Electromagnetic particle na pakikipag-ugnayan

Ang artikulong ito ay tumingin sa kung ano ay tinatawag na sa mga puwersa ng kalikasan - ang mga pangunahing electromagnetic pakikipag-ugnayan at mga prinsipyo kung saan ito ay binuo. Magkakaroon din sinabi tungkol sa posibilidad ng pag-iral ng mga bagong na paglalapit sa pag-aaral ng paksang ito. Sa paaralan sa mga klase pisika, mag-aaral ay nahaharap sa isang paliwanag ng konsepto ng "force". sila malaman na ang kapangyarihan ay maaaring maging napaka-magkakaibang - ang pakiskis puwersa, ang puwersa ng grabidad, pagkalastiko at lakas ng maraming mga katulad. Hindi lahat ng mga ito ay maaaring tinatawag na pangunahing, tulad ng ay napaka-madalas na ang hindi pangkaraniwang bagay ng pangalawang puwersa (pakiskis puwersa, halimbawa, sa kanyang pakikipag-ugnayan sa mga molecule). Ang electromagnetic pakikipag-ugnayan ay maaari ding maging pangalawa - bilang resulta. Molecular Physics ay nagbibigay sa mga halimbawa ng Van der Waals pwersa. ay nagbibigay din ng maraming mga halimbawa at elementarya particle physics.

Sa kalikasan,

Gusto kong makapunta sa kakanyahan ng mga proseso na nagaganap sa kalikasan, tulad ng ito ay gumagawa sa amin gumana electromagnetic pakikipag-ugnayan. Ano ang eksakto ay ang mga pangunahing puwersa na tumutukoy sa lahat ng built kanyang pangalawang pwersa? Alam ng lahat na ang electromagnetic pakikipag-ugnayan, o, bilang ito ay tinatawag na, electric kapangyarihan ay pangunahing. Ito ay evidenced sa pamamagitan ng Coulomb ng batas, na kung saan ay may sariling generalization stemming mula sa Maxwell equation. Kamakailang ilarawan ang lahat ng mga natural na nagaganap magnetic at electrical puwersa. Iyon ay kung bakit ito ay pinatunayan na ang pakikipag-ugnayan ng electromagnetic mga patlang - pangunahing puwersa ng kalikasan. Ang mga sumusunod na halimbawa - ang puwersa ng grabidad. Kahit schoolchildren alam tungkol sa batas ng unibersal na grabitasyon Isaaka Nyutona, na rin kamakailan nakuha ng maayos na generalization ng Einstein equation, at, ayon sa kaniyang teoriya ng grabidad, ang puwersa ng electromagnetic pakikipag-ugnayan ay pangunahing sa kalikasan, masyadong.

Noong unang panahon ito ay naniniwala na mayroon lamang dalawang mga pangunahing puwersa, ngunit agham ay dumating pasulong, dahan-dahan na nagpapatunay na ito ay hindi gayon. Halimbawa, sa ang pagtuklas ng atomic nucleus nagkaroon kami upang ipakilala ang konsepto ng nuclear power, o kung paano upang maunawaan ang mga prinsipyo ng pagpapanatili ng mga particle sa loob ng nucleus, bakit hindi sila lumipad palayo sa lahat ng direksyon. Pag-unawa sa kung paano ang electromagnetic pakikipag-ugnayan sa kalikasan, ay nakatulong sukatin ang nuclear pwersa, upang pag-aralan at ilarawan. Kasunod, gayunpaman, ang mga siyentipiko ay dumating sa konklusyon na nuclear pwersa ay secondary at sa maraming mga manifestations tulad ng mga Van der Waals pwersa. Sa katunayan, lamang ang talagang pangunahing pwersa na magbigay ng mga quarks nakikipag-ugnayan sa bawat isa. Pagkatapos - isang pangalawang epekto - ay ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng electromagnetic field ng protons at neutrons sa nucleus. Tunay pangunahing ay ang pakikipag-ugnayan ng mga quark, gluons ay ipinagpapalit. Sa gayon ay natuklasan sa kalikasan ay talagang ang ikatlong pangunahing puwersa.

Pagpapatuloy ng kuwento

Elementarya particle pagkabulok, mabigat - sa mas magaan, at ang kanilang pagkabulok ay naglalarawan sa bagong lakas ng electromagnetic pakikipag-ugnayan, na kung saan ay mahusay na may pangalang - ang kapangyarihan ng mahinang interaksiyon. Bakit mahirap? Dahil electromagnetic pagkagambala sa kalikasan ay mas malakas. At muli, ito naka-out na ang mga teorya ng interaksiyong mahina, kaya gracefully embarked sa larawan ng mundo at orihinal na ganap na naglalarawan ng pagkabulok ng elementarya particle, ay hindi sumasalamin sa parehong postulates, kung ang enerhiya ay nadagdagan. Iyon ay kung bakit ang lumang teorya ay muling idisenyo sa isa pang - isang teorya ng mahinang pakikipag-ugnayan, oras na ito di-napatutunayang upang maging universal. Kahit na ito ay binuo ito ay sa parehong prinsipyo tulad ng ang magpahinga ng ang teorya na naglalarawan ng electromagnetic pakikipag-ugnayan ng mga particle. Sa modernong panahon, may mga apat na pinag-aralan at napatunayan pangunahing mga pakikipag-ugnayan, at ang ika-limang - sa daan, tungkol sa kanya ito ay darating. Ang lahat ng apat na - gravitational, malakas, mahina, electromagnetic - ay binuo sa isang solong prinsipyo: ang lakas na nabuo sa pagitan ng mga particle ay ang resulta ng isang sharing Ipinatupad carrier, o kung hindi man - pumagitna pakikipag-ugnayan.

Anong uri ng isang katulong? Ito poton - walang maliit na butil masa, ngunit gayunpaman ay matagumpay na gagawa electromagnetic pagkagambala dahil sa makipagpalitan ng isang quantum ng electromagnetic waves o liwanag kabuuan. Ang electromagnetic pakikipag-ugnayan ay isinasagawa sa pamamagitan ng photons sa larangan ng sisingilin particle, na makipag-usap sa isang tiyak na puwersa, dahil ang oras na ito at itinuturing ng batas Coulomb ni. May isang walang masang maliit na butil - gluon, ito ay may walong varieties, makakatulong ito sa usap quarks. Ito electromagnetic pakikipag-ugnayan ay isang-akit sa pagitan ng mga singil, at ito ay sinabi na maging malakas. Oo, at ang mahinang pakikipag-ugnayan ay hindi nang walang tagapamagitan, na kung saan bakal particle na may masa higit pa roon, ang mga ito ay napakalaking, iyon ay mabigat. Ito intermediate vector boson. Ang kanilang timbang at ang bigat ay dahil sa kahinaan ng mga pakikipag-ugnayan. Gravity ay ang puwersa palitan quantum gravitational field. Ito ay ang pagkahumaling ng electromagnetic pakikipag-ugnayan ng mga particle, ito ay hindi pa rin sapat na pinag-aralan, kahit Graviton pagtuklas hindi pa natukoy, at Quantum gravity kami ay hindi lubos doon, at dahil lang sa mayroon kaming upang ilarawan ang kaya nito hindi pa.

ikalima lakas

isinasaalang-alang namin ang apat na uri ng mga pangunahing mga pakikipag-ugnayan: malakas, mahina, electromagnetic, gravitational. Pakikipag-ugnayan - ay isang gawa ng palitan ng mga particle, at walang ideya ng symmetry ay hindi maaaring gawin, dahil walang pakikipag-ugnayan na hindi nauugnay sa mga ito. Tinutukoy nito ang bilang ng mga particle at ang kanilang mga masa. Gamit ang eksaktong symmetry ng mass ay laging zero. Kaya, ang poton at ang gluon mass ay hindi, ito ay katumbas ng zero, ang graviton - masyadong. Kung symmetry ay sira, ang mass ceases upang maging zero. Kaya, ang mga intermediate vector bison ay may mass, dahil ang symmetry ay mababali. Ang apat na pangunahing pakikipag-ugnayan ipinaliwanag ang lahat ng bagay na ating nakikita at pakiramdam. Ang natitirang pwersa sabihin na ang kanilang mga electromagnetic pagkabit ay sekundaryong. Gayunman, sa 2012 nagkaroon ng isang pambihirang tagumpay sa agham at ay natuklasan ng isa pang maliit na butil, isang beses na ginawa sikat. Ang isang rebolusyon sa pang-agham mundo ay organisado ang pagbubukas ng Higgs boson, na kung saan, bilang ito naka-out, naghahain din bilang isang carrier ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng quarks at lepton.

Iyon ay kung bakit ang mga siyentipiko-physicists ngayon sabihin na nagkaroon ang ikalimang puwersa, ang tagapamagitan ng kung saan naka-out na maging ang Higgs boson. Mahusay na proporsyon ay nasira dito: mula sa Higgs boson ay may masa. Sa gayon ay ang bilang ng mga pakikipag-ugnayan (ang salita sa modernong pisika maliit na butil ay pinalitan ng salitang "puwersa") ay umabot na lima. Siguro kami ay naghihintay para sa mga bagong tuklas, dahil hindi namin alam eksakto kung mayroong kahit na bukod sa mga pakikipag-ugnayan. Ito ay napaka-posible na aming inilagay, at ngayon model na ito, ay tila ganap na nagpapaliwanag ang lahat ng mga phenomena obserbahan sa mundo, at ay hindi masyadong kumpleto. At marahil, pagkatapos ng ilang panahon magkakaroon ng bagong mga pakikipag-ugnayan at bagong lakas. Ang posibilidad ng naturang mayroong hindi bababa sa dahil kami masyadong dahan-dahan natutunan na may mga kasalukuyang kilala pundamental na interaksiyon - malakas, mahina, electromagnetic, gravitational. Matapos ang lahat, kung may nasa kalikasan ng supersymmetric particle, na kung saan ay tinalakay sa mga pang-agham mundo, ang ibig sabihin nito sa pagkakaroon ng isang bagong mahusay na proporsyon, at mahusay na proporsyon laging entails ang paglitaw ng bagong mga particle na pumagitna sa pagitan ng mga ito. Kaya, marinig namin ng isang dati hindi kilalang mga pangunahing puwersa, tulad ng isang beses ay mabigla upang malaman na, halimbawa, electromagnetic, mahinang interaksiyon. Kaalaman tungkol sa aming mga sariling likas na katangian napaka-kumpleto.

interconnectivity

Ang pinaka-kagiliw-giliw na bagay ay na ang anumang mga bagong pakikipag-ugnayan ay dapat na kinakailangang humantong sa isang ganap na hindi kilalang phenomenon. Halimbawa, kung hindi kami ay natutunan ang tungkol sa mahinang pakikipag-ugnayan, kami ay hindi kailanman ay may natuklasan ang pagbagsak, at kung ito ay hindi sa aming kaalaman ng pagkabulok, walang pag-aaral ng nuclear reaksyon ay naging imposible. At kung kami ay hindi magkaroon ng kamalayan ng nuclear reaksyon, ay hindi maunawaan kung paano sumisikat ang araw sa amin. Matapos ang lahat, kung hindi ito lumiwanag, at buhay sa Earth ay hindi maaaring nabuo. Kaya na ang pagkakaroon ng pakikipag-ugnayan ay nagpapahiwatig na ito ay vitally mahalaga. Kung ang malakas na pakikipag-ugnayan ay hindi umiiral, at atomic nuclei ay hindi magiging matatag. Dahil sa electromagnetic interaction Daigdig na natatanggap ng enerhiya mula sa araw, at ang liwanag sinag pagdating mula sa kanya, magpainit sa planeta. At lahat ng mga kilalang mga pakikipag-ugnayan ay mahalaga. Narito Higgs, halimbawa. Higgs boson ay nagbibigay ng maliit na butil masa sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa field, kami ay walang hindi ito sana ay survived. At kung paano, nang walang gravitational interaction upang manatili sa ibabaw ng planeta? Ito ay magiging imposible hindi lamang para sa amin, ngunit wala sa lahat.

Hinding ang lahat ng mga pakikipag-ugnayan, kahit na yaong hindi pa namin alam, ay isang nararapat sa lahat ng bagay na ang sangkatauhan nakakaalam, nauunawaan at nagmamahal doon. Ano ang maaari naming malaman? Oo, marami. Halimbawa, alam natin na ang mga proton ay matatag sa nucleus. Tunay, tunay mahalaga sa amin, ito ang katatagan nito, kung hindi man sa parehong paraan doon ay magiging walang buhay. Gayunman, ang mga eksperimento magmungkahi na proton buhay - oras na halaga limitado. Long, siyempre, 10 ³⁴ taon. Ngunit ang ibig sabihin nito na maaga o huli mahulog bukod, at ang mga proton, at ito ay mangangailangan ng ilang mga bagong puwersa, iyon ay isang bagong pakikipag-ugnayan. Laban sa pagkabulok protons na umiiral theory na kung saan ipinapalagay ng isang bago, mas mataas na antas ng symmetry, samakatuwid, ang isang bagong pakikipag-ugnayan ay maaaring umiiral na kung saan hindi namin alam kung anumang bagay.

Grand unification

Ang pagkakaisa ng kalikasan ay ang tanging prinsipyo ng konstruksiyon ng lahat ng mga pangunahing mga pakikipag-ugnayan. Maraming mga katanungan lumabas dahil may kaugnayan sa bilang ng mga ito at ipaliwanag ang mga dahilan para sa partikular na dami. Bersyon itinayo dito isang mahusay na marami, at ang mga ito ay ibang-iba sa mga konklusyon naabot. Ipaliwanag ang pagkakaroon ng lamang tulad ng isang bilang ng mga pangunahing mga pakikipag-ugnayan sa lahat ng posibleng paraan, ngunit ang mga ito ng isang solong prinsipyo ng pagbuo ng ebidensya. Laging ang pinaka-iba't ibang uri ng mga pakikipag-ugnayan, mga mananaliksik ay sinusubukan upang sumanib sa isa. Yaman ngang mayroong gayong mga teoriya at theories na tinatawag na Grand Unified. Parang ang mundo puno ng mga sanga: isang mayorya ng mga sanga, at ang mga puno ng kahoy ay laging pareho.

Iyon ay dahil mayroong lahat ng mga theories unifying ideya. Ang ugat ng lahat ng mga kilalang mga pakikipag-ugnayan ng isang solong pagpapakain isang puno ng kahoy, na kung saan ay dahil sa ang pagkawala ng symmetry ay nagsimulang upang magpalago ng negosiyo at binuo ng iba't-ibang pangunahing mga pakikipag-ugnayan, kung saan maaari naming obserbahan ang pagtuklas. Teorya na ito ay hindi mapatotohanan pa, dahil nangangailangan ito ng napakataas na enerhiya physics, mga eksperimento mapupuntahan sa ngayon. Ito ay napaka-posible, at ito ay isang opsiyon na mayroon hindi kailanman hindi tayo sa pagkakaroon ng mga energies. Ngunit sa paligid ng ito balakid ay lubos na posible.

hiwalay

Mayroon kaming isang uniberso, ang natural na accelerator, at ang buong proseso na nagaganap sa loob nito, gawing posible upang suriin ang kahit na ang pinaka-matapang na mga pagpapalagay tungkol sa mga karaniwang ugat ng lahat ng mga kilalang mga pakikipag-ugnayan. Isa pang kawili-wiling mga gawain ng pag-unawa sa mga pakikipag-ugnayan sa kalikasan ay marahil na mas mahirap unawain. Ito ay kinakailangan upang maunawaan kung paano nauugnay ang gravity sa iba pang mga pwersa ng kalikasan. Ito ay isang pangunahing pakikipag-ugnayan ay nakatayo na ito nang hiwalay, sa kabila ng katotohanan na ayon sa mga prinsipyo ng konstruksiyon ng teorya na ito ay katulad ng lahat ng iba.

Einstein aral ng teorya ng gravity, sinusubukang i-link ito sa electromagnetism. Maliban sa tila katotohanan upang malutas ang problemang ito, pagkatapos ay ang teorya pa rin ay hindi nangyari. Ngayon sangkatauhan nakakaalam ng kaunti pang, hindi bababa sa alam namin tungkol sa ang malakas at mahina pakikipag-ugnayan. At kung ngayon ang kumpletong konstruksiyon ng pinag-isang teorya, ito ay tiyak na makakaapekto muli ang kakulangan ng kaalaman. Hanggang ngayon ay nabigo upang ilagay ang gravity sa isang par sa iba pang mga pakikipag-ugnayan, dahil ang lahat sumunod sa mga batas dictated sa pamamagitan ng quantum physics at gravity - no. Ayon sa quantum theory, ang lahat ng mga particle ay ang quanta ng isang tiyak na larangan. Ngunit quantum gravity ay hindi umiiral, hindi bababa sa hindi pa. Gayunpaman, ang bilang ng mga nai-natuklasan pakikipag-ugnayan ulit nang malakas tungkol sa kung ano ay hindi maaaring maging anumang solong scheme.

electric field

Bumalik sa 1860 ang dakilang ikalabinsiyam na siglo pisisista James Clerk Maxwell nagtagumpay sa paglikha ng isang theory upang ipaliwanag ang electromagnetic induction. Kapag ang isang pagbabago sa magnetic field sa isang tiyak na punto sa espasyo ng isang electric field. Kung ang patlang na ito ay matatagpuan closed konduktor, ang induction kasalukuyang dumadaloy sa electric field. Kanyang teorya ng electromagnetic mga patlang Maxwell nagpapatunay na malamang reverse proseso: kung ang pagbabago sa oras ng electric patlang sa isang tiyak na punto sa espasyo ay kinakailangan magnetic field. Kaya ang anumang mga pagbabago ay maaaring maging sanhi ng isang iba't ibang electric field, at maaaring makakuha ng isang pagbabago sa electric alternating magnetic field sa magnetic field ng oras. Mga variable na ito, bumuo ng bawat iba pang mga patlang na inorganisa ng pinag-isang patlang - electromagnetic.

Ang pinaka-mahalagang mga resulta na sumusunod mula formula Maxwell 's theory - isang hula na may mga electromagnetic waves, hal propagating electromagnetic patlang sa oras at espasyo. Ang pinagmulan ng mga electromagnetic patlang ay gumagalaw na may acceleration electric singil. Hindi tulad ng acoustic (nababanat) electromagnetic waves maaaring palaganapin sa anumang materyal, kahit na sa vacuo. Electromagnetic panghihimasok sa vacuo propagates sa bilis ng liwanag (c = 299 792 kilometro bawat segundo). wavelength ay maaaring naiiba. Electromagnetic waves mula sa sampung libong metro sa 0005 metro - ito ay mga radio wave na ginamit upang magpadala ng impormasyon sa amin, iyon ay ang signal para sa isang tiyak na distansya nang walang anumang wires. Nilikha waves radio sa mataas na dalas kasalukuyang na daloy sa antenna.

Ano ang mga waves

Kung ang haba ng electromagnetic radiation umaabot mula 0.005 mikron sa 1 meter, ibig sabihin, ang mga na sa hanay sa pagitan nakikitang ilaw at radio waves - ay infrared radiation. Ang kanyang naglalabas ng lahat ng heated katawan: mga baterya, kalan, maliwanag na maliwanag lamp. Espesyal na mga aparatong convert infrared radiation sa nakikitang ilaw, upang makuha ang mga imahe ng mga bagay na naglalabas ng mga ito, kahit na sa absolute kadiliman. Nakikitang ilaw emits isang haba ng daluyong ng 770-380 nanometers - ang kulay ay lumiliko mula sa red sa purple. Ang bahaging ito ng spectrum ay may para sa buhay ng tao ang mahalagang-mahalaga, dahil ang isang malaking bahagi ng impormasyon tungkol sa mundo natanggap namin sa pamamagitan paningin.

Kung ang electromagnetic radiation ay may wavelength mas mababa kaysa sa mga lilang kulay ay ultraviolet light na pumapatay bakterya. X-ray ay hindi makikita ng mga mata. Sila ay halos hindi absorb nakikitang liwanag opaque layer ng materyal. X-ray diagnosed na sakit ng mga panloob na organo ng tao at hayop. Kung ang electromagnetic radiation ay nabuo sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng elementarya particle at ipinapalabas sa pamamagitan ng nasasabik nuclei nakuha sa pamamagitan ng gamma radiation. Ito ang pinaka-malawak na hanay sa electromagnetic spectrum na ito sapagkat ito ay hindi limitado sa mataas na energies. Gamma radiation ay maaaring maging malambot at matigas: transition enerhiya sa loob ng atomic nuclei - malambot, at sa nuclear reaksyon - matibay. Ang mga rays madaling pull down molecules at biological tampok. Mahusay na kaligayahan na sa kapaligiran ng gamma ray ay hindi maaaring makakuha ng sa pamamagitan ng. Pagmasdan gamma ray mula sa kalawakan ay maaaring maging. Sa napakataas na enerhiya ng electromagnetic interaction propagates sa isang bilis ng malapit sa ilaw: gamma quanta crush nucleus atom, paglabag ito down sa mga particle, scattering sa iba't ibang direksyon. Kapag pagpepreno, naglalabas sila ng liwanag, na nakikita sa mga espesyal na mga teleskopyo.

Mula sa nakalipas - ang hinaharap

Electromagnetic waves, bilang ay sinabi, hinulaang sa pamamagitan ng Maxwell. Siya ay maingat na pinag-aralan at sinubukan upang maniwala sa matematika bahagyang walang muwang larawan Faraday, na kung saan ang magnetic at electrical phenomena ay itinatanghal. Ito ay Maxwell natuklasan ng isang kakulangan ng mahusay na proporsyon. At na siya ay able sa patunayan ang isang bilang ng mga equation na alternating electric field bumuo ng magnetic at vice versa. Ito na humantong sa kanya upang maniwala na ang gayong mga patlang at baklasin mula sa mga conductors ay inilipat sa pamamagitan ng isang vacuum na may ilang higanteng bilis. At siya ay may korte ito. Bilis ay malapit sa trohstam libu-libong kilometro bawat segundo.

Iyon ang pakikipag-ugnayan ng teorya at eksperimento. Ang isang halimbawa ay ang pambungad na kung saan namin natutunan ang tungkol sa pagkakaroon ng electromagnetic waves. Dito ay dumating nang sama-sama sa tulong ng physics ganap na magkakaiba konsepto - pang-akit at koryente, tulad ng ito ay isang pisikal na kababalaghan ng parehong pagkakasunud-sunod, lamang iba't ibang panig ng mga ito ay nasa sa komunikasyon. Theories ay isinaayos ang isa sa likod ng isa, at ang lahat ng mga ito ay malapit na nauugnay sa isa't isa: ang teorya ng electroweak pakikipag-ugnayan, halimbawa, kung saan parehong posisyon inilarawan ng mahinang puwersang nuklear at electromagnetic, atbp Ang lahat ng ito ay pinagsasama quantum chromodynamics, na sumasakop sa malakas at electroweak pakikipag-ugnayan (dito, katumpakan habang mas mababa ngunit ang operasyon ay patuloy). Intensively-aral lugar tulad physicists bilang kabuuan gravity at string theory.

napag-alaman

Ito ay lumiliko out na ang puwang na pumapalibot sa amin ganap na tiomak na may electromagnetic radiation: ang mga bituin at ang araw, buwan at iba pang mga celestial bodies, ito ay ang Earth mismo, at ang bawat telepono sa mga kamay ng mga tao, at mga istasyon ng antenna - ang lahat ng ito emits electromagnetic waves ng iba't ibang mga pangalan . Depende sa dalas ng oscillations, na radiates ang bagay naiiba infrared, radyo, nakikitang ilaw,-field bio ray, X-ray at iba pa.

Kapag ang isang electromagnetic field ay ipinamamahagi, ito ay nagiging isang electromagnetic wave. Ito ay simpleng isang hindi mauubos source ng enerhiya, mag-vibrate ang mga de-koryenteng singil ng mga molecules at atoms. At kung ang singil oscillates, motion nito ay pinabilis, at samakatuwid ay emits electromagnetic waves. Kung ang magnetic pagbabago field, field ay nasasabik sa pamamagitan electric puyo ng tubig na kung saan, sa pagliko, excites ang magnetic uliuli field. Ang proseso napupunta sa espasyo, embracing isang punto pagkatapos ng isa pa.