ФИЗИКА ЧАСТИЦ И ВСЕЛЕННАЯ

Глава 13 ФИЗИКА ЧАСТИЦ И ВСЕЛЕННАЯ [c.216]

Статистическая физика позволяет определить область применимости законов термодинамики. Ее нижняя граница — системы с малым числом частиц и, соответственно, с малым числом степеней свободы. Для системы из двух-трех частиц нельзя указать равновесное состояние, все процессы будут обратимы. Такие системы следует изучать методами механики, а не статистики. Имеется и верхняя граница объекты, которые рассматриваются в термодинамике, могут быть очень большими, но не бесконечно большими. В середине прошлого века необоснованное распространение законов термодинамики на всю Вселенную привело Клаузиуса к идее о тепловой смерти если в на-стояш ее время Вселенная не находится в равновесии, то через какой-то, пусть очень большой, интервал лет она придет к равновесию. Все неоднородности плотности вещества, химического состава, разности температур исчезнут, настанет полный покой и уже навсегда. [c.81]

В заключение рассказа о ранней Вселенной и происходивших в пей процессах, относящихся к физике частиц, отметим одно любопытное обстоятельство. Если бы параметры частиц отличались от существующих даже, на первый взгляд, несущественно, история нашей Вселенной и ее теперешний вид были бы совершенно другими и наше с Вами существование было бы невозможно. Подробное обсуждение этого вопроса не вписывается в тему данной книги. Приведем лишь два из многих примеров, чтобы читатель мог почувствовать неслучайность величин этих параметров и критичность их выбора природой. [c.226]

Отношение р/рс не только важнейший космологический параметр как будет рассказано немного ниже, величина этого отношения непосредственно связана с вопросом о существовании во Вселенной невидимого вещества неизвестной природы. Поэтому определение величины р/рс представляет существенный интерес также и для физики частиц. [c.228]

Невозможно сейчас однозначно ответить на вопросы о причине и механизме возникновения Вселенной. Нет четкого понимания процессов, происходящих в глубинах космоса и в недрах звезд. Ядерная физика находится в глубоком тупике число элементарных частиц выросло до невообразимых размеров, и это вызывает подозрения, действительно ли они элементарны Возникают вопросы о делимости кварков, хотя сами кварки никто не получал в свободном состоянии. Об этом нельзя забывать при изучении естественнонаучных дисциплин. [c.7]

Кроме того, австрийский физик Л. Больцман на основе молекулярно-кинетической теории доказал, что закон возрастания энтропии — рассеяния энергии — неприменим к Вселенной еще и потому, что он справедлив лишь для статистических систем, то есть систем, состоящих из большого числа хаотически движущихся частиц, поведение которых подчиняется законам теории вероятностей. Возрастание энтропии таких систем указывает лишь наиболее вероятное направление протекания процессов и не исключается — более того, с необходимостью предполагается — возможность маловероятных событий — флуктуаций, когда энтропия уменьшается. [c.10]

Поведение частиц подчиняется всем законам физики закону сохранения энергии, сохранения импульса и момента импульса, закону сохранения заряда. Согласно существующим представлениям, полное количество электрического заряда во вселенной остается неизменным. Частица возникает в паре с античастицей, и сумма электрических зарядов частиц, вступающих в реакцию, равна сумме зарядов продуктов реакции. Из устойчивости ядер- [c.448]

Задачей курса теоретической физики в педвузе является обобщение широкого круга физических фактов, создание у будущих учителей физики возможно более полного представления о современной физической картине мира. Для этого прежде всего необходимо изучение фундаментальных физических теорий. В их число по праву входит и статистическая физика. Эта наука показывает, как связаны разнообразные свойства макроскопических тел с их внутренним строением и движением составляющих эти тела частиц, а также устанавливает закономерности тепловых и других явлений, в которых участвуют макроскопические объекты. Статистическая физика изучает свойства жидкостей и газов, поведение электронов в металле и электромагнитного излучения в полости, ход химических реакций, фазовые превращения и многое другое. Диапазон ее приложений очень широк и простирается от атомных ядер до Вселенной в целом. По энергетической шкале он охватывает не менее десяти порядков, начиная от явлений в жидком гелии и сверхпроводниках при низких температурах и кончая процессами в высокотемпературной плазме. Таким образом, мир не может быть познан без этой физической теории. [c.5]

Преобразования различных форм движения в количественных отношениях строго следуют закону сохранения энергии. Этот закон выполняет в природе роль своеобразного главного бухгалтера Вселенной. Он в каждом явлении строго учитывает приход энергии и следит за тем, чтобы расход точно соответствовал приходу. Если баланс не сходится, то он сразу подает тревожный сигнал. Такой сигнал физики воспринимают как признак того, что обнаружилось какое-то новое, неизвестное ранее явление. Так было, например, с открытием ряда новых элементарных частиц в ядерной физике [c.248]

История науки в этой области за последние десятилетия показывает, что здесь, рядом с результатами большого практического значения, получается огромное число принципиальных выводов, очень важных для дальнейшего роста других разделов физики, химии, астрономии, геологии и других наук, в том числе и философии. На путях развития учения о ядре и космических лучах открываются новые элементарные частицы вещества, становятся ясными новые физические законы, изменяются представления о Вселенной. Поэтому полная секретность работ в сказанных областях не может не принести резкого ущерба другим наукам. [c.450]

Причины нашей научной отсталости в вопросе о материале, принесшем столь большую пользу человечеству, отнюдь не в небрежении. Еще в 1830 г. Майкл Фарадей показал, что обыкновенное силикатное стекло представляет собой не соединение, а раствор. Уже в 1880 г. химики много работали над технологией изготовления стекла, а уже в 1930 г. физики начали изучение его структуры. При необычайной развитости современной науки, которую интересует и происхождение Вселенной, и структура элементарных частиц в масштабе 10 ° см, все основные научные проблемы, связанные со свойствами стекла, казалось бы, уже [c.154]

Введение. Термодинамические характеристики систем сильно взаимодействующих частиц служат важным элементом описания многих объектов физики и смежных наук возбужденных состояний атомного ядра, систем, возникающих при соударении частиц высоких энергий, вещества на катастрофических этапах эволюции звезд или па ранних стадиях развития Вселенной и т. д. [c.270]

Физика высоких энергий — это прежде всего физика микромира, паука о строении и свойствах материи на субъядерном уровне, о мельчайших кирпичиках , из которых построена наша Вселенная, и об их взаимодействиях. А поскольку чем проще система, тем более общими законами определяются ее свойства, физика элементарных частиц является в то же время наукой о наиболее общих принципах и законах природы, наукой глобальной. Поэтому она оказывает глубокое и постоянно возрастающее влияние на многие другие естественные науки. В частности, соединение физики элементарных частиц с космологией позволило создать общую картину возникновения и эволюции Вселенной. <...> [c.247]

В нашем рассказе мы будем исходить из некоторой стандартной модели ранней Вселенной, являющейся наиболее вероятным ее описанием для области энергий, недоступной для прямого экспериментального исследования и достаточно достоверной для энергий, исследованных экспериментальной физикой частиц и ядерпой физикой. [c.222]

Все известные нам виды материи состоят из частиц. Пожалуй, из основных открытий физиков, касающихся Вселенной, самым важным было выяснение зернистого характера строения материи. Это — ключ к Пониманию поведения и строения газов, жидкостей и твердых тел, к пониманию химических реакций и к теориям, способным объяснять явления не только атомной физики, но и макрофизики. Уже в 1756 г. Франклин отдавал себе отчет о зернистости материи, несущей электрические заряды. Рассмотрев явление электростатической индукции, он с поразительной прозорливостью писал Электрическая материя состоит из чрезвычайно мелких частиц, так как даже через самую плотную обычную материю она способна проникать с такой легкостью, как если бы не существовало никакого заметного сопротивления . Б 1897 г. Дж. Дж. Томсон показал, что катодные лучи способны отклоняться электростатическим и магнитным полями (рис. 15.1). Затем он вычислил массу частиц (электронов), образующих эти лучи, которая по порядку, [c.423]

Авогадро Na и Больцмана к), элементарному электрическому заряду е, скорости света с, постоянной Планка h, константам физики элементарных частиц (массы покоя электрона т протона nif, и нейтрона т , константы сильного и слабого аяг взаимодействий). Понимание физического содержания и роли отдельных постоянных, входящих в качестве характеристических параметров в структуры различных физических теорий, невозможно без краткого изложения существа данной теории. Например, исторически первая константа физики—постоянная тяготения G— вводит нас в круг проблем теории гравитащш, крупнейшей и до сих пор еще не решенной проблемы современной физики. Изучение различных граней такой важнейшей физической постоянной, как скорость света с, нельзя представить без изложения основных идей специальной и общей теорий относительности А. Эйнштейна. Постоянная Планка А открывает нуть к познанию физики микромира. Физика элементарных частиц требует обсуждения современных теорий объединения различных взаимодействий. При этом на авансцену выходят связанные с классическими размерными физическими постоянными новые фундаментальные безразмерные величины— константы сильного а электромагнитного а слабого а г и гравитационного взаимодействий, размерность физического пространства N. Решение проблемы фундаментальных постоянных в целом требует анализа последних достижений физики элементарных частиц и космологии, синтеза успехов этих наук. Изучение физических постоянных с необходимостью превращается в связанный единым сюжетом рассказ о путях развития и проблемах физики. Сюжет весьма волнующ— возникновение и эволюция Вселенной, происхождение жизни и разума. Мировоззренческий аспект подобного рассмотрения проблемы постоянных очевиден. [c.7]

Введение в определение важнейшего физического понятия столь расплывчатого термина, как ее современные теории , вряд ли можно признать правильным. XX век подарил нам множество современных теорий — общая и специальная теории относительности, квантовая механика, атомная и ядерная физика, физика элементарных частиц и т.д. Значительно расширились границы наблюдаемой части Вселегшой , что связано с громадными достижениями техники физического эксперимента. Определение кшровых постоянных [22] опирается в первую очередь на масштабный, пространственный фактор. Оно неявно предполагает постоянное существование наблюдателя . Современные теории эволюции Вселенной включают в рассмотрение временной фактор и уверенно оперируют с такими моментами ее развития, когда все вещество Вселешюй было сжато в сгусток сверхплотной раскаленной плазмы, состоящей из фотонов, квар-34 [c.34]

Первостепенной задачей теории является нахождение единой причины существующих частных явлений или законов и уменьшение числа независимых исходных положений. Этот процесс давно уже идет в физике. Достаточно вспомнить объединение земного и космического тяготений в законе всемирного тяготения Ньютона, объединение электричества и магнетизма в электродинамике Максвелла, установление связи между микро- и макропараметрами систем Больцманом, связь геометрии физического пространства с теорией гравитации в общей теории относительности Эйнштейна и т. п. Удивительнейший пример единства природы открывает связь явлений, происходящих в микромире и Вселенной, о чем идет речь в этой части книги. Многие свойства Вселенной определяются характеристиками фундаментальных взаимодействий, происходящих в микромире. И, напротив, происходящие во Вселенной процессы дают много для понимания свойств элементарных частиц и необходимы для построения правильной теории. Но все же впереди очень и очень шого работы. [c.200]

Успехи физики элементарных частиц при больших энергиях позволи.ли приступить к исследованию процессов, имевших место в самои начале расширения Вселенной, Согласно теории, при r>10i К вещество состояло в основном из кварков. При 10 К вещество содержало большое кол-во нромож точных бозонов — частиц, осуществляющих единое злектросла-бое взаимодействие.. При ещё больших темн-рах (7 10- Ii) происходили процессы, к-рые, вероятно, обусловили само существование вещества в сегодняшней Вселенной. При Г>10 К во Вселенной имелось большое число очень массивных т. п. X- и Y-бозонов, осуществляющих единое сильное и электрослабое взаимодействие (СдЧ. Великое объединение, Суперсимметрия). С участием этих частиц кварки могут превращаться в лептоны и обратно, В это время кол-во частиц и античастиц каждого сорта было, вероятно, совершенно одинаковым. Когда те.мп-ра расширяющейся Вселенной стала ниже 10 К, X- и Y-бозоны и их античастицы начали распадаться, причём их распад происходил по-разному. В результате распада образовалось несколько больше частиц, чем античастиц. Это привело в конце концов к тому, что во Вселенной при Т 10 К возник небольшой избыток ( 10 ) барионов над антибарионами. Этот избыток барионов и привёл к существованию небольшой примеси обычного вещества в море лёгких частиц (при jT<10 К), и из этого вещества сформировались позднее все небесные тела. [c.479]

Объединит, тенденции, характерные для совр. этапа развития физики, служат дальнейшей конкретизации физ. представлений о М. и д. Смыкание физики элементарных частиц и космологии в модели горячей Вселенной (Большого взрыва) приводит к введению в физику идеи развития. Четыре вида взаимодействия (зл,-магнитное, гравитационное, сильное и слабое), теории к-рых раньше строились независимо друг от друга, теперь начинают рассматриваться в единстве. На основе представления о калибровочной симметрии (см. Калибровочная инвариантность) уже удалось построить и экспериментально подтвердить объединённую теорию эл.-магн. и слабого взаимодействий, рассматриваемых в ней как проявления единого электрослабого взаимодействия. Создание калибровочной теории сильного взаимодействия квантовой хромодинамики) вызвало к жизни програм.мы построения единой калибровочной теории эл.-магн., слабого и сильного взаимодействий (великое объединение взаимодействий) и единой теории всех четырёх видов взаимодействий (см. Супергравитация). Реализация этих программ приводит к значит, увеличению числа могущих существовать элементарных частиц, увеличению размерности пространства-времени, значительно услон няя и развивая физ. представления о М. и д. [c.67]

Ну а что было бы, если бы СР-симметрия была точной Количество кварков и антикварков в ранней Вселенной было бы одинаковым, и они, согласно представлениям, возникшим уже после того, как была понята космологическая роль СР-песохрапепия, взаимно уничтожались бы в актах аннигиляции до тех пор, пока во Вселенной не остались бы только фотоны и пейтрипо. Так что мир, в котором мы живем, в том числе и мы с Вами, уважаемый читатель, обязаны своим существованием небольшому нарушению СР-инвариантности. Как сказано в книге Л. Б. Окуня Физика элементарных частиц И подумать только, что до 1964 года большинство физиков верило, что СР сохраняется [c.119]

Физика частиц, исследуя явления микромира, выявляет наиболее общие, глобальные нринцины и законы, но которым построен наш мир. Поэтому вполне естественным стало взаимопроникновение физики частиц с космологией, наукой о развитии Вселенной как целого, и астрофизикой, изучающей физические процессы в астрономических объектах. Исследование явлений, происходящих в предельно малых областях пространства, оказалось необходимым для понимания процессов космического масштаба. В то же время космология и астрофизика дают физике частиц ценнейшую информацию, которая не может (и не сможет) быть получена с помощью самых больших ускорителей, позволяют проверять теоретические модели и ставят задачи перед экспериментаторами. [c.216]

Ответы на эти вопросы будут в значительной мере определять паши представления о Вселенной. Эти ответы смогут быть даны прежде всего экспериментальной физикой частиц, которая должна, во-нервых, определить массы пейтрипо и тем самым решить, могут ли они составлять основную массу темного вещества, во-вторых, решить, существуют ли суперсимметричные частицы, и в случае положительного ответа изучить свойства легчайших из них, чтобы определить их возможную роль в образовании темного вещества. [c.230]

Естественно возникает вопрос, каково происхождение магнетизма, Ответ на этот вопрос зависит от того, как далеко мы углубляемся в физику магнетизма. Стандартный ответ гласит, что магнетизм происходит от магнитного момента вращательного движения заряженных частиц и что электроны — элементарные частицы с наибольшим вкладом в магнетизм. Кроме обычного орбитального движения вокруг некоторого центра электрон имеет внутренний момент импульса, называемый спином. Последнее является чисто квантовомеханическим свойством. Квантовая механика необходима для микроскопической формулировки магнетизма по существу дела. Это видно хотя бы из того факта, что само существование устойчивых микротоков в рамках чисто классической механики невозможно см. знаменитую теорему Ван Лёвена в книге [Van Vle k, 1932]. Другими словами, магнетизм неотделим от квантовой механики чисто классическая система в тепловом равновесии не может иметь магнитного момента даже в магнитном поле если постоянную Планка устремить к нулю, то магнетизм пропадает во всей Вселенной [c.38]

Наблюдаемое в настоящее время во Вселенной отношение числа антинуклонов к числу нуклонов оказывается приблизительно равным Указанное свойство получило название бари-онной асимметрии Вселенной. Эта же величина характеризует и отношение среднего числа фотонов в единице объема космического пространства к числу нуклонов в этом же объеме. Объяснение этих данных было найдено сравнительно недавно и является одним из крупнейших достижений интенсивно развивающейся физики элементарных частиц. [c.187]

Совр. этап в развитии К, характеризуется интенсивным исслелованием проблемы начала космологич. расширения, когда плотности материи и энергии частиц были огромными. Руководящими идеями здесь являются новые теоретич. открытия в физике взаимодействия элементарных частиц при очень больших энергиях (см. Великое объединение). Др. важная проблема К,— объяснение возникновения крупномасштабной структуры Вселенной — скоплений галактик, самих галактик и т. д. из первоначально почти однородного расширяющегося вещества. [c.476]

В течение многих лет вопросы взаимосвязи между классической и релятивистской механиками находились в поле зрения всех областей физики. Более того, теория движения систем твердых тел (в макрокосмическом масштабе) являла примеры фундаментальных отличий от теории движения субмолекулярных частиц (в микрокосмическом масштабе). До сих пор физики продолжают поиск более обш ей и универсальной теории, которая позволила бы восстановить очевидную непрерывность, взаимосвязь и совместимость всех физических явлений в нашей вселенной. [c.82]

По существу квантовая механика, так же как и теория относительности, врйет физику от механики к полевой концепции. Но здесь сразу же требуются оговорки. Мы не можем пока не можем) рассматривать теорию относительности 9 квантовую механику как единый поток. Это два рукава потока, причем цока не ясно, сольются ли они воедино, и, во всяком случае, нельзя указать точки, где они сольются. Вторая оговорка состоит в следующем. Квантовая механика, как и теория относительности, еще не может ответить на вопрос о существовании частиц, на вопрос, почему во Вселенной существуют именно такие, а не другие частицы, именно с такими, а не с другими значениями массы, заряда, спина [c.392]

Обш,ий ответ на этот вопрос состоит в том, что стекла не находятся в термодинамическом равнове сии, а их атомная структура не является периодической поскольку стекла не представляют собой кристаллов. В отсутствие периодической структуры такое неравновесное состояние веш ества есть совокупность примыкаюш.их друг к другу микромиров, релаксация и упорядочение которых остановились в разной степени. Действительно, макроскопический стеклянный образец представляет собой как бы вселенную, состоящую из областей, которые находятся на разных стадиях эволюции. Поэтому здесь мы сталкиваемся с глобальной проблемой, в некоторых отношениях гораздо более сложной, нежели в космологии и в физике элементарных частиц, где затруднения проистекают в какой-то мере нз практических препятствий, встречающихся при получении экспериментальных данных. Стекла же легко зкспериментально исследовать, но претворить добытые данные в теоретическую модель до сих пор не удается. Так что мы здесь столкнулись не с какими-либо внешними ограничениями, а с естественными границами нашей способности познания. Как удачно сказал некто Мы встретились с врагом, и он — это мы , [c.155]

В 1949 г. советские физики С.Н.Вернов, Н.Л.Григоров и др. исследовали восточно-западную асимметрию потока первичных частиц на больших высотах в районе геомагнитного экватора, где этот эффект должен быть максимальным. Измерения проводились с помощью поднятого на шарах-зондах телескопа из счетчиков, наклоненного на угол 60°. Телескоп сохранял определенную азимутальную ориентацию (по Солнцу, с поправкой на изменение его азимута), периодически меняя ее на противоположную. В этом эксперименте было установлено существование значительной восточно-западной асимметрии, показывающей, что положительных первичных частиц существенно больше, чем отрицательных. Этот результат имеет нринциниальное значение практическое отсутствие в составе первичной компоненты антипротонов и антиядер свидетельствует о так называемой барионной асимметрии Вселенной, т. е. о том, что в доступной для исследования части Вселенной количество вещества неизмеримо больше, чем антивещества (если последнее вообще имеется). Вопросы, связанные с барионной асимметрией, мы обсудим в 6.3 и 13.1. [c.43]

Клауаиус ( lausius) Рудольф Юлиус Эмануэль (1822-1888) — немецкий физик, один из основателей термодинамики и молекулярно-кинетической теории теплоты. Дал (одновременно с У. Томсоном) в 1850 г. первую формулировку второго начала термодинамики. Придерживался гипотезы У. Томсона о тепловой смерти Вселенной. Ввел первым понятие энтропии (1865 г.) идеального газа, длины свободного пробега молекул. Обосновал в 1850 г. уравнение Клапейрона — Клаузиуса. Доказал (1870 г.) теорему вириала, связывающую кинетическую анергию системы частиц с действующими силами. Разработал теорию поляризации диэлектриков (формула Клаузиуса — Моссоти). [c.264]

Полученные выще характерные Для равновесного электромагнитного излучения результаты не замыкаются рамками рассмотренной частной задачи. Они справедливы для системы из частиц, энергия которых, как у фотонов, пропорциональна первой степени их импульса Ер = рс = hw (что реализуется точно для частиц с равной нулю массой покоя и приближенно в высокоэнергетической области, когда рс > тс ), которые не взаимодействуют друг с другом (или это взаимодействие мало хотя бы в среднем по сравнению со средней энергией поступательного движения Ер) и в системе которых имеется механизм, обеспечивающий возникновение равновесного состояния за время, меньщее (или хотя бы не превышающее) времени существования такой системы. Подходящие ситуации могут обнаружиться даже в явлениях, относящихся к физике элементарных частиц, где термодинамическое рассмотрение (хотя и на качественном уровне) может высветить некоторые особенности происходящих в подобных масштабах явлений (еще в 1950 г. Ферми (Е. Fermi) использовал такой подход к рассмотрению промежуточного состояния сталкивающихся частиц очень высоких энергий, в результате чего происходило множественное рождение более легких частиц — тг-мезонов). Не будем, однако, похищать сюжеты из других разделов теоретической физики и рассмотрим в заключение чисто термодинамическую часть проблемы равновесного электромагнитного фона нашей Вселенной, принимая фавитационнук) ее часть на веру и излагая ее в расчете на тех, кто еще не достиг в этом плане уровня пешехода. [c.83]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...