Základní fyzikální interakce: gravitační, elektromagnetické, silné a slabé; hlavní vlastnosti a význam v přírodě. Zvláštní role elektromagnetických interakcí.
Základní interakce– kvalitativně odlišné typy interakce mezi elementárními částicemi a tělesy z nich složenými
Vývoj teorií základních interakcí:
Před 19. stoletím:
Gravitační (Galileo, Newton-1687);
Elektrické (Gilbert, Cavendish-1773 a Coulomb-1785);
Magnetické (Gilbert, Epinus-1759 a Coulomb-1789)
Přelom 19. a 20. století:
Elektromagnetická (elektromagnetická teorie Maxwell-1863);
Gravitační (Einsteinova obecná teorie relativity-1915)
Role gravitačních interakcí v přírodě:
Gravitační interakce:
Zákon univerzální gravitace;
Síla přitažlivosti mezi planetami sluneční soustavy;
gravitace
Role elektromagnetických interakcí v přírodě:
Elektromagnetické interakce:
Coulombův zákon;
Vnitroatomové a meziatomové interakce;
Třecí síla, elastická síla,...;
Elektromagnetické vlny (světlo)
Role silných interakcí v přírodě:
Silné interakce:
Krátký dosah (~10 -13 m);
Asi 1000krát silnější než elektromagnetické;
Klesají přibližně exponenciálně;
jsou nasycené;
Zodpovědný za stabilitu atomového jádra
Role slabých interakcí v přírodě
Slabé interakce:
Velmi krátký dosah (~10 -18 m);
Asi 100krát slabší než elektromagnetické;
jsou nasycené;
Zodpovědný za vzájemné přeměny elementárních částic
2. Elektrický náboj a jeho základní vlastnosti: bipolarita, diskrétnost, invariance; mikroskopické nosiče elektrických nábojů, pojem kvarky; zákon zachování elektrického náboje; fyzikální modely nabitých těles.
Elektrický náboj - to je fyzikální skalární veličina, která charakterizuje vlastnost částic nebo těles vstupovat do elektromagnetických silových interakcí;
*označeno q nebo Q;
*měřeno v jednotkách SI v coulombech
Základní vlastnosti elektrického náboje:
Bipolarita:
existují elektrické náboje dvou znamének - pozitivní (skleněná tyčinka) a negativní (ebenová tyčinka);
* jako náboje se odpuzují a na rozdíl od nábojů přitahují
Aditivita:
*elektrický náboj fyzického těla je roven algebraickému součtu elektrických nábojů nabitých částic v něm umístěných - mikroskopických nositelů elektrického náboje
Diskrétnost:
Základní vlastnosti elektrického náboje
Rovnost modulů kladných a záporných elementárních elektrických nábojů:
Ø moduly elektronového a protonového náboje jsou stejné s vysokou přesností
Invariance:
velikost elektrického náboje nezávisí na vztažné soustavě, ve které se měří
tím se odlišuje od tělesné hmotnosti
Zákon o ochraně přírody:
*algebraický součet elektrických nábojů těles (částí těles, elementárních částic), které tvoří uzavřený systém, zůstává nezměněn během jakýchkoliv interakcí mezi nimi; včetně anihilace (zmizení) hmoty
elektron– nositel záporného elementárního elektrického náboje (
proton– nositel kladného elementárního elektrického náboje ( )
kvark- hypotetická základní částice ve standardním modelu, která má elektrický náboj, který je násobkem e/3
Coulombův zákon: fyzikální podstata a význam v elektrodynamice; vektorová forma zápisu zákona a princip superpozice elektrostatických sil; metody experimentálního ověřování zákona a meze jeho použitelnosti.
Coulombův zákon - Dva stacionární bodové elektrické náboje umístěné ve vakuu na sebe vzájemně působí silami úměrnými velikosti těchto nábojů a nepřímo úměrnými druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi
Elektrický dipól: fyzikální model a dipólový moment dipólu; elektrické pole vytvořené dipólem; síly působící z homogenních a nehomogenních elektrických polí na elektrický dipól.
Elektrický dipól je systém sestávající ze dvou opačných bodových elektrických nábojů, jejichž moduly jsou stejné:
Dipólové rameno; O – střed dipólu;
Dipólový moment elektrického dipólu:
Jednotka měření - = Kl*m
Elektrické pole vytvořené elektrickým dipólem:
Podél osy dipólu:
Síly působící na elektrický dipól
Rovnoměrné elektrické pole:
Nerovnoměrné elektrické pole :
Koncept krátkého dosahu, elektrické pole. Terénní výklad Coulombova zákona. Síla elektrostatického pole, siločáry. Elektrické pole vytvořené stacionárním bodovým nábojem. Princip superpozice elektrostatických polí.
Dálkové působení je koncept klasické fyziky, podle kterého jsou fyzikální interakce přenášeny okamžitě bez účasti jakéhokoli materiálního prostředníka.
Blízkost je koncept v klasické fyzice, podle kterého se fyzikální interakce přenášejí pomocí speciálního materiálového prostředníka rychlostí nepřesahující rychlost světla ve vakuu.
Elektrické pole je zvláštní typ hmoty, jedna ze složek elektromagnetického pole, které existuje kolem nabitých částic a těles, stejně jako když se magnetické pole v čase mění.
Elektrostatické pole je zvláštní typ hmoty, která existuje kolem stacionárních nabitých částic a těles
V souladu s koncepcí působení krátkého dosahu vytvářejí stacionární nabité částice a tělesa v okolním prostoru elektrostatické pole, které působí silou na ostatní nabité částice a tělesa umístěná v tomto poli.
Elektrostatické pole je tedy materiálním nosičem elektrostatických interakcí. Silovou charakteristikou elektrostatického pole je lokální vektorová fyzikální veličina - síla elektrostatického pole. Síla elektrostatického pole se označuje latinkou: a měří se jednotkami SI ve voltech děleno metrem:
Definice: odtud
Pro pole vytvořené stacionárním bodovým elektrickým nábojem:
Elektrostatické siločáry
Pro grafické (vizuální) znázornění elektrostatických polí,
Ø tečna siločáry se shoduje se směrem vektoru intenzity elektrostatického pole v daném bodě;
Ø hustota siločar (jejich počet na jednotku normálního povrchu) je úměrná modulu intenzity elektrostatického pole;
elektrostatické siločáry:
Ø jsou otevřené (začínají na kladných a končí na záporných nábojích);
Ø neprotínají se;
Ø nemají žádné záhyby
Princip superpozice pro elektrostatická pole
Formulace:
Je-li elektrostatické pole vytvářeno současně několika stacionárními elektricky nabitými částicemi nebo tělesy, pak je síla tohoto pole rovna vektorovému součtu sil elektrostatických polí, které každá z těchto částic nebo těles vytváří nezávisle na sobě.
6. Tok a divergence vektorového pole. Gaussova elektrostatická věta pro vakuum: integrální a diferenciální formy věty; jeho fyzický obsah a význam.
Gaussova elektrostatická věta
Vektorové pole toku
Hydrostatická analogie:
Pro elektrostatické pole:
Tok vektoru intenzity elektrostatického pole povrchem je úměrný počtu siločar, které tento povrch protínají
Divergence vektorového pole
Definice: 
Jednotky:
Ostrogradského věta: 
Fyzikální význam: vektorová divergence indikuje přítomnost zdrojů pole
Formulace:
Tok vektoru síly elektrostatického pole uzavřeným povrchem libovolného tvaru je úměrný algebraickému součtu elektrických nábojů těles nebo částic, které se nacházejí uvnitř tohoto povrchu.
Fyzikální obsah věty:
*Coulombův zákon, protože je jeho přímým matematickým důsledkem;
*polní výklad Coulombova zákona založený na konceptu elektrostatických interakcí krátkého dosahu;
*princip superpozice elektrostatických polí
Aplikace Gaussovy elektrostatické věty pro výpočet elektrostatických polí: obecné principy; výpočet pole rovnoměrně nabité nekonečně dlouhé tenké rovné nitě a rovnoměrně nabité neohraničené roviny.
Aplikace Gaussovy elektrostatické věty
Cirkulace a rotor vektorového pole. Práce sil elektrostatického pole: potenciální povaha elektrostatického pole; potenciální rozdíl mezi dvěma body pole, potenciál v daném bodě pole; ekvipotenciální plochy; výpočet potenciálu pole vytvořeného stacionárním bodovým nábojem; princip superpozice pro potenciál.
Potenciál elektrostatického pole ve vakuu
Práce síly:
-křivočarý integrál.
- vektorový kompas (integrální charakteristika)
; ; in-dif=nekonečně malý přírůstek.
Vektorový polní rotor : (místní charakteristika). Plochu ohraničenou , rozebereme na elementární oblasti;
- oběh podél vrstevnice;
- vektorový rotor.
Trouchnivění vektorová veličina je vektor. Trouchnivění- vichřice.
Cirkulace přicházející na povrch rot=0, když projekce =0.
Je-li práce vykonaná silou = 0, pak rot = 0 a cirkulace.
Stokesova věta:
Vektorová cirkulace v uzavřené smyčce = průtok. Hnít skrz povrch ohraničený tímto obrysem.
kompas = 0, pak je pole bez víru.
Gradient skalární funkce. Vztah mezi silou elektrostatického pole a jeho potenciálem: matematický zápis a fyzikální význam pro homogenní a nehomogenní pole; aplikace pro výpočet polí. Poissonova rovnice.
GRADIENTNÍ FUNKCE
u = f(x, y, z), daný v nějakém regionu. prostor (X Y Z), Tady je vektor s projekcemi označenými symboly: grad where i, j, k- vektory souřadnicových jednotek. G. f. - existuje bodová funkce (x, y, z), tj. tvoří vektorové pole. Derivát ve směru G. f. v tomto bodě dosáhne své největší hodnoty a rovná se: 
Poissonova rovnice je eliptická parciální diferenciální rovnice, která mimo jiné popisuje
*elektrostatické pole,
* stacionární teplotní pole,
* tlakové pole,
*rychlostní potenciální pole v hydrodynamice.
Tato rovnice vypadá takto:
V trojrozměrném kartézském souřadnicovém systému má rovnice tvar:
Hledání φ pro daný F je důležitým praktickým problémem, protože je to obvyklý způsob, jak najít elektrostatický potenciál pro dané rozložení náboje. V jednotkách SI:
kde je elektrostatický potenciál (ve voltech), je objemová hustota náboje (v coulombech na metr krychlový) a je dielektrická konstanta vakua (ve farades na metr).
Elektrický proud a jeho hlavní charakteristiky: fyzikální podstata jevu; rychlost driftu, hustota a síla elektrického proudu; zákon zachování elektrického náboje ve tvaru rovnice kontinuity.
Elektrický šok nazývaný uspořádaný pohyb nabitých částic nebo nabitá makroskopická tělesa. Existují dva typy elektrických proudů - vodivé proudy a konvekční proudy.
Vodivý proud nazývá se uspořádaný pohyb volných nabitých částic v hmotě nebo vakuu - vodivé elektrony (v kovech), kladné a záporné ionty (v elektrolytech), elektrony a kladné ionty (v plynech), vodivostní elektrony a díry (v polovodičích), elektronové paprsky ( ve vakuu). Tento proud je způsoben tím, že se volné elektrické náboje pohybují ve vodiči pod vlivem aplikovaného elektrického pole.
Konvekční elektrický proud nazývaný proud způsobený pohybem nabitého makroskopického tělesa v prostoru
Pro vznik a udržení elektrického vodivého proudu jsou nutné následující podmínky:
1) přítomnost volných proudových nosičů (bezplatné poplatky);
2) přítomnost elektrického pole, které vytváří uspořádaný pohyb volných nábojů;
3) kromě Coulombových sil musí působit i bezplatné poplatky vnější síly neelektrické povahy; tyto síly jsou vytvářeny různými aktuální zdroje(galvanické články, baterie, elektrické generátory atd.);
4) obvod elektrického proudu musí být uzavřen.
Směr elektrického proudu je konvenčně považován za směr pohybu kladných nábojů, které tvoří tento proud.
Kvantitativní měřítko elektrický proud je proud I- skalární fyzikální veličina určená elektrickým nábojem procházejícím průřezem S vodič za jednotku času:
Proud, jehož síla a směr se v průběhu času nemění, se nazývá trvalý Pro DC
Elektrický proud, který se v čase mění, se nazývá proměnné. Jednotka proudu - ampér(A). V SI je definice jednotky proudu formulována takto: 1A- to je síla takového stejnosměrného proudu, který při průchodu dvěma rovnoběžnými přímými vodiči nekonečné délky a zanedbatelně malého průřezu, umístěnými ve vakuu na dálku 1 m jeden od druhého vytváří mezi těmito vodiči sílu rovnající se každému metru délky.
Hustota proudu nazývá se vektorová fyzikální veličina, která se shoduje se směrem proudu v uvažovaném bodě a je číselně rovna poměru síly proudu dl procházející elementární plochou kolmou ke směru proudu do oblasti této plochy:
Jednotka proudové hustoty – ampér na metr čtvereční (A/m2).
Hustota stejnosměrného elektrického proudu je v celém průřezu homogenního vodiče stejná. Proto pro stejnosměrný proud v homogenním vodiči s plochou průřezu S proud se rovná
Fyzikální veličina určená prací vnějších sil při pohybu jednoho kladného náboje se nazývá elektromotorická síla (EMF) zdroje:
EMF jednotka – volt(V). Vnější sílu působící na náboj lze vyjádřit pomocí intenzity pole vnějších sil
Potom bude práce vnějších sil pro pohyb náboje v uzavřené části obvodu rovna:
Dělení a zohlednění (získáme výraz pro emf působící v obvodu:
Lineární elektrické obvody. Homogenní úsek lineárního stejnosměrného obvodu: Ohmův zákon, znaménkové pravidlo; Joule-Lenzův zákon, rovnováha sil; sériové a paralelní zapojení homogenních úseků obvodu.
V sériovém zapojení jsou všechny prvky navzájem spojeny takovým způsobem, že část obvodu, která je zahrnuje, nemá jediný uzel. V paralelním spojení jsou všechny prvky zahrnuté v řetězci spojeny dvěma uzly a nemají žádné spojení s jinými uzly, pokud to neodporuje podmínce.
Když jsou vodiče zapojeny do série, proud ve všech vodičích je stejný.
Při paralelním zapojení je úbytek napětí mezi dvěma uzly spojujícími prvky obvodu pro všechny prvky stejný. V tomto případě je převrácená hodnota celkového odporu obvodu rovna součtu převrácených hodnot odporů paralelně připojených vodičů.
Sériové připojení
Když jsou vodiče zapojeny do série, je proudová síla v jakékoli části obvodu stejná:
Celkové napětí v obvodu v sériovém zapojení neboli napětí na pólech zdroje proudu se rovná součtu napětí v jednotlivých úsecích obvodu:
Rezistory
Induktor
Elektrický kondenzátor
.
Paralelní připojení
Intenzita proudu v nerozvětvené části obvodu je rovna součtu intenzit proudu v jednotlivých paralelně zapojených vodičích:
Napětí na úsecích obvodu AB a na koncích všech paralelně zapojených vodičů je stejné: 
Rezistor
Když jsou rezistory zapojeny paralelně, sečtou se hodnoty, které jsou nepřímo úměrné odporu (to znamená, že celková vodivost je součtem vodivosti každého rezistoru)
Pokud lze obvod rozdělit na vnořené podbloky zapojené sériově nebo paralelně k sobě, pak nejprve vypočítejte odpor každého podbloku, poté nahraďte každý podblok jeho ekvivalentním odporem, čímž zjistíte celkový (hledaný) odpor.
Pro dva paralelně zapojené rezistory je jejich celkový odpor roven: .
Pokud , pak je celkový odpor roven:
Když jsou rezistory zapojeny paralelně, jejich celkový odpor bude menší než nejmenší odpor.
Induktor
Elektrický kondenzátor
Ohmův zákon pro část obvodu. poměr napětí U mezi konci kovového vodiče, který je součástí elektrického obvodu, na proudovou sílu já v obvodu je konstanta:
Tato hodnota R volal elektrický odpor dirigent.
Jednotkou SI elektrického odporu je ohm(Ohm). Elektrický odpor 1 ohm má část obvodu, ve které je při proudu 1 A napětí 1 V:
Zkušenosti ukazují, že elektrický odpor vodiče je přímo úměrný jeho délce l a nepřímo úměrné ploše S průřez:
Konstantní parametr pro danou látku se nazývá Elektrický odpor látek.
Experimentálně zjištěná závislost síly proudu já od napětí U a elektrický odpor R se nazývá úsek řetězce Ohmův zákon pro část obvodu:
Vzorec a výrok Joule-Lenzova zákona
Tak či onak oba vědci studovali fenomén zahřívání vodičů elektrickým proudem a experimentálně stanovili následující vzorec: množství tepla, které se uvolňuje ve vodiči s proudem, je přímo úměrné odporu vodiče, druhé mocnině sílu proudu a dobu, za kterou proud projde.
Později další výzkum odhalil, že toto tvrzení platí pro všechny vodiče: kapalné, pevné a dokonce i plynné. V tomto ohledu se otevřený vzor stal zákonem.
Podívejme se tedy na samotný Joule-Lenzův zákon a jeho vzorec, který vypadá takto:
Formulace Ohmova zákona
Síla proudu v části obvodu je přímo úměrná napětí na koncích tohoto vodiče a nepřímo úměrná jeho odporu:
I = U/R;
Ohm
nainstalovánože odpor je přímo úměrný délce vodiče a nepřímo úměrný jeho průřezové ploše a závisí na látce vodiče.
R = ρl/S,
kde ρ je měrný odpor, l je délka vodiče, S je plocha průřezu vodiče.
Rovnováha sil - systém indikátorů, který charakterizuje shodu součtu hodnot zatížení spotřebitelů energetického systému (IPS) a požadovaného rezervního výkonu k množství dostupného výkonu energetického systému.
Definice
Pro formulování Kirchhoffových pravidel jsou představeny pojmy uzel, větev A obvod elektrický obvod. Větev je jakákoliv dvoukoncová síť zahrnutá v obvodu, například na Obr. segment označený U 1, I 1 je větev. Uzel je bod spojení dvou nebo více větví (na obrázku označeno tučnými tečkami). Okruh je uzavřený cyklus větví. Období uzavřená smyčka znamená, že počínaje nějakým uzlem v řetězci a jednou Po projití několika větví a uzlů se můžete vrátit k původnímu uzlu. Větve a uzly procházející během takového průchodu se obvykle nazývají patřící do tohoto okruhu. Je třeba mít na paměti, že větev a uzel mohou patřit do několika okruhů současně.
Z hlediska těchto definic jsou Kirchhoffova pravidla formulována následovně.
První pravidlo
Kolik proudu teče do uzlu, tolik z něj vytéká. i 2 + i 3 = i 1 + i 4 První Kirchhoffovo pravidlo (Kirchhoffovo aktuální pravidlo) říká, že algebraický součet proudů v každém uzlu libovolného obvodu je roven nule. V tomto případě je proud tekoucí do uzlu považován za kladný a proud tekoucí ven je považován za záporný:
Jinými slovy, kolik proudu teče do uzlu, tolik z něj teče. Toto pravidlo vyplývá ze základního zákona zachování náboje.
Druhé pravidlo
Kirchhoffovo pravidlo (Kirchhoffovo napěťové pravidlo) říká, že algebraický součet úbytků napětí na všech větvích patřících k libovolnému uzavřenému obvodu je roven algebraickému součtu emf větví tohoto obvodu. Pokud v obvodu nejsou žádné zdroje EMF (idealizované generátory napětí), je celkový pokles napětí nulový:
pro konstantní napětí 
pro střídavé napětí
Jinými slovy, při úplném obejití obvodu se potenciál, měnící se, vrací na svou původní hodnotu. Kirchhoffova pravidla platí pro lineární a nelineární linearizované obvody pro jakýkoli typ změny proudů a napětí v čase.
Rovnováha sil– systém ukazatelů, který charakterizuje shodu součtu hodnot zatížení spotřebičů energetického systému (IPS) a požadovaného rezervního výkonu k množství dostupného výkonu energetického systému.
Vlastní a nečistotová vodivost polovodičů: mechanismy elektronové a děrové vodivosti, donorové a akceptorové nečistoty, závislost koncentrace proudových nosičů na teplotě. Termistory.
Termistor je polovodičový rezistor, který využívá teplotní závislost elektrického odporu polovodičového materiálu. Termistor se vyznačuje velkým teplotním koeficientem odporu (TCR) (desetikrát vyšším než tento koeficient pro kovy), jednoduchostí zařízení, schopností pracovat v různých klimatických podmínkách při značném mechanickém zatížení a stálostí charakteristik v čase. . Termistor vynalezl Samuel Ruben v roce 1930. Existují termistory s negativním (termistory) a pozitivním (posistory) TCS. Nazývají se také termistory NTC a termistory PTC. U pozistorů platí, že s rostoucí teplotou roste i odpor, ale u termistorů je tomu naopak: s rostoucí teplotou odpor klesá.
Pracovní režim termistorů závisí na tom, pro kterou část statické charakteristiky proud-napětí (voltampérová charakteristika) je zvolen pracovní bod. Proudově-napěťová charakteristika zase závisí jak na konstrukci, rozměrech a hlavních parametrech termistoru, tak na teplotě, tepelné vodivosti prostředí, tepelném spojení mezi termistorem a okolím.
Vodiče a dielektrika. Elektrostatická indukce ve vodičích: fyzikální podstata jevu; rovnovážné rozložení intenzity elektrostatického pole a hustoty elektrického náboje v objemu a na povrchu vodičů.
Vodič je těleso, které obsahuje dostatečné množství volných elektrických nábojů, které se mohou pohybovat vlivem elektrického pole. Pod vlivem aplikovaného elektrického pole může ve vodičích vzniknout elektrický proud. Všechny kovy, roztoky solí a kyselin, vlhká půda, lidská a zvířecí těla jsou dobrými vodiči elektrických nábojů.
Dielektrikum neboli izolant je těleso, které uvnitř neobsahuje volné elektrické náboje. Elektrický proud není v izolátorech možný.
Dielektrika zahrnují sklo, plast, gumu, lepenku a vzduch. tělesa vyrobená z dielektrika se nazývají izolanty. Destiluje se zcela nevodivá kapalina, tzn. čištěná voda. (jakákoli jiná voda (kohoutek nebo mořská) obsahuje určité množství nečistot a je vodičem)
Volné náboje ve vodiči se mohou pohybovat vlivem libovolně malé síly. Pro rovnováhu náboje ve vodiči proto musí být splněny následující podmínky:
Intenzita pole uvnitř vodiče musí být nulová, potenciál uvnitř vodiče musí být konstantní.
Síla pole na povrchu vodiče musí být kolmá k povrchu
V důsledku toho je povrch vodiče, když jsou náboje v rovnováze, ekvipotenciální. Když jsou náboje v rovnováze, nikde uvnitř vodiče nemohou být žádné přebytečné náboje - všechny jsou rozmístěny po povrchu vodiče s určitou hustotou σ. Uvažujme uzavřenou plochu ve tvaru válce, jehož tvořící přímky jsou kolmé k povrchu vodiče. Na povrchu vodiče jsou volné náboje s povrchovou hustotou σ.
Protože Uvnitř vodiče nejsou žádné náboje, pak je tok povrchem válce uvnitř vodiče nulový. Tok horní částí válce vně vodiče se podle Gaussovy věty rovná
Vektor elektrického posunutí se rovná povrchové hustotě volných nábojů vodiče nebo Když je nenabitý vodič zaveden do vnějšího elektrostatického pole, volné náboje se začnou pohybovat: kladné - podél pole, záporné - proti poli. Pak se na jedné straně vodiče nahromadí kladné náboje a na druhé záporné náboje. Tyto náboje se nazývají INDUKOVANÉ. Proces redistribuce náboje bude probíhat, dokud se napětí uvnitř vodiče nerovná nule a tahové čáry vně vodiče jsou kolmé k jeho povrchu. Na vodiči se vlivem posunutí objevují indukované náboje, tzn. je povrchová hustota vytěsněných nábojů atd. proto se tomu říkalo vektor elektrického posunu.
11. Elektrická kapacita: kapacitní koeficienty; elektrická kapacita kondenzátoru a izolovaného vodiče; výpočet elektrické kapacity na příkladech plochého kondenzátoru a osamocené vodivé koule. Kondenzátorové systémy.
SOLITUDE je vodič, který je vzdálený od ostatních vodičů, těles, nábojů. Potenciál takového vodiče je přímo úměrný náboji na něm
Ze zkušenosti vyplývá, že různé vodiče, které jsou stejně nabité Q1 = Q2, získávají různé potenciály φ1¹φ2 v důsledku různých tvarů, velikostí a prostředí obklopujícího vodič (ε). Pro osamoceného vodiče tedy platí vzorec
Kde je kapacita osamělého vodiče. Kapacita izolovaného vodiče je rovna poměru náboje q, jehož předání vodiči změní jeho potenciál o 1 Volt. V soustavě SI se kapacita měří ve Faradech
Kapacita míče
Kapacita izolovaných vodičů je velmi malá. Pro praktické účely je nutné vytvořit zařízení, která umožňují akumulaci velkých nábojů při malých velikostech a potenciálech. KONDENZÁTOR – zařízení sloužící k akumulaci náboje a elektrické energie. Nejjednodušší kondenzátor se skládá ze dvou vodičů, mezi kterými je vzduchová mezera, neboli dielektrikum (vzduch je také dielektrikum). Vodiče kondenzátoru se nazývají desky a jejich vzájemné uspořádání je voleno tak, aby se elektrické pole koncentrovalo v mezeře mezi nimi. Kapacita kondenzátoru je chápána jako fyzikální veličina C rovna poměru náboje q nahromaděného na deskách k rozdílu potenciálu mezi deskami.
Vypočítejme kapacitu plochého kondenzátoru s plochou desek S, hustotou povrchového náboje σ, dielektrickou konstantou ε dielektrika mezi deskami a vzdáleností mezi deskami d. Síla pole je
Pomocí spojení mezi Δφ a E najdeme 
Pro válcový kondenzátor: kapacita plochého kondenzátoru.
Pro kulový kondenzátor 
Polarizace dielektrik: fyzikální podstata jevu; polarizační (vázané) náboje; polarizace (vektor polarizace); spojení mezi polarizačním vektorem a povrchovou a objemovou hustotou vázaných nábojů.
Polarizace dielektrik- jev spojený s omezeným posunem vázaných nábojů v dielektriku nebo rotací elektrických dipólů, obvykle pod vlivem vnějšího elektrického pole, někdy pod vlivem jiných vnějších sil nebo samovolně.
Související poplatky. V důsledku polarizačního procesu vznikají v objemu (nebo na povrchu) dielektrika nekompenzované náboje, které se nazývají polarizační, neboli vázané. Částice s těmito náboji jsou součástí molekul a vlivem vnějšího elektrického pole se vychylují ze svých rovnovážných poloh, aniž by opustily molekulu, ve které jsou součástí. Vázané náboje se vyznačují povrchovou hustotou
Dielektrikum umístěné ve vnějším elektrickém poli se vlivem tohoto pole polarizuje. Polarizace dielektrika je proces získání nenulového makroskopického dipólového momentu.
Při analýze moderních teorií gravitace, počínaje Newtonem a jeho následovníky, vidíme složitost vnímání tohoto jevu. Spočívá v tom, že pojem „gravitace“ je spojen s pojmem „gravitační záření“. Pokud se ale jedná o záření, tzn. něco, co vychází z gravitujícího tělesa (například Země), jak to může působit v opačném směru, tzn. přitahovat? Hegel na tento rozpor upozornil již před 200 lety. Věřil, že přitažlivost je derivátem odpuzování, ale neobtěžoval se to teoreticky doložit.
Fyzika nemůže používat intuice, pokud nemohou být formulovány v koherentním matematickém jazyce a doplněny popisy v běžném jazyce. Teorie gravitace, které dnes existují, včetně Newtonova zákona univerzální gravitace a Einsteinovy obecné teorie relativity, navíc neodpovídají na nejdůležitější otázku – odkud se bere energie k vytvoření a udržení gravitačního pole. Podle výpočtů vědců je gravitační síla Slunce, které drží Zemi na oběžné dráze, 3,6 x 1021 kgf. Ale kromě Země musí být přitahovány i jiné planety. Vědci jsou ve slepé uličce, když zjistí, že Slunce není schopno energeticky zajistit přitažlivost planet sluneční soustavy. Newton a Einstein se s touto otázkou potýkali dlouho, ale nikdy nenašli rozumnou odpověď. Nakonec se Newton rozhodl, že zdrojem gravitace je samotná hmota. Tak se objevila gravitační hmota, kterou oddělil od hmotnosti. Zároveň ale musel do své teorie zavést další hmotu – inertní, jako množství hmoty. K jeho překvapení matematické výpočty ukázaly, že tyto hmotnosti byly navzájem přesně stejné. Tak se zrodil zákon ekvivalence těžké a inertní hmoty, který Einstein použil při budování obecné teorie relativity. Newton tak opustil fyzikální vysvětlení pozorovaných jevů a nahradil je matematickým. Einstein následoval jeho cestu a vytvořil svou teorii gravitace, v níž dominantní roli nehraje hmota, ale prostor a čas jako fyzické objekty. Proto se jeho teorie také nazývá geometrická. Geometrie samozřejmě může určovat parametry sil, ale nemůže být příčinou pohybu.
Ve dvacátém století se objevila a začala se rychle rozvíjet kvantová teorie mikrosvěta a její samostatná větev, kvantová teorie gravitace. Jeho obtížnost spočívá především v tom, že je založena na poměrně vysoké úrovni matematického formalismu, kdy výsledky výpočtů slouží k posouzení fyzikální podstaty uvažovaného jevu. Navíc předpokládá přítomnost elementárních částic - gravitonů, zodpovědných za gravitační interakci v přírodě. Jak je známo, navzdory dlouhému pátrání nebyly tyto částice nikdy objeveny. Navíc tato teorie, stejně jako všechny předchozí, neodpovídá na otázku – kde je zdroj energie, která pohání gravitační pole. Takže všechny výše uvedené teorie i podobné (dnes jich je více než tucet) jsou čistě matematické, s neidentifikovanou fyzikální podstatou. Takové teorie neumožňují experimenty, aby je potvrdily. Při vysvětlování nedostatku rozsáhlých experimentů s gravitací se vědci odvolávají na skutečnost, že podle Newtonovy teorie vyžadují obrovskou hmotnost, protože je zdrojem gravitačních sil, a to je prakticky nemožné. Pokud jde o Einsteinovu obecnou teorii relativity, pak, jak již bylo uvedeno, obsahuje pouze matematiku a fyzikální podstatou je prostor a čas, které nejsou přístupné experimentům. Ani kvantová teorie gravitace v této věci nevypadá nejlépe. Jak ukázala historie vývoje fyzikální vědy, při používání matematických metod pro řešení problémů je nutná určitá opatrnost, protože v matematice neexistuje žádný mechanismus účelnosti a kritiky. Někteří vědci proto nepovažují matematiku za vědu, ale za druh mentálního nástroje. To nijak nesnižuje její roli ve výzkumu. Do práce je zařazen v poslední fázi, kdy již byla odhalena fyzikální podstata uvažovaného jevu. V jakékoli vědě se nejprve vybírají fyzikální a jiné faktory a ve formě analogových zákonů se stanovují kvalitativní vzorce. Takový nejednoznačný postoj k matematice lze vysledovat ve vědeckém výzkumu od starověku. Hegel například říká: „Při vytváření vědecké teorie není odkaz na matematiku jako argument důkazu legitimní.“ Nebo: "V matematickém uvažování neexistuje žádný důkaz." Vše výše uvedené shrnul slavný vědec V.A. Atsjukovsky: „V moderní fyzice, počínaje Newtonem, je matematika upřednostňována před fyzikou, jako by bylo možné z matematiky vysát něco nového, co je v ní vlastní.
Konečným úkolem, kterému výzkumníci čelí, je tedy identifikovat zdroj konstantní energie, která vytváří a napájí gravitační pole Země. Abychom to vyřešili, přejděme k termodynamice. Zákon zvaný druhý zákon říká: „Entropie vesmíru neustále roste. Entropie je míra energie náhodného (chaotického) pohybu molekul v látce. Ale pokud jde o její růst, zde není vše jasné. Moderní termodynamika tvrdí, že každý skutečný přírodní proces, každý skutečný pohyb je nutně doprovázen více či méně patrnými tepelnými efekty. To je způsobeno skutečností, že v plném souladu se zákonem zachování energie se všechny formy pohybu mohou navzájem přeměňovat podle potřeby a bez sebemenší ztráty. Pokud však do řetězce zahrnete článek skládající se z mechanických, elektrických, chemických a dalších prvků, který má tření, elektrický odpor nebo přenos tepla, obraz se změní. Každý z těchto spojů se ukáže být jakousi pastí, ve které se různé formy pohybu přeměňují na tepelný pohyb. A protože je to považováno za nevratné, tepelná energie se v přírodě hromadí, což vede ke zvýšení entropie. Na základě tohoto závěru dospěli významní vědci 19. století V. Thomson a R. Clausis, kteří tento zákon rozšířili na celý Vesmír, k závěru, že jeho tepelná smrt je nevyhnutelná. Dlouhodobá pozorování a zdravý rozum nás však přesvědčují, že svět Země je světem neustálé entropie. Jaký je důvod takového rozporu v univerzálním měřítku? Zde byste měli okamžitě věnovat pozornost formě tepelného pohybu, zejména vyskytujícího se na naší Zemi, která má horké jádro. Tepelný tok z něj půjde striktně po poloměru, tzn. bude nařízeno, nasměrováno k vnějšímu povrchu Země. To lze snadno ověřit experimentálně, jak bude uvedeno níže. Max Planck svého času řekl, že pokud by bylo možné nějak přeměnit neuspořádaný pohyb molekul na uspořádaný, pak by druhý termodynamický zákon ztratil jako princip svůj význam. Ukazuje se, že příroda předjímala obavy našich vědců z nevyhnutelnosti tepelné smrti vesmíru. Ale pokud naše Země nemá nárůst entropie, pak musíme zjistit, kde v tomto případě zmizí energie emitovaná jejím horkým jádrem. Otázku zdánlivě ztracené tepelné energie v procesu s konstantní, nerostoucí entropií položil Engels ve svém díle „Dialectics of Nature“. Odpověď na tuto otázku, i když není zcela jasná, najdeme v moderní kosmologii. Tvrdí, že proti nárůstu entropie působí jistá organizační role gravitace. Ale to není spíše odpověď, ale nápověda, kde ji hledat. Zde by měla být jiná formulace: „Ta část energie, která by, zdá se, měla být vynaložena na zvýšení entropie vesmírných objektů (planet, hvězd), je vynaložena na vytvoření a udržení gravitačního záření ve formě podélných vln. . Tento mechanismus je zcela analogický generování elektrického pole při řízeném pohybu elektronů ve vodiči. Tím se uzavře řetězec cirkulace energie v přírodě. Tepelná energie, mimochodem lidstvem nejpoužívanější, byla dosud mezi ostatními druhy energie „černou ovcí“, tento řetězec byl u ní přerušen. V důsledku toho se energie usměrněného tepelného pohybu může proměnit v energii gravitačního záření a ta zase v energii mechanického pohybu (myšleno energii pohybu planet a jejich satelitů). A nyní musíme odpovědět na poslední, neméně důležitou otázku, kterou položil Hegel: „Pokud je gravitační záření něco, co vychází ze Země (planety, hvězdy), jak pak může působit v opačném směru? To se týká newtonovské přitažlivosti nebo gravitace. Významní vědci poskytují několik vodítek, která tento fenomén objasňují. Jak již bylo zmíněno, stejný Hegel věřil, že přitažlivost je derivátem odpuzování gravitujících těles. Ale to je jen filozofická úvaha a nic víc. Rozhodněji se k této otázce vyjádřil anglický vědec Heaviside (1850-1925), nazývaný neuznaným géniem. Jeho myšlenkou bylo, že v přírodě vzniká druhé odražené gravitační pole, které dopadá na Zemi. To vytváří iluzi přitažlivosti. Ale jaký mechanismus zde funguje? To lze přirovnat k radarové vlně. Ale na rozdíl od ní se gravitační vlna po odrazu nevrací k Zemi do místa svého zdroje, ale padá naplocho, jako by ji objímala. Analogie interakce dvou stejnojmenných magnetických pólů nám pomůže zjistit, od které překážky se gravitační vlna vyzařovaná Zemí odráží. Při této interakci dochází k odpuzování magnetů díky setkání stejnojmenných magnetických polí. Přibližně stejný obrázek je pozorován během gravitační interakce vesmírných objektů, například Země a Měsíce. Vzájemně se odpuzují díky protilehlým gravitačním polím stejného jména ve formě vln. V tomto případě se vlny Země, srážející se s vlnami Měsíce, vracejí do těla, které je vygenerovalo, ve formě podélně-příčné struktury. To vyvolává otázku - proč primární gravitační záření neinteraguje s hmotou nebo tělesem, ale sekundární, padající naplocho, interaguje, nebo spíše tlačí tělesa k Zemi? Abychom na tuto otázku odpověděli, musíme porozumět struktuře gravitačního záření nebo pole. Struktura je chápána jako částice zodpovědná za gravitační interakci. Jak již bylo uvedeno, kvantová teorie prohlásila hypotetický graviton za takovou částici. Anglický vědec Stephen Hawking zase věří, že neutrino je částice gravitačního pole. Toto je dosud nejmenší objevená částice, která je 10 000krát menší než elektron. Důležitou roli zde však hraje nejen velikost částice, ale i její tvar. Podle vědců jsou makrosvět a mikrosvět postaveny podle stejného scénáře. Jak víte, galaxie je kupa hvězd ve tvaru disku. Totéž lze říci o sluneční soustavě, kde se planety otáčejí přibližně ve stejné rovině. A v mikrokosmu se stejná analogie projevuje ve struktuře atomu. Ukazuje se ale, že i elementární částice mají tvar disku. Nedávno bylo oznámeno, že vědcům se podařilo vyfotografovat elektron. Ukázalo se, že je ve formě nanodisku. Na základě toho by se dalo očekávat, že nukleony i neutrina mají stejný tvar. Zdá se, že toto je obecný princip struktury vesmíru. Při vyzařování gravitační vlny má neutrino podélný spin ve vztahu ke svému pohybu a má vysokou propustnost přes jakékoli překážky. Kvůli tomu neinteraguje se substancí hmotného těla. Avšak v sekundárním, odraženém gravitačním poli, kde vlna dopadá na Zemi naplocho, se spin neutrin ukáže jako příčný k jejímu pohybu a propustnost vlny tělem se prudce sníží. V tomto případě gravitační pole interaguje s hmotnými tělesy, ale nejde o přitažlivost Země, ale o tlačení směrem k ní. Toto bude Heaviside sekundární gravitační pole. Pokud je testovací těleso ve výšce od Země a není pevné, spadne na něj stejnou rychlostí jako gravitační pole, ale nebude mít váhu. Pokud má těleso oporu, pak gravitační pole, které jím prochází, tvoří váhu úměrnou množství hmoty v něm, neboli tomu, čemu říkáme gravitace. Nyní je čas vysvětlit, proč gravitační záření Země, které je zjevně nadřazené měsíčnímu záření, během jejich interakce nevytlačí Měsíc z jeho oběžné dráhy? Faktem je, že Země svým zářením interaguje nejen s Měsícem, ale také se Sluncem a v některých případech (při přiblížení) s Venuší a Marsem. K této interakci dochází daleko za oběžnou dráhou Měsíce. Pozemské záření se odráží od slunečního gravitačního záření a vrací se zpět, ale v nové kvalitě, jako je gravitační pole Heaviside. (Matematické vyjádření této interakce se bude výrazně lišit od Newtonova)
Kde je síla gravitačního záření Země v oblasti kontaktu s protilehlým zářením Měsíce; – síla gravitačního pole Země, která zabraňuje posunutí Měsíce z jeho oběžné dráhy z působení (Heavisideovo gravitační pole). Po cestě toto pole působí na podobné pole Měsíce, obklopuje jej ve formě určité koule, a tím jej přitlačuje k Zemi. V důsledku toho se Měsíc ocitne v rovnováze mezi dvěma silami – odpudivou silou od zemského záření a tlačnou silou od Heavisideova pole. Hranice, kde je tato rovnováha ustavena, určuje vzdálenost oběžné dráhy Měsíce od Země. Z toho vyplývá, že pokud Měsíc vyčerpá svůj energetický potenciál (horké jádro), nevyhnutelně spadne k Zemi. Vědci takovou událost nazývají gravitermální katastrofou. Dá se předpokládat, že k interakci Slunce s planetami, včetně Země spolu s Měsícem, dochází podle stejného scénáře. V tomto případě je hranice, kde dochází k přeměně gravitačního záření na gravitační pole, tzn. odpuzování dvou záření určuje velikost určité energetické koule vzniklé kolem planet působením Slunce nebo kolem Měsíce působením Země. Stejná koule se vytvoří kolem Slunce, když jeho gravitační záření interaguje s podobným zářením z jiných kosmických objektů umístěných mimo sluneční soustavu. Koule je prostorová oblast kolem gravitujícího objektu, ve které působí síly „gravitace“ (jak se dříve věřilo), a v souladu s novým paradigmatem jsou to síly tlaku nebo tlaku. Možná se podobná koule tvoří kolem UFO. Deaktivuje elektroniku letadel, která se k ní blíží, a také negativně ovlivňuje psychiku lidí. Nyní, v důsledku všech těchto inovací, se před námi objevuje nebeská mechanika ve srozumitelnější podobě. Slunce, rotující, zametá svým gravitačním zářením celý prostor své soustavy a nutí planety tančit v kruhu, každou po své dráze a zároveň rotovat kolem své osy ve stejném směru. Nejdůležitější je zde ale to, že planety, obklopené energetickou koulí vytvořenou z vlastního záření, jsou jakoby v limbu a ve vztahu ke Slunci nic neváží (jako koule na vodě). V důsledku toho bude k uvedení kulatého tance planet do akce zapotřebí zanedbatelná energie ve srovnání s tím, co vyžadovala Newtonova teorie. Pouze Venuše a Uran mají anomální rotaci kolem své osy v opačném směru. Zároveň si Uran „lehl na bok“, takže jeho osa směřuje ke Slunci. Ale tyto anomálie mohou také najít logické vysvětlení na mechanickém základě. Je třeba poznamenat, že všechny interakce v nebeské mechanice probíhají na úrovni pole. Například gravitační záření Slunce působí na planety prostřednictvím jejich energetických sfér. Dá se předpokládat, že další vesmírné objekty (galaxie) jsou podobné naší sluneční soustavě. Z těchto argumentů vyplývá, že oběžné dráhy planet a hvězd jsou předem dané (na rozdíl od Newtona, který je považoval za náhodné) a závisí na gravitačním potenciálu každého z interagujících vesmírných objektů. Primární gravitační záření kosmických objektů navíc zabraňuje jejich srážce, obnovuje řád v univerzálním měřítku a tím zajišťuje stabilitu Vesmíru, pro což předchozí teorie dávaly velmi pochybná vysvětlení. Stejný mechanismus (odpuzování) potvrzuje Hubbleův předpoklad, že všechny galaxie se vzdalují nejen od nás, ale i od sebe navzájem. Jinými slovy, vesmír se rozpíná. Snad nejpřesvědčivějším a nejnázornějším bodem nové nebeské mechaniky je vysvětlení lunisolárních přílivů a odlivů na Zemi. Podle nových názorů není voda přitahována Měsícem a Sluncem, ale je stlačována klesajícím gravitačním polem Země ve směru nejmenšího tlaku, tedy ve směru zenitu a proti němu (vzhledem k Měsíc a Slunce). To potvrzují gravimetrická měření ukazující periodické kolísání gravitace těles v různých bodech Země s cykličností odpovídající změně měsíčních fází a poloze Slunce vůči Zemi. Navíc je nárůst této síly posunut o 90° vzhledem k přílivovým vlnám. Pokud si pro názornost představíme odražené gravitační pole Země sestávající ze siločar, pak se po návratu tyto siločáry ohýbají podél paraboly, jako by Zemi objímaly. Einstein vysvětlil tento jev zakřivením prostoru. To je ale fyzikálně nevysvětlitelné. Newton vysvětlil vznik přílivu a odlivu na Zemi v místě, kde je Měsíc v zenitu, silami jeho gravitace. Na sarkastickou otázku jeho odpůrců – proč tedy ve stejnou dobu vzniká stejný přílivový hrb na druhé straně Země, neexistovala srozumitelná odpověď. Francouzský vědec R. Descartes zase vysvětluje tento jev jinak, říká: „Tvorba přílivu a odlivu nastává v důsledku tlaku měsíčního víru.“ Co je to za vír a odkud pochází, není jasné, ale obecně je toto tvrzení blíže pravdě. Ale nová nebeská mechanika, založená na termodynamické povaze gravitace, poskytuje zcela přesvědčivé vysvětlení odlivu a odlivu a odlivu, potvrzené četnými experimenty. Z této mechaniky vyplývá, že akce, kterou nazýváme „přitažlivost“, je, obrazně řečeno, ozvěnou gravitačního záření Země. Ale ozvěna může vzniknout pouze tehdy, je-li Země obklopena jinými gravitujícími objekty (Měsíc, jiné planety a především Slunce). To znamená, že na rozdíl od Newtonovy teorie nemá hmotnost Země nic společného s její schopností přitahovat gravitaci. Pokud by Země byla ve vesmíru sama, neměla by schopnost přitahovat gravitaci, i kdyby byla tisíckrát hmotnější. Tento obrázek zcela porušuje moderní astrofyzikální vědu. Zejména se obecně uznává, že vývoj hvězd, jejich zrození a smrt závisí na velikosti jejich hmotnosti, která určuje schopnost kosmického objektu přitahovat gravitaci. Nová hypotéza toto tvrzení vyvrací. Navíc slovo „gravitace“ v žádném případě neznamená pojem „přitažlivost“. Gravitace je zde mechanická silová vlna, která se při interakci s hmotou nebo podobnou vlnou může od sebe pouze odtlačit. Zejména přítomnost takových exotických hvězd, jako jsou „bílí trpaslíci“, neutronové hvězdy, černé díry, byla důsledkem matematických výpočtů založených na teoriích Newtona, Einsteina a jejich následovníků, kteří přijali jako postulát, že hmotnost je zdroj přitažlivých sil. Hmota je v nové hypotéze vnímána zjednodušeně jako množství hmoty, ve kterém se za určitých podmínek energie tepelného toku vycházejícího z jádra vesmírného tělesa částečně přemění na energii jeho gravitačního záření. Z toho vyplývá, že dva vesmírné objekty mající stejnou hmotnost mohou mít gravitační záření různé síly. Vše závisí ne na hmotnosti, ale na velikosti žhavého jádra a energii v něm obsažené. Takže například z pohledu nové hypotézy jsou „bílí trpaslíci“ a „neutronové hvězdy“ vesmírné objekty, které jsou malé velikosti a zároveň mají ve srovnání s běžnými hvězdami sféru s vysokou energií. To ale vůbec neznamená, že hmota v takových objektech je „nacpaná“ vysokou hustotou, která odpovídá velikosti výsledné energetické koule (neboli přitažlivé síle podle Newtonovy teorie). Zde je spíše faktorem vzniku vysokoenergetické koule vysoká energie horkého jádra. Výpočty, které vědci provedli pro určení hustoty neutronové hvězdy, která by odpovídala její schopnosti přitahovat se, činily 3x1017 kg/m3. To je zcela nepřiměřená hodnota, opět svědčící o tom, že hmota jako taková není zdrojem gravitačního záření. Pokud jde o „černé díry“, kolem kterých vzplály vášně vědců a neutichají dodnes, P. Laplace o nich před více než dvěma sty lety napsal: „Svítivá hvězda o hustotě Země a průměru 250 krát větší než Slunce neposkytuje žádné světlo paprsek se k nám dostane díky své gravitaci; Proto je možné, že nejjasnější nebeská tělesa ve vesmíru jsou z tohoto důvodu neviditelná.“ Toto je vysvětlení v rámci Newtonovy teorie gravitace. Teorie relativity poskytuje jiné, paradoxnější vysvětlení: „Černá díra“ je oblast prostoru, v níž se všechny fyzikální procesy zcela zastaví, a uvnitř této oblasti fyzikální zákony zcela ztrácejí svůj význam. Ale obě tyto teorie se shodují na jednom hlavním předpokladu: že množství hmoty určuje sílu gravitační přitažlivosti. Pokud se však tento předpoklad z fyzikálního obrazu světa vyloučí (jak se to děje v autorově nové hypotéze gravitace), pak všechny paradoxy vyplývající z matematických triků zmizí a „černá díra“ se promění v obyčejnou hvězdu s obrovská hmotnost a docela mírné gravitační záření. Ve skutečnosti je podle nových myšlenek jakákoli planeta nebo hvězda jakousi „černou dírou“. Pokud se nějaké kosmické negravitační těleso dostane do energetické sféry Země, pak rychlostí menší než druhé kosmické (11 km/s) bude Zemí zachyceno a proměněno ve svůj satelit. Pokud je tato rychlost menší než první kosmická rychlost (8 km/s), pak těleso spadne na Zemi. A konečně, pokud jeho rychlost překročí 11 km/s, pak těleso opustí sféru vlivu Země a změní se v satelit Slunce. Tento závěr samozřejmě neplatí pro tělesa s trajektorií pohybu směřující přímo k Zemi. Na druhé straně, pokud kosmické těleso gravituje, bude buď vyvrženo z energetického obalu Země, nebo vysokou rychlostí vstoupí do této sféry a promění se ve věčný satelit, jako je Měsíc. Proto můžeme předpokládat, že není pozemského původu, jak se věří, ale „zabloudil“ v důsledku nějakého druhu kosmického kataklyzmatu. Je třeba poznamenat, že newtonovská hmota se objevuje i v mikrokosmu. Například zrození hvězd se vysvětluje přitažlivou schopností částic hmoty rozptýlených ve vesmíru. Podle nové hypotézy k samovytváření z prohmoty, za kterou se neutrinová částice opět vydává, dochází na základě spinů částic v důsledku fluktuací. V souladu s tím nemají ani elementární částice, ani atomy a molekuly přitažlivou schopnost. Všechny tyto mylné představy byly důsledkem Newtonova zavedení konceptu takzvané „těžké hmoty“ a inertní hmoty do vědy. A Einstein zavedl do vědy další masu – relativistickou, která se obecně nehodí do žádných bran. Výsledkem je, že stejné tělo může mít tři hmoty, což nevyhnutelně vytváří zmatek v myslích lidí. Jak poznamenal náš spisovatel M.I. Pisemsky: „Existují tak skvělé chyby, které mají stimulující účinek na mysl celých generací.“ Lze dodat, že tyto chyby zůstávají dlouhou dobu nepovšimnuty. S takovými chybami souvisí Newtonův zákon univerzální gravitace a Einsteinova obecná teorie relativity. Práce badatele v rámci falešného paradigmatu přirozeně vede k falešným výsledkům. Pokud si toho nevšimneme, časem se tyto chyby hromadí jako sněhová koule a ve fyzikální vědě nastává krize.
Takže ze všeho výše uvedeného vyplývá, že v přírodě existují jak gravitující, tak negravitující tělesa. Mezi první patří všechny hvězdy a planety, stejně jako objekty lidské činnosti, například jaderné reaktory, které podle vědců emitují až 1018 neutrinových částic za 1 sekundu. Do druhé skupiny patří všechny objekty kolem nás, objekty včetně nebeských, které nemají horké jádro, například meteority, asteroidy atd. Zajímavé je, že gravitující objekty jsou také biologické struktury živé přírody, včetně člověka, dokud jsou naživu Člověk má uvnitř stálý zdroj tepelné energie, ale nepozoruje se žádné zvýšení entropie. To znamená, že tepelný pohyb přicházející zevnitř ven je stabilizován, tzn. ne chaotické. Z toho vyplývá, že člověk, stejně jako planety, vyzařuje gravitační vlny. Ale tyto vlny, na rozdíl od vln neživé přírody, mají také vysoký informační obsah. Každý projev myšlenky, emoce, touhy, jakýkoli stav mysli je doprovázen energetickými vibracemi, které se jakoby otiskují do gravitačních vln vyzařovaných člověkem. Tato totalita gravitačního záření se svým informačním obsahem se nazývá biopole (podrobněji o tom viz kniha „Povaha mikrosvěta“). Přítomnost biopole byla skeptikem dlouho popírána, protože jeho vlastnosti nebylo možné žádným způsobem vysvětlit prostřednictvím vlastností známých polí a zjevně nezapadalo do striktního materialistického obrazu světa. Kámen úrazu byl v tom, že podle Newtonovy teorie síla biopole neodpovídá hmotnosti člověka. TMG však tuto překážku odstranila a ukázala, že tělesná hmotnost není měřítkem velikosti (intenzity) gravitačního záření. V důsledku toho toto záření zahrnuje biopole, které má informační obsah, což zase přispívá k projevu parapsychologických jevů (telepatie, jasnovidectví, proutkaření atd.). A konečně, když gravitační pole člověka interaguje s podobným zářením ze Země (to se vždy děje s různou intenzitou), kolem člověka se vytvoří aura - energetický obal, analogicky s koulí kolem planet a hvězd. Zatím není jasné, proč může člověk zažít (spontánně nebo vědomě) sílu gravitačního záření srovnatelnou s tou na Zemi. V tomto případě se projevuje fenomén jako levitace – schopnost člověka volně létat v prostoru. Věda samozřejmě možnost takových jevů popírá, a přesto by vzhledem k informacím, které se k nám dostaly, měla být levitace považována za zásadně možnou. Zmínky o tom lze nalézt ve zprávách a denících mnoha Evropanů, kteří Indii navštívili. Slavný anglický badatel, jasnovidec Douglas Hume opakovaně prokazoval levitaci po dobu 40 let za přítomnosti mnoha vynikajících vědců. Před levitací se dostal do transu. Mezi těmi, kteří navštěvovali Humeova sezení, byl AK Tolstoj. Hume navštívil Rusko dvakrát a provedl několik levitačních sezení za přítomnosti profesorů St. Petersburgské univerzity Butlerova a Wagnera. O fenoménu levitace svědčily takové vynikající osobnosti jako Curieovi, Thomas Edison aj. Nejstarší zmínka o levitaci, která se k nám dostala, je dokument z roku 1650. Uvádí, že mnich Joseph Scipartino z Itálie se v náboženské extázi vznášel ve vzduchu ve výšce 40 yardů. Moderní důkazy tohoto jevu u nás jsou více než skromné a jsou spojeny nikoli s létáním, ale s částečným hubnutím. Například bylo zaznamenáno, že dívka spadla z osmého patra, když hladce dopadla na nohy (jde o spontánní levitaci). Nebo jiný případ, kdy by náměsíčný chlapec mohl chodit po vodě jako po suchu. Nedávno v televizi v pořadu „Zázraky“ ukázali ženu, která se neutopí. Byla svázána za ruce a nohy a navíc jí na hruď položili žehličku. Ve středověku by byla považována za čarodějnici. Slavný vědec A.P. Dubrov, analyzující mezinárodní zkušenosti ve studiu levitace a telekineze, píše: „Analýza úspěchů moderní vědy, zejména v oblasti studia levitace, ukazuje, že ani obecně přijímané úspěchy kvantové fyziky nejsou dovolte nám vysvětlit mechanismy, které jsou základem levitace. Potřebujeme novou fyziku, revoluční průlom v chápání pozorovaných jevů a role vědomí. Slavný Einstein sdílel stejný názor. Ve svých ubývajících letech říkal, že se fyzika v budoucnu vydá jinou cestou. Všechny moderní pokusy vysvětlit možnost překonání gravitace a vznést se do vzduchu byly založeny na Newtonově teorii, která nedávala žádnou šanci doložit fenomén levitace. Termodynamický model gravitace (TMG) je nová fyzika, o které Dubrov snil. Práce srdce spočívá v neustálé kontrakci a relaxaci srdečního svalu, což ukazuje na přítomnost látky v něm, která má piezoelektrický efekt. Lze předpokládat, že právě piezoelektrický jev vytváří podmínky pro vznik gravitačního záření lidského těla. Toto téma se ale týká spíše parapsychologie. Aby bylo možné přiřadit nové hypotéze o povaze gravitace status teorie, vyžaduje ověření četnými experimenty a různými výzkumníky. Až dosud byly všechny experimenty v této oblasti zredukovány buď na zaznamenávání předpokládaných gravitačních vln postulovaných Newtonem pomocí Weberova detektoru, nebo na měření přitažlivých sil na torzní váze. Je třeba poznamenat, že všechny tyto experimenty byly vzhledem k extrémní malosti naměřené hodnoty spojeny s přesností měření na prahu citlivosti přístrojů. Zcela jiné možnosti nastavení experimentů TMG, kde se odhalí fyzikální podstata gravitace, a budou účelové, s předem očekávaným výsledkem. V první řadě je pro testování termodynamické podstaty gravitace nutné vytvořit umělé gravitační těleso. Doposud taková myšlenka nemohla napadnout žádného badatele, protože by odporovala všem v současnosti známým teoriím gravitace. Podle TMG však lze procesy spojené s vyzařováním gravitačních vln Zemí simulovat v miniatuře. Příroda sama naznačuje, jak to lze udělat, a to velmi jednoduše a jasně. K tomu je třeba vzít míč, nejlépe větší, vyrobený z materiálu, který odolá vysokým teplotám. Do ní umístěte zdroj tepelné energie a tuto kuličku položte na váhu. Pravděpodobně by měl zhubnout (samozřejmě mírně) díky tomu, že jeho gravitační záření bude odpuzováno podobným zářením ze Země (stejně jako Měsíc). A tak se také stalo. Pro rozhodující experiment byla vyrobena ocelová kulička o průměru 100 mm. V kouli byla do středu vytvořena kuželovitá díra. Poté byla umístěna na laboratorní váhu pákového typu VLT-5 s hodnotou dílku 0,3 g a vyvážena běžnými závažími. Hmotnost míče byla 4,2 kg. Jako zdroj tepelné energie byl použit laser LT1-2 s energií paprsku 5 kW. Paprsek byl nasměrován do kuželovitého otvoru koule shora dolů. Jak se teplota povrchu koule zvyšovala (měřeno termočlánkem), ručička váhy se podle očekávání pomalu vychylovala ve směru klesající hmotnosti. Asi po hodině a půl, kdy povrchová teplota míče dosáhla 300°C, byl laser vypnut. Rozdíl (pokles) hmotnosti koule oproti výchozí hodnotě (ve studeném stavu) byl 3g (deset dílků stupnice). Po vypnutí laseru se hmotnost vrátila na původní hodnotu.
Dále, pro zpestření experimentů, bylo gravitační těleso vyrobeno ve tvaru torusu, nebo jednoduše řečeno velké koblihy z kaolinového vlákna s 500W elektrickou spirálou „zapečenou“ uvnitř podél osy. Tepelný tok se v něm, stejně jako v kouli, šíří zevnitř po poloměru, tzn. bude směrová. Kobliha byla zvážena na stejných vahách jako v předchozím experimentu. V tomto experimentu, stejně jako v experimentu s míčem, byla tepelná energie spotřebována z celého povrchu torusu na vytvoření gravitačního záření. Pracovní část povrchu, která interaguje s gravitačním zářením Země, tvoří v tomto případě 20-25 % celého jejího povrchu. Pokud by veškerá energie spirály směřovala do pracovní, spodní, zóny torusu, pak by se efekt ztráty hmotnosti torusu zvýšil 10. Tento předpoklad lze aplikovat i na experiment s míčem . Závěry z těchto dvou experimentů posloužily jako podnět k vytvoření gravitačního tělesa ve formě „desky“. Tento „létající talíř“ byl vyroben ze dvou hliníkových polokoulí o průměru 350 mm. Ve spodní polokouli bylo instalováno grafitové jádro (emitor) o průměru a výšce 100 mm. Jeho spodní konec byl vysunut o 10 mm ven a na horním konci byla umístěna elektrická spirála z porcelánových korálků o výkonu 0,8 kW. Zbytek prostoru obou hemisfér byl vyplněn kaolinovým vláknem. Hmotnost „talíře“ ve studeném stavu byla 3,5 kg a gravitační kapacita (snížení hmotnosti) na konci experimentu byla 5 g. Vážení bylo provedeno na stejných vahách. Musím říct, že tady jsem čekal lepší výsledek. Je zřejmé, že většina tepelného toku procházejícího jádrem byla odkloněna do stran, aby se zahřála tepelná izolace jeho bočního povrchu. V důsledku toho se pouze část tepelného toku přeměnila na gravitační záření, které interagovalo s podobným zářením ze Země.
Nejlepší výsledky, tzn. úbytek hmotnosti byl získán pomocí modelu gravitujícího těla, vtipně nazývaného „létající pánev“, analogicky s „létajícím talířem“. Tento model byl skutečně vyroben z pánve o průměru a výšce 160 mm. Ve dně byl vyříznut otvor o průměru 100 mm, na který byl položen grafitový kotouč o průměru 130 mm a tloušťce 35 mm. Stejně jako v předchozím experimentu byla na disk umístěna elektrická spirála v porcelánových korálcích o výkonu 600 W. Veškerý volný prostor „pánve“ byl vyplněn kaolinovým vláknem. Hmotnost modelu za studena byla 2,534 kg. Tentokrát bylo vážení provedeno na elektronické váze MK-6-A20 s hodnotou dílku 2g. To umožnilo pozorovat změnu hmotnosti modelu v průběhu času, až na minuty, během procesu zahřívání a následného chlazení za přirozených podmínek. Model byl instalován na speciálním stojanu.
Jejich analýza ukazuje, že doslova 20 minut po zapnutí napájení se hmotnost modelu snížila o 2 g. Další úbytek hmotnosti byl 2 g každých 10 minut. Ke konci experimentu se hubnutí zpomalilo a poslední odečet na váze – 14g – nastal půl hodiny po předchozím. Pak se váha hodinu nezměnila. Téměř okamžitě po vypnutí napájení došlo k nárůstu hmotnosti o 2g. Během procesu ochlazování byly časové intervaly mezi odečty na stupnici hodiny. Pokud zahřátí modelu do konečného výsledku - 14g trvalo 2 hodiny, pak chlazení trvalo 5 hodin. Model se však již nikdy nevrátil na původní váhu. Rozdíl byl 4g. To je zřejmě způsobeno tuhostí elektrického drátu napájejícího cívku.
Účelem všech těchto experimentů bylo ukázat možnost vytvoření umělého gravitačního tělesa, na rozdíl od Newtonovy teorie, s nízkou hmotností. To je takříkajíc výchozí materiál, na jehož základě by se mělo hledat řešení návrhu funkčního modelu generátoru gravitačního záření, který francouzský vědec Brillouin nazval „grazer“ (analogicky s „ laser").
Uvidíme, jaké možnosti se vědcům otevřou, když dostanou k dispozici travič. Za prvé, toto je fyzické zařízení, o kterém Brillouin snil. S jeho pomocí, věřil, bylo možné měřit různé parametry gravitačních vln (frekvenci, rychlost šíření, dosah atd.). Je zajímavé analyzovat interakci umělého gravitačního záření s přirozeným zářením Země. Je žádoucí najít závislost dosahu gravitačního paprsku na energii dodávané do zařízení. Poté můžete uvažovat o perspektivě praktického využití traviče v různých oblastech vědy. Po vytvoření grazeru a provedení všech výše uvedených experimentů bude možné konečně proměnit termodynamický gravitační model TMG v plnohodnotnou TTG teorii gravitace. To vše nakonec povede k radikální revizi mnoha astrofyzikálních pozic. Zejména je zcela vyloučena možnost gravitačního kolapsu. Podle moderní vědy, pokud masivní hvězda vyčerpá svůj energetický potenciál (horké jádro se ochladí), dojde vlivem gravitačních sil ke katastrofálnímu rychlému kolapsu. Díky tomu se hvězda může proměnit v neutronovou hvězdu nebo černou díru. Podle TTG však s tímto výsledkem hvězda ztratí tyto gravitační síly a změní se v obrovský neživý asteroid.
Z hlediska TTG je třeba vzít v úvahu ještě jeden faktor týkající se historie fyziky. Jak je známo, americký fyzik Michelson (spolu s Morleym) provedl v roce 1887 experiment s cílem detekovat pohyb Země vůči stacionárnímu éteru, jinými slovy detekovat takzvaný éterický vítr. Tento experiment měl negativní výsledek.
Podle TTG jsou všechny gravitující objekty (hvězdy, planety) obklopeny energetickou sférou skládající se z neutrin představujících éter, a proto se pohybují ve světovém prostoru spolu s ní. Je zcela přirozené, že ve svém experimentu Michelson nemohl detekovat pohyb Země vzhledem k éteru. Neúspěch tohoto experimentu tedy nemůže sloužit jako důkaz nepřítomnosti éteru a svědčit ve prospěch teorie relativity.
Moderní úspěchy ve fyzice vysokých energií stále více posilují myšlenku, že rozmanitost vlastností přírody je způsobena interagujícími elementárními částicemi. Je zřejmě nemožné podat neformální definici elementární částice, protože mluvíme o nejprimárnějších prvcích hmoty. Na kvalitativní úrovni můžeme říci, že skutečně elementární částice jsou fyzické objekty, které nemají součásti.
Je zřejmé, že otázka elementární povahy fyzických objektů je především otázkou experimentální. Například bylo experimentálně zjištěno, že molekuly, atomy a atomová jádra mají vnitřní strukturu indikující přítomnost jednotlivých částí. Nelze je tedy považovat za elementární částice. Nedávno bylo zjištěno, že částice jako mezony a baryony mají také vnitřní strukturu, a proto nejsou elementární. Zároveň nebyla nikdy pozorována vnitřní struktura elektronu, a proto jej lze zařadit mezi elementární částice. Dalším příkladem elementární částice je kvantum světla – foton.
Moderní experimentální data naznačují, že existují pouze čtyři kvalitativně odlišné typy interakcí, kterých se elementární částice účastní. Tyto interakce se nazývají základní, tedy nejzákladnější, počáteční, primární. Vezmeme-li v úvahu veškerou rozmanitost vlastností Světa kolem nás, pak se zdá naprosto překvapivé, že v přírodě existují pouze čtyři základní interakce zodpovědné za všechny přírodní jevy.
Kromě kvalitativních rozdílů se zásadní interakce kvantitativně liší v síle svého dopadu, která je charakterizována termínem intenzita. S rostoucí intenzitou jsou základní interakce uspořádány v následujícím pořadí: gravitační, slabé, elektromagnetické a silné. Každá z těchto interakcí je charakterizována odpovídajícím parametrem zvaným vazebná konstanta, jejíž číselná hodnota určuje intenzitu interakce.
Jak fyzické objekty provádějí základní interakce mezi sebou? Na kvalitativní úrovni je odpověď na tuto otázku následující. Základní interakce jsou neseny kvanty. Navíc v kvantovém poli fundamentální interakce odpovídají odpovídajícím elementárním částicím, nazývaným elementární částice – nositelé interakcí. V procesu interakce fyzický objekt emituje částice - nosiče interakce, které jsou absorbovány jiným fyzickým objektem. To vede k tomu, že objekty jakoby vnímají jeden druhého, svou energii, povahu pohybu, změnu stavu, to znamená, že zažívají vzájemné ovlivňování.
V moderní fyzice vysokých energií je myšlenka sjednocení základních interakcí stále důležitější. Podle myšlenek sjednocení existuje v přírodě pouze jedna jediná základní interakce, která se v konkrétních situacích projevuje jako gravitační, slabá, elektromagnetická, silná, nebo nějaká jejich kombinace. Úspěšnou realizací myšlenek sjednocení bylo vytvoření dnes již standardní jednotné teorie elektromagnetických a slabých interakcí. Pracuje se na vývoji jednotné teorie elektromagnetických, slabých a silných interakcí, nazývané teorie velkého sjednocení. Probíhají pokusy najít princip pro sjednocení všech čtyř základních interakcí. Postupně zvážíme hlavní projevy základních interakcí.
Gravitační interakce
Tato interakce je svou povahou univerzální, účastní se jí všechny druhy hmoty, všechny přírodní objekty, všechny elementární částice! Obecně uznávanou klasickou (nekvantovou) teorií gravitační interakce je Einsteinova obecná teorie relativity. Gravitace určuje pohyb planet ve hvězdných systémech, hraje důležitou roli v procesech probíhajících ve hvězdách, řídí vývoj vesmíru a v pozemských podmínkách se projevuje jako síla vzájemné přitažlivosti. Samozřejmě jsme uvedli jen malý počet příkladů z obrovského seznamu gravitačních efektů.
Podle obecné teorie relativity souvisí gravitace se zakřivením časoprostoru a je popsána pomocí tzv. Riemannovy geometrie. V současné době všechna experimentální a pozorovací data o gravitaci zapadají do rámce obecné teorie relativity. Data o silných gravitačních polích však v podstatě chybí, takže experimentální aspekty této teorie obsahují mnoho otázek. Tato situace dává vzniknout různým alternativním teoriím gravitace, jejichž předpovědi se prakticky neliší od předpovědí obecné relativity pro fyzikální jevy ve Sluneční soustavě, ale v silných gravitačních polích vedou k různým důsledkům.
Pokud zanedbáme všechny relativistické efekty a omezíme se na slabá stacionární gravitační pole, pak se obecná teorie relativity redukuje na newtonovskou teorii univerzální gravitace. V tomto případě, jak známo, je potenciální energie interakce dvou bodových částic o hmotnostech m 1 a m 2 dána vztahem
kde r je vzdálenost mezi částicemi, G je Newtonova gravitační konstanta, která hraje roli gravitační interakční konstanty. Tento vztah ukazuje, že potenciální energie interakce V(r) je nenulová pro jakékoli konečné r a klesá k nule velmi pomalu. Z tohoto důvodu je gravitační interakce považována za dalekosáhlou.
Z mnoha fyzikálních předpovědí obecné teorie relativity si všimneme tří. Teoreticky bylo zjištěno, že gravitační poruchy se mohou šířit vesmírem ve formě vln nazývaných gravitační vlny. Šíření slabých gravitačních poruch je v mnoha ohledech podobné elektromagnetickým vlnám. Jejich rychlost je rovna rychlosti světla, mají dva stavy polarizace a jsou charakterizovány jevy interference a difrakce. Kvůli extrémně slabé interakci gravitačních vln s hmotou však zatím nebylo možné jejich přímé experimentální pozorování. Přesto data z některých astronomických pozorování o ztrátách energie ve dvojhvězdných systémech naznačují možnou existenci gravitačních vln v přírodě.
Teoretické studium rovnovážných podmínek hvězd v rámci obecné teorie relativity ukazuje, že za určitých podmínek mohou dostatečně hmotné hvězdy začít katastrofálně kolabovat. Ukázalo se, že je to možné v poměrně pozdních fázích vývoje hvězdy, kdy vnitřní tlak způsobený procesy odpovědnými za svítivost hvězdy není schopen vyrovnat tlak gravitačních sil, které mají tendenci hvězdu stlačovat. V důsledku toho nelze proces komprese ničím zastavit. Popsaný fyzikální jev, předpovězený teoreticky v rámci obecné teorie relativity, se nazývá gravitační kolaps. Studie ukázaly, že pokud se poloměr hvězdy stane menším, než je takzvaný gravitační poloměr
Rg = 2GM/c2,
kde M je hmotnost hvězdy a c je rychlost světla, pak pro vnějšího pozorovatele hvězda zhasne. Žádné informace o procesech probíhajících v této hvězdě se k vnějšímu pozorovateli nedostanou. V tomto případě tělesa dopadající na hvězdu volně překračují gravitační poloměr. Pokud je takovým tělesem míněn pozorovatel, pak nezaznamená nic jiného než zvýšení gravitace. Existuje tedy oblast prostoru, do které lze vstoupit, ale z níž nemůže nic vycházet, včetně světelného paprsku. Taková oblast vesmíru se nazývá černá díra. Existence černých děr je jednou z teoretických předpovědí obecné teorie relativity, některé alternativní teorie gravitace jsou konstruovány tak, že tento typ jevů zakazují. V tomto ohledu je nesmírně důležitá otázka reality černých děr. V současné době existují pozorovací údaje, které naznačují přítomnost černých děr ve vesmíru.
V rámci obecné teorie relativity bylo poprvé možné formulovat problém evoluce vesmíru. Vesmír jako celek se tak stává nikoli předmětem spekulativních spekulací, ale předmětem fyzikální vědy. Obor fyziky, který se zabývá vesmírem jako celkem, se nazývá kosmologie. Nyní se má za to, že žijeme v rozpínajícím se vesmíru.
Moderní obraz evoluce Vesmíru je založen na myšlence, že Vesmír včetně jeho atributů, jako je prostor a čas, vznikl v důsledku zvláštního fyzikálního jevu zvaného Velký třesk, a od té doby se rozpíná. Podle teorie vývoje Vesmíru by se vzdálenosti mezi vzdálenými galaxiemi měly s časem zvětšovat a celý Vesmír by měl být vyplněn tepelným zářením o teplotě asi 3 K. Tyto předpovědi teorie jsou ve výborné shodě s astronomickými pozorovací údaje. Odhady navíc ukazují, že stáří vesmíru, tedy doba, která uplynula od velkého třesku, je asi 10 miliard let. Pokud jde o podrobnosti o velkém třesku, tento jev byl špatně prozkoumán a o záhadě velkého třesku můžeme mluvit jako o výzvě pro fyzikální vědu jako celek. Je možné, že vysvětlení mechanismu velkého třesku souvisí s novými, dosud neznámými zákony přírody. Obecně přijímaný moderní pohled na možné řešení problému velkého třesku je založen na myšlence spojení teorie gravitace a kvantové mechaniky.
Koncept kvantové gravitace
Dá se vůbec mluvit o kvantových projevech gravitační interakce? Jak se běžně věří, principy kvantové mechaniky jsou univerzální a platí pro jakýkoli fyzický objekt. V tomto smyslu není gravitační pole výjimkou. Teoretické studie ukazují, že na kvantové úrovni je gravitační interakce nesena elementární částicí zvanou graviton. Lze poznamenat, že graviton je bezhmotný boson se spinem 2. Gravitační interakce mezi částicemi způsobená výměnou gravitonu je konvenčně znázorněna následovně:
Částice emituje graviton, což způsobí, že se změní její pohybový stav. Jiná částice pohltí graviton a také změní stav jeho pohybu. V důsledku toho se částice vzájemně ovlivňují.
Jak jsme již poznamenali, vazebná konstanta charakterizující gravitační interakci je Newtonova konstanta G. Je dobře známo, že G je rozměrová veličina. Je zřejmé, že pro odhad intenzity interakce je vhodné mít bezrozměrnou vazebnou konstantu. K získání takové konstanty můžete použít základní konstanty: (Planckova konstanta) a c (rychlost světla) - a zavést nějakou referenční hmotnost, například hmotnost protonu m p. Pak bude bezrozměrná vazebná konstanta gravitační interakce
Gm p 2 /(c) ~ 6·10-39,
což je ovšem velmi malá hodnota.
Je zajímavé poznamenat, že ze základních konstant G, , c je možné sestrojit veličiny, které mají rozměry délky, času, hustoty, hmotnosti a energie. Tyto veličiny se nazývají Planckovy veličiny. Konkrétně Planckova délka l Pl a Planckův čas t Pl vypadají takto: 
Každá základní fyzikální konstanta charakterizuje určitý okruh fyzikálních jevů: G - gravitační jevy, - kvantové, c - relativistické. Pokud tedy nějaký vztah současně obsahuje G, , c, pak to znamená, že tento vztah popisuje jev, který je současně gravitační, kvantový a relativistický. Existence Planckových veličin tedy naznačuje možnou existenci odpovídajících jevů v přírodě.
Číselné hodnoty l Pl a t Pl jsou samozřejmě velmi malé ve srovnání s charakteristickými hodnotami veličin v makrokosmu. To ale znamená pouze to, že se kvantově-gravitační efekty projevují slabě. Mohou být významné pouze tehdy, když se charakteristické parametry staly srovnatelnými s Planckovými hodnotami.
Výrazným rysem jevů mikrosvěta je skutečnost, že fyzikální veličiny podléhají tzv. kvantovým fluktuacím. To znamená, že při opakovaných měřeních fyzikální veličiny v určitém stavu by v zásadě měly být získány různé číselné hodnoty, a to z důvodu nekontrolované interakce zařízení s pozorovaným objektem. Připomeňme, že gravitace souvisí s projevem zakřivení časoprostoru, tedy s geometrií časoprostoru. Proto by se mělo očekávat, že v časech řádu t Pl a vzdálenostech řádu l Pl by se geometrie časoprostoru měla stát kvantovým objektem, geometrické charakteristiky by měly prožívat kvantové fluktuace. Jinými slovy, v Planckových měřítcích neexistuje žádná pevná časoprostorová geometrie, obrazně řečeno, časoprostor je kypící pěna.
Konzistentní kvantová teorie gravitace nebyla zkonstruována. Vzhledem k extrémně malým hodnotám l Pl, t Pl je třeba počítat s tím, že v žádné dohledné době nebude možné provádět experimenty, ve kterých by se projevovaly kvantově-gravitační efekty. Teoretický výzkum otázek kvantové gravitace proto zůstává jedinou cestou vpřed. Existují však jevy, kde by kvantová gravitace mohla být významná? Ano, existují a už jsme o nich mluvili. Toto je gravitační kolaps a velký třesk. Podle klasické teorie gravitace by měl být objekt vystavený gravitačnímu kolapsu stlačen na libovolně malou velikost. To znamená, že jeho rozměry se mohou stát srovnatelnými s l Pl, kde již klasická teorie neplatí. Stejně tak při velkém třesku bylo stáří vesmíru srovnatelné s tPl a jeho rozměry byly řádově lPl. To znamená, že pochopení fyziky velkého třesku je v rámci klasické teorie nemožné. Popis konečného stadia gravitačního kolapsu a počátečního stadia evoluce Vesmíru lze tedy provést pouze pomocí kvantové teorie gravitace.
Slabá interakce
Tato interakce je nejslabší ze základních interakcí experimentálně pozorovaných při rozpadech elementárních částic, kde jsou kvantové efekty zásadně významné. Připomeňme, že kvantové projevy gravitační interakce nebyly nikdy pozorovány. Slabá interakce se rozlišuje pomocí následujícího pravidla: pokud se procesu interakce účastní elementární částice zvaná neutrino (nebo antineutrino), pak je tato interakce slabá.
Typickým příkladem slabé interakce je beta rozpad neutronu
Np + e - + e,
kde n je neutron, p je proton, e je elektron, e je elektronové antineutrino. Je však třeba mít na paměti, že výše uvedené pravidlo vůbec neznamená, že jakýkoli akt slabé interakce musí být doprovázen neutrinem nebo antineutrinem. Je známo, že dochází k velkému počtu rozpadů bez neutrin. Jako příklad si můžeme všimnout procesu rozpadu hyperonu lambda na proton p a záporně nabitý pion π − . Podle moderních koncepcí nejsou neutron a proton skutečně elementární částice, ale skládají se z elementárních částic zvaných kvarky.
Intenzitu slabé interakce charakterizuje Fermiho vazebná konstanta GF. Konstanta G F je rozměrová. K vytvoření bezrozměrné veličiny je nutné použít nějakou referenční hmotnost, například hmotnost protonu mp. Pak bude bezrozměrná vazebná konstanta
GF mp2~10-5.
Je vidět, že slabá interakce je mnohem intenzivnější než gravitační interakce.
Slabá interakce je na rozdíl od gravitační interakce krátkého dosahu. To znamená, že slabá síla mezi částicemi vstupuje do hry pouze tehdy, jsou-li částice dostatečně blízko u sebe. Pokud vzdálenost mezi částicemi překročí určitou hodnotu nazývanou charakteristický poloměr interakce, slabá interakce se neprojeví. Experimentálně bylo zjištěno, že charakteristický poloměr slabé interakce je asi 10 -15 cm, to znamená, že slabá interakce je koncentrována ve vzdálenostech menších, než je velikost atomového jádra.
Proč můžeme mluvit o slabé interakci jako o nezávislém typu základní interakce? Odpověď je jednoduchá. Bylo zjištěno, že existují procesy přeměny elementárních částic, které nejsou redukovány na gravitační, elektromagnetické a silné interakce. Dobrý příklad ukazující, že existují tři kvalitativně odlišné interakce v jaderných jevech, pochází z radioaktivity. Experimenty naznačují přítomnost tří různých typů radioaktivity: -, - a -radioaktivních rozpadů. V tomto případě - rozpad je způsoben silnou interakcí, - rozpad je způsoben elektromagnetickou interakcí. Zbývající -rozpad nelze vysvětlit elektromagnetickými a silnými interakcemi a jsme nuceni připustit, že existuje další základní interakce, nazývaná slabá. V obecném případě je potřeba zavést slabou interakci způsobena tím, že v přírodě probíhají procesy, ve kterých jsou elektromagnetické a silné rozpady zakázány zákony ochrany.
Přestože je slabá interakce výrazně koncentrována uvnitř jádra, má určité makroskopické projevy. Jak jsme již poznamenali, je spojena s procesem β-radioaktivity. Slabá interakce navíc hraje důležitou roli v tzv. termonukleárních reakcích odpovědných za mechanismus uvolňování energie ve hvězdách.
Nejúžasnější vlastností slabé interakce je existence procesů, ve kterých se projevuje zrcadlová asymetrie. Na první pohled se zdá zřejmé, že rozdíl mezi pojmy vlevo a vpravo je libovolný. Procesy gravitační, elektromagnetické a silné interakce jsou skutečně invariantní s ohledem na prostorovou inverzi, která provádí zrcadlový odraz. Říká se, že v takových procesech je zachována prostorová parita P. Experimentálně však bylo zjištěno, že slabé procesy mohou pokračovat s nezachováním prostorové parity, a proto se zdá, že cítí rozdíl mezi levou a pravou. V současné době existují solidní experimentální důkazy, že nezachovávání parity ve slabých interakcích je univerzální povahy a projevuje se nejen v rozpadech elementárních částic, ale také v jaderných a dokonce atomových jevech. Mělo by být uznáno, že zrcadlová asymetrie je vlastnost přírody na té nejzákladnější úrovni.
Nezachování parity ve slabých interakcích se zdálo být natolik neobvyklou vlastností, že téměř okamžitě po jejím objevení se teoretici začali pokoušet ukázat, že ve skutečnosti existuje úplná symetrie mezi levicí a pravicí, jen má hlubší význam, než se dříve myslelo. Zrcadlový odraz musí být doprovázen nahrazením částic antičásticemi (nábojová konjugace C) a pak musí být všechny základní interakce invariantní. Později však bylo zjištěno, že tato invariance není univerzální. Dochází ke slabým rozpadům tzv. dlouhověkých neutrálních kaonů na piony π + , π − , které by byly zakázány, pokud by k naznačené invarianci skutečně došlo. Charakteristickou vlastností slabé interakce je tedy její neinvariance CP. Je možné, že právě tato vlastnost je zodpovědná za to, že hmota ve Vesmíru výrazně převažuje nad antihmotou, vybudovanou z antičástic. Svět a antisvět jsou asymetrické.
Otázka, které částice jsou nositeli slabé interakce, byla dlouho nejasná. Porozumění bylo dosaženo relativně nedávno v rámci jednotné teorie elektroslabých interakcí - Weinberg-Salam-Glashow teorie. Nyní se obecně uznává, že nositeli slabé interakce jsou tzv. bosony W ± a Z 0 . Jedná se o nabité W ± a neutrální Z 0 elementární částice se spinem 1 a hmotností rovnou 100 m p .
Elektromagnetická interakce
Všechna nabitá tělesa, všechny nabité elementární částice se účastní elektromagnetické interakce. V tomto smyslu je zcela univerzální. Klasickou teorií elektromagnetické interakce je Maxwellova elektrodynamika. Elektronový náboj e se bere jako vazebná konstanta.
Uvažujeme-li dva bodové náboje q 1 a q 2 v klidu, pak se jejich elektromagnetická interakce zredukuje na známou elektrostatickou sílu. To znamená, že interakce je na velký dosah a pomalu se rozkládá, jak se vzdálenost mezi náboji zvětšuje.
Klasické projevy elektromagnetické interakce jsou dobře známé a nebudeme se u nich zdržovat. Z hlediska kvantové teorie je nositelem elektromagnetické interakce foton elementární částice - bezhmotný boson se spinem 1. Kvantová elektromagnetická interakce mezi náboji je konvenčně znázorňována následovně:
Nabitá částice emituje foton, čímž se změní její pohybový stav. Další částice tento foton pohltí a také změní svůj pohybový stav. V důsledku toho se zdá, že částice cítí vzájemnou přítomnost. Je dobře známo, že elektrický náboj je rozměrová veličina. Je vhodné zavést bezrozměrnou vazebnou konstantu elektromagnetické interakce. Chcete-li to provést, musíte použít základní konstanty a c. V důsledku toho dospějeme k následující bezrozměrné vazebné konstantě, nazývané v atomové fyzice konstanta jemné struktury α = e 2 /c ≈1/137.
Je snadné vidět, že tato konstanta výrazně převyšuje konstanty gravitačních a slabých interakcí.
Z moderního pohledu představují elektromagnetické a slabé interakce různé aspekty jediné elektroslabé interakce. Byla vytvořena jednotná teorie elektroslabé interakce - Weinberg-Salam-Glashowova teorie, která vysvětluje všechny aspekty elektromagnetických a slabých interakcí z jednotné pozice. Je možné na kvalitativní úrovni pochopit, jak dochází k rozdělení kombinované interakce na samostatné, zdánlivě nezávislé interakce?
Dokud jsou charakteristické energie dostatečně malé, jsou elektromagnetické a slabé interakce odděleny a vzájemně se neovlivňují. S nárůstem energie začíná jejich vzájemné ovlivňování a při dostatečně vysokých energiích se tyto interakce spojují do jediné elektroslabé interakce. Charakteristická sjednocovací energie se odhaduje řádově na 10 2 GeV (GeV je zkratka pro gigaelektron-volt, 1 GeV = 10 9 eV, 1 eV = 1,6 10 -12 erg = 1,6 10 19 J). Pro srovnání si všimneme, že charakteristická energie elektronu v základním stavu atomu vodíku je asi 10 -8 GeV, charakteristická vazebná energie atomového jádra je asi 10 -2 GeV a charakteristická vazebná energie pevné látky je asi 10-10 GeV. Charakteristická energie kombinace elektromagnetických a slabých interakcí je tedy obrovská ve srovnání s charakteristickými energiemi v atomové a jaderné fyzice. Z tohoto důvodu se elektromagnetické a slabé interakce neprojevují svou jedinou podstatou v běžných fyzikálních jevech.
Silná interakce
Silná interakce je zodpovědná za stabilitu atomových jader. Vzhledem k tomu, že atomová jádra většiny chemických prvků jsou stabilní, je jasné, že interakce, která je chrání před rozpadem, musí být poměrně silná. Je dobře známo, že jádra se skládají z protonů a neutronů. Aby se zamezilo rozptylu kladně nabitých protonů v různých směrech, je nutné mít mezi nimi přitažlivé síly, které převyšují síly elektrostatického odpuzování. Je to silná interakce, která je zodpovědná za tyto přitažlivé síly.
Charakteristickým rysem silné interakce je její nábojová nezávislost. Jaderné přitažlivé síly mezi protony, mezi neutrony a mezi protonem a neutronem jsou v podstatě stejné. Z toho vyplývá, že z hlediska silných interakcí jsou proton a neutron nerozeznatelné a používá se pro ně jeden výraz nukleon, tedy částice jádra.
Charakteristickou škálu silné interakce lze ilustrovat uvažováním dvou klidových nukleonů. Teorie vede k potenciální energii jejich interakce ve formě potenciálu Yukawa
kde hodnota r 0 ≈10 -13 cm a řádově se shoduje s charakteristickou velikostí jádra, G je vazebná konstanta silné interakce. Tento vztah ukazuje, že silná interakce je krátkého dosahu a je v podstatě zcela koncentrována na vzdálenosti nepřesahující charakteristickou velikost jádra. Když r > r 0 prakticky zmizí. Známým makroskopickým projevem silné interakce je účinek radioaktivity. Je však třeba mít na paměti, že potenciál Yukawa není univerzální vlastností silné interakce a nesouvisí s jejími základními aspekty.
V současné době existuje kvantová teorie silné interakce, která se nazývá kvantová chromodynamika. Podle této teorie jsou nositeli silné interakce elementární částice – gluony. Podle moderního pojetí se částice účastnící se silné interakce a nazývané hadrony skládají z elementárních částic - kvarků.
Kvarky jsou fermiony se spinem 1/2 a nenulovou hmotností. Nejpřekvapivější vlastností kvarků je jejich zlomkový elektrický náboj. Kvarky se tvoří do tří párů (tři generace dubletů), které se označují takto:
| u | C | |
| d | s | b |
Každý typ tvarohu se běžně nazývá příchuť, takže existuje šest tvarohových příchutí. V tomto případě mají u-, c-, t-kvarky elektrický náboj 2/3|e| , a d-, s-, b-kvarky jsou elektrický náboj -1/3|e|, kde e je náboj elektronu. Kromě toho existují tři kvarky dané příchutě. Liší se kvantovým číslem zvaným barva, které má tři hodnoty: žlutá, modrá, červená. Každému kvarku odpovídá antikvark, který má vůči danému kvarku opačný elektrický náboj a tzv. anticolor: anti-yellow, anti-blue, anti-red. Vezmeme-li v úvahu množství chutí a barev, vidíme, že existuje celkem 36 kvarků a antikvarků.
Kvarky na sebe vzájemně působí prostřednictvím výměny osmi gluonů, což jsou bezhmotné bosony se spinem 1. Jak interagují, barvy kvarků se mohou měnit. V tomto případě je silná interakce konvenčně znázorněna následovně:
Kvark, který je součástí hadronu, emituje gluon, díky kterému se mění stav pohybu hadronu. Tento gluon je absorbován kvarkem, který je součástí jiného hadronu a mění stav jeho pohybu. V důsledku toho se hadrony vzájemně ovlivňují.
Příroda je navržena tak, že interakce kvarků vždy vede ke vzniku bezbarvých vázaných stavů, což jsou přesně hadrony. Například proton a neutron se skládají ze tří kvarků: p = uud, n = udd. Pion π − se skládá z kvarku u a antikvarku: π − = u. Charakteristickým rysem interakce kvark-kvark prostřednictvím gluonů je, že jak se vzdálenost mezi kvarky zmenšuje, jejich interakce slábne. Tento jev se nazývá asymptotická volnost a vede k tomu, že kvarky uvnitř hadronů lze považovat za volné částice. Asymptotická volnost přirozeně vyplývá z kvantové chromodynamiky. Existují experimentální a teoretické náznaky, že s rostoucí vzdáleností by se měla zvyšovat interakce mezi kvarky, díky čemuž je pro kvarky energeticky výhodné být uvnitř hadronu. To znamená, že můžeme pozorovat pouze bezbarvé objekty – hadrony. Jednotlivé kvarky a gluony, které mají barvu, nemohou existovat ve volném stavu. Fenomén zadržování elementárních částic s barvou uvnitř hadronů se nazývá zadržování. Pro vysvětlení omezení byly navrženy různé modely, ale konzistentní popis vycházející z prvních principů teorie ještě nebyl sestaven. Z kvalitativního hlediska potíže vyplývají ze skutečnosti, že gluony, které mají barvu, interagují se všemi barevnými předměty, včetně sebe navzájem. Z tohoto důvodu je kvantová chromodynamika v podstatě nelineární teorií a přibližné výzkumné metody přijaté v kvantové elektrodynamice a elektroslabé teorii se v teorii silných interakcí ukazují jako ne zcela adekvátní.
Trendy ve slučování interakcí
Vidíme, že na kvantové úrovni se všechny základní interakce projevují stejným způsobem. Elementární částice látky emituje elementární částici - nositele interakce, která je pohlcena jinou elementární částicí látky. To vede k vzájemné interakci částic hmoty.
Bezrozměrnou vazebnou konstantu silné interakce lze sestrojit analogicky s konstantou jemné struktury ve tvaru g2/(c)10. Pokud porovnáme bezrozměrné vazebné konstanty, snadno zjistíme, že nejslabší je gravitační interakce, následovaná slabou, elektromagnetickou a silnou.
Vezmeme-li v úvahu již rozvinutou jednotnou teorii elektroslabých interakcí, dnes nazývanou standardní, a budeme sledovat trend sjednocování, pak vyvstává problém sestrojit sjednocenou teorii elektroslabých a silných interakcí. V současné době byly vytvořeny modely takovéto jednotné teorie, nazývané model velkého sjednocení. Všechny tyto modely mají mnoho společných bodů, zejména charakteristická sjednocovací energie se ukazuje být řádově 10 15 GeV, což výrazně převyšuje charakteristickou sjednocovací energii elektromagnetických a slabých interakcí. Z toho vyplývá, že přímý experimentální výzkum velkého sjednocení vypadá problematicky i v dosti vzdálené budoucnosti. Pro srovnání poznamenáváme, že nejvyšší energie dosažitelná s moderními urychlovači nepřesahuje 10 3 GeV. Pokud se tedy získají nějaká experimentální data týkající se velkého sjednocení, mohou mít pouze nepřímou povahu. Zejména velké unifikované modely předpovídají rozpad protonu a existenci velkohmotného magnetického monopolu. Experimentální potvrzení těchto předpovědí by bylo velkým triumfem sjednocovacích tendencí.
Obecný obrázek rozdělení jedné velké interakce na samostatné silné, slabé a elektromagnetické interakce je následující. Při energiích řádově 10 15 GeV a vyšších dochází k jediné interakci. Když energie klesne pod 10 15 GeV, silné a elektroslabé síly jsou od sebe odděleny a jsou reprezentovány jako různé základní síly. S dalším poklesem energie pod 10 2 GeV se oddělí slabé a elektromagnetické interakce. V důsledku toho se na energetické škále charakteristické pro fyziku makroskopických jevů nezdá, že by tři uvažované interakce měly jedinou povahu.
Všimněme si nyní, že energie 10 15 GeV není tak daleko od Planckovy energie 
kdy se kvantově-gravitační efekty stávají významnými. Velká jednotná teorie proto nutně vede k problému kvantové gravitace. Pokud budeme dále sledovat trend sjednocování, musíme přijmout myšlenku existence jedné komplexní základní interakce, která se dělí na samostatné gravitační, silné, slabé a elektromagnetické postupně, jak energie klesá z Planckovy hodnoty na energie. méně než 102 GeV.
Konstrukce takové grandiózní sjednocující teorie není zjevně proveditelná v rámci systému idejí, který vedl ke standardní teorii elektroslabých interakcí a modelům velkého sjednocení. Je třeba přitahovat nové, možná zdánlivě bláznivé nápady, nápady a metody. Navzdory velmi zajímavým přístupům vyvinutým v poslední době, jako je supergravitace a teorie strun, zůstává problém sjednocení všech základních interakcí otevřený.
Závěr
Probrali jsme tedy základní informace týkající se čtyř základních interakcí přírody. Stručně jsou popsány mikroskopické a makroskopické projevy těchto interakcí a obraz fyzikálních jevů, ve kterých hrají důležitou roli.
Kdykoli to bylo možné, snažili jsme se vysledovat trend sjednocování, všímat si společných rysů základních interakcí a poskytovat údaje o charakteristických měřítcích jevů. Zde prezentovaný materiál se samozřejmě netváří jako úplný a neobsahuje mnoho důležitých detailů nezbytných pro systematickou prezentaci. Podrobný popis námi nastolené problematiky vyžaduje využití celého arzenálu metod moderní teoretické fyziky vysokých energií a je nad rámec tohoto článku, populárně naučné literatury. Naším cílem bylo podat celkový obraz o úspěších moderní teoretické fyziky vysokých energií a trendech jejího vývoje. Snažili jsme se ve čtenáři vzbudit zájem o samostatné, podrobnější studium materiálu. Samozřejmě, že s tímto přístupem je určité zhrubnutí nevyhnutelné.
Navržený seznam literatury umožňuje připravenějšímu čtenáři prohloubit své chápání problematiky diskutované v článku.
- Okun L.B. a, b, g, Z. M.: Nauka, 1985.
- Okun L.B. Fyzika elementárních částic. M.: Nauka, 1984.
- Novikov I.D. Jak vesmír explodoval. M.: Nauka, 1988.
- Friedman D., dodávka. Nieuwenhuizen P. // Uspekhi fiz. Sci. 1979. T. 128. N 135.
- Hawking S. Od velkého třesku k černým dírám: Stručná historie času. M.: Mir, 1990.
- Davis P. Superpower: Hledá jednotnou teorii přírody. M.: Mir, 1989.
- Zeldovich Ya.B., Khlopov M.Yu. Drama idejí v poznání přírody. M.: Nauka, 1987.
- Gottfried K., Weiskopf W. Pojmy fyziky elementárních částic. M.: Mir, 1988.
- Coughlan G.D., Dodd J.E. Myšlenky částicové fyziky. Cambridge: Cambridge Univ. Tisk, 1993.
Vyučování bez myšlení je škodlivé a myšlení bez vyučování je nebezpečné. Konfucius
Základním oborem přírodních věd je fyzika, z řeckého "příroda".
Jedno z hlavních děl starověkého řeckého filozofa a vědce Aristotela se nazývalo „Fyzika“. Aristoteles napsal: Věda o přírodě studuje především tělesa a veličiny, jejich vlastnosti a druhy pohybu a kromě toho počátky tohoto druhu existence.
Jedním z úkolů fyziky je identifikovat ty nejjednodušší a nejobecnější v přírodě, objevit takové zákony, z nichž by se dal logicky odvodit obraz světa – tomu věřil A. Einstein.
Nejlehčí- tzv. primární prvky: molekuly, atomy, elementární částice, pole atd. Obecné vlastnosti za hmotu se považuje pohyb, prostor a čas, hmota, energie atd.
Při studiu se komplex redukuje na jednoduché, specifické na obecné.
Friedrich Kekule(1829 - 1896) navrhl hierarchie přírodních věd ve formě jeho čtyř po sobě jdoucích hlavních stupňů: mechanika, fyzika, chemie, biologie.
První etapa Vývoj fyziky a přírodních věd zahrnuje období od Aristotelových dob do počátku 17. století a nazývá se stadiem starověkým a středověkým.
Druhá fáze klasická fyzika (klasická mechanika) do konce 19. století. spojený s Galileo Galilei a Isaac Newton.
V dějinách fyziky pojem atomismus, podle kterého má hmota nespojitou, diskrétní strukturu, to znamená, že se skládá z atomů. ( Démokritos, 4. století př. n. l., - atomy a prázdnota).
Třetí etapa moderní fyzika byla objevena v roce 1900. Max Planck(1858-1947), který navrhl kvantový přístup k hodnocení nashromážděných experimentálních dat, založený na diskrétním konceptu.
Univerzálnost fyzikálních zákonů potvrzuje jednotu přírody a Vesmíru jako celku.
Makrosvět– to je svět fyzických těl skládajících se z mikročástic. Chování a vlastnosti takových těles popisuje klasická fyzika.
Mikrosvět neboli svět mikroskopických částic, popisuje především kvantová fyzika.
Megasvět- svět hvězd, galaxií a vesmíru, který se nachází za Zemí.
Typy základních interakcí
K dnešnímu dni jsou známy čtyři typy základních základních interakcí:
gravitační, elektromagnetické, silné, slabé.
1.Gravitační interakce charakteristický pro všechny hmotné předměty, spočívá ve vzájemné přitažlivosti těles a je determinován základní zákon univerzální gravitace: mezi dvěma bodovými tělesy působí přitažlivá síla přímo úměrná součinu jejich hmotností a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti mezi nimi.
Gravitační interakce v procesech mikrosvět nehraje významnou roli. Nicméně, v makroprocesy hraje rozhodující roli. Například pohyb planet sluneční soustavy nastává v přísném souladu se zákony gravitační interakce.
R jeho akční rádius, stejně jako elektromagnetické interakce, je neomezený.
2.Elektromagnetická interakce spojené s elektrickými a magnetickými poli. Elektromagnetická teorie Maxwell spojuje elektrické a magnetické pole.
Zjišťují se různá agregovaná skupenství látek (pevné, kapalné a plynné), jev tření, elastické a další vlastnosti látek síly mezimolekulární interakce, který má elektromagnetickou povahu.
3. Silná interakce je zodpovědný za stabilitu jader a zasahuje pouze do velikosti jádra. Čím silnější je interakce nukleonů v jádře, tím je stabilnější, tím více vazebná energie.
Komunikační energie je určena prací, která musí být vykonána k oddělení nukleonů a jejich vzájemnému odstranění na takové vzdálenosti, při kterých se interakce stane nulovou.
S rostoucí velikostí jádra se vazebná energie snižuje. Jádra prvků na konci periodické tabulky jsou tedy nestabilní a mohou se rozpadat. Tento proces se často nazývá radioaktivní rozpad.
4.Slabá interakce krátkého dosahu a popisuje některé typy jaderných procesů.
Čím menší je velikost materiálových systémů, tím pevněji jsou jejich prvky spojeny.
Rozvoj jednotná teorie všechny známé základní interakce(teorie všeho) poskytne koncepční integraci moderních dat o přírodě.
V přírodních vědách existuje rozdíl tři druhy hmoty: hmota (fyzická tělesa, molekuly, atomy, částice), pole (světlo, záření, gravitace, rádiové vlny) a fyzikální vakuum.
V mikrokosmu, jehož mnohé vlastnosti jsou kvantově mechanické povahy, hmotu a pole lze kombinovat (v duchu konceptu vlnově-částicové duality).
Organizace systému hmota vyjadřuje uspořádanost existence hmoty.
Strukturální organizace hmoty- ty specifické formy, ve kterých se projevuje (existuje).
Pod struktura hmoty obvykle se rozumí jeho struktura v mikrokosmu, jeho existence ve formě molekul, atomů, elementárních částic atd.
Platnost- fyzikální míra interakce mezi tělesy.
Hmotnost těl je zdrojem síly v souladu se zákonem univerzální gravitace. Pojem hmoty, poprvé představený Newtonem, je tedy zásadnější než síly.
Podle kvantové teorie pole se částice s hmotností mohou zrodit z fyzikálního vakua při dostatečně vysoké koncentraci energie.
Energie působí tedy jako ještě fundamentálnější a obecnější pojem než hmotnost, protože energie je vlastní nejen hmotě, ale také bezhmotným polím.
Energie- univerzální měřítko různých forem pohybu a interakce.
Zákon univerzální gravitace formulovaný Newtonem je síla gravitační interakce F. F = G* m1 * m2 / r2 kde G je gravitační konstanta.
Hnutí ve své nejobecnější podobě je to změna stavu fyzického systému.
Pro kvantitativní popis pohybu představy o prostor A čas, které za dlouhé období vývoje přírodních věd prošly výraznými změnami.
Ve své základní „Matematické principy přírodní filozofie“ Newton napsal:
"...Čas a prostor tvoří jakoby nádoby pro sebe a vše, co existuje."
Čas vyjadřuje pořadí změn fyzikálních stavů
Čas je objektivní charakteristikou jakéhokoli fyzikálního procesu nebo jevu; je univerzální.
Mluvit o čase bez odkazu na změny v jakýchkoli skutečných tělech nebo systémech je z fyzikálního hlediska nesmyslné.
Nicméně v procesu vývoje fyziky s příchodem speciální teorie relativity vzniklo prohlášení:
Za prvé, plynutí času závisí na rychlosti pohybu vztažné soustavy. Při dostatečně vysoké rychlosti, blízké rychlosti světla, se čas zpomaluje, tzn. relativistický dilatace času.
Za druhé, gravitační pole vede k gravitační zpomalení času.
O místním čase můžeme mluvit pouze v určitém referenčním rámci. V tomto ohledu není čas entitou nezávislou na hmotě. Za různých fyzikálních podmínek proudí různou rychlostí. Čas je vždy relativní .
Prostor - vyjadřuje řád koexistence fyzických těl.
První úplná teorie vesmíru - Euklidova geometrie. Vznikla přibližně před 2000 lety. Euklidovská geometrie pracuje s ideálními matematickými objekty, které jakoby existují nadčasový a v tomto smyslu prostor v této geometrii je ideálním matematickým prostorem.
Newton představil koncept absolutního prostoru, který může být zcela prázdný a existuje bez ohledu na přítomnost fyzických těl v něm. Vlastnosti takového prostoru určuje euklidovská geometrie.
Až do poloviny 19. století, kdy vznikly neeuklidovské geometrie, žádný z přírodovědců nepochyboval o identitě skutečných fyzických a euklidovských prostorů.
Pro popis mechanický pohyb tělesa v absolutním prostoru musíte uvést něco jiného jako referenčních orgánů- uvažování o jediném těle v prázdném prostoru je nesmyslné.
1.Gravitační interakce je univerzální, ale v mikrokosmu se s ním nepočítá, protože je nejslabší ze všech interakcí a projevuje se pouze v přítomnosti dostatečně velkých hmot. Jeho rozsah je neomezený a jeho čas je také neomezený. Výměnná povaha gravitační interakce stále zůstává v pochybnost, protože hypotetická základní částice - graviton - dosud nebyla objevena.
(I. Newton) – nejslabší interakce.
2.Elektromagnetická interakce: konstanta řádu 10 -2, interakční rádius není omezen, doba interakce t ~ 10 -20 s. Realizuje se mezi všemi nabitými částicemi. Nosnou částicí je foton (γ-kvanta).
3. Slabá interakce je spojen se všemi typy β-rozpadu, je zodpovědný za mnoho rozpadů elementárních částic a interakci neutrin s hmotou. Interakční konstanta je asi 10 -13, t ~ 10 -10 s. Tato interakce, stejně jako ta silná, je krátkého dosahu: interakční poloměr je r~10 -18 m. Nosné částice jsou střední vektorový boson: W + , W - , Z 0 . (Fermi).
4. Silná interakce zajišťuje spojení nukleonů v jádře. Předpokládá se, že interakční konstanta je 1, akční rádius je asi 10 -15 m a doba průtoku je t ~10 -23 s. Mezi kvarky – částicemi, které tvoří protony a neutrony – dochází k silné interakci pomocí tzv. gluony. (Yukawa).
Základy kvantové mechaniky: objevy M. Plancka, N. Bohra, E. Rutherforda, W. Pauliho, E. Schrödingera a dalších.
Kvantová teorie se zrodila v roce 1901, kdy Max Planck navrhl teoretický závěr o vztahu mezi teplotou tělesa a zářením vyzařovaným tímto tělesem, což je závěr, který jiným vědcům dlouho unikal. Stejně jako jeho předchůdci Planck navrhoval, že záření je emitováno atomovými oscilátory, ale věřil, že energie oscilátorů (a tedy i záření, které emitují) existuje ve formě malých diskrétních částí, které Einstein nazýval kvanty. Energie každého kvanta je úměrná frekvenci záření. Ačkoli vzorec odvozený od Plancka vzbudil všeobecný obdiv, předpoklady, které učinil, zůstávaly nějakou dobu nejasné, protože odporovaly klasické fyzice. V roce 1905 Albert Einstein použil kvantovou teorii k vysvětlení některých aspektů fotoelektrického jevu - emise elektronů povrchem kovu, na který dopadá ultrafialové záření. Během cesty si Einstein všiml zjevného paradoxu: světlo, o kterém bylo dlouho známo, že se šíří jako spojité vlny, vykazuje diskrétní vlastnosti, když je absorbováno a vyzařováno.
Asi o osm let později NielsBohr rozšířil kvantovou teorii na atom a vysvětlil frekvence vln emitovaných atomy vybuzenými plamenem nebo elektrickým výbojem. Ernest Rutherford ukázal, že hmotnost atomu je téměř celá soustředěna v centrálním jádře, které nese kladný elektrický náboj a je obklopeno v relativně velkých vzdálenostech elektrony nesoucími záporný náboj, v důsledku čehož je atom jako celek elektricky neutrální.
Bohr navrhl, že elektrony mohou být pouze na určitých diskrétních drahách odpovídajících různým energetickým hladinám a že „skok“ elektronu z jedné dráhy na druhou s nižší energií byl doprovázen emisí fotonu, jehož energie byla rovna rozdílu energií obou drah. Frekvence je podle Planckovy teorie úměrná energii fotonu. Bohrův model atomu tedy vytvořil spojení mezi různými spektrálními čarami charakteristickými pro látku vyzařující záření a atomovou strukturou. Navzdory počátečnímu úspěchu si Bohrův model atomu brzy vyžádal úpravy, aby se vyřešily nesrovnalosti mezi teorií a experimentem. Navíc kvantová teorie v té fázi ještě neposkytovala systematický postup pro řešení mnoha kvantových problémů. Ukázalo se však, že klasická fyzika není schopna vysvětlit skutečnost, že urychlený elektron nedopadá na jádro a ztrácí energii při vyzařování elektromagnetických vln.
Nový podstatný rys kvantové teorie se objevil v roce 1924, kdy Louise Broglie předložil radikální hypotézu o vlnové povaze hmoty: pokud se elektromagnetické vlny, jako je světlo, někdy chovají jako částice (jak ukázal Einstein), pak se částice, jako je elektron, mohou za určitých okolností chovat jako vlny. V mikrokosmu tak byla smazána hranice mezi klasickými částicemi a klasickými vlnami. V de Broglieho formulaci se frekvence odpovídající částici vztahuje k její energii, jako v případě fotonu (částice světla), ale de Broglie navržený matematický výraz byl ekvivalentní vztah mezi vlnovou délkou, hmotností částice. a jeho rychlost (hybnost). Existence elektronových vln byla experimentálně prokázána v roce 1927. Clinton J. Davisson A Lester H. Germer ve Spojených státech a George Paget Thomson v Anglii.
Tento objev následně vedl k vytvoření v roce 1933. ErnstRuskoy elektronový mikroskop.
Zaujatý Einsteinovými komentáři k myšlenkám de Broglie Erwin Schrödinger se pokusil aplikovat vlnový popis elektronů na konstrukci konzistentní kvantové teorie, která není spojena s Bohrovým nedostatečným modelem atomu. V jistém smyslu měl v úmyslu přiblížit kvantovou teorii klasické fyzice, která nashromáždila mnoho příkladů matematických popisů vln. První pokus, který učinil v roce 1925, skončil neúspěchem. Rychlosti elektronů v Schrödingerově teorii se blížily rychlosti světla, což vyžadovalo zahrnutí Einsteinovy speciální teorie relativity a jí předpovídaného výrazného nárůstu hmotnosti elektronů při velmi vysokých rychlostech.
Jedním z důvodů Schrödingerova neúspěchu bylo, že nevzal v úvahu přítomnost specifické vlastnosti elektronu, dnes známé jako spin (rotace elektronu kolem vlastní osy jako vrchol, ale takové srovnání není úplně správně), o kterém se v té době vědělo jen málo. Schrödinger učinil další pokus v roce 1926. Tentokrát byly rychlosti elektronů zvoleny tak malé, že nebylo třeba se odvolávat na teorii relativity. Druhý pokus vyústil v odvození Schrödingerovy vlnové rovnice, která poskytuje matematický popis hmoty z hlediska vlnové funkce. Schrödinger nazval svou teorii vlnovou mechanikou. Řešení vlnové rovnice byla v souladu s experimentálními pozorováními a měla hluboký vliv na následný vývoj kvantové teorie. V současné době je vlnová funkce základem kvantově mechanického popisu mikrosystémů, podobně jako Hamiltonovy rovnice v klasické mechanice.
Ne dlouho předtím WernerHeisenberg , MaxBorn A Pascual Jordánsko publikoval další verzi kvantové teorie nazvanou maticová mechanika, která popisovala kvantové jevy pomocí tabulek pozorovatelných veličin. Tyto tabulky představují určitým způsobem uspořádané matematické množiny, nazývané matice, na kterých lze podle známých pravidel provádět různé matematické operace. Maticová mechanika také umožňovala shodu s pozorovanými experimentálními daty, ale na rozdíl od vlnové mechaniky neobsahovala žádný konkrétní odkaz na prostorové souřadnice nebo čas. Heisenberg zvláště trval na opuštění jakýchkoli jednoduchých vizuálních reprezentací nebo modelů ve prospěch pouze těch vlastností, které by bylo možné určit experimentem, protože podle jeho úvah má mikrosvět zásadně jinou strukturu než makrosvět s ohledem na zvláštní roli Planckovy konstanty. , což je ve světě bezvýznamné velké množství.
Schrödinger ukázal, že vlnová mechanika a maticová mechanika jsou matematicky ekvivalentní. Tyto dvě teorie, které jsou nyní souhrnně známé jako kvantová mechanika, poskytly dlouho očekávaný společný rámec pro popis kvantových jevů. Mnoho fyziků preferovalo vlnovou mechaniku, protože její matematický aparát jim byl známější a její koncepty se zdály „fyzičtější“; operace s maticemi jsou těžkopádnější.
Brzy poté, co Heisenberg a Schrödinger vyvinuli kvantovou mechaniku, PaulDirac navrhl obecnější teorii, která kombinuje prvky Einsteinovy speciální teorie relativity s vlnovou rovnicí. Diracova rovnice platí pro částice pohybující se libovolnou rychlostí. Spin a magnetické vlastnosti elektronu vyplývaly z Diracovy teorie bez jakýchkoli dalších předpokladů. Diracova teorie navíc předpovídala existenci antičástic, jako je pozitron a antiproton, dvojčata částic s elektrickými náboji opačných znamének.
