойства пространства-времени.
Общая теория относительности является развитием специальной теории относительности, также разработанной А. Эйнштейном в начале двадцатого века. В рамках данной теории доказывается, что гравитационное взаимодействие связано не с взаимодействиями тел и полей, как три других фундаментальных взаимодействия, а является искажением пространства–времени, где данные поля и тела находятся. Данная деформация связана в первую очередь, с присутствием определённой массы-энергии. Общая теория относительности использует уравнения, выведенные А. Эйнштейном, для объяснения связи искривления пространства-времени и материи в нём. На данный момент общая теория относительности является самой успешной теорией для объяснения явлений, вызванных гравитационным взаимодействием, так как подтверждается многими наблюдениями.
В качестве примера можно привести объяснение аномалии в процессе вращения Меркурия вокруг Солнца. Также, одним из самых известных примеров является отклонение света вблизи солнца в момент наблюдения полного солнечного затмения. Кроме того, другие физические явления подтверждают данную теорию гравитационного взаимодействия. Например, гравитационное красное смещение, которое является эффектом изменения частоты испущенного некоторым источником света, или любых электромагнитных волн по мере удаления от объектов с большой массой, таких, как звёзды и чёрные дыры, и представляет собой сдвиг спектральных линий, близких к данным объектам, излучающим свет, в красную область спектра. Свет, приходящий из областей с более слабым гравитационным полем, смещается в фиолетовую часть спектра. Однако, такие явления, как гравитационное излучение, пока что не удалось доказать прямыми наблюдениями.
Кроме того, существование таких загадочных явлений, предсказанных теорией относительности, как чёрные дыры, трактуется как подтверждение данной теории гравитационного взаимодействия. Черная дыра, согласно теории относительности – это зона в пространстве-времени с настолько большой гравитацией, что даже частицы и тела, движущиеся со скоростью света, не могут уйти из данной области.
Однако многие учёные склонны критиковать общую теорию относительности. Критика эта вызвана невозможностью, или, по крайней мере, трудностями при создании квантовой теории гравитации на основе общей теории относительности, кроме того, в самой теории заключены противоречия, ограничивающие её применимость. Данные противоречия проявляются при рассмотрении не только упомянутых чёрных дыр, но и сингулярности как особого состояния пространства-времени, где применение большинства физических теорий, действующих в обычном пространстве-времени, становятся неприменимым. Сингулярность, как и гравитационное излучение, в природе пока что не наблюдалась, таким образом, она является построением в рамках общей теории относительности, а адекватное исследование пространства-времени вблизи сингулярности станет возможным лишь после построения приемлемой теории квантовой гравитации.
Для решения проблем, связанных с применением общей теории относительности, а также со связыванием всех четырёх фундаментальных взаимодействий в единые концептуальные рамки, некоторыми учёными выдвигаются альтернативные теории гравитационного взаимодействия. На сегодняшний день наблюдения и эксперименты не показывают существенных отклонений от общей теории относительности, однако не стоит исключать фундаментальных открытий и появления теорий, относящихся к общей теории относительности так же, как она относится к законам, открытым Ньютоном. Кроме того, экспериментальные возможности учёных, связанные с проверкой общей теории относительности, на данный момент ограничены из-за больших масштабов явлений, связанных с гравитацией, потому что данное взаимодействие проявляется наиболее полно в мегамире.
Многие альтернативные теории гравитации приходят к результатам, приблизительно совпадающим с общей теорией относительности, особенно в случаях, подвергающихся на данный момент экспериментальной проверке. Из наиболее известных современных альтернативных теорий можно назвать теорию Бекенштейна и теории Моффета. Данные теории появились после открытия так называемых «тёмной энергии», «тёмной материи» и «инфляции», и отражают попытки объяснения гравитации с точки зрения последних астрономических открытий.
Учёные, разрабатывающие эти теории, отрицают необходимость введения новых понятий, настаивая, что можно описать наблюдаемые явления с помощью некоторых корректировок общей теории относительности. Так, например, они считают, что гравитационное взаимодействие согласуется с общей теории относительности только в пределах Солнечной системы и её окрестностей. Наблюдатели видят звезды и удалённые объекты Вселенной такими, какими они были, опредёленное количество времени назад, (известно, что свет идёт от них до Земли достаточно длительное время), поэтому гравитационное взаимодействие в галактических масштабах в далёком прошлом могло иметь совсем другие характеристики.
Общепринятый ныне сценарий происхождения Вселенной, известный как теория «большого взрыва», в данный момент сталкивается с несколькими проблемами. Из них можно выделить проблему горизонта, которая заключается в том, что фоновое космическое излучение подсказывает исследователям о повсеместной одинаковости температуры Вселенной, но отдельные скопления галактик не могли контактировать, то есть они были за пределами горизонта друг друга. Однако между ними каким-то образом установилось тепловое равновесие. Кроме того, при образовании таких фундаментальных частиц, как кварки, во Вселенной, согласно теории большого взрыва, могло не хватить места для образования хотя бы одного кварка. Для объяснения возникающих затруднений была выдвинута инфляционная теория. Она заключается в том, что единое взаимодействие, существовавшее в начале Вселенной, распалась на фундаментальные взаимодействия при скачкообразном, или инфляционном расширении в самом начале расширения Вселенной. Другие модели объясняли проблемы, возникающие в теории относительности, тем, что изначально скорость света во Вселенной была выше, чем сейчас.
Современные открытия, например, особенности кривых вращения галактик, показало, что во Вселенной либо очень много не источающего свет вещества, либо в межгалактических масштабах неверна общая теория относительности. Суть проблемы вращения галактик заключается в несоответствии между скоростями, наблюдаемыми при вращении материи в дисковых частях спиральных галактик и выводами, следующими из динамики Ньютона, которая учитывает только видимую массу. Темная материя, пронизывающая галактику, нужна современным физикам как раз для того, чтобы объяснить данное несоответствие.
Сейчас среди учёных принято говорить о так называемой «холодной тёмной материи», заполняющей Вселенную, однако существуют попытки разработать теорию гравитационного взаимодействия, не требующих выделения ненаблюдаемых масс «тёмной материи». Также интересен результат наблюдения за космическими аппаратами, более известный как эффект «Пионера». Данное явление вновь вызывает интерес к теориям гравитационного взаимодействия, отличающимся от общей теории относительности. Суть данного эффекта заключается в том, что два космических аппарата, вышедшие за пределы Солнечной системы, «Пионер-10» и «Пионер-11», испытывают замедление под воздействием солнечной гравитации, однако при более точных вычислениях обнаруживается сила неизвестной природы, очень слабо, но влияющая на скорость данных космических кораблей. Объяснение аномального ускорения «Пионеров» при его моделировании выходит за рамки общей теории относительности, а альтернативные теории гравитации могут описать качественные характеристики явления, но не могут объяснить его величину. Теоретическая модель, которая может быть построена при изучении данного явления, противоречит результатам других наблюдений, вписывающихся в рамки теории относительности.
Итак, последние исследования показывают, что в самое ближайшее время представления человечества о гравитационном взаимодействии могут сильно измениться. Однако главным препятствием на пути понимания сущности гравитации является то, что до сих пор не создана квантовая теория гравитационного взаимодействия. Именно вследствие этого на данный момент невозможно построение теории, объединяющей все четыре фундаментальных взаимодействия. Если использовать квантовую теорию поля, гравитацию можно объяснить обменом специальных частиц – гравитонов.
Из всех попыток построить непротиворечивую квантовую теорию гравитационного взаимодействия можно выделить три наиболее распространённых теоретических концепции – теорию струн, петлевую квантовую гравитацию и причинную динамическую триангуляцию. В теории струн вместо фундаментальных частиц, находящихся в пространстве-времени, выдвигается предположение о существовании так называемых «струн» и их многомерных аналогов – «бран» (название происходит от слова мембрана). Под струнами понимаются одномерные, бесконечно тонкие протяженные объекты, имеющие квантовый характер, колебания и взаимодействия которых лежат в основе взаимодействия фундаментальных частиц. Браны, рассматриваются в теории струн как многомерные частицы. Однако если изучать частицы, движущиеся внутри бран, то браны отражают пространство-время, то есть являются четырехмерными структурами. Одним из вариантов теории струн является так называемая М-теория, которая рассматривает многомерные мембраны, или браны, как протяженные двухмерные, или с большим количеством измерений, объекты. Теория струн, несмотря на многочисленные исследования, ведущиеся в этом направлении, не получила пока экспериментального подтверждения.
Теория петлевой квантовой гравитации строится на предположении о том, что время и пространство не составляют фон взаимодействий между частицами, а имеют прерывистый характер, то есть состоят из квантовых ячеек. Заметны данные ячейки только при весьма малых масштабах исследований. Они соединены друг с другом, поэтому в больших масштабах переходят в единое, не прерывающееся пространство-время. Теория петлевой квантовой гравитации не требует поисков бозона Хиггса для объяснения массы частиц стандартной модели. Также многие модели, создающиеся для исследования происхождения Вселенной, не могут заглянуть раньше «большого взрыва», а теория петлевой квантовой гравитации берётся описать и сам период «большого взрыва», и даже то, что было раньше его.
В теории причинной динамической триангуляции пространство-время строится из так называемых симплексов. Симплекс – это одномерный или многомерный тетраэдр, имеющий в данной теории планковскую длину, то есть фундаментальную единицу длины в планковской системе измерений (примерно 1,6 ? 10-35 метров). Принцип причинности – это один из базовых принципов физики, который устанавливает допустимые пределы влияния событий друг на друга. В данном случае, он является одним из условий, необходимых при сопряжении рассматриваемых симплексов. Благодаря принципу причинности пространство-время в масштабах макромира и мегамира обретает четыре измерения.
Однако, несмотря на все попытки, построить экспериментально проверенную теорию квантовой гравитации учёным пока не удаётся. Что касается остальных фундаментальных взаимодействий, то прогресс в объединении электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий весьма значителен, как уже отмечалось в начале данной работы. Далее необходимо рассмотреть данные взаимодействия и то, как они относятся друг к другу.
Электромагнитное взаимодействие, или электромагнетизм, может осуществляться только между частицами, обладающими электрическим зарядом. Современная теория электромагнетизма полагает, что данное взаимодействие осуществляется с помощью электромагнитного поля, то есть фундаментального физического поля, которое взаимодействует с телами, обладающими электрическим зарядом. Электромагнитное поле можно представить как взаимодействие электрического и магнитного полей, и данные поля порождают друг в друга при специфических условиях. Состояние электромагнитного поля и его изменения описываются с помощью системы уравнений Г. К. Максвелла. Колебания электромагнитного поля, которые распространяются на дальние расстояния, исследователи называют электромагнитными волнами. Электромагнитные волны распространяются в вакууме с одной и той же скоростью, равной скорости света, который, в свою очередь, тоже является электромагнитной волной. Электромагнитная волна может быть разной длины, на данном основании ученые различают свет, радиоволны, рентгеновское излучение и гамма-излучение.
До девятнадцатого века магнетизм и электричество не считались в физике взаимосвязанными явлениями. Только в начале девятнадцатого века опыты Г. Х. Эрстеда показали, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны. Г. Х. Эрстед пропускал электрический ток через проводник и обратил внимание на магнитную стрелку компаса, которая при этом отклонялась. Вполне возможно, что открытие произошло случайно, но это не умаляет его важности. Затем взаимосвязью магнетизма и электричества заинтересовался А.-М.Ампер, который вывел в 1820 году закон Ампера, прочно увязывавший электричество и магнетизм. Согласно данному закону, параллельно расположенные проводники с постоянным током, текущим по обоим проводникам в одном направлении, притягиваются, а если ток течёт в противоположном направлении – отталкиваются. Также А.-М. Ампер определил силу, с которым магнетизм действует на небольшой отрезок проводника, по которому бежит ток.
Далее исследования в области взаимодействия электричества и магнетизма продвинул вперед М. Фарадей, открыв явление электромагнитной индукции, то есть возникновения электрического тока в проводнике под действием изменяющегося магнитного поля. Закон Фарадея гласит, что электродвижущая сила, возникающая в проводнике тока, пропорциональна скорости изменения магнитного поля, под воздействием которого находится проводник. Электрический ток, вызванный возникающей электродвижущей силой, называется индукционным током.
Настоящий прорыв, ознаменовавший окончательное объединение электричества и магнетизма в единое взаимодействие, произошел после создания Д. К. Максвеллом в 1864 году теории электромагнитного поля. Эта теория обобщила все предыдущие исследования по данной теме, и доказала, основываясь на результатах опыта, что колебания электромагнитного поля должны вызывать электромагнитные волны, способные распространятся в среде, лишенной проводников тока. Скорость распространения электромагнитных волн, при этом, зависит от условий среды, в которой они распространяются, в частности, от магнитной проницаемости. Тот факт, что для вакуума теоретическая скорость распространения электромагнитных волн была близка к скорости света, экспериментально полученной на тот момент, позволил Д. К. Максвеллу высказать предположение об электромагнитной природе света, впоследствии подтвердившееся.
При жизни Д. К. Максвелла существование электромагнитных волн не получило экспериментального подтверждения, однако в конце девятнадцатого века физик Г. Герц осуществил опыты, утвердившие теорию электромагнетизма, разработанную Д. К. Максвеллом. Суть опытов Г. Герца состояла в следующем: учёный установил на расстоянии друг от друга генератор и приёмник электромагнитных волн, и, фактически, осуществил первую в мире радиосвязь. Хотя Г. Герц не осознал возможности практического применения данной системы, его опыты подтвердили теорию электромагнитного взаимодействия, разработанную Д. К. Максвеллом.
Позже, в двадцатом веке, теория электромагнитного поля продолжила своё развитие, взаимодействуя с квантовой теорией поля. Квантовая теория поля, разработка которой физиками завершилась к шестидесятым годам двадцатого века, оказалась наиболее адекватной теорией, описывающей фундаментальные взаимодействия, существующей на данный момент. Как уже упоминалось в данной работе, теория электромагнитного взаимодействия на данный момент включена в теорию электрослабого взаимодействия, и входит в так называемую «стандартную модель».
В рамках квантовой теории поля электромагнитные волны можно рассматривать как поток фотонов, то есть элементарных частиц, квантов электромагнитного излучения. Фотоны не имеют массы, электрического заряда, способны существовать, лишь двигаясь со скоростью света. Фотоны существуют в рамках корпускулярно-волнового дуализма, то есть он проявляет свойства, как частицы, так и волны. Данную частицу можно представить как элементарное квантовое колебание электромагнитного поля, фотоны являются частицами, переносящими электромагнитное взаимодействие. Фотон является калибровочным бозоном, то есть частицей, то есть частицей, переносящей фундаментальное воздействие природы. Таким образом, гипотетически существующая частица гравитон, как переносчик гравитационного взаимодействия, может быть калибровочным бозоном. Фотон также может именоваться квантом электромагнитного поля. Квант в современной физике – это неделимая часть какой-либо величины. Квантовая механика описывает некоторые физические величины как имеющие строго определённые значения, то есть они квантуются. Таким образом, квант – это неделимое количество энергии или материи, которое объект в физике выделяет или поглощает.
Фотон не обладает электрическим зарядом, и, вследствие этого, не может взаимодействовать с другими фотонами. В электромагнитном взаимодействии, кроме, фотона, принимают участие и другие фундаментальные частицы, при этом имеющие электрический заряд. Из них можно упомянуть кварки, электроны, мюоны, тау-частицы. Отличие электромагнитного взаимодействия от слабого и сильного взаимодействий заключается в дальности его действия. Данное взаимодействие действует на большие расстояния, нежели слабое и сильное взаимодействия, согласно закону, открытому в восемнадцатом веке Ш. Кулоном. Закон Кулона гласит, что сила взаимодействия направлена вдоль прямой, которая соединяет два точечных заряженных тела. Данная сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между данными телами и прямо пропорциональна произведению модулей зарядов.
На той же основе действует и гравитационное взаимодействие, оно падает на больших расстояниях. Если сравнивать электромагнитное и гравитационное взаимодействие, то электромагнитное будет намного сильнее, однако в мегамире, в масштабах Вселенной оно не действует. Такая ситуация сложилась потому, что материя в космических масштабах имеет нейтральный электрический заряд, то есть повсюду во Вселенной есть равные количества положительных и отрицательных зарядов. Электромагнитное взаимодействие может описываться как классической, то есть неквантовой электродинамикой, так и квантовополевой теорией электромагнитных взаимодействий.
Сильное ядерное взаимодействие является фундаментальным взаимодействием, открытым в двадцатом веке, при развитии ядерной физики. Оно существует внутри атомных ядер, действует между нуклонами, из которых состоит ядро, и кварками в адронах. Нуклоны, как уже отмечалось в данной работе, это общее название для протонов и нейтронов
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.