Материя. Часть 2., Для гуманитариев и офисных работников

[ Версия для печати ]
Добавить в Telegram Добавить в Twitter Добавить в Вконтакте Добавить в Одноклассники
Страницы: (6) [1] 2 3 ... Последняя »  К последнему непрочитанному [ ОТВЕТИТЬ ] [ НОВАЯ ТЕМА ]
demonword
15.05.2014 - 11:51
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
389
Вот и снова на арене развлекательной площадки бесстыдные популяризаторы науки, то есть мы. Так как предыдущая тема внезапно ушла в платину, нам пришлось выполнить обещание и накатать вторую часть про окружающий мир, а точнее - приоткрыть завесу тайны над тем, что такое поле, энергия и вообще.
Предупреждаем сразу. Будет сложно, поэтому рекомендуем перечитать предыдущую часть про вещественную материю, а также не помешает пробежать глазами наши рассказы про скорость света, кванты и гравитацию. Ну, чисто, чтобы понять как можно больше из того, что мы тут сейчас напишем. Как обычно картинки из гугла прилагаются.
Что такое материя. Часть 2.

15 фото.

Материя. Часть 2.
 
[^]
Yap
[x]



Продам слона

Регистрация: 10.12.04
Сообщений: 1488
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:51
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
1. Рассказывать популярно о таком виде материи как поле – занятие практически бестолковое, потому что визуализировать или провести аналогии почти не реально. В нашем повседневном опыте поле нельзя потрогать, да и ощутить можно только косвенно, ничего не поняв при этом. Поэтому физики делают упор на много-много математики.

Тем не менее мы попытаемся немного осветить достижения нынешней науки в этой области ужасными аналогиями и примерами, от которых большинство физиков уйдут в леса и пустыни жить отшельниками. Мы заранее просим у них извинений.

Вот что сегодня у нас известно насчет материи. О веществе мы рассказали в первой части.



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:52
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
2. Мы сразу уйдем от слова "поле", потому что это название из классической физики и определяется тем, что объект, оказавшийся в поле, испытывает на себе "неведомые" силы. Мы же будем говорить терминами квантовой физики и вместо слова "поле" или "энергия" назовем эту форму материи "взаимодействием".
На сегодняшний день физики обнаружили четыре вида взаимодействия. Вещественная материя, оказывается, может взаимодействовать между собой другой формой материи. И не только может, а постоянно это делает.

Сначала все думали, что взаимодействие это волна. Помните, всякие там электромагнитные поля, электромагнитные волны. Но уже Эйнштейн положил начало другому подходу к природе взаимодействия – он заявил, что мельчайший кусочек (квант) этого вашего поля это тоже частица! Вернее, это одновременно и волна и частица. Как, например, всем известный фотон, про который мы писали ранее.



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:52
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
3. Так как электромагнитное взаимодействие самое понятное и изученное, мы с него и начнем.
Большим достижением классических физиков было объединение магнитного взаимодействия и электрического. Это на самом деле одно и то же взаимодействие, просто оно происходит при разных условиях.

Что же такое электромагнетизм? В самом простом случае это сила, которая притягивает две противоположно заряженные частицы, а две частицы с одинаковым зарядом – отталкивает. То есть два электрона отталкиваются, а электрон тянется к протону именно из-за электромагнитного взаимодействия.



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:53
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
4. Но почему они притягиваются или отталкиваются? Дело в том, что между двумя частицами, находящимися на определенном расстоянии друг от друга, происходит обмен другой частицей. И в случае с электромагнитными силами обмен происходит частицей-переносчиком, которая известна под именем фотон.

Как это представить визуально? Лучше всего на наш взгляд это описал Брайан Грин (гуглите, кто это). Мы еще больше упростим его аналогию (в ущерб истине, разумеется).

Представьте, что вы (здоровый мужик) играете в бадминтон с таким же здоровяком. Пол у вас одинаковый (как заряд у двух электронов). Ваш воланчик – это фотон, который вы отбиваете ракетками. Чем ближе вы подбираетесь друг к другу, тем сильнее вы отбиваете воланчик, желая победить соперника, поэтому вам приходиться отступать, чтобы не проиграть партию. Две частицы с одинаковым зарядом, обмениваясь фотоном, расходятся подальше друг от друга, улавливаете?

И наоборот! Если вы все тот же здоровый мужик, но играете в бадминтон с очаровательной дамой (две частицы с противоположными зарядами, электрон и протон), то играя в бадминтон, вы чем ближе друг к другу, тем слабее бьете по волану, мечтая оказаться в интимной обстановке, так сказать.

Вот и весь механизм электромагнитного взаимодействия с точки зрения физики. На картиночке у нас нарисован случай для двух пролетающих мимо электронов, которые "общаются" с помощью фотона.



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:53
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
5. Так что мы сейчас познакомились с еще одной формой материи – фотоном, который ответственен за электромагнитное поле, излучение и т.п. Фотон это не только свет, но и радиоволны, а также – смертельное радиоактивное излучение (гамма-излучение). Вся разница в этих настолько разных физических явлениях лишь в длине волны (частоте) фотона. Если длина волны фотона маленькая, то у нас радиоволна, если фотон колеблется чуть энергичнее , то мы его видим в виде света и его цветов.
А если частота волны фотона большая, а значит велика и его энергия, то такой фотончик запросто поджарит нас или как минимум просветит насквозь (рентгеновские лучи это тоже фотоны, ага).



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:53
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
6. Электромагнитное излучение существует не только при обмене частиц фотоном, но так же может выделяться и поглощаться. Фотоны рождаются при распаде массивных частиц (или когда их сталкивают в коллайдерах) или во время ядерных реакций. Обычно говорят, что во время ядерной реакции выделилось некоторое количество энергии. Так вот эта "энергия" и есть фотоны – частицы электромагнитного взаимодействия.

Почему светит Солнце? А все просто: от огромной температуры на Солнце ядра водорода объединяются в ядра гелия. Ядерная реакция сопровождается потерей энергии. Эту энергию в виде солнечного света мы и видим каждый день.



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:54
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
7. Надеемся, что мир стал чуть более понятен. Но на этом чудеса материи не заканчиваются.
Пытливые умы, читающие наши россказни очень внимательно, могут спросить: позвольте, если частицы с одинаковым зарядом отталкиваются, то почему же положительно заряженные протоны в ядре не разлетаются к чертям, и в мире не наступает конец света?

Этим вопросом задались и ученые. Им нечего не оставалось, как предположить, что в ядрах существуют некие силы, которые удерживают протоны рядом вопреки электромагнитным силам.
И оказались правы. Если частицы состоят из кварков (как протоны и нейтроны), то между ними на очень близком, можно сказать, интимном, расстоянии возникает второй вид фундаментального взаимодействия названный сильным.



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:54
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
8. В ядре атома гелия электрическая сила отталкивания между двумя протонами составляет 22.5 килограмма, но ее запросто "побивает" иной тип взаимодействия. Теперь понятно, почему сильное взаимодействие называется сильным. Оно примерно в тысячу раз сильнее электромагнитного. Как же протоны преодолевают отталкивание?

Дело в том, что взаимодействие происходит не между протонами, а между их составляющими – кварками. Это кварки постоянно обмениваются частичками-волнами (квантовая физика, увы), называемыми глюонами (от английского слова "клей", между прочим).

Раздел физики квантовая хромодинамика насчитывает восемь типов глюонов (в то время как фотон всего один, заметьте), потому что кварки тоже всякие разные и одного типа глюона на них маловато. Глюоны как и фотоны не имеют массы. Подтверждение того, что глюоны существуют было впервые получено на коллайдерах в 70-е годы прошлого века



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:54
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
9. Третий вид взаимодействия был обнаружен при распаде тяжелых радиоактивных ядер, типа урана. Нейтрон, который находится вне ядра, так сказать в свободном полете, живет всего около 800 секунд. А потом разваливается на протон, электрон и нейтрино. Вот за причины этой трагедии и ответственен новый вид взаимодействия – слабое взаимодействие. Описать его механизм невероятно трудно, поэтому мы пропустим матчасть. Скажем лишь, что между собой взаимодействуют не только кварки, но и лептоны. Там целая мелодрама, если честно.

А частицы, которые переносят взаимодействие, называются векторными бозонами. Их существуют три вида (с положительным зарядом W+, с отрицательным зарядом W- и без заряда Z0). И что удивительно, в отличие от фотонов и глюонов, эти бозоны имеют чудовищную массу – 85-96 масс протона.
Поэтому слабое взаимодействие происходит на еще более коротких расстояниях, чем сильное взаимодействие. Несмотря на то, что оно мало известно обывателю, лишь благодаря ему (и сильному взаимодействию, разумеется) наше Солнце светит (слабое взаимодействие участвует в превращении 4-х ядер протонов в ядро гелия).



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:55
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
10. Когда-то давно ученые объединили магнитное и электрическое взаимодействия в одно – электромагнитное. А в настоящее время мегамозги додумались до того, как объединить сразу все три вышеописанных взаимодействия в один тип.
Сначала они смогли объединить электромагнитное и слабое в единое – электрослабое. А потом втиснули к ним сильное взаимодействие.

Получилась более-менее устойчивая теория, названная Стандартной Моделью.
Как же, спросите вы, можно считать безмассовый фотон и тяжелейший векторный бозон одной формой взаимодействия?

Ученые поднатужились и смогли это объяснить тем, что разница взаимодействий произошла по мере развития Вселенной. Когда случился Большой Взрыв – взаимодействие было всего одно, но Вселенная потихоньку остывала и взаимодействия начали оформляться в те виды, что мы знаем сейчас.




Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:55
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
11. Однако Стандартная Модель хорошо работает, если только существовало бы такое взаимодействие, которое объяснило бы, почему все частицы имеют массу. Как бы физики не пыжились, но что такое масса до сих пор никто не знает. Почему одни частицы не имеют ее, а другие настолько тяжелые, что их масса сравнима с массой атома циркония?
Для этих целей один особо умный физик по фамилии Хиггс вспомнил идейки конца 19 века об эфире, который заполняет всё и везде. И он заявил, что на самом деле существует еще одно поле, пронизывающее всю Вселенную вдоль и поперек.

И вот, значит, откуда берется масса: поле Хиггса якобы тормозит летающие в нем кварки. Оно мешает кварку двигаться свободно, как ложка в банке меда. Степень сопротивления движению кварка и есть масса. Аналогия весьма некорректная с точки зрения истины, но очень наглядная для обывателя (к тому же мы украли ее у Дейва Голдберга и Джеффа Бломквиста).

Если вы более-менее поняли, что мы писали выше, то вы уже догадались, что частичка поля Хиггса, его квант, и есть тот самый неуловимый бозон Хиггса, с которым все носятся последние десятки лет. А неуловимый он потому, что, по-видимому, имеет очень большую массу, и для его открытия на коллайдере надо столкнуть протоны с чудовищной энергией. Но пока в мире деньги интереснее тратить на игры в войнушку, чем на познание мира.



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:56
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
12. Ну, и наконец, четвертое взаимодействие, известное в нашей Вселенной, которое не лезет ни в какие ворота – это гравитация.
Раньше в предыдущих темах мы уже объясняли, что гравитация это не сила, а просто деформация пространства-времени и казалось бы, причем здесь квантовое взаимодействие.

Поэтому-то общая теория относительности и квантовая физика не дружат. Гравитация в квантовой физике вроде как слон в посудной лавке. В общем случае гравитационное взаимодействие это очень слабое взаимодействие. Любой магнит на соответствующих размерах и расстояниях сильнее силы притяжения Земли. Что говорить о силах внутри атомов.

Однако квантовым физикам чудовищными усилиями удалось впихнуть невпихуемое: они предположили, что существует частица, ответственная за деформацию пространства, она не имеет массы и движется со скоростью света. Частицу назвали гравитон, и с тех пор ее ищут, но она, похоже, еще более неуловима чем бозон Хиггса.

Гравитон удачно вписывается в картину мира во всяких мозговыносящих теориях типа теории супер-струн или М-теории, но для этого нужно доказать, что струны существуют.

Картинки про гравитон не найти, поэтому закрепляем матчасть.



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:56
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
13. На этом мы заканчиваем краткое описание материи нашей Вселенной, в которой еще много тайн (одна темная материя чего стоит или "кипящий" квантовый вакуум). Хотим заметить, что частицы вещественной материи называют общим словом – фермион, а частицы взаимодействий – бозонами.
То есть фотоны, глюоны, гравитоны - это все бозоны. А нейтроны, электроны, протоны – фермионы.

Стандартная Модель в общем и целом ничего себе теория, но с каждым годом новые открытия на коллайдере подкидывают ей всякие нерешаемые гадости. Поэтому рано или поздно очередной Эйнштейн родится и наконец расскажет человечеству Теорию Всего (так ее называют оптимистичные физики).



Материя. Часть 2.
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 11:56
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
14. Нас просят сохранять наши посты на какой-нибудь блогоплощадке для более удобного отслеживания публикаций. Посоветуйте в камментах, куда нам приземлиться. Темы на ЯПе продолжим публиковать в случае приемлемых рейтингов – нам еще есть, что рассказать населению, уставшему от РЕН-ТВ и соскучившемуся по настоящей науке.
Всем Добра! Меньше войн, больше физики!



Материя. Часть 2.
 
[^]
piterpen323
15.05.2014 - 12:02
6
Статус: Offline


Балбес

Регистрация: 1.03.12
Сообщений: 106
Цитата (demonword @ 15.05.2014 - 12:56)
14. Нас просят сохранять наши посты на какой-нибудь блогоплощадке для более удобного отслеживания публикаций. Посоветуйте в камментах, куда нам приземлиться. Темы на ЯПе продолжим публиковать в случае приемлемых рейтингов – нам еще есть, что рассказать населению, уставшему от РЕН-ТВ и соскучившемуся по настоящей науке.
Всем Добра! Меньше войн, больше физики!

Вроде 15 постов (начиная с 0)
Как вариант - создайте свой блог-сайт.
Могу помочь с этим.
 
[^]
dmitr777
15.05.2014 - 12:04
1
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 28.01.14
Сообщений: 1541
в институте все это слушал на лекциях как сказку))
 
[^]
undergod
15.05.2014 - 12:08
20
Статус: Offline


Администратор

Регистрация: 5.07.08
Сообщений: 87
В школе бы так учили детей, просто и доступно. И интересно! old.gif
 
[^]
Voody
15.05.2014 - 12:09
3
Статус: Offline


Приколист

Регистрация: 10.01.14
Сообщений: 289
Я рад, что ждал вторую часть! первая оч понравилась, вторая тоже!!

ТС, Спасибо! up.gif
 
[^]
ZET19
15.05.2014 - 12:15
0
Статус: Offline


Шутник

Регистрация: 26.09.13
Сообщений: 72
Эврика!
 
[^]
UxI
15.05.2014 - 12:17
16
Статус: Offline


Весельчак

Регистрация: 20.12.13
Сообщений: 193
demonword спасибо огромное за то что просвещаете народ! Особенно ценно что информация доносится простым и понятным языком, а так же сопровождается иллюстрациями для пуще наглядности.

Жалко лишь то что в нашем мире довольно мало людей с кем можно поделится информацией и обсудить. Большинство интресует тема пива, семок и сисек.
 
[^]
Патрушев
15.05.2014 - 12:19
9
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 26.11.13
Сообщений: 1412
Анекдот.. Милиционер выгоняет на конечной из метро спящего Ландау с книгой "Теория поля".. "Иди на..уй.. агроном-алкаш!"
 
[^]
demonword
15.05.2014 - 12:19
10
Статус: Offline


Ярила

Регистрация: 25.11.13
Сообщений: 1619
Цитата (UxI @ 15.05.2014 - 13:17)
demonword спасибо огромное за то что просвещаете народ! Особенно ценно что информация доносится простым и понятным языком, а так же сопровождается иллюстрациями для пуще наглядности.

Жалко лишь то что в нашем мире довольно мало людей с кем можно поделится информацией и обсудить. Большинство интресует тема пива, семок и сисек.

Наши аналогии и иллюстрации весьма грубые. Если сюда заглянет тру-физик, он нас проклянет Протоном, Электроном и святым Нейтрино!
 
[^]
Maxisyurist
15.05.2014 - 12:21
2
Статус: Offline


АдвокатЪ ЯПа

Регистрация: 15.02.13
Сообщений: 3289
Блин на 4 фотке (посте) я прокололся и подумал про (. )( .)....
 
[^]
mastervld
15.05.2014 - 12:21
0
Статус: Offline


Весельчак

Регистрация: 2.02.14
Сообщений: 105
тема

Это сообщение отредактировал mastervld - 15.05.2014 - 12:47

Материя. Часть 2.
 
[^]
Понравился пост? Еще больше интересного в Телеграм-канале ЯПлакалъ!
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии. Авторизуйтесь, пожалуйста, или зарегистрируйтесь, если не зарегистрированы.
1 Пользователей читают эту тему (1 Гостей и 0 Скрытых Пользователей) Просмотры темы: 45910
0 Пользователей:
Страницы: (6) [1] 2 3 ... Последняя » [ ОТВЕТИТЬ ] [ НОВАЯ ТЕМА ]


 
 



Активные темы






Наверх