Ответы на тесты по КСЕ

Содержание 1 2 3 4 5 6 7-доработать 8 9-нет 10 11-нет 12 13-нет 14-нет 15 16 17 18 19 20 21-нет Список использованной литературы Контрольная работа 1. Проанализируйте приведенный перечень биологических дисциплин, который построен в определенном порядке (рис.1). Объясните эту последовательность списка и постройте аналогичную последовательность для физики и химии. Какие естественные науки, кроме перечисленных выше,

Вы еще знаете? Что изучают эти науки? БИОЛОГИЯ Ботаника Анатомия Бактериология Молекулярная биология Зоология Физиология Вирусология Биохимия ФИЗИКА Квантовая физика статистическая физика кинетическая теория газов физика плазмы нелинейная физика нелинейная динамика теория диссипативных структур физика лазеров биологическая физика ХИМИЯ физическая химия молекулярная химия биохимия квантовая химия

Геохимия Биохимия 2. Укажите в какой период развития науки и в каких областях естествознания работали следующие ученые: А. Авогадро, А. Ампер, Аристарх Самосский, Аристотель, Архимед, А. Беккерель, К. Беккерель, К. Бернар, Й. Берцелиус, Ал-Беруни, Л. Больцман, Авогадро (Avogadro) Амедео (1776-1856), итальянский физик и химик. В 1811 выдвинул молекулярную гипотезу строения вещества,

установил один из газовых законов, названный его именем. Лоренцо Романо Амедео Карло Авогадро ди Кваренья э ди Черрето родился 9 августа 1776 года в Турине - столице итальянской провинции Пьемонт в семье служащего судебного ведомства Филиппе Авогадро. Авогадро начал свою научную деятельность с изучения электрических явлений.

Этот интерес особенно усилился после того, как Вольта в 1800 году изобрел первый источник электрического тока, а также в связи с дискуссией между Гальвани и Вольта о природе электричества. Работы Авогадро, посвященные разным проблемам электричества, появлялись вплоть до 1846 года. В 1803 и 1804 годах Амедео, совместно со своим братом Феличе, представил в Туринскую Академию наук две работы, посвященные теории электрических и электрохимических

явлений, за что и был избран в 1804 году членом-корреспондентом этой академии. В первой работе под названием "Аналитическая заметка об электричестве" он объяснял поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле, в частности явление поляризации диэлектриков. Он умер в Турине 9 июля 1856 года и похоронен в семейном склепе в Верчелли. Андре-Мари Ампер родился 20 января 1775 года в

Лионе в семье образованного коммерсанта. Отец его вскоре переселился с семьёй в имение Полемье, расположенное в окрестностях Лиона, и лично руководил воспитанием сына. Уже к 14 годам Ампер прочитал все 20 томов знаменитой “Энциклопедии” Дидро и д’Аламбера. Проявляя с детства большую склонность к математическим наукам, Ампер к 18 годам в совершенстве изучил основные труды

Эйлера, Бернулли и Лагранжа. К тому времени он хорошо владел латынью, греческим и итальянским языками. Иными словами, Ампер получил глубокое и энциклопедическое образование. С 1820 по 1826 год Ампер опубликовал ряд теоретических и экспериментальных трудов по электродинамике и почти еженедельно выступал с докладами к Академии наук. В 1822 году он выпустил “Сборник наблюдений по электромагнетизму”, в 1823 году – “Конспект теории электродинамических

явлений” и, наконец, в 1826 году – знаменитую “Теорию электродинамических явлений, выведенных исключительно из опыта”. Ампер получает всемирную известность как выдающийся физик. Аристарх Самосский (Ar?starchos S?мios) (конец 4 в 1-я половина 3 в. до н. э.), др греческий астроном. В сочинении "Псаммит" Архимед сообщает краткие сведения об астрономической системе А. С изложенной в не дошедшем до нас его сочинении.

Как и Птолемей, А. С. считал, что движения планет, Земли и Луны совершаются внутри сферы неподвижных звезд, которая, по представлению А. С неподвижна, как и Солнце, находящееся в ее центре. Земля движется по кругу, в центре которого находится Солнце. Построения А. С высшее достижение древней гелиоцентрической доктрины; их смелость навлекла на

автора обвинение в богоотступничестве, и он вынужден был покинуть Афины. Единственный сохранившийся небольшой по объему труд А. С. "О размерах и расстояниях Солнца и Луны" был впервые издан в 1688 в Оксфорде на языке оригинала. Бор Нильс (1885-1962) Дания Важнейшие работы и открытия в области химии:

Теория строения атома. Ломоносов Михаил Васильевич (1711-1765) Россия Важнейшие работы и открытия в области химии: Закон сохранения массы веществ. Применение количественных методов в химии, развитие основных положений кинетической теории газов. Основание первой русской химической лаборатории. Составление руководства по металлургии и горному делу.

Создание мозаичного производства. 3. Дайте понятия микро- макро- и мегамиру. Какие из объектов приведенные в таблице относятся к микро макро- и мегамиру? Заполните таблицу. Дайте понятия микро макро- и мегамиру. Каки из объектов, приведенные в таблице относятся к микро макро- и мегамиру? Заполните таблицу. Микромир: Частицы элементов и ядра атомов – 10-15 см

Атомы и молекулы – 10-8 – 10-7 см Макромир: Макроскопические тела 10-6 – 107 см Мегамир: Космические системы и неорганические масштабы до 1028см Расстояние, м Некоторые Характерные расстояния Промежуток времени, с Промежут¬ки времени Масса, кг Объекты во Вселенной 1020 Расстояние от Солнца до центра 1576,8 • 1014 Возраст

Земли 1050 Вселенная 4,04 • 1015 До Альфа Центавра (ближ. зв) 1016 Время обращения Солнца вокруг центра Галактики 1040 Галактика 9,46 • 1015 Один световой год 632612,16 • 105 Время от начала нашей эры 1,99 • 1030 Солнце 149,6 • 109 Среднее расстояние от Земли до Солнца 315,36 • 108

Жизнь человека 5,98 • 1024 Земля 696 • 106 Радиус Солнца 315,36 • 105 Время обращения Земли вокруг Солнца (1 год) 7,35 • 1022 Луна 384,4 • 106 Среднее расстояние от Земли до Луны 315,3 • 105 Время в течение которого свет от Солнца доходит до Земли 103 1 т Экваториаль¬ный R 6378160 Полярный R 6356780

Радиус Земли 1 Промежут¬ок времени между двумя биениями сердца 60 Человек 4 • 10-7…7 • 10-7 Диапазон длин видимого света 0,001 Период одного колебания в наиболее слышимом звуке 1 1 кг 10-10 1 ангстрем 0,333 • 10-8 Свет проходит 1 м 10-3 1 г 0,53 • 10-10 Радиус атома водорода 24 • 10-18 Время обращения электрона вокруг ядра в атоме водорода 1,673 • 10-27 1,675 • 10-27

Протон, нейтрон 1,5347 • 10-18 Радиус протона 3,18 • 10-18 Свет проходит диаметр атома 9,109 • 10-31 Электрон Ответ: Макромир: концепции классического естествознания. к концу XIX в. физика пришла к выводу, что материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля. • Вещество и поле различаются как корпускулярные и волновые сущности: вещество дискретно и состоит

из атомов, а поле непрерывно. • Вещество и поле различаются по своим физическим характеристикам: частицы вещества обладают массой покоя, а поле — нет. • Вещество и поле различаются по степени проницаемости: вещество мало проницаемо, а поле, наоборот, полностью проницаемо. • Скорость распространения поля равна скорости света, а скорость движения частиц вещества меньше ее на много порядков. В результате же последующих революционных открытий в физике в конце прошлого и начале

нынешнего столетий оказались разрушенными представления классической физики о веществе и поле как двух качественно своеобразных видах материи. Микромир: концепции современной физики. Атомистическая концепция строения материи. Атомистическая гипотеза строения материи, выдвинутая в античности Демокритом, была возрождена в XVIII в. химиком Дж. Дальтоном, который принял атомный вес водорода за единицу и сопоставил с ним атомные веса других газов.

Благодаря трудам Дж. Дальтона стали изучаться физико-химические свойства атома. В XIX в. Д. И. Менделеев построил систему химических элементов, основанную на их атомном весе. В физику представления об атомах как о последних неделимых структурных элементах материи пришли из химии. Собственно физические исследования атома начинаются в конце XIX в когда французским физиком А. А. Беккерелем было открыто явление радиоактивности, которое заключалось

в самопроизвольном Превращении атомов одних элементов в атомы других элементов. Изучение радиоактивности было продолжено французскими физиками супругами Пьером и Марией Кюри, открывшими новые радиоактивные элементы полоний и радий. Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию в форме планет и планетных систем, возникающих

вокруг звезд; звезд и звездных систем — галактик. Все существующие галактики входят в систему самого высокого порядка - Метагалактику. Размеры Метагалактики очень велики: радиус космологического горизонта составляет 15— 20 млрд. световых лет. Понятия «Вселенная» и «Метагалактика» — очень близкие понятия: они характеризуют один и тот же объект, но в разных аспектах. Понятие «Вселенная» обозначает весь существующий материальный мир; понятие «Метагалактика» — тот же

мир, но с точки зрения его структуры — как упорядоченную систему галактик. Строение и эволюция Вселенной изучаются космологией. Космология как раздел естествознания, находится на своеобразном стыке науки, религии и философии. В основе космологических моделей Вселенной лежат определенные мировоззренческие предпосылки, а сами эти модели имеют большое мировоззренческое значение.

4. Назовите виды фундаментальных взаимодействий. В чем проявляется универсальность фундаментальных взаимодействий. Дайте характеристику фундаментальных взаимодействий, заполните таблицу. В каких процессах играют определяющую роль фундаментальные взаимодействия? Ответ: ГРАВИТАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Это взаимодействие носит универсальный характер, в нем участвуют все виды материи, все объекты природы, все элементарные частицы!

Общепринятой классической (не квантовой) теорией гравитационного взаимодействия является эйнштейновская общая теория относительности. Гравитация определяет движение планет в звездных системах, играет важную роль в процессах, протекающих в звездах, управляет эволюцией Вселенной, в земных условиях проявляет себя как сила взаимного притяжения. Конечно, мы перечислили только небольшое число примеров из огромного списка эффектов гравитации.

Согласно общей теории относительности, гравитация связана с кривизной пространства-времени и описывается в терминах так называемой римановой геометрии. В настоящее время все экспериментальные и наблюдательные данные о гравитации укладываются в рамки общей теории относительности. Однако данные о сильных гравитационных полях по существу отсутствуют, поэтому экспериментальные аспекты этой теории содержат много вопросов. Такая ситуация порождает появление различных альтернативных теорий

гравитации, предсказания которых практически неотличимы от предсказаний общей теории относительности для физических эффектов в Солнечной системе, но ведут к другим следствиям в сильных гравитационных полях. Если пренебречь всеми релятивистскими эффектами и ограничиться слабыми стационарными гравитационными полями, то общая теория относительности сводится к ньютоновской теории всемирного тяготения. В этом случае, как известно, потенциальная энергия взаимодействия двух точечных частиц с массами m1

и m2 дается соотношением, где r - расстояние между частицами, G - ньютоновская гравитационная постоянная, играющая роль константы гравитационного взаимодействия. Данное соотношение показывает, что потенциальная энергия взаимодействия V (r) отлична от нуля при любом конечном r и спадает к нулю очень медленно. По этой причине говорят, что гравитационное взаимодействие является дальнодействующим.

Из многих физических предсказаний общей теории относительности отметим три. Теоретически установлено, что гравитационные возмущения могут распространяться в пространстве в виде волн, называемых гравитационными. Распространяющиеся слабые гравитационные возмущения во многом аналогичны электромагнитным волнам. Их скорость равна скорости света, они имеют два состояния поляризации, для них характерны явления интерференции и дифракции. Однако в силу чрезвычайно слабого взаимодействия гравитационных

волн с веществом их прямое экспериментальное наблюдение до сих пор не было возможно. Тем не менее данные некоторых астрономических наблюдений по потере энергии в системах двойных звезд свидетельствуют о возможном существовании гравитационных волн в природе. Теоретическое исследование условий равновесия звезд в рамках общей теории относительности показывает, что при определенных условиях достаточно массивные звезды могут начать катастрофически сжиматься.

Это оказывается возможным на достаточно поздних стадиях эволюции звезды, когда внутреннее давление, обусловленное процессами, ответственными за светимость звезды, не в состоянии уравновесить давление сил тяготения, стремящихся сжать звезду. В результате процесс сжатия уже ничем не может быть остановлен. Описанное физическое явление, предсказанное теоретически в рамках общей теории относительности, получило название гравитационного коллапса. Исследования показали, что если радиус звезды становится меньше так

называемого гравитационного радиуса Rg = 2GM / c 2, где M - масса звезды, а c - скорость света, то для внешнего наблюдателя звезда гаснет. Никакая информация о процессах, идущих в этой звезде, не может достичь внешнего наблюдателя. При этом тела, падающие на звезду, свободно пересекают гравитационный радиус. Если в качестве такого тела подразумевается наблюдатель, то ничего, кроме усиления гравитации, он не

заметит. Таким образом, возникает область пространства, в которую можно попасть, но из которой ничего не может выйти, включая световой луч. Подобная область пространства называется черной дырой. Существование черных дыр является одним из теоретических предсказаний общей теории относительности, некоторые альтернативные теории гравитации построены именно так, что они запрещают такого типа явления. В связи с этим вопрос о реальности черных дыр имеет исключительно важное значение.

В настоящее время имеются наблюдательные данные, свидетельствующие о наличии черных дыр во Вселенной. В рамках общей теории относительности впервые удалось сформулировать проблему эволюции Вселенной. Тем самым Вселенная в целом становится не предметом спекулятивных рассуждений, а объектом физической науки. Раздел физики, предметом которого является Вселенная в целом, называется космологией. В настоящее время считается твердо установленным, что мы

живем в расширяющейся Вселенной. Современная картина эволюции Вселенной основывается на представлении о том, что Вселенная, включая такие ее атрибуты, как пространство и время, возникла в результате особого физического явления, называемого Большой Взрыв, и с тех пор расширяется. Согласно теории эволюции Вселенной, расстояния между далекими галактиками должны увеличиваться со временем,

и вся Вселенная должна быть заполнена тепловым излучением с температурой порядка 3 K. Эти предсказания теории находятся в прекрасном соответствии с данными астрономических наблюдений. При этом оценки показывают, что возраст Вселенной, то есть время, прошедшее с момента Большого Взрыва, составляет порядка 10 млрд лет. Что касается деталей Большого Взрыва, то это явление слабо изучено и можно говорить о загадке

Большого Взрыва как о вызове физической науке в целом. Не исключено, что объяснение механизма Большого Взрыва связано с новыми, пока еще неизвестными законами Природы. Общепринятый современный взгляд на возможное решение проблемы Большого Взрыва основывается на идее объединения теории гравитации и квантовой механики. ПОНЯТИЕ О КВАНТОВОЙ ГРАВИТАЦИИ Можно ли вообще говорить о квантовых проявлениях гравитационного взаимодействия?

Как принято считать, принципы квантовой механики носят универсальный характер и применимы к любому физическому объекту. В этом смысле гравитационное поле не представляет исключения. Теоретические исследования показывают, что на квантовом уровне гравитационное взаимодействие переносится элементарной частицей, называемой гравитон. Можно отметить, что гравитон является безмассовым бозоном со спином 2. Гравитационное взаимодействие между частицами, обусловленное обменом гравитоном, условно

изображается следующим образом: Частица испускает гравитон, в силу чего состояние ее движения изменяется. Другая частица поглощает гравитон и также изменяет состояние своего движения. В результате возникает воздействие частиц друг на друга. Как мы уже отмечали, константой связи, характеризующей гравитационное взаимодействие, является ньютоновская константа G. Хорошо известно, что G - размерная величина.

Очевидно, что для оценки интенсивности взаимодействия удобно иметь безразмерную константу связи. Чтобы получить такую константу, можно использовать фундаментальные постоянные: " (постоянная Планка) и c (скорость света) - и ввести какую-нибудь эталонную массу, например массу протона mp . Тогда безразмерная константа связи гравитационного взаимодействия будет , что, конечно, является очень малой величиной. Интересно отметить, что из фундаментальных постоянных

G, ", c можно построить величины, имеющие размерность длины, времени, плотности, массы, энергии. Эти величины называются планковскими. В частности, планковская длина lPl и планковское время tPl выглядят следующим образом: Каждая фундаментальная физическая константа характеризует определенный круг физических явлений: G - гравитационные явления, " - квантовые, c - релятивистские. Поэтому если в какое-то соотношение входят одновременно

G, ", c, то это значит, что данное соотношение описывает явление, которое одновременно является гравитационным, квантовым и релятивистским. Таким образом, существование планковских величин указывает на возможное существование соответствующих явлений в Природе. Конечно, численные значения lPl и tPl очень малы по сравнению с характерными значениями величин в макромире. Но это означает только то, что квантовогравитационные эффекты слабо проявляют себя.

Они могли быть существенны лишь тогда, когда характерные параметры стали бы сравнимыми с планковскими величинами. Отличительной чертой явлений микромира является то обстоятельство, что физические величины оказываются подверженными так называемым квантовым флуктуациям. Это означает, что при многократных измерениях физической величины в определенном состоянии принципиально должны получаться различные численные значения, обусловленные неконтролируемым взаимодействием прибора

с наблюдаемым объектом. Вспомним, что гравитация связана с проявлением кривизны пространства-времени, то есть с геометрией пространства-времени. Поэтому следует ожидать, что на временах порядка tPl и расстояниях порядка lPl геометрия пространства-времени должна стать квантовым объектом, геометрические характеристики должны испытывать квантовые флуктуации. Другими словами, на планковских масштабах нет никакой фиксированной пространственно-временной геометрии, образно говоря, пространство-время представляет собой бурлящую

пену. Последовательная квантовая теория гравитации не построена. В силу чрезвычайно малых значений lPL , tPl следует ожидать, что в любом обозримом будущем не удастся поставить эксперименты, в которых проявили бы себя квантовогравитационные эффекты. Поэтому теоретическое исследование вопросов квантовой гравитации остается единственной возможностью продвижения вперед. Есть ли, однако, явления, где квантовая гравитация могла бы оказаться существенной?

Да, есть, и мы о них уже говорили. Это гравитационный коллапс и Большой Взрыв. Согласно классической теории гравитации, объект, подверженный гравитационному коллапсу, должен сжиматься до сколь угодно малых размеров. Это означает, что его размеры могут стать сравнимыми с lPl , где классическая теория уже неприменима. Точно так же в процессе Большого Взрыва возраст Вселенной был сравним с tPL и она имела размеры порядка lPl .

Это означает, что понимание физики Большого Взрыва невозможно в рамках классической теории. Таким образом, описание конечной стадии гравитационного коллапса и начальной стадии эволюции Вселенной может быть осуществлено только с привлечением квантовой теории гравитации. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Это взаимодействие является наиболее слабым из фундаментальных взаимодействий, экспериментально наблюдаемых в распадах элементарных частиц, где принципиально существенными являются

квантовые эффекты. Напомним, что квантовые проявления гравитационного взаимодействия никогда не наблюдались. Слабое взаимодействие выделяется с помощью следующего правила: если в процессе взаимодействия участвует элементарная частица, называемая нейтрино (или антинейтрино), то данное взаимодействие является слабым. Типичный пример слабого взаимодействия - это бета-распад нейтрона где n - нейтрон, p - протон, e электрон электронное антинейтрино. Следует, однако, иметь в виду, что указанное выше правило совсем не означает,

что любой акт слабого взаимодействия обязан сопровождаться нейтрино или антинейтрино. Известно, что имеет место большое число безнейтринных распадов. В качестве примера можно отметить процесс распада лямбда-гиперона D на протон p и отрицательно заряженный пион p По современным представлениям нейтрон и протон не являются истинно элементарными частицами, а состоят из элементарных частиц, называемых кварками.

Интенсивность слабого взаимодействия характеризуется константой связи Ферми GF . Константа GF размерна. Чтобы образовать безразмерную величину, необходимо использовать какую-нибудь эталонную массу, например массу протона mp . Тогда безразмерная константа связи будет . Видно, что слабое взаимодействие гораздо интенсивнее гравитационного. Слабое взаимодействие в отличие от гравитационного является короткодействующим.

Это означает, что слабое взаимодействие между частицами начинает действовать, только если частицы находятся достаточно близко друг к другу. Если же расстояние между частицами превосходит некоторую величину, называемую характерным радиусом взаимодействия, слабое взаимодействие не проявляет себя. Экспериментально установлено, что характерный радиус слабого взаимодействия порядка 10-15 см, то есть слабое взаимодействие, сосредоточен на расстояниях меньше размеров атомного ядра.

Почему можно говорить о слабом взаимодействии как о независимом виде фундаментальных взаимодействий? Ответ прост. Установлено, что есть процессы превращений элементарных частиц, которые не сводятся к гравитационным, электромагнитным и сильным взаимодействиям. Хороший пример, показывающий, что существуют три качественно различных взаимодействия в ядерных явлениях, связан с радиоактивностью. Эксперименты указывают на наличие трех различных видов радиоактивности:

a b- и g-радиоактивных распадов. При этом a-распад обусловлен сильным взаимодействием, g-распад - электромагнитным. Оставшийся b-распад не может быть объяснен электромагнитным и сильным взаимодействиями, и мы вынуждены принять, что есть еще одно фундаментальное взаимодействие, названное слабым. В общем случае необходимость введения слабого взаимодействия обусловлена тем, что в природе происходят процессы, в которых электромагнитные и сильные распады запрещены законами сохранения.

Хотя слабое взаимодействие существенно сосредоточено внутри ядра, оно имеет определенные макроскопические проявления. Как мы уже отмечали, оно связано с процессом b-радиоактивности. Кроме того, слабое взаимодействие играет важную роль в так называемых термоядерных реакциях, ответственных за механизм энерговыделения в звездах. Удивительнейшим свойством слабого взаимодействия является существование процессов, в которых проявляется зеркальная асимметрия.

На первый взгляд кажется очевидным, что разница между понятиями левое и правое условна. Действительно, процессы гравитационного, электромагнитного и сильного взаимодействия инвариантны относительно пространственной инверсии, осуществляющей зеркальное отражение. Говорят, что в таких процессах сохраняется пространственная четность P. Однако экспериментально установлено, что слабые процессы могут протекать с несохранением пространственной

четности и, следовательно, как бы чувствуют разницу между левым и правым. В настоящее время имеются твердые экспериментальные доказательства, что несохранение четности в слабых взаимодействиях носит универсальный характер, оно проявляет себя не только в распадах элементарных частиц, но и в ядерных и даже атомных явлениях. Следует признать, что зеркальная асимметрия представляет собой свойство Природы на самом фундаментальном уровне. Несохранение четности в слабых взаимодействиях выглядело

настолько необычным свойством, что практически сразу после его открытия теоретики предприняли попытки показать, что на самом деле существует полная симметрия между левым и правым, только она имеет более глубокий смысл, чем это ранее считалось. Зеркальное отражение должно сопровождаться заменой частиц на античастицы (зарядовое сопряжение C ), и тогда все фундаментальные взаимодействия должны быть инвариантными. Однако позднее было установлено, что эта инвариантность не является универсальной.

Существуют слабые распады так называемых долгоживущих нейтральных каонов на пионы p+, p запрещенные, если бы указанная инвариантность реально имела место. Таким образом, отличительным свойством слабого взаимодействия является его CP-неинвариантность. Возможно, что это свойство ответственно за то обстоятельство, что вещество во Вселенной значительно превалирует над антивеществом, построенным из античастиц.

Мир и антимир несимметричны. Вопрос о том, какие частицы являются переносчиками слабого взаимодействия, долгое время был неясен. Понимания удалось достичь сравнительно недавно в рамках объединенной теории электрослабых взаимодействий - теории Вайнберга-Салама-Глэшоу. В настоящее время общепринято, что переносчиками слабого взаимодействия являются так называемые W и Z 0-бозоны. Это заряженные W ? и нейтральная Z 0 элементарные частицы со спином 1 и массами, равными

по порядку величины 100 mp . ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В электромагнитном взаимодействии участвуют все заряженные тела, все заряженные элементарные частицы. В этом смысле оно достаточно универсально. Классической теорией электромагнитного взаимодействия является максвелловская электродинамика. В качестве константы связи принимается заряд электрона e. Если рассмотреть два покоящихся точечных заряда q1 и q2 , то их электромагнитное взаимодействие сведется

к известной электростатической силе. Это означает, что взаимодействие является дальнодействующим и медленно спадает с ростом расстояния между зарядами. Классические проявления электромагнитного взаимодействия хорошо известны, и мы не будем на них останавливаться. С точки зрения квантовой теории переносчиком электромагнитного взаимодействия является элементарная частица фотон - безмассовый бозон со спином 1. Квантовое электромагнитное взаимодействие между зарядами

условно изображается следующим образом: Заряженная частица испускает фотон, в силу чего состояние ее движения изменяется. Другая частица поглощает этот фотон и также изменяет состояние своего движения. В результате частицы как бы чувствуют наличие друг друга. Хорошо известно, что электрический заряд является размерной величиной. Удобно ввести безразмерную константу связи электромагнитного взаимодействия.

Для этого надо использовать фундаментальные постоянные " и c. В результате приходим к следующей безразмерной константе связи, называемой в атомной физике постоянной тонкой структуры Легко заметить, что данная константа значительно превышает константы гравитационного и слабого взаимодействий. С современной точки зрения электромагнитное и слабое взаимодействия представляют собой различные стороны единого электрослабого взаимодействия.

Создана объединенная теория электрослабого взаимодействия - теория Вайнберга-Салама-Глэшоу, объясняющая с единых позиций все аспекты электромагнитных и слабых взаимодействий. Можно ли понять на качественном уровне, как происходит разделение объединенного взаимодействия на отдельные, как бы независимые взаимодействия? Пока характерные энергии достаточно малы, электромагнитное и слабое взаимодействия отделены и не влияют друг на друга.

С ростом энергии начинается их взаимовлияние, и при достаточно больших энергиях эти взаимодействия сливаются в единое электрослабое взаимодействие. Характерная энергия объединения оценивается по порядку величины как 102 ГэВ (ГэВ - это сокращенное от гигаэлектрон-вольт, 1 ГэВ = 109 эВ, 1 эВ = 1,6 " 10-12 эрг = = 1,6 " 1019 Дж). Для сравнения отметим, что характерная энергия электрона в основном состоянии атома водорода

порядка 10- 8 ГэВ, характерная энергия связи атомного ядра порядка 10- 2 ГэВ, характерная энергия связи твердого тела порядка 10-10 ГэВ. Таким образом, характерная энергия объединения электромагнитных и слабых взаимодействий огромна по сравнению с характерными энергиями в атомной и ядерной физике. По этой причине электромагнитное и слабое взаимодействия не проявляют в обычных физических явлениях

своей единой сущности. СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Сильное взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер. Поскольку атомные ядра большинства химических элементов стабильны, то ясно, что взаимодействие, которое удерживает их от распада, должно быть достаточно сильным. Хорошо известно, что ядра состоят из протонов и нейтронов. Чтобы положительно заряженные протоны не разлетелись в разные стороны, необходимо наличие сил притяжения

между ними, превосходящих силы электростатического отталкивания. Именно сильное взаимодействие является ответственным за эти силы притяжения. Характерной чертой сильного взаимодействия является его зарядовая независимость. Ядерные силы притяжения между протонами, между нейтронами и между протоном и нейтроном по существу одинаковы. Отсюда следует, что с точки зрения сильных взаимодействий протон и нейтрон неотличимы и для

них используется единый термин нуклон, то есть частица ядра. Характерный масштаб сильного взаимодействия можно проиллюстрировать рассмотрев два покоящихся нуклона. Теория приводит к потенциальной энергии их взаимодействия в виде потенциала Юкавы где величина r0 ї 10-13 см и совпадает по порядку величины с характерным размером ядра, g - константа связи сильного взаимодействия. Это соотношение показывает, что сильное взаимодействие является короткодействующим

и по существу полностью сосредоточено на расстояниях, не превышающих характерного размера ядра. При r > r0 оно практически исчезает. Известным макроскопическим проявлением сильного взаимодействия служит эффект a-радиоактивности. Следует, однако, иметь в виду, что потенциал Юкавы не является универсальным свойством сильного взаимодействия и не связан с его фундаментальными аспектами. В настоящее время существует квантовая теория сильного взаимодействия, получившая название

квантовой хромодинамики. Согласно этой теории, переносчиками сильного взаимодействия являются элементарные частицы - глюоны. По современным представлениям частицы, участвующие в сильном взаимодействии и называемые адронами, состоят из элементарных частиц - кварков. Кварки представляют собой фермионы со спином 1/2 и ненулевой массой. Наиболее удивительным свойством кварков является их дробный электрический заряд.

Кварки формируются в три пары (три поколения дублетов), обозначаемые следующим образом: Каждый тип кварка принято называть ароматом, так что существуют шесть кварковых ароматов. При этом u c t-кварки имеют электрический заряд , а d s b-кварки - электрический заряд , где e - заряд электрона. Кроме того, существуют три кварка данного аромата. Они отличаются квантовым числом, называемым цветом и принимающим три значения: желтый, синий, красный.

Каждому кварку соответствует антикварк, имеющий по отношению к данному кварку противоположный электрический заряд и так называемый антицвет: антижелтый, антисиний, антикрасный. Принимая во внимание число ароматов и цветов, мы видим, что всего существуют 36 кварков и антикварков. Кварки взаимодействуют друг с другом посредством обмена восемью глюонами, которые представляют собой безмассовые бозоны со спином 1. В процессе взаимодействия цвета кварков могут изменяться.

При этом сильное взаимодействие условно изображается следующим образом: Кварк, входящий в состав адрона, испускает глюон, в силу чего состояние движения адрона изменяется. Этот глюон поглощается кварком, входящим в состав другого адрона, и меняет состояние его движения. В результате возникает взаимовоздействие адронов друг на друга. Природа устроена так, что взаимодействие кварков всегда ведет к образованию бесцветных связанных состояний,

которые как раз и являются адронами. Например, протон и нейтрон составлены из трех кварков: p = uud, n = udd. Пион p- составлен из кварка u и антикварка . Отличительная черта кварк-кваркового взаимодействия через глюоны состоит в том, что с уменьшением расстояния между кварками их взаимодействие ослабляется. Это явление получило название асимптотической свободы и ведет к тому, что внутри адронов кварки можно рассматривать как свободные частицы.

Асимптотическая свобода естественным образом вытекает из квантовой хромодинамики. Имеются экспериментальные и теоретические указания на то, что с ростом расстояния взаимодействие между кварками должно возрастать, в силу чего кваркам энергетически выгодно находиться внутри адрона. Это означает, что мы можем наблюдать только бесцветные объекты - адроны. Одиночные кварки и глюоны, обладающие цветом, не могут существовать в свободном состоянии.

Явление удержания элементарных частиц, обладающих цветом, внутри адронов получило название конфайнмента. Для объяснения конфайнмента предлагались различные модели, однако последовательное описание, вытекающее из первых принципов теории, до сих пор не построено. С качественной точки зрения трудности связаны с тем, что, обладая цветом, глюоны взаимодействуют со всеми цветными объектами, в том числе и друг с другом.

По этой причине квантовая хромодинамика является существенно нелинейной теорией и приближенные методы исследования, принятые в квантовой электродинамике и электрослабой теории, оказываются не вполне адекватными в теории сильных взаимодействий. 5. а). Дайте краткую характеристику солнечной системы. Заполните таблицу. Солнце представляет собой звезду среднего размера, его радиус около 700 тыс. км. Возраст Солнца оценивается примерно в 5 млрд лет.

Считается, что звезды первого поколения имеют воз¬раст на 8—10 млрд лет больше. В Галактике существуют также молодые звезды, которым всего от 100 тыс. до 100 млн лет. Солнечная система обращается вокруг центра Галактики со скоро¬стью около 220 км/с. Солнце овершает один оборот вокруг центра Галактики за 250 млн лет. Этот период называют галак¬тическим годом. Источником солнечной энергии являются термоядерные реакции

превращения водорода в гелий, которые происходят в недрах. В Солнечной системе насчитывают девять планет, которые расположены в следующем порядке от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Между Марсом и Юпитером находится кольцо астерои¬дов, которые также движутся вокруг Солнца. Итак - В состав Солнечной системы входит

Солнце, девять больших планет, около 50 их спутников, более 100 000 астероидов, около 1011 комет, а также бесчисленное множество более мелких объектов. Название планеты Средний радиус Масса Сред. расст. от Солнца Период обращения Число спутников