Полевая форма материи (стр. 1 из 7)

Содержание

1. Полевая форма материи. Фундаментальные типы взаимодействий в физике. Почему они так называются и в каких диапазонах времени и пространства проявляются наиболее сильно?

2. Характеризуйте дискретность и непрерывность материи. Определить длину волны электромагнитного излучения, энергия кванта которого равна энергии покоя электрона. Масса покоя электрона равна 9,1х10-31 кг

3. Опишите спектр электромагнитного излучения. Как были открыты инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи?

4. Какие частицы составляют ядро атома, каковы его размеры? Как это было установлено?

5. Опишите модификации углерода. Почему столь многообразны соединения углерода? Какие особенности строения атома углерода определили его роль в живой природе?

5. Дайте понятие внутренней энергии. Какие виды внутренней энергии вы знаете? Как измеряется внутренняя энергия? В чем сущность первого начала термодинамики? На сколько градусов повысится температура воды при падении с плотины Саяно-Шушенской ГЭС (высота 222 м), если считать, что 30% потенциальной энергии воды расходуется на нагревание?

6. Что такое фазовое равновесие, перегретая жидкость, процессы сублимации и десублимации? Опишите физическую картину процесса кипения. Как зависит точка кипения от внешнего давления? Приведите примеры проявления этих процессов в природе

7. Охарактеризуйте строение и биологическое значение АТФ, почему АТФ называют основным источником энергии в клетке?

8. Основные выводы учения Вернадского о биосфере. Охарактеризуйте понятия "экосистема", "биогеоценоз", "экологическая ниша", "биоценоз". Чем определяется их устойчивость, какие связи существуют между организмами в экосистеме, и как они моделируются?

9. Каковы отличия науки от других областей культуры? Как соотносится наука с обыденным знанием, с религией?

Список использованной литературы

1. Полевая форма материи. Фундаментальные типы взаимодействий в физике. Почему они так называются и в каких диапазонах времени и пространства проявляются наиболее сильно?

Весомая (вещественная) материя или составляющие ее элементарные частицы представляют овеществленную форму полевой материи - возбужденные состояния поля. Таким образом, элементарные частицы - это те же самые поля, только возбужденные, т.е. любая элементарная частица - это поле, находящееся в возбужденном состоянии.

Волновая теория строения элементарных частиц является обобщением и последовательным развитием представлений о единстве природы вещества и поля, поэтому, как основа для рассмотрения этих вопросов, в тексте приводятся цитаты, которые по теме связаны с полевой природой материи. При этом предпочтение отдается материалистическим представлениям полевых процессов, а не метафизическим концепциям и интерпретациям, построенным на математическом формализме.

Т.е. элементарные частицы, согласно последовательной теории поля, представляют особые состояния полевого пространства (состояние поля с наименьшей энергией называется вакуумом).

С современной точки зрения частицы материи - это квантованные волновые образования, возбужденные состояния квантового поля, т.е. последовательное рассмотрение строения элементарных частиц надо проводить, исходя из анализа возмущений поля, представляющих возбужденные состояния. Поэтому изложение волновой теории строения элементарных частиц начинается с рассмотрения основ полевой природы материи, анализа свойств дискретных полевых потоков, возмущений поля и протекающих в них процессов. Возбужденные состояния поля представляют потоки индукции поля, которые графически изображаются в виде индукционных линий. "С квантовой точки зрения элементарные возбуждения электромагнитного поля обладают всеми свойствами частиц." (см. Курс физики. А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. 2000. С.646)

Например, частица фотон представляет элементарное возбужденное состояние поля и, как все электромагнитные волны, фотоны состоят из электрических и магнитных потоков.

Возбуждения поля образованы полевыми потоками индукции, представляющими напряженность поля, т.е., чтобы понять, почему элементарные возбуждения электромагнитного поля обладают свойствами частиц, необходимо проанализировать свойства индукционных потоков поля.

Фундаментальными называют частицы, которые по современным представлениям не имеют внутренней структуры.12 фундаментальных фермионов (со спином 1/2 в единицах

) приведены в таблице 1. Последний столбец таблицы 1 - электрические заряды фундаментальных фермионов в единицах величины заряда электрона e.

Табл.1. Фундаментальные фермионы

Фундаментальные фермионы
Взаимодействия Поколения Заряд Q/e
1 2 3
лептоны
е
0
e
-1
кварки u c t +2/3
d s b -1/3

12 фундаментальным фермионам соответствуют 12 антифермионов.

Взаимодействие частиц осуществляется за счет 4 типов взаимодействий: гравитационного, сильного, электромагнитного и слабого. Квантами соответствующих полей являются 12 фундаментальных бозонов.


Табл.2. Фундаментальные взаимодействия

Взаимодействие Квант Радиус Квадрат константы Примеры проявления взаимодействия
Сильное глюоны 10-13 ~1 Ядро, адроны
Электромагнитное
-квант
el =1/137
10-2
Атом,
-переходы
Слабое W,Z 10-16 ~10-6 Слабые распады частиц,
-распад
Гравитационное гравитон
~10-40 Сила тяжести

Квантами сильного взаимодействия являются нейтральные безмассовые глюоны. Фундаментальные фермионы, между которыми реализуется сильное взаимодействие - кварки - характеризуются квантовым числом “цвет", которое может принимать 3 значения. Глюоны имеют 8 разновидностей “ цветных" зарядов.

Квантами электромагнитного взаимодействия являются

-кванты. Гамма-кванты имеют нулевую массу покоя. В электромагнитных взаимодействиях участвуют фундаментальные частицы, занимающие последние три строки в таблице 1, т.е. заряженные лептоны и кварки. Поскольку кварки в свободном состоянии не наблюдаются, а входят в состав адронов, т.е. барионов и мезонов, все адроны, наряду с сильными взаимодействиями, участвуют и в электромагнитных взаимодействиях.

Квантами слабого взаимодействия, в котором принимают участие все лептоны и все кварки, являются W и Z бозоны. Существуют как положительные W+ бозоны, так и отрицательные W-; Z-бозоны электрически нейтральны. Массы W и Z бозонов велики - больше 80 ГэВ/с2. Следствием больших масс промежуточных бозонов слабого взаимодействия является малая - по сравнению с электромагнитной константой - константа слабого взаимодействия. Нейтрино участвует только в слабых взаимодействиях. Глюоны, гамма-квант, W и Z бозоны являются фундаментальными бозонами. Спины всех фундаментальных бозонов равны 1.

Гравитационные взаимодействия практически не проявляются в физике частиц. Например, интенсивность гравитационного взаимодействия двух протонов составляет ~10-38 от интенсивности их электромагнитного взаимодействия.

Экспериментально установлено существование 12 фундаментальных фермионов и 12 фундаментальных бозонов (без учета античастиц), их свойства подробно исследованы.

Явления природы, проявляющиеся при энергиях частиц <100 МэВ, могут быть практически полностью объяснены взаимодействием фундаментальных фермионов 1-го поколения.2-е поколение фундаментальных фермионов проявляется при энергиях порядка сотен МэВ. Для исследования 3-го поколения фундаментальных частиц строят ускорители высоких энергий (E > 100 ГэВ).

2. Характеризуйте дискретность и непрерывность материи. Определить длину волны электромагнитного излучения, энергия кванта которого равна энергии покоя электрона. Масса покоя электрона равна 9,1х10 -31 кг

Дискретность и непрерывность - свойства объектов природы, общества и мышления, обобщаемые в специальных научных, общенаучных и философских понятиях, отражающих их строение, структуру и происходящие процессы. Дискретность (по-лат. discretus) означает "прерывистый", состоящий из отдельных частей, раздельный. Синонимы понятия Дискретность. - атомистичность, диффузность и дифференциация, зернистость, корпускулярность, нецельность. Это также раздробленность, точечность. фрагментарность (от лат. fraction - доля, часть) и др. Непрерывность в философии и науке часто обозначается термином "континуальный" (от лат. continuum - непрерывный, сплошной). Но непрерывность - близка по смыслу к цельности и целостности, единству, неразрывности и др. Дискретность и непрерывность суть противоположности, которые отображают как делимость объектов любого рода, а также единство целого. Речь идет о дискретном как о множестве и "скоплении" объектов ("атомов" или "корпускул", элементов) разного рода. Но они бывают связаны в системе (т.е. в чем-то целом) многообразными отношениями и связями. Противоположность и связь Дискретность и непрерывность здесь относительна и условна, но если не было бы Дискретность, то не было бы непрерывности и, наоборот. Мы найдем понятия Дискретность и непрерывность в философских теориях бытия (онтологии) и в теориях познания (гносеологии или эпистемологии) в виде общего учения о прерывности инепрерывности мира. Бытие и время жизни объектов разного рода в данных условиях опирается на единство дискретности и непрерывности. Они связаны также с феноменами (и понятиями) строения, системы и структуры, организации и элемента, конечного, бесконечного и др. При данном типе строения Дискретность и непрерывность основаны на определенных отношениях, связях, взаимодействиях и свойствах более простых элементов на базе структурирования, складывания , соединения, распада и др. Чтобы понять их значение для темпорологии, надо знать природу самих Дискретности и непрерывности, а также свойства, формы и уровни действительности и мышления, сочетающиеся в данных условиях. Согласно диалектике, взаимодействие Дискретность с непрерывностью как полюсов создает движущее противоречие развития данного целого и его частей. Его обеспечивают различные механизмы изменения количества, качества, меры, разнообразия, формы и структуры, строения, состава, организации и др. В итоге, Дискретность и непрерывность - это диалектически взаимосвязанные и дополняющие друг друга, но противоположные по смыслу феномены и понятия (см.: А.Г. Спиркин. Непрерывность и прерывность …, с.433-34).