भौतिकी का सबसे जटिल नियम. रोजमर्रा की जिंदगी में भौतिकी के नियमों की आवश्यकता क्यों है? सबसे सरल, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण कानून ऊर्जा के संरक्षण और परिवर्तन का कानून है

हेलेन ज़ेर्स्की

भौतिक विज्ञानी, समुद्र विज्ञानी, बीबीसी पर लोकप्रिय विज्ञान कार्यक्रमों के प्रस्तुतकर्ता।

जब भौतिकी की बात आती है, तो हम कुछ सूत्रों की कल्पना करते हैं, कुछ अजीब और समझ से बाहर, एक सामान्य व्यक्ति के लिए अनावश्यक। हमने क्वांटम यांत्रिकी और ब्रह्माण्ड विज्ञान के बारे में कुछ सुना होगा। लेकिन इन दो ध्रुवों के बीच वह सब कुछ है जो हमारे दैनिक जीवन को बनाता है: ग्रह और सैंडविच, बादल और ज्वालामुखी, बुलबुले और संगीत वाद्ययंत्र। और वे सभी अपेक्षाकृत कम संख्या में भौतिक नियमों द्वारा शासित होते हैं।

हम इन कानूनों को लगातार क्रियान्वित होते हुए देख सकते हैं। उदाहरण के लिए, दो अंडे लें - कच्चे और उबले हुए - और उन्हें घुमाएँ, और फिर बंद कर दें। उबला हुआ अंडा गतिहीन रहेगा, कच्चा अंडा फिर से घूमने लगेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि आपने केवल शेल को रोका है, लेकिन अंदर का तरल घूमता रहता है।

यह कोणीय गति के संरक्षण के नियम का स्पष्ट प्रदर्शन है। सरलीकृत तरीके से, इसे इस प्रकार तैयार किया जा सकता है: एक स्थिर अक्ष के चारों ओर घूमना शुरू करने के बाद, सिस्टम तब तक घूमता रहेगा जब तक कि कोई चीज़ इसे रोक न दे। यह ब्रह्माण्ड के मूलभूत नियमों में से एक है।

यह न केवल तब काम आता है जब आपको उबले अंडे को कच्चे से अलग करने की आवश्यकता होती है। इसका उपयोग यह समझाने के लिए भी किया जा सकता है कि हबल स्पेस टेलीस्कोप, अंतरिक्ष में बिना किसी सहारे के, अपने लेंस को आकाश के एक निश्चित क्षेत्र पर कैसे इंगित करता है। इसके अंदर बस घूमने वाले जाइरोस्कोप हैं, जो अनिवार्य रूप से कच्चे अंडे की तरह ही व्यवहार करते हैं। दूरबीन स्वयं उनके चारों ओर घूमती है और इस प्रकार अपनी स्थिति बदलती है। यह पता चला है कि कानून, जिसे हम अपनी रसोई में परीक्षण कर सकते हैं, मानव जाति की सबसे उत्कृष्ट प्रौद्योगिकियों में से एक की संरचना की भी व्याख्या करता है।

हमारे दैनिक जीवन को नियंत्रित करने वाले बुनियादी कानूनों को जानने के बाद, हम असहाय महसूस करना बंद कर देते हैं।

यह समझने के लिए कि हमारे आस-पास की दुनिया कैसे काम करती है, हमें पहले इसकी मूल बातें समझनी होंगी -। हमें यह समझना चाहिए कि भौतिकी केवल प्रयोगशालाओं या जटिल सूत्रों में विलक्षण वैज्ञानिकों के बारे में नहीं है। यह हमारे सामने है, हर किसी के लिए सुलभ है।

कहां से शुरू करें, आप सोच सकते हैं। निश्चित रूप से आपने कुछ अजीब या समझ से परे देखा, लेकिन इसके बारे में सोचने के बजाय, आपने खुद से कहा कि आप एक वयस्क हैं और आपके पास इसके लिए समय नहीं है। चेर्स्की सलाह देते हैं कि ऐसी चीज़ों को नज़रअंदाज़ न करें, बल्कि उनसे शुरुआत करें।

यदि आप किसी दिलचस्प चीज़ के घटित होने का इंतज़ार नहीं करना चाहते हैं, तो सोडा में किशमिश डालें और देखें कि क्या होता है। गिरी हुई कॉफ़ी को सूखते हुए देखें। कप के किनारे को चम्मच से थपथपाएं और आवाज सुनें। अंत में, सैंडविच को नीचे की ओर गिरे बिना गिराने का प्रयास करें।

इस कानून के अनुसार, एक प्रक्रिया जिसका एकमात्र परिणाम ठंडे शरीर से गर्म शरीर में गर्मी के रूप में ऊर्जा का स्थानांतरण होता है, सिस्टम और पर्यावरण में बदलाव के बिना असंभव है।
थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम बड़ी संख्या में अव्यवस्थित रूप से गतिमान कणों से युक्त एक प्रणाली की कम संभावित अवस्था से अधिक संभावित अवस्था में स्वचालित रूप से संक्रमण करने की प्रवृत्ति को व्यक्त करता है। दूसरे प्रकार की सतत गति मशीन के निर्माण पर रोक लगाता है।
समान तापमान और दबाव पर आदर्श गैसों की समान मात्रा में अणुओं की संख्या समान होती है।
इस कानून की खोज 1811 में इतालवी भौतिक विज्ञानी ए. अवोगाद्रो (1776-1856) ने की थी।
एक दूसरे से थोड़ी दूरी पर स्थित कंडक्टरों में बहने वाली दो धाराओं के बीच परस्पर क्रिया का नियम कहता है: समान दिशा में धाराओं वाले समानांतर कंडक्टर आकर्षित होते हैं, और विपरीत दिशा में धाराओं के साथ वे विकर्षित होते हैं।
इस कानून की खोज 1820 में ए. एम. एम्पीयर ने की थी।
हाइड्रो और एयरोस्टैटिक्स का नियम: किसी तरल या गैस में डूबे हुए शरीर पर ऊर्ध्वाधर रूप से ऊपर की ओर निर्देशित एक उत्प्लावन बल द्वारा कार्य किया जाता है, जो शरीर द्वारा विस्थापित तरल या गैस के वजन के बराबर होता है, और डूबे हुए शरीर के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र पर लगाया जाता है। शरीर का अंग। एफए = जीवी, जहां जी तरल या गैस का घनत्व है, वी शरीर के डूबे हुए हिस्से का आयतन है।
अन्यथा, कानून को इस प्रकार तैयार किया जा सकता है: किसी तरल या गैस में डूबा हुआ शरीर उतना ही वजन खो देता है जितना कि विस्थापित तरल (या गैस) का वजन होता है। तब P = mg - FA.
इस नियम की खोज प्राचीन यूनानी वैज्ञानिक आर्किमिडीज़ ने 212 ईसा पूर्व में की थी। इ। यह तैरते हुए पिंडों के सिद्धांत का आधार है।
एक आदर्श गैस के नियमों में से एक: स्थिर तापमान पर, गैस के दबाव और उसके आयतन का गुणनफल एक स्थिर मान होता है। सूत्र: पीवी = स्थिरांक. एक इज़ोटेर्मल प्रक्रिया का वर्णन करता है। सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम, या न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण का नियम: सभी पिंड एक-दूसरे को इन पिंडों के द्रव्यमान के उत्पाद के सीधे आनुपातिक और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती बल से आकर्षित करते हैं। इस नियम के अनुसार, किसी ठोस शरीर की लोचदार विकृतियाँ उनके कारण होने वाले बाहरी प्रभावों के सीधे आनुपातिक होती हैं। विद्युत धारा के ऊष्मीय प्रभाव का वर्णन करता है: जब किसी चालक से सीधी धारा प्रवाहित होती है तो उसमें निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा सीधे धारा के वर्ग, चालक के प्रतिरोध और पारित होने के समय के समानुपाती होती है। 19वीं शताब्दी में जूल और लेन्ज़ द्वारा एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से इसकी खोज की गई। इलेक्ट्रोस्टैटिक्स का मूल नियम, उनके बीच की दूरी पर दो स्थिर बिंदु आवेशों के बीच परस्पर क्रिया के बल की निर्भरता को व्यक्त करता है: दो स्थिर बिंदु आवेश एक बल के साथ परस्पर क्रिया करते हैं जो इन आवेशों के परिमाण के उत्पाद के सीधे आनुपातिक और वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। उनके बीच की दूरी और उस माध्यम का ढांकता हुआ स्थिरांक जिसमें आवेश स्थित हैं। संख्यात्मक रूप से मान एक दूसरे से 1 मीटर की दूरी पर निर्वात में स्थित 1 C के दो स्थिर बिंदु आवेशों के बीच लगने वाले बल के बराबर है।
कूलम्ब का नियम इलेक्ट्रोडायनामिक्स के प्रायोगिक औचित्य में से एक है। 1785 में खोला गया
विद्युत धारा के बुनियादी नियमों में से एक: सर्किट के एक खंड में प्रत्यक्ष विद्युत धारा की ताकत इस खंड के सिरों पर वोल्टेज के सीधे आनुपातिक और इसके प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होती है। धातु कंडक्टरों और इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए मान्य जिनका तापमान स्थिर बनाए रखा जाता है। पूर्ण सर्किट के मामले में, इसे निम्नानुसार तैयार किया जाता है: सर्किट में प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह की ताकत सीधे वर्तमान स्रोत के ईएमएफ के समानुपाती होती है और विद्युत सर्किट के कुल प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

इसकी खोज 1826 में जी.एस. ओम ने की थी।

1. "केवल भौतिकी, केवल कट्टर! अटारी", पोबेडिंस्की डी
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क्या आप जानते हैं समय क्या है? आप स्ट्रिंग सिद्धांत के प्रति कैसे आये? विश्व में सबसे बड़ा रासायनिक तत्व कौन सा है? लेकिन दिमित्री पोबेडिंस्की, भौतिक विज्ञानी, लोकप्रिय वीडियोब्लॉगर और "द एटिक" के नियमित लेखक, जानते हैं - और बता सकते हैं! क्या समानांतर ब्रह्मांड मौजूद हैं? क्या वास्तविक लाइटसेबर बनाना संभव है? पहले चुंबन पर कृत्रिम बुद्धिमत्ता कैसी लगेगी? ब्लैक होल कैसे काम करता है? दिमित्री इन और अन्य सवालों के जवाब देता है जो हम में से किसी को भी भ्रमित कर सकते हैं - हम में से प्रत्येक के लिए आसानी से और सुलभ। अटारी: विज्ञान, प्रौद्योगिकी, भविष्य" - वैज्ञानिक रूप से - शैक्षिक परियोजनासबसे बड़ी रूसी समाचार एजेंसी TASS। अपने 100,000 पाठकों के लिए, वे हर दिन विज्ञान के बारे में लिखते हैं - रूसी और न केवल - और दिलचस्प लोकप्रिय विज्ञान व्याख्यान, प्रदर्शनियों, किताबों और फिल्मों के बारे में भी बात करते हैं, प्रयोग दिखाते हैं और आसपास की वास्तविकता के बारे में वैज्ञानिक (और इतने वैज्ञानिक नहीं) सवालों के जवाब देते हैं।
2. "लघु कथासमय। बिग बैंग से ब्लैक होल तक", हॉकिंग पी.
आकर्षक और सुलभ. प्रसिद्ध अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी स्टीफन हॉकिंग हमें अंतरिक्ष और समय की प्रकृति, ब्रह्मांड की उत्पत्ति और इसके संभावित भाग्य के बारे में बताते हैं।
3. "बेशक आप मज़ाक कर रहे हैं, मिस्टर फेनमैन!", फेनमैन आर.
वह चुटकुलों और शरारतों के प्रति अपने जुनून के लिए जाने जाते थे, अद्भुत चित्र बनाते थे, आकर्षक अभिनय करते थे संगीत वाद्ययंत्र. एक उत्कृष्ट वक्ता, उन्होंने अपने प्रत्येक व्याख्यान को एक रोमांचक बौद्धिक खेल में बदल दिया। न केवल छात्र और सहकर्मी, बल्कि भौतिकी के प्रति उत्साही लोग भी उनके भाषणों में भाग लेने के लिए उत्सुक थे। एक महान वैज्ञानिक की आत्मकथा एक साहसिक उपन्यास से भी अधिक रोमांचक है। यह उन कुछ किताबों में से एक है जो इन्हें पढ़ने वाले हर व्यक्ति की याद में हमेशा बनी रहेगी।
4. "असंभव की भौतिकी", काकू एम.
प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी मिचियो काकू उन प्रौद्योगिकियों, घटनाओं या उपकरणों की खोज करते हैं जो भविष्य में उनके कार्यान्वयन की संभावना के दृष्टिकोण से आज अविश्वसनीय लगते हैं। हमारे निकट भविष्य के बारे में बात करते हुए, वैज्ञानिक सुलभ भाषा में बताते हैं कि ब्रह्मांड कैसे काम करता है। बिग बैंग और ब्लैक होल, फेजर और एंटीमैटर क्या है? "फिजिक्स ऑफ़ द इम्पॉसिबल" पुस्तक से आप सीखेंगे कि 21वीं सदी में ही, हमारे जीवनकाल में, बल क्षेत्र, अदृश्यता, मन को पढ़ना, अलौकिक सभ्यताओं के साथ संचार और यहां तक ​​कि टेलीपोर्टेशन और इंटरस्टेलर यात्रा को संभवतः साकार किया जाएगा।
किताब पढ़ने लायक क्यों है? अभी हाल ही में, हमारे लिए आज की परिचित चीज़ों की दुनिया की कल्पना करना भी मुश्किल था। मोबाइल फ़ोन और इंटरनेट असंभव लग रहा था. आपको पता चलेगा कि भविष्य के बारे में विज्ञान कथा लेखकों और फिल्म लेखकों की कौन सी साहसिक भविष्यवाणियों को हमारी आंखों के सामने सच होने का मौका मिला है। अमेरिकी भौतिक विज्ञानी और विज्ञान को लोकप्रिय बनाने वाले मिचियो काकू की पुस्तक से आप सबसे जटिल घटनाओं और नवीनतम उपलब्धियों के बारे में जानेंगे आधुनिक विज्ञानऔर तकनीकी। आप न केवल मानवता का भविष्य देखेंगे, बल्कि ब्रह्मांड के बुनियादी नियमों को भी समझेंगे। आपको यकीन हो जाएगा कि इस दुनिया में कुछ भी असंभव नहीं है!
5. "भौतिकी की सुंदरता। प्रकृति की संरचना को समझना", विल्ज़ेक एफ।
क्या यह सच है कि सुंदरता दुनिया पर राज करती है? यह प्रश्न पूरे मानव इतिहास में विचारकों, कलाकारों और वैज्ञानिकों द्वारा पूछा गया है। खूबसूरती से चित्रित इस पुस्तक के पन्नों पर नोबेल पुरस्कार विजेता फ्रैंक विल्जेक ब्रह्मांड की सुंदरता और वैज्ञानिक विचारों पर अपने विचार साझा करते हैं। कदम दर कदम, ग्रीक दार्शनिकों के विचारों से शुरू होकर अंतःक्रियाओं के एकीकरण के आधुनिक मुख्य सिद्धांत और इसके संभावित विकास की दिशाओं तक, लेखक भौतिक अवधारणाओं में अंतर्निहित सौंदर्य और समरूपता के विचारों को दिखाता है। उनके शोध के नायक पाइथागोरस, प्लेटो, न्यूटन, मैक्सवेल और आइंस्टीन हैं। अंत में, एमी नोएथर हैं, जिन्होंने समरूपता से संरक्षण कानून प्राप्त किया, और 20वीं सदी के भौतिकविदों की महान आकाशगंगा।
कई लोकप्रिय लोगों के विपरीत, फ्रैंक विल्ज़ेक फ़ार्मुलों से डरते नहीं हैं और जानते हैं कि सबसे जटिल चीजों को "अपनी उंगलियों पर" कैसे दिखाया जाए, जो हमें हास्य और चमत्कार की भावना से संक्रमित करता है।
6. "क्यों E=mc2? और हमें इसकी परवाह क्यों करनी चाहिए", कॉक्स बी., फ़ोरशॉ डी.
यह पुस्तक आपको सापेक्षता के सिद्धांत को समझने और दुनिया के सबसे प्रसिद्ध समीकरण के अर्थ में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में मदद करेगी। अंतरिक्ष और समय के अपने सिद्धांत के साथ, आइंस्टीन ने वह नींव रखी जिस पर सभी आधुनिक भौतिकी आधारित है। प्रकृति को समझने की कोशिश में, भौतिक विज्ञानी आज भी ऐसे सिद्धांत बनाते हैं जो कभी-कभी हमारे जीवन को मौलिक रूप से बदल देते हैं। वे ऐसा कैसे करते हैं इसका वर्णन इस पुस्तक में किया गया है।
यह पुस्तक विश्व की संरचना में रुचि रखने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए उपयोगी होगी।
7. "क्वांटम यूनिवर्स", कॉक्स बी., फ़ोरशॉ जे.
चीज़ें कैसे काम करती हैं जिन्हें हम देख नहीं सकते।
इस पुस्तक में, सम्मानित वैज्ञानिक ब्रायन कॉक्स और जेफ़ फ़ोरशॉ पाठकों को क्वांटम यांत्रिकी से परिचित कराते हैं, जो दुनिया कैसे काम करती है इसका मौलिक मॉडल है। वे बताते हैं कि किन टिप्पणियों ने भौतिकविदों को क्वांटम सिद्धांत की ओर प्रेरित किया, इसे कैसे विकसित किया गया, और वैज्ञानिक, इसकी सभी विचित्रताओं के बावजूद, इसमें इतने आश्वस्त क्यों हैं।
यह पुस्तक उन सभी के लिए है जो क्वांटम भौतिकी और ब्रह्मांड की संरचना में रुचि रखते हैं।
8. "भौतिकी। कॉमिक्स में प्राकृतिक विज्ञान", गोनिक एल., हफ़मैन ए।
इससे पहले कि आप फेनमैन और लैंडौ जैसे सूत्रों की भाषा बोलना शुरू करें, आपको मूल बातें सीखने की जरूरत है। यह पुस्तक मज़ेदार तरीके से बुनियादी भौतिक घटनाओं और कानूनों का परिचय देती है। अरस्तू और गैलीलियो, न्यूटन और मैक्सवेल, आइंस्टीन और फेनमैन मानव जाति की मान्यता प्राप्त प्रतिभाएँ हैं जिन्होंने भौतिकी के विकास में बहुत बड़ा योगदान दिया है, और यह अद्वितीय मैनुअल बताता है कि वे क्या हैं। यह छूता है विस्तृत श्रृंखलाविषय: यांत्रिकी, बिजली, सापेक्षता का सिद्धांत, क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स। उच्च वैज्ञानिक स्तर की प्रस्तुति के साथ संयुक्त पहुंच सबसे दिलचस्प विषयों में से एक का अध्ययन करने में सफलता की गारंटी देती है, जो अन्य क्षेत्रों और विशेष रूप से प्रौद्योगिकी से निकटता से संबंधित है।
9. "स्ट्रिंग थ्योरी और ब्रह्मांड के छिपे हुए आयाम", याउ श., नाडिस पी।
क्रांतिकारी स्ट्रिंग सिद्धांत कहता है कि हम दस-आयामी ब्रह्मांड में रहते हैं, लेकिन इनमें से केवल चार आयाम ही मानवीय धारणा के लिए सुलभ हैं। यदि आधुनिक वैज्ञानिकों की मानें, तो शेष छह आयाम एक अद्भुत संरचना में बदल गए हैं, जिसे कैलाबी-यौ मैनिफोल्ड के नाम से जाना जाता है।

भौतिकी के कितने नियम हैं? भौतिकी के बुनियादी नियम.

ऊर्जा संरक्षण का नियम कहता है कि किसी पिंड की ऊर्जा कभी गायब नहीं होती या दोबारा प्रकट नहीं होती, इसे केवल एक प्रकार से दूसरे प्रकार में परिवर्तित किया जा सकता है। यह कानून सार्वभौमिक है. भौतिकी की विभिन्न शाखाओं में इसका अपना सूत्रीकरण है। शास्त्रीय यांत्रिकी यांत्रिक ऊर्जा के संरक्षण के नियम पर विचार करती है।

भौतिक निकायों की एक बंद प्रणाली की कुल यांत्रिक ऊर्जा, जिसके बीच रूढ़िवादी बल कार्य करते हैं, एक स्थिर मान है। इस प्रकार न्यूटन का ऊर्जा संरक्षण का नियम प्रतिपादित हुआ।

एक बंद, या अलग-थलग, भौतिक प्रणाली को वह माना जाता है जो बाहरी ताकतों से प्रभावित नहीं होती है। आस-पास के स्थान के साथ ऊर्जा का कोई आदान-प्रदान नहीं होता है, और उसकी अपनी ऊर्जा अपरिवर्तित रहती है, अर्थात वह संरक्षित रहती है। ऐसी व्यवस्था में ही आंतरिक बल, और शरीर एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। इसमें केवल स्थितिज ऊर्जा का गतिज ऊर्जा में परिवर्तन और इसके विपरीत ही हो सकता है।

बंद प्रणाली का सबसे सरल उदाहरण स्नाइपर राइफल और बुलेट है।

भौतिकी के नियम जो हर किसी को जानना चाहिए। भौतिकी के बुनियादी नियम (स्कूल पाठ्यक्रम)।

संरक्षण और परिवर्तन ऊर्जा कानून - प्रकृति का एक सामान्य नियम: सिस्टम में होने वाली सभी प्रक्रियाओं के दौरान किसी भी बंद सिस्टम की ऊर्जा स्थिर (संरक्षित) रहती है। ऊर्जा को केवल एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता है और सिस्टम के हिस्सों के बीच पुनर्वितरित किया जा सकता है। एक खुली प्रणाली के लिए, इसकी ऊर्जा में वृद्धि (कमी) निकायों और इसके साथ बातचीत करने वाले भौतिक क्षेत्रों की ऊर्जा में कमी (वृद्धि) के बराबर है।

आर्किमिडीज़ कानून - हाइड्रो- और एयरोस्टैटिक्स का नियम: किसी तरल या गैस में डूबे हुए शरीर पर ऊर्ध्वाधर रूप से ऊपर की ओर निर्देशित एक उत्प्लावन बल द्वारा कार्य किया जाता है, जो संख्यात्मक रूप से शरीर द्वारा विस्थापित तरल या गैस के वजन के बराबर होता है, और केंद्र में लगाया जाता है। शरीर के डूबे हुए भाग के गुरुत्वाकर्षण का। एफए= जीवी, जहां आर तरल या गैस का घनत्व है, वी शरीर के डूबे हुए हिस्से का आयतन है। अन्यथा, इसे इस प्रकार तैयार किया जा सकता है: किसी तरल या गैस में डूबा हुआ शरीर उतना ही वजन खो देता है जितना कि विस्थापित तरल (या गैस) का वजन होता है। तब P= mg - FAएक अन्य समूह खुला है। 212 में वैज्ञानिक आर्किमिडीज़। ईसा पूर्व. यह तैरते हुए पिंडों के सिद्धांत का आधार है।

सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण नियम - न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण का नियम: सभी पिंड एक-दूसरे के प्रति आकर्षित होते हैं, जो इन पिंडों के द्रव्यमान के गुणनफल के सीधे आनुपातिक और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है: जहाँ M और m द्रव्यमान हैं परस्पर क्रिया करने वाले पिंड, R इन पिंडों के बीच की दूरी है, G गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है (SI में G=6.67.10-11N.m2/kg2।

सापेक्षता का गैलीलियो सिद्धांत, सापेक्षता का यांत्रिक सिद्धांत - शास्त्रीय यांत्रिकी का सिद्धांत: संदर्भ के किसी भी जड़त्वीय फ्रेम में, सभी यांत्रिक घटनाएं समान परिस्थितियों में समान तरीके से आगे बढ़ती हैं। बुध। सापेक्षता सिद्धांत.

हुक का नियम - एक नियम जिसके अनुसार लोचदार विकृतियाँ उनके कारण होने वाले बाहरी प्रभावों के सीधे आनुपातिक होती हैं।

संवेग संरक्षण कानून - यांत्रिकी का एक नियम: किसी भी बंद प्रणाली का संवेग, सिस्टम में होने वाली सभी प्रक्रियाओं के दौरान, स्थिर (संरक्षित) रहता है और केवल सिस्टम के हिस्सों के बीच उनकी बातचीत के परिणामस्वरूप पुनर्वितरित किया जा सकता है।

न्यूटन के नियम - न्यूटोनियन शास्त्रीय यांत्रिकी में अंतर्निहित तीन नियम। पहला नियम (जड़त्व का नियम): एक भौतिक बिंदु सीधी और एकसमान गति या आराम की स्थिति में होता है यदि अन्य निकाय उस पर कार्य नहीं करते हैं या इन निकायों की कार्रवाई की भरपाई नहीं की जाती है। दूसरा नियम (गतिकी का मूल नियम): किसी पिंड द्वारा प्राप्त त्वरण शरीर पर कार्य करने वाले सभी बलों के परिणाम के सीधे आनुपातिक होता है, और शरीर के द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है ()। तीसरा नियम: दो भौतिक बिंदु इन बिंदुओं को जोड़ने वाली सीधी रेखा के साथ परिमाण में समान और दिशा में विपरीत समान प्रकृति की शक्तियों द्वारा एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं।

सापेक्षता सिद्धांत - सापेक्षता सिद्धांत के सिद्धांतों में से एक, जो बताता है कि संदर्भ के किसी भी जड़त्वीय फ्रेम में सभी भौतिक (यांत्रिक, विद्युत चुम्बकीय, आदि) घटनाएं समान परिस्थितियों में समान तरीके से आगे बढ़ती हैं। यह गैलीलियो के सभी भौतिक घटनाओं (गुरुत्वाकर्षण को छोड़कर) के सापेक्षता के सिद्धांत का सामान्यीकरण है।

पदार्थ की संरचना की स्थिरता का नियम.

रचना की स्थिरता का नियम (जे.एल. प्राउस्ट, 1801 - 1808) - कोई भी विशिष्ट रासायनिक रूप से शुद्ध यौगिक, चाहे उसकी तैयारी की विधि कुछ भी हो, समान रासायनिक तत्वों से बना होता है, और उनके द्रव्यमान का अनुपात स्थिर होता है, और सापेक्ष संख्याएँ उनके परमाणु पूर्णांक संख्याओं में व्यक्त किये जाते हैं। यह रसायन विज्ञान के बुनियादी नियमों में से एक है।

स्थिर संघटन का नियम बर्थोलाइड्स (परिवर्तनशील संघटन के यौगिक) के लिए संतुष्ट नहीं है। हालाँकि, सरलता के लिए, कई बर्थोलाइड्स की रचना को स्थिरांक के रूप में लिखा गया है। उदाहरण के लिए, आयरन (II) ऑक्साइड की संरचना को FeO (अधिक सटीक सूत्र Fe के बजाय) के रूप में लिखा जाता है

सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम. सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम का वर्णन

गुणांक गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है। एसआई प्रणाली में, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक का अर्थ है:

यह स्थिरांक, जैसा कि देखा जा सकता है, बहुत छोटा है, इसलिए छोटे द्रव्यमान वाले पिंडों के बीच गुरुत्वाकर्षण बल भी छोटा है और व्यावहारिक रूप से महसूस नहीं किया जाता है। हालाँकि, ब्रह्मांडीय पिंडों की गति पूरी तरह से गुरुत्वाकर्षण द्वारा निर्धारित होती है। सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण की उपस्थिति या, दूसरे शब्दों में, गुरुत्वाकर्षण संपर्क बताता है कि पृथ्वी और ग्रह किसके द्वारा "समर्थित" हैं, और वे कुछ प्रक्षेप पथों के साथ सूर्य के चारों ओर क्यों घूमते हैं, और इससे दूर नहीं उड़ते हैं। सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम हमें आकाशीय पिंडों की कई विशेषताओं को निर्धारित करने की अनुमति देता है - ग्रहों, सितारों, आकाशगंगाओं और यहां तक ​​​​कि ब्लैक होल का द्रव्यमान। यह नियम अत्यधिक सटीकता के साथ ग्रहों की कक्षाओं की गणना करना और निर्माण करना संभव बनाता है गणित का मॉडलब्रह्मांड।

सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम का उपयोग करके ब्रह्मांडीय वेगों की भी गणना की जा सकती है। उदाहरण के लिए, वह न्यूनतम गति जिस पर पृथ्वी की सतह के ऊपर क्षैतिज रूप से घूम रहा कोई पिंड उस पर नहीं गिरेगा, बल्कि एक गोलाकार कक्षा में घूमेगा 7.9 किमी/सेकेंड (पहला पलायन वेग) है। पृथ्वी छोड़ने के लिए, अर्थात्। इसके गुरुत्वाकर्षण आकर्षण पर काबू पाने के लिए शरीर की गति 11.2 किमी/सेकेंड (दूसरा पलायन वेग) होनी चाहिए।

गुरुत्वाकर्षण सबसे आश्चर्यजनक प्राकृतिक घटनाओं में से एक है। गुरुत्वाकर्षण बलों के अभाव में ब्रह्माण्ड का अस्तित्व असंभव होगा, ब्रह्माण्ड का उद्भव भी नहीं हो सकता। ब्रह्मांड में कई प्रक्रियाओं के लिए गुरुत्वाकर्षण जिम्मेदार है - इसका जन्म, अराजकता के बजाय व्यवस्था का अस्तित्व। गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति अभी भी पूरी तरह से समझ में नहीं आई है। अब तक, कोई भी गुरुत्वाकर्षण संपर्क का एक सभ्य तंत्र और मॉडल विकसित करने में सक्षम नहीं हुआ है।

आर्किमिडीज़ का नियम (बल) - किसी तरल या गैस में डूबा हुआ शरीर इस शरीर द्वारा हटाए गए तरल या गैस के वजन के बराबर उछाल बल के अधीन होता है।

अभिन्न रूप में

आर्किमिडीज़ बल हमेशा गुरुत्वाकर्षण बल के विपरीत निर्देशित होता है, इसलिए तरल या गैस में किसी पिंड का वजन हमेशा निर्वात में इस पिंड के वजन से कम होता है।

यदि कोई पिंड किसी सतह पर तैरता है या समान रूप से ऊपर या नीचे चलता है, तो उत्प्लावन बल (जिसे उत्प्लावन बल भी कहा जाता है आर्किमिडीज़ बल) शरीर द्वारा विस्थापित तरल (गैस) की मात्रा पर कार्यरत गुरुत्वाकर्षण बल के परिमाण (और दिशा में विपरीत) के बराबर है, और इस मात्रा के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र पर लागू होता है।

उन पिंडों के लिए जो गैस में हैं, उदाहरण के लिए हवा में, उठाने वाले बल (आर्किमिडीज़ बल) को खोजने के लिए, आपको तरल के घनत्व को गैस के घनत्व से बदलने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, हीलियम का गुब्बारा इस तथ्य के कारण ऊपर की ओर उड़ता है कि हीलियम का घनत्व हवा के घनत्व से कम है।

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र (गुरुत्वाकर्षण) के अभाव में अर्थात भारहीनता की स्थिति में आर्किमिडीज़ का नियम काम नहीं करता। अंतरिक्ष यात्री इस घटना से काफी परिचित हैं। विशेष रूप से, शून्य गुरुत्वाकर्षण में संवहन (अंतरिक्ष में हवा की प्राकृतिक गति) की कोई घटना नहीं होती है, इसलिए, उदाहरण के लिए, अंतरिक्ष यान के रहने वाले डिब्बों की वायु शीतलन और वेंटिलेशन को प्रशंसकों द्वारा जबरन किया जाता है।

कण भौतिकी का वर्तमान मानक मॉडल एक निष्क्रिय तंत्र है जिसमें अवयवों का एक छोटा सा सेट होता है। लेकिन, अपनी स्पष्ट विशिष्टता के बावजूद, हमारा ब्रह्मांड अनगिनत संभावित दुनियाओं में से केवल एक है। हमें नहीं पता कि कणों का यह विशेष विन्यास और उन पर कार्य करने वाली शक्तियां हमारी विश्व व्यवस्था का आधार क्यों हैं।

क्वार्क के छह "स्वाद", न्यूट्रिनो की तीन "पीढ़ियां" और एक हिग्स कण क्यों हैं? इसके अलावा, मानक मॉडल में उन्नीस मौलिक भौतिक स्थिरांक (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान और आवेश) शामिल हैं। इन "मुक्त मापदंडों" के मूल्यों का कोई गहरा अर्थ नहीं लगता है। एक ओर, कण भौतिकी लालित्य का एक मॉडल है। दूसरी ओर, यह सिर्फ एक सुंदर सिद्धांत है।

यदि हमारी दुनिया अनेक दुनियाओं में से एक है, तो हमें वैकल्पिक दुनियाओं के साथ क्या करना चाहिए? वर्तमान दृष्टिकोण आइंस्टीन के अद्वितीय ब्रह्मांड के विचार के बिल्कुल विपरीत है। आधुनिक भौतिक विज्ञानी एक विशाल संभाव्य स्थान को अपनाते हैं और इसके संबंधों के तर्क को समझने की कोशिश करते हैं। सोने की खदान करने वालों से, वे भूगोलवेत्ता और भूविज्ञानी बन गए, जिन्होंने परिदृश्य का मानचित्रण किया और इसे आकार देने वाली ताकतों का विस्तार से अध्ययन किया।

इस प्रक्रिया में एक मील का पत्थर स्ट्रिंग सिद्धांत का जन्म था। फिलहाल, यह "हर चीज का सिद्धांत" शीर्षक के लिए एकमात्र उम्मीदवार है। अच्छी खबर यह है कि स्ट्रिंग सिद्धांत में कोई स्वतंत्र पैरामीटर नहीं हैं। इसमें कोई प्रश्न नहीं है कि कौन सा स्ट्रिंग सिद्धांत हमारे ब्रह्मांड का वर्णन करता है, क्योंकि यह एकमात्र है। किसी भी अतिरिक्त कार्य के अभाव से आमूल-चूल परिणाम सामने आते हैं। प्रकृति में सभी संख्याएँ भौतिकी द्वारा ही निर्धारित की जानी चाहिए। ये "प्रकृति के स्थिरांक" नहीं हैं, बल्कि केवल समीकरणों से प्राप्त चर हैं (कभी-कभी, हालांकि, अविश्वसनीय रूप से जटिल)।

बुरी ख़बर, सज्जनो। स्ट्रिंग सिद्धांत का समाधान स्थान विशाल और जटिल है। यह भौतिकी के लिए सामान्य है। परंपरागत रूप से, गणितीय समीकरणों और इन समीकरणों के समाधानों के आधार पर मौलिक कानूनों के बीच अंतर किया जाता है। आमतौर पर, कई कानून और अनंत संख्या में समाधान होते हैं। आइए न्यूटन के नियम लें। वे स्पष्ट और सुरुचिपूर्ण हैं, लेकिन गिरते सेब से लेकर चंद्रमा की कक्षा तक, घटनाओं की अविश्वसनीय रूप से विस्तृत श्रृंखला का वर्णन करते हैं। इन कानूनों का उपयोग करके हम सिस्टम की प्रारंभिक स्थिति को जानकर अगले क्षण इसकी स्थिति का वर्णन कर सकते हैं। हम किसी ऐसे सार्वभौमिक समाधान की अपेक्षा या आवश्यकता नहीं रखते हैं जिसमें सब कुछ शामिल हो।

1.1. एनोटेशन.सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांत के नियम, जिसके अनुसार पदार्थ के प्राथमिक कणों की गति और परस्पर क्रिया होती है, विभिन्न प्राकृतिक विज्ञानों द्वारा अध्ययन की गई घटनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला के पैटर्न के गठन और उद्भव को पूर्व निर्धारित करते हैं। ये कानून आधुनिक उच्च प्रौद्योगिकियों का आधार हैं और बड़े पैमाने पर हमारी सभ्यता की स्थिति और विकास को निर्धारित करते हैं। इसलिए, मौलिक भौतिकी की मूल बातों से परिचित होना न केवल छात्रों के लिए, बल्कि स्कूली बच्चों के लिए भी आवश्यक है। इस दुनिया में अपना स्थान खोजने और सफलतापूर्वक अपनी शिक्षा जारी रखने के लिए जीवन में प्रवेश करने वाले व्यक्ति के लिए दुनिया की संरचना के बारे में बुनियादी ज्ञान का सक्रिय अधिकार आवश्यक है।

1.2. इस रिपोर्ट की मुख्य कठिनाई क्या है?यह कण भौतिकी के क्षेत्र के विशेषज्ञों और व्यापक दर्शकों दोनों को संबोधित है: गैर-कण भौतिक विज्ञानी, गणितज्ञ, रसायनज्ञ, जीवविज्ञानी, ऊर्जा वैज्ञानिक, अर्थशास्त्री, दार्शनिक, भाषाविद्,... पर्याप्त रूप से सटीक होने के लिए, मुझे इसका उपयोग करना चाहिए मौलिक भौतिकी के नियम और सूत्र। समझने के लिए, मुझे इन नियमों और सूत्रों को लगातार समझाना होगा। यदि कण भौतिकी आपकी विशेषज्ञता नहीं है, तो पहले केवल उन अनुभागों को पढ़ें जिनके शीर्षक तारांकन से चिह्नित नहीं हैं। फिर एक तारांकन *, दो ** और अंत में तीन *** वाले अनुभागों को पढ़ने का प्रयास करें। मैं रिपोर्ट के दौरान सितारों के बिना अधिकांश अनुभागों के बारे में बात करने में कामयाब रहा, लेकिन मेरे पास बाकी के लिए समय नहीं था।

1.3. प्राथमिक कणों का भौतिकी.कण भौतिकी सभी प्राकृतिक विज्ञानों की नींव है। वह पदार्थ के सबसे छोटे कणों और उनकी गतिविधियों और अंतःक्रियाओं के बुनियादी पैटर्न का अध्ययन करती है। अंततः, ये पैटर्न ही हैं जो पृथ्वी और आकाश में सभी वस्तुओं के व्यवहार को निर्धारित करते हैं। कण भौतिकी अंतरिक्ष और समय जैसी मूलभूत अवधारणाओं से संबंधित है; मामला; ऊर्जा, संवेग और द्रव्यमान; घुमाना। (अधिकांश पाठकों को अंतरिक्ष और समय का अंदाजा है, उन्होंने द्रव्यमान और ऊर्जा के बीच संबंध के बारे में सुना होगा और उन्हें पता नहीं है कि गति का इससे क्या लेना-देना है, और उन्हें भौतिकी में स्पिन की सबसे महत्वपूर्ण भूमिका का एहसास होने की संभावना नहीं है। यहां तक ​​​​कि आपस में वे अभी तक इस बात पर सहमत नहीं हो पाए हैं कि पदार्थ विशेषज्ञ किसे कहा जाए।) कण भौतिकी का निर्माण 20वीं सदी में हुआ था। इसका निर्माण मानव इतिहास के दो महानतम सिद्धांतों के निर्माण के साथ अटूट रूप से जुड़ा हुआ है: सापेक्षता का सिद्धांत और क्वांटम यांत्रिकी। इन सिद्धांतों के प्रमुख स्थिरांक प्रकाश की गति हैं सीऔर प्लैंक स्थिरांक एच.

1.4. सापेक्षता के सिद्धांत।सापेक्षता के विशेष सिद्धांत, जो 20 वीं शताब्दी की शुरुआत में उभरा, ने कई विज्ञानों के संश्लेषण को पूरा किया, जिन्होंने बिजली, चुंबकत्व और प्रकाशिकी जैसी शास्त्रीय घटनाओं का अध्ययन किया, प्रकाश की गति के बराबर निकायों के वेग पर यांत्रिकी का निर्माण किया। (न्यूटन का शास्त्रीय गैर-सापेक्षवादी यांत्रिकी वेग से संबंधित है वी<<सी.) फिर 1915 में सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत बनाया गया, जिसका उद्देश्य प्रकाश की सीमित गति को ध्यान में रखते हुए गुरुत्वाकर्षण संबंधी अंतःक्रियाओं का वर्णन करना था। सी.

1.5. क्वांटम यांत्रिकी। 1920 के दशक में बनाए गए क्वांटम यांत्रिकी ने इलेक्ट्रॉनों के दोहरे तरंग-कण गुणों के आधार पर परमाणुओं की संरचना और गुणों की व्याख्या की। उन्होंने परमाणुओं और अणुओं की परस्पर क्रिया से जुड़ी रासायनिक घटनाओं की एक विशाल श्रृंखला की व्याख्या की। और इससे उनके द्वारा प्रकाश के उत्सर्जन और अवशोषण की प्रक्रियाओं का वर्णन करना संभव हो गया। उस जानकारी को समझें जो सूर्य और तारों का प्रकाश हमारे लिए लाता है।

1.6. क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत.सापेक्षता के सिद्धांत और क्वांटम यांत्रिकी के संयोजन से क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत का निर्माण हुआ, जो उच्च स्तर की सटीकता के साथ पदार्थ के सबसे महत्वपूर्ण गुणों का वर्णन करना संभव बनाता है। निस्संदेह, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत इतना जटिल है कि इसे स्कूली बच्चों को समझाया नहीं जा सकता। लेकिन 20वीं सदी के मध्य में, फेनमैन आरेखों की दृश्य भाषा उभरी, जो क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के कई पहलुओं की समझ को मौलिक रूप से सरल बनाती है। इस बातचीत का एक मुख्य लक्ष्य यह दिखाना है कि कैसे फेनमैन आरेखों का उपयोग घटनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला को आसानी से समझने के लिए किया जा सकता है। साथ ही, मैं उन मुद्दों पर अधिक विस्तार से ध्यान केन्द्रित करूंगा जो क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के सभी विशेषज्ञों को ज्ञात नहीं हैं (उदाहरण के लिए, शास्त्रीय और क्वांटम गुरुत्व के बीच संबंध के बारे में), और केवल उन मुद्दों की संक्षेप में रूपरेखा तैयार करूंगा जिन पर व्यापक रूप से चर्चा की गई है। लोकप्रिय वैज्ञानिक साहित्य.

1.7. प्राथमिक कणों की पहचान.प्राथमिक कण पदार्थ के सबसे छोटे अविभाज्य कण हैं जिनसे संपूर्ण विश्व का निर्माण हुआ है। सबसे आश्चर्यजनक गुण जो इन कणों को सामान्य गैर-प्राथमिक कणों, उदाहरण के लिए, रेत या मोतियों के कणों से अलग करता है, वह यह है कि एक ही प्रकार के सभी प्राथमिक कण, उदाहरण के लिए, ब्रह्मांड में सभी इलेक्ट्रॉन बिल्कुल (!) समान हैं - समान। और परिणामस्वरूप, उनकी सरलतम बाध्य अवस्थाएँ - परमाणु और सबसे सरल अणु - एक दूसरे के समान हैं।

1.8. छह प्राथमिक कण.पृथ्वी और सूर्य पर होने वाली बुनियादी प्रक्रियाओं को समझने के लिए, पहले अनुमान के रूप में उन प्रक्रियाओं को समझना पर्याप्त है जिनमें छह कण भाग लेते हैं: इलेक्ट्रॉन इ, प्रोटोन पी, न्यूट्रॉन एनऔर इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो ν ई, साथ ही फोटॉन γ और ग्रेविटॉन जी̃। पहले चार कणों का स्पिन 1/2 है, एक फोटॉन का स्पिन 1 है, और ग्रेविटॉन का स्पिन 2 है। (पूर्णांक स्पिन वाले कणों को बोसॉन कहा जाता है, आधे-पूर्णांक स्पिन वाले कणों को फर्मियन कहा जाता है। स्पिन होगा नीचे अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी।) प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को आमतौर पर न्यूक्लियॉन कहा जाता है क्योंकि परमाणु नाभिक उनसे बनते हैं, और अंग्रेजी में नाभिक को न्यूक्लियस कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो को लेप्टान कहा जाता है। उनके पास मजबूत परमाणु संपर्क नहीं हैं।

गुरुत्वाकर्षण की बहुत कमजोर अंतःक्रिया के कारण, व्यक्तिगत गुरुत्वाकर्षण का निरीक्षण करना असंभव है, लेकिन इन कणों के माध्यम से प्रकृति में गुरुत्वाकर्षण का एहसास होता है। जिस प्रकार फोटॉनों के माध्यम से विद्युतचुंबकीय अंतःक्रियाएं संपन्न होती हैं।

1.9. प्रतिकण.इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में तथाकथित एंटीपार्टिकल्स होते हैं: पॉज़िट्रॉन, एंटीप्रोटॉन और एंटीन्यूट्रॉन। वे सामान्य पदार्थ का हिस्सा नहीं हैं, क्योंकि जब वे संबंधित कणों से मिलते हैं, तो वे पारस्परिक विनाश - विनाश की प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करते हैं। इस प्रकार, एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन दो या तीन फोटॉन में नष्ट हो जाते हैं। फोटॉन और ग्रेविटॉन वास्तव में तटस्थ कण हैं: वे अपने एंटीपार्टिकल्स के साथ मेल खाते हैं। क्या न्यूट्रिनो वास्तव में एक तटस्थ कण है यह अभी भी अज्ञात है।

1.10. न्यूक्लियॉन और क्वार्क. 20वीं शताब्दी के मध्य में, यह पता चला कि न्यूक्लियॉन स्वयं अधिक प्राथमिक कणों से बने होते हैं - दो प्रकार के क्वार्क, जो निरूपित करते हैं यूऔर डी: पी = उउद, एन = डीडीयू. क्वार्कों के बीच परस्पर क्रिया ग्लूऑन द्वारा संपन्न होती है। एंटीन्यूक्लियॉन एंटीक्वार्क से बने होते हैं।

1.11. फर्मियन की तीन पीढ़ियाँ।साथ में यू, डी, इ, ν ईक्वार्क और लेप्टान के दो अन्य समूहों (या, जैसा कि वे कहते हैं, पीढ़ियों) की खोज और अध्ययन किया गया: सी, एस, μ, ν μ और टी, बी, τ , ν τ . ये कण सामान्य पदार्थ की संरचना में शामिल नहीं हैं, क्योंकि ये अस्थिर होते हैं और जल्दी ही पहली पीढ़ी के हल्के कणों में विघटित हो जाते हैं। लेकिन उन्होंने ब्रह्मांड के अस्तित्व के पहले क्षणों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

प्रकृति की और भी अधिक संपूर्ण और गहन समझ के लिए, हमें और भी अधिक असामान्य गुणों वाले और भी अधिक कणों की आवश्यकता है। लेकिन शायद भविष्य में यह सारी विविधता कुछ सरल और सुंदर सारों में सिमट कर रह जायेगी।

1.12. हैड्रोन्स।क्वार्क और/या एंटीक्वार्क और ग्लूऑन से युक्त कणों के एक बड़े परिवार को हैड्रोन कहा जाता है। न्यूक्लियॉन को छोड़कर सभी हैड्रोन अस्थिर होते हैं और इसलिए सामान्य पदार्थ का हिस्सा नहीं होते हैं।

अक्सर हैड्रोन को प्राथमिक कणों के रूप में भी वर्गीकृत किया जाता है, क्योंकि उन्हें मुक्त क्वार्क और ग्लूऑन में विभाजित नहीं किया जा सकता है। (मैंने ऐसा ही किया, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को पहले छह प्राथमिक कणों के रूप में वर्गीकृत किया।) यदि सभी हैड्रॉन को प्राथमिक माना जाता है, तो प्राथमिक कणों की संख्या सैकड़ों में मापी जाएगी।

1.13. मानक मॉडल और चार प्रकार की इंटरैक्शन।जैसा कि नीचे बताया जाएगा, ऊपर सूचीबद्ध प्राथमिक कण, तथाकथित "प्राथमिक कणों के मानक मॉडल" के ढांचे के भीतर, गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और के परिणामस्वरूप प्रकृति में होने वाली सभी अब तक ज्ञात प्रक्रियाओं का वर्णन करना संभव बनाते हैं। मजबूत अंतःक्रियाएँ. लेकिन यह समझने के लिए कि उनमें से पहले दो कैसे काम करते हैं, चार कण पर्याप्त हैं: फोटॉन, ग्रेविटॉन, इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन। इसके अलावा, तथ्य यह है कि एक प्रोटॉन से बना है यू- और डी-क्वार्क और ग्लूऑन नगण्य हो जाते हैं। बेशक, कमजोर और मजबूत अंतःक्रियाओं के बिना यह समझना असंभव है कि परमाणु नाभिक कैसे संरचित हैं या हमारा सूर्य कैसे काम करता है। लेकिन यह समझना संभव है कि परमाणु गोले, जो तत्वों के सभी रासायनिक गुणों को निर्धारित करते हैं, कैसे संरचित होते हैं, बिजली कैसे काम करती है और आकाशगंगाएँ कैसे संरचित होती हैं।

1.14. ज्ञात से परे.हम आज पहले से ही जानते हैं कि मानक मॉडल के कण और अंतःक्रियाएं प्रकृति के खजाने को समाप्त नहीं करती हैं।

यह स्थापित किया गया है कि साधारण परमाणु और आयन ब्रह्मांड के सभी पदार्थों का केवल 20% से कम बनाते हैं, और 80% से अधिक तथाकथित डार्क मैटर है, जिसकी प्रकृति अभी भी अज्ञात है। सबसे आम धारणा यह है कि डार्क मैटर में सुपरपार्टिकल्स होते हैं। संभव है कि इसमें दर्पण के कण हों।

इससे भी अधिक आश्चर्य की बात यह है कि सभी पदार्थ, दृश्यमान (प्रकाश) और अंधेरे दोनों, ब्रह्मांड की कुल ऊर्जा का केवल एक चौथाई हिस्सा वहन करते हैं। तीन चौथाई तथाकथित डार्क एनर्जी से संबंधित हैं।

1.15. प्राथमिक कण "इ एक हद तक" मौलिक हैं।जब मेरे शिक्षक इसहाक याकोवलेविच पोमेरानचुक ने एक प्रश्न के महत्व पर जोर देना चाहा, तो उन्होंने कहा कि यह प्रश्न कुछ हद तक महत्वपूर्ण है। बेशक, अधिकांश प्राकृतिक विज्ञान, न कि केवल कण भौतिकी, मौलिक हैं। उदाहरण के लिए, संघनित पदार्थ भौतिकी मौलिक नियमों द्वारा शासित होती है जिनका उपयोग यह समझे बिना किया जा सकता है कि वे कण भौतिकी के नियमों का किस प्रकार पालन करते हैं। लेकिन सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी के नियम " इ"एक हद तक मौलिक" इस अर्थ में कि किसी भी कम सामान्य कानून द्वारा उनका खंडन नहीं किया जा सकता है।

1.16. बुनियादी कानून.प्रकृति में सभी प्रक्रियाएँ प्राथमिक कणों की स्थानीय अंतःक्रियाओं और गतियों (प्रसार) के परिणामस्वरूप घटित होती हैं। इन आंदोलनों और अंतःक्रियाओं को नियंत्रित करने वाले बुनियादी कानून बहुत ही असामान्य और बहुत सरल हैं। वे समरूपता की अवधारणा और इस सिद्धांत पर आधारित हैं कि जो कुछ भी समरूपता का खंडन नहीं करता वह घटित हो सकता है और होना भी चाहिए। नीचे, फेनमैन आरेखों की भाषा का उपयोग करते हुए, हम यह पता लगाएंगे कि गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुम्बकीय, कणों के कमजोर और मजबूत इंटरैक्शन में यह कैसे महसूस किया जाता है।

2. कण और जीवन

2.1. सभ्यता और संस्कृति के बारे में.आरएएस के विदेशी सदस्य वैलेन्टिन टेलीगडी (1922-2006) ने समझाया: "यदि एक डब्ल्यूसी (पानी की कोठरी) सभ्यता है, तो इसका उपयोग करने की क्षमता संस्कृति है।"

आईटीईपी कर्मचारी ए. ए. एब्रिकोसोव जूनियर। हाल ही में मुझे लिखा: “आपकी रिपोर्ट का एक लक्ष्य उच्च दर्शकों को आधुनिक भौतिकी को अधिक व्यापक रूप से पढ़ाने की आवश्यकता के बारे में समझाना है। यदि ऐसा है, तो शायद कुछ रोजमर्रा के उदाहरण देना उचित होगा। मेरा मतलब यह है:

हम एक ऐसी दुनिया में रहते हैं, जो रोजमर्रा के स्तर पर भी, क्वांटम यांत्रिकी (क्यूएम) और सापेक्षता के सिद्धांत (टीआर) के बिना अकल्पनीय है। सेल फोन, कंप्यूटर, सभी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स, एलईडी लाइट्स, सेमीकंडक्टर लेजर (पॉइंटर्स सहित), और एलसीडी डिस्प्ले अनिवार्य रूप से क्वांटम डिवाइस हैं। सीएम की बुनियादी अवधारणाओं के बिना यह समझाना असंभव है कि वे कैसे काम करते हैं। सुरंग निर्माण का उल्लेख किए बिना आप उन्हें कैसे समझा सकते हैं?

दूसरा उदाहरण, शायद, मैं आपसे जानता हूं। हर 10वीं कार में पहले से ही सैटेलाइट नेविगेटर लगे होते हैं। उपग्रह नेटवर्क में घड़ी सिंक्रनाइज़ेशन की सटीकता 10 −8 से कम नहीं है (यह पृथ्वी की सतह पर किसी वस्तु को स्थानीयकृत करने में मीटर के क्रम की त्रुटि से मेल खाती है)। ऐसी सटीकता के लिए गतिशील उपग्रह पर घड़ी की दर में रखरखाव सुधार को ध्यान में रखना आवश्यक है। वे कहते हैं कि इंजीनियर इस पर विश्वास नहीं कर सकते थे, इसलिए पहले उपकरणों में दोहरा कार्यक्रम था: सुधार के साथ और बिना। जैसा कि बाद में पता चला, पहला प्रोग्राम बेहतर काम करता है। यहां रोजमर्रा के स्तर पर सापेक्षता के सिद्धांत का परीक्षण है।

बेशक, फोन पर चैट करना, कार चलाना और कंप्यूटर की चाबियाँ टैप करना उच्च विज्ञान के बिना संभव है। लेकिन शिक्षाविदों को शायद ही लोगों से भूगोल का अध्ययन न करने का आग्रह करना चाहिए, क्योंकि "वहां कैबियां हैं।"

और फिर स्कूली बच्चे, और फिर छात्र, पांच साल से भौतिक बिंदुओं और गैलीलियन सापेक्षता के बारे में बात कर रहे हैं, और अचानक, बिना किसी स्पष्ट कारण के, वे घोषणा करते हैं कि यह "पूरी तरह से सच नहीं है।"

भौतिकी और प्रौद्योगिकी में भी दृश्य न्यूटोनियन दुनिया से क्वांटम एक पर स्विच करना मुश्किल है। तुम्हारा, एएए।"

2.2. मौलिक भौतिकी और शिक्षा के बारे में।दुर्भाग्य से, आधुनिक शिक्षा प्रणाली आधुनिक मौलिक भौतिकी से एक सदी पीछे है। और अधिकांश लोगों (अधिकांश वैज्ञानिकों सहित) को कण भौतिकी द्वारा बनाई गई दुनिया की आश्चर्यजनक स्पष्ट और सरल तस्वीर (मानचित्र) के बारे में कोई जानकारी नहीं है। यह मानचित्र सभी प्राकृतिक विज्ञानों को नेविगेट करना बहुत आसान बनाता है। मेरी रिपोर्ट का उद्देश्य आपको यह विश्वास दिलाना है कि प्राथमिक कण भौतिकी, सापेक्षता के सिद्धांत और क्वांटम सिद्धांत के कुछ तत्व (अवधारणाएं) न केवल उच्चतर, बल्कि माध्यमिक और यहां तक ​​कि सभी प्राकृतिक विज्ञान विषयों को पढ़ाने का आधार बन सकते हैं और बनना भी चाहिए। प्राथमिक विद्यालय। आख़िरकार, मौलिक रूप से नई अवधारणाएँ बचपन में सबसे आसानी से सीखी जाती हैं। बच्चा आसानी से भाषा सीख लेता है और उसे मोबाइल फोन का उपयोग करने की आदत हो जाती है। कई बच्चे रुबिक क्यूब को कुछ ही सेकंड में उसकी मूल स्थिति में लौटा देते हैं, लेकिन मेरे लिए एक दिन भी पर्याप्त नहीं है।

भविष्य में अप्रिय आश्चर्य से बचने के लिए, किंडरगार्टन में एक पर्याप्त विश्वदृष्टि स्थापित की जानी चाहिए। स्थिरांक सीऔर एचबच्चों के लिए संज्ञान का उपकरण बनना चाहिए।

2.3. गणित के बारे में.गणित - सभी विज्ञानों की रानी और सेवक - को निश्चित रूप से ज्ञान के मुख्य उपकरण के रूप में काम करना चाहिए। यह सत्य, सौंदर्य, समरूपता, व्यवस्था जैसी बुनियादी अवधारणाएँ देता है। शून्य और अनंत की अवधारणा. गणित आपको सोचना और गिनना सिखाता है। गणित के बिना मौलिक भौतिकी की कल्पना नहीं की जा सकती। गणित के बिना शिक्षा अकल्पनीय है। बेशक, स्कूल में समूह सिद्धांत का अध्ययन करना जल्दबाजी होगी, लेकिन सत्य, सौंदर्य, समरूपता और व्यवस्था (और साथ ही कुछ अव्यवस्था) की सराहना करना सिखाना आवश्यक है।

वास्तविक (वास्तविक) संख्याओं (सरल, तर्कसंगत, तर्कहीन) से काल्पनिक और जटिल में संक्रमण को समझना बहुत महत्वपूर्ण है। संभवतः केवल उन्हीं छात्रों को हाइपरकॉम्प्लेक्स संख्याओं (चतुर्भुज और अष्टकोण) का अध्ययन करना चाहिए जो गणित और सैद्धांतिक भौतिकी के क्षेत्र में काम करना चाहते हैं। उदाहरण के लिए, मैंने अपने काम में कभी भी ऑक्टोनियन का उपयोग नहीं किया है। लेकिन मुझे पता है कि वे यह समझना आसान बनाते हैं कि कई सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी सबसे आशाजनक और असाधारण समरूपता समूह, ई 8 को क्या मानते हैं।

2.4. विश्वदृष्टि और प्राकृतिक विज्ञान के बारे में।दुनिया को नियंत्रित करने वाले बुनियादी कानूनों का विचार सभी प्राकृतिक विज्ञानों में आवश्यक है। बेशक, ठोस अवस्था भौतिकी, रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान, पृथ्वी विज्ञान और खगोल विज्ञान की अपनी विशिष्ट अवधारणाएँ, विधियाँ और समस्याएँ हैं। लेकिन दुनिया का एक सामान्य नक्शा होना और यह समझना बहुत जरूरी है कि इस नक्शे पर अज्ञात के कई खाली स्थान हैं। यह समझना बहुत महत्वपूर्ण है कि विज्ञान कोई जड़सिद्ध हठधर्मिता नहीं है, बल्कि विश्व मानचित्र पर कई बिंदुओं पर सत्य तक पहुंचने की एक जीवंत प्रक्रिया है। सत्य तक पहुंचना एक स्पर्शोन्मुख प्रक्रिया है।

2.5. सच्चे और अशिष्ट न्यूनीकरणवाद के बारे में।यह विचार कि प्रकृति में अधिक जटिल संरचनाएं कम जटिल संरचनाओं और अंततः सरल तत्वों से बनी होती हैं, आमतौर पर न्यूनीकरणवाद कहा जाता है। इस अर्थ में, मैं आपको न्यूनीकरणवाद के बारे में समझाने का प्रयास कर रहा हूँ। लेकिन अश्लील न्यूनतावाद, जो दावा करता है कि सभी विज्ञानों को प्राथमिक कणों की भौतिकी तक सीमित किया जा सकता है, बिल्कुल अस्वीकार्य है। जटिलता के प्रत्येक उच्चतर स्तर पर, इसके अपने पैटर्न बनते और उभरते हैं। एक अच्छा जीवविज्ञानी बनने के लिए, आपको कण भौतिकी जानने की आवश्यकता नहीं है। लेकिन विज्ञान की प्रणाली में इसके स्थान और भूमिका को समझने के लिए, स्थिरांक की मुख्य भूमिका को समझने के लिए सीऔर एचज़रूरी। आख़िरकार, संपूर्ण विज्ञान एक एकल जीव है।

2.6. मानविकी और सामाजिक विज्ञान के बारे में.दुनिया की संरचना की सामान्य समझ अर्थशास्त्र, इतिहास, संज्ञानात्मक विज्ञान, जैसे भाषा विज्ञान और दर्शनशास्त्र के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। और इसके विपरीत - ये विज्ञान स्वयं मौलिक भौतिकी के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हैं, जो लगातार अपनी मौलिक अवधारणाओं को परिष्कृत करता है। यह सापेक्षता के सिद्धांत की चर्चा से स्पष्ट हो जाएगा, जिस पर अब मैं विचार करूंगा। मैं विशेष रूप से कानूनी विज्ञान के बारे में कहूंगा, जो प्राकृतिक विज्ञान की समृद्धि (अस्तित्व का जिक्र नहीं) के लिए बेहद महत्वपूर्ण हैं। मेरा मानना ​​है कि सामाजिक कानूनों को प्रकृति के मूलभूत नियमों का खंडन नहीं करना चाहिए। मानवीय नियमों को प्रकृति के दैवीय नियमों का खंडन नहीं करना चाहिए।

2.7. माइक्रो-, मैक्रो-, कॉस्मो-।बड़ी, लेकिन विशाल नहीं, चीजों की हमारी सामान्य दुनिया को आमतौर पर मैक्रोवर्ल्ड कहा जाता है। आकाशीय पिंडों की दुनिया को ब्रह्मांडीय दुनिया कहा जा सकता है, और परमाणु और उपपरमाण्विक कणों की दुनिया को माइक्रोवर्ल्ड कहा जाता है। (चूंकि परमाणुओं का आकार 10-10 मीटर के क्रम पर होता है, सूक्ष्म जगत का अर्थ है एक माइक्रोमीटर से छोटे परिमाण के कम से कम 4, या यहां तक ​​कि 10 ऑर्डर की वस्तुएं, और एक नैनोमीटर से छोटे परिमाण के 1-7 ऑर्डर। फैशनेबल नैनो क्षेत्र सूक्ष्म से स्थूल तक सड़क के नीचे स्थित है।) 20 वीं शताब्दी में, प्राथमिक कणों का तथाकथित मानक मॉडल बनाया गया था, जो आपको सूक्ष्म कानूनों के आधार पर कई स्थूल और ब्रह्मांडीय कानूनों को सरल और स्पष्ट रूप से समझने की अनुमति देता है।

2.8. हमारे मॉडल.सैद्धांतिक भौतिकी में मॉडल अप्रासंगिक परिस्थितियों को त्यागकर बनाए जाते हैं। उदाहरण के लिए, परमाणु और परमाणु भौतिकी में, कणों की गुरुत्वाकर्षण परस्पर क्रिया नगण्य है और इसे अनदेखा किया जा सकता है। दुनिया का यह मॉडल सापेक्षता के विशेष सिद्धांत में फिट बैठता है। इस मॉडल में परमाणु, अणु, संघनित पिंड,... त्वरक और कोलाइडर हैं, लेकिन कोई सूर्य और तारे नहीं हैं।

ऐसा मॉडल निश्चित रूप से बहुत बड़े पैमाने पर गलत होगा जहां गुरुत्वाकर्षण महत्वपूर्ण है।

बेशक, CERN के अस्तित्व के लिए पृथ्वी का अस्तित्व (और इसलिए गुरुत्वाकर्षण) आवश्यक है, लेकिन CERN में किए गए अधिकांश प्रयोगों को समझने के लिए (कोलाइडर पर सूक्ष्म "ब्लैक होल" की खोज को छोड़कर), गुरुत्वाकर्षण महत्वहीन है.

2.9. परिमाण का क्रम।प्राथमिक कणों के गुणों को समझने में एक कठिनाई इस तथ्य के कारण है कि वे बहुत छोटे होते हैं और उनकी संख्या बहुत अधिक होती है। एक चम्मच पानी में भारी संख्या में परमाणु (लगभग 10 23) होते हैं। ब्रह्माण्ड के दृश्य भाग में तारों की संख्या भी कम नहीं है। बड़ी संख्या से डरने की जरूरत नहीं है. आख़िरकार, उन्हें संभालना मुश्किल नहीं है, क्योंकि संख्याओं को गुणा करने पर मुख्य रूप से उनके क्रम को जोड़ना आता है: 1 = 10 0, 10 = 10 1, 100 = 10 2। 10 को 100 से गुणा करने पर हमें 10 1+2 = 10 3 = 1000 प्राप्त होता है।

2.10. तेल की एक बूंद.यदि 1 मिलीलीटर आयतन वाली तेल की एक बूंद पानी की सतह पर गिरा दी जाए, तो यह लगभग कई वर्ग मीटर के क्षेत्रफल और लगभग सौ नैनोमीटर की मोटाई के साथ एक इंद्रधनुषी रंग के धब्बे में बदल जाएगी। यह परमाणु के आकार से बड़े परिमाण के केवल तीन क्रम हैं। और सबसे पतले स्थानों में साबुन के बुलबुले की फिल्म की मोटाई अणुओं के आकार के क्रम पर होती है।

2.11. जूल.एक सामान्य AA बैटरी में 1.5 वोल्ट (V) का वोल्टेज होता है और इसमें 10 4 जूल (J) विद्युत ऊर्जा होती है। मैं आपको याद दिला दूं कि 1 J = 1 कूलम्ब × 1 V, और यह भी कि 1 J = kg m 2/s 2 और गुरुत्वाकर्षण का त्वरण लगभग 10 m/s 2 है। तो 1 जूल आपको 1 किलोग्राम को 10 सेमी की ऊंचाई तक उठाने की अनुमति देता है, और 10 4 J 100 किलोग्राम को 10 मीटर तक उठा सकता है। एक स्कूली बच्चे को दसवीं मंजिल तक ले जाने में एक लिफ्ट इतनी ऊर्जा खर्च करती है। यह है बैटरी में कितनी ऊर्जा.

2.12. इलेक्ट्रोवोल्ट्स।कण भौतिकी में ऊर्जा की इकाई इलेक्ट्रॉनवोल्ट (eV) है: 1 eV की ऊर्जा 1 वोल्ट के संभावित अंतर से गुजरने वाले 1 इलेक्ट्रॉन द्वारा प्राप्त की जाती है। चूँकि एक कूलम्ब में 6.24 × 10 18 इलेक्ट्रॉन होते हैं, तो 1 J = 6.24 × 10 18 eV।

1 KeV =10 3 eV, 1 MeV =10 6 eV, 1 GeV =10 9 eV, 1 TeV =10 12 eV।

मैं आपको याद दिला दूं कि CERN लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर में एक प्रोटॉन की ऊर्जा 7 TeV के बराबर होनी चाहिए।

3. सापेक्षता के सिद्धांत के बारे में

3.1. संदर्भ के फ्रेम।हम अपने सभी प्रयोगों का वर्णन किसी न किसी संदर्भ ढाँचे में करते हैं। संदर्भ प्रणाली एक प्रयोगशाला, एक ट्रेन, एक पृथ्वी उपग्रह, आकाशगंगा का केंद्र... हो सकती है। संदर्भ प्रणाली उड़ने वाला कोई भी कण हो सकता है, उदाहरण के लिए, कण त्वरक में। चूँकि ये सभी प्रणालियाँ एक-दूसरे के सापेक्ष चलती हैं, इसलिए इनमें सभी प्रयोग एक जैसे नहीं दिखेंगे। इसके अलावा, पास के विशाल पिंडों का गुरुत्वाकर्षण प्रभाव भी अलग होता है। इन अंतरों को ध्यान में रखना ही सापेक्षता के सिद्धांत की मुख्य सामग्री है।

3.2. गैलीलियो का जहाज.गैलीलियो ने सापेक्षता के सिद्धांत को तैयार किया, एक सुचारू रूप से चलने वाले जहाज के केबिन में सभी प्रकार के प्रयोगों का रंगीन वर्णन किया। यदि खिड़कियों पर पर्दा लगा दिया जाए तो इन प्रयोगों की सहायता से यह पता लगाना असंभव है कि जहाज कितनी तेजी से चल रहा है और क्या वह स्थिर है। आइंस्टीन ने इस केबिन में प्रकाश की सीमित गति के प्रयोगों को जोड़ा। यदि आप खिड़की से बाहर नहीं देखते हैं, तो आप जहाज की गति नहीं बता सकते। लेकिन अगर आप किनारे को देखें, तो आप देख सकते हैं।

3.3. दूर के तारे*.संदर्भ का एक फ्रेम प्रदान करना समझ में आता है जिसके संबंध में लोग अपने प्रयोगों के परिणाम तैयार कर सकें, चाहे वे कहीं भी हों। एक ऐसी प्रणाली जिसमें दूर के तारे गतिहीन होते हैं, लंबे समय से ऐसी सार्वभौमिक संदर्भ प्रणाली के रूप में स्वीकार की जाती रही है। और अपेक्षाकृत हाल ही में (आधी सदी पहले) और भी अधिक दूर के क्वासर की खोज की गई और यह पता चला कि इस प्रणाली में अवशेष माइक्रोवेव पृष्ठभूमि आइसोट्रोपिक होनी चाहिए।

3.4. एक सार्वभौमिक संदर्भ प्रणाली की खोज में*।मूलतः, खगोल विज्ञान का संपूर्ण इतिहास संदर्भ के एक तेजी से बढ़ते सार्वभौमिक ढांचे की ओर एक प्रगति है। मानवकेंद्रित से, जहां मनुष्य केंद्र में है, भूकेंद्रिक तक, जहां पृथ्वी केंद्र में स्थित है (टॉलेमी, 87-165), सूर्यकेंद्रिक तक, जहां सूर्य केंद्र में स्थित है (कोपरनिकस, 1473-1543), आकाशगंगाकेंद्रिक तक, जहां हमारी आकाशगंगा का केंद्र नीहारिका पर टिका है, जहां नीहारिकाओं की प्रणाली - आकाशगंगाओं के समूह टिकी हुई है; पृष्ठभूमि पर, जहां ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि आइसोट्रोपिक है। हालाँकि, यह महत्वपूर्ण है कि इन संदर्भ प्रणालियों की गति प्रकाश की गति की तुलना में छोटी है।

3.5. कॉपरनिकस, केपलर, गैलीलियो, न्यूटन*। 1543 में प्रकाशित निकोलस कोपरनिकस की पुस्तक "ऑन द रोटेशन्स ऑफ द सेलेस्टियल स्फेयर्स" में कहा गया है: "सूर्य में ध्यान देने योग्य सभी हलचलें इसकी विशेषता नहीं हैं, बल्कि पृथ्वी और हमारे क्षेत्र से संबंधित हैं, जिसके साथ हम किसी भी अन्य ग्रह की तरह सूर्य के चारों ओर घूमते हैं; इस प्रकार पृथ्वी की अनेक गतियाँ हैं। ग्रहों की स्पष्ट आगे और पीछे की गति उनकी नहीं, बल्कि पृथ्वी की है। इस प्रकार, यह हलचल ही आकाश में दिखाई देने वाली बड़ी संख्या में अनियमितताओं को समझाने के लिए पर्याप्त है।”

कॉपरनिकस और केप्लर (1571-1630) ने इन आंदोलनों की गतिकी का एक सरल घटनात्मक विवरण दिया। गैलीलियो (1564-1642) और न्यूटन (1643-1727) ने उनकी गतिशीलता को समझाया।

3.6. सार्वभौमिक स्थान और समय*.स्थानिक निर्देशांक और समय, जिसे एक सार्वभौमिक संदर्भ प्रणाली के रूप में संदर्भित किया जाता है, को सापेक्षता के सिद्धांत के साथ पूर्ण सामंजस्य में सार्वभौमिक या निरपेक्ष कहा जा सकता है। केवल इस बात पर जोर देना महत्वपूर्ण है कि इस प्रणाली का चुनाव स्थानीय पर्यवेक्षकों द्वारा किया जाता है और उस पर सहमति व्यक्त की जाती है। कोई भी संदर्भ प्रणाली जो सार्वभौमिक प्रणाली के सापेक्ष उत्तरोत्तर गति कर रही है वह जड़त्वीय है: इसमें मुक्त गति एक समान और सीधी है।

3.7. "अपरिवर्तनीयता का सिद्धांत"*. ध्यान दें कि अल्बर्ट आइंस्टीन (1879-1955) और मैक्स प्लैंक (1858-1947) (जिन्होंने 1907 में "सापेक्षता का सिद्धांत" शब्द गढ़ा था, 1905 में आइंस्टीन द्वारा प्रस्तुत सिद्धांत का संदर्भ देते हुए) दोनों का मानना ​​था कि "सिद्धांत अपरिवर्तनीयता" शब्द इसके सार को अधिक सटीक रूप से प्रतिबिंबित कर सकता है। लेकिन, जाहिरा तौर पर, 20वीं सदी की शुरुआत में इन प्रणालियों में से किसी एक को अलग करने की तुलना में समय और समान जड़त्वीय संदर्भ प्रणालियों में एक साथ जैसी अवधारणाओं की सापेक्षता पर जोर देना अधिक महत्वपूर्ण था। इससे भी अधिक महत्वपूर्ण बात यह थी कि गैलीलियो के केबिन की खिड़कियों पर पर्दा लगा होने से जहाज की गति निर्धारित करना असंभव था। लेकिन अब पर्दे खोलने और किनारे को देखने का समय आ गया है। इस मामले में, निश्चित रूप से, बंद पर्दे के साथ स्थापित सभी पैटर्न अस्थिर रहेंगे।

3.8. चिम्मर को पत्र*. 1921 में, आइंस्टीन ने "फिलॉसॉफिकल लेटर्स" पुस्तक के लेखक ई. चिम्मर को लिखे एक पत्र में लिखा था: "जहां तक ​​"सापेक्षता के सिद्धांत" शब्द का सवाल है, मैं मानता हूं कि यह दुर्भाग्यपूर्ण है और दार्शनिक गलतफहमियों को जन्म देता है।" लेकिन, आइंस्टीन के अनुसार, इसे बदलने में अब बहुत देर हो चुकी है, खासकर इसलिए क्योंकि यह व्यापक है। यह पत्र 2009 के अंत में प्रिंसटन में प्रकाशित 25 खंडों वाले "कलेक्टेड वर्क्स ऑफ आइंस्टीन" के 12वें खंड में प्रकाशित हुआ था।

3.9. प्रकृति में अधिकतम गति.सापेक्षता के सिद्धांत का मुख्य स्थिरांक प्रकाश की गति है सी= 300,000 किमी/सेकंड = 3 × 10 8 मीटर/सेकेंड। (अधिक सटीकता से, सी= 299,792,458 मी/से. और यह संख्या अब मीटर की परिभाषा को रेखांकित करती है।) यह गति प्रकृति में किसी भी सिग्नल के प्रसार की अधिकतम गति है। यह उन विशाल वस्तुओं की गति से अधिक है जिनके साथ हम प्रतिदिन परिमाण के कई क्रमों से निपटते हैं। यह वास्तव में इसका असामान्य रूप से बड़ा मूल्य है जो सापेक्षता के सिद्धांत की मुख्य सामग्री को समझने में बाधा डालता है। प्रकाश की गति के क्रम पर गति से चलने वाले कणों को सापेक्षतावादी कहा जाता है।

3.10. ऊर्जा, गति और गति.किसी कण की मुक्त गति उसकी ऊर्जा से निर्धारित होती है इऔर उसका आवेग पी. सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार कण की गति वीसूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

संप्रदाय में चर्चा की गई शब्दावली संबंधी उलझन का एक मुख्य कारण। 3.14, यह है कि सापेक्षता के सिद्धांत का निर्माण करते समय उन्होंने संवेग और गति के बीच न्यूटोनियन संबंध को संरक्षित करने का प्रयास किया पी = एमवी, जो सापेक्षता के सिद्धांत का खंडन करता है।

3.11. वज़न।कण द्रव्यमान एमसूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

जबकि किसी कण की ऊर्जा और गति संदर्भ के फ्रेम, उसके द्रव्यमान के परिमाण पर निर्भर करती है एमसंदर्भ प्रणाली पर निर्भर नहीं है. यह एक अपरिवर्तनीय है. सापेक्षता के सिद्धांत में सूत्र (1) और (2) बुनियादी हैं।

अजीब बात है, सापेक्षता के सिद्धांत पर पहला मोनोग्राफ, जिसमें सूत्र (2) दिखाई दिया, केवल 1941 में प्रकाशित हुआ था। यह एल. लैंडौ (1908-1968) और ई. लिफ्शिट्ज़ (1915-1985) द्वारा लिखित "फील्ड थ्योरीज़" था। . मुझे यह आइंस्टीन के किसी भी कार्य में नहीं मिला। यह 1921 में प्रकाशित डब्ल्यू पॉली (1900-1958) की अद्भुत पुस्तक "द थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी" में नहीं मिलता है। लेकिन इस सूत्र से युक्त सापेक्षतावादी तरंग समीकरण पी. डिराक की पुस्तक "प्रिंसिपल्स ऑफ क्वांटम मैकेनिक्स" में था। , 1930 (1902-1984) में प्रकाशित, और उससे भी पहले 1926 में ओ. क्लेन (1894-1977) और वी. फोक (1898-1974) के लेखों में।

3.12. द्रव्यमान रहित फोटॉन.यदि किसी कण का द्रव्यमान शून्य है, अर्थात कण द्रव्यमानहीन है, तो सूत्र (1) और (2) से यह निष्कर्ष निकलता है कि संदर्भ के किसी भी फ्रेम में इसकी गति बराबर होती है सी. चूँकि प्रकाश के एक कण - एक फोटॉन - का द्रव्यमान इतना छोटा होता है कि इसका पता नहीं लगाया जा सकता है, यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि यह शून्य के बराबर है और वह सी- यह प्रकाश की गति है.

3.13. आराम की ऊर्जा.यदि कण का द्रव्यमान शून्य से भिन्न है, तो संदर्भ के फ्रेम पर विचार करें जिसमें मुक्त कण आराम पर है और वी = 0, पी= 0. इस तरह के संदर्भ फ्रेम को कण का रेस्ट फ्रेम कहा जाता है, और इस फ्रेम में कण की ऊर्जा को रेस्ट एनर्जी कहा जाता है और इसे दर्शाया जाता है ई 0. सूत्र (2) से यह इस प्रकार है

यह सूत्र 1905 में आइंस्टीन द्वारा खोजे गए एक विशाल कण की बाकी ऊर्जा और उसके द्रव्यमान के बीच संबंध को व्यक्त करता है।

3.14. "सबसे प्रसिद्ध सूत्र।"दुर्भाग्य से, अक्सर आइंस्टीन का सूत्र "सबसे प्रसिद्ध सूत्र" के रूप में लिखा जाता है ई = एमसी 2”, बाकी ऊर्जा के शून्य सूचकांक को छोड़ देना, जिससे कई गलतफहमियां और भ्रम पैदा होता है। आख़िरकार, यह "प्रसिद्ध सूत्र" ऊर्जा और द्रव्यमान की पहचान करता है, जो सामान्य रूप से सापेक्षता के सिद्धांत और विशेष रूप से सूत्र (2) का खंडन करता है। इससे एक व्यापक ग़लतफ़हमी उत्पन्न होती है कि सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार किसी पिंड का द्रव्यमान बढ़ती गति के साथ बढ़ता है। हाल के वर्षों में, रूसी शिक्षा अकादमी ने इस ग़लतफ़हमी को दूर करने के लिए बहुत कुछ किया है।

3.15. गति की इकाई*. सापेक्षता के सिद्धांत में, जो प्रकाश की गति के बराबर वेग से संबंधित है, इसे चुनना स्वाभाविक है सीगति की एक इकाई के रूप में. चूँकि यह विकल्प सभी सूत्रों को सरल बनाता है सी/सी= 1, और उन्हें रखा जाना चाहिए सी= 1. इस स्थिति में, गति एक आयामहीन मात्रा बन जाती है, दूरी में समय का आयाम होता है, और द्रव्यमान में ऊर्जा का आयाम होता है।

कण भौतिकी में, कण द्रव्यमान को आमतौर पर इलेक्ट्रॉनवोल्ट - ईवी और उनके डेरिवेटिव में मापा जाता है (धारा 2.14 देखें)। एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान लगभग 0.5 GeV है, एक प्रोटॉन का द्रव्यमान लगभग 1 GeV है, सबसे भारी क्वार्क का द्रव्यमान लगभग 170 GeV है, और एक न्यूट्रिनो का द्रव्यमान लगभग eV का एक अंश है।

3.16. खगोलीय दूरियाँ*. खगोल विज्ञान में दूरियाँ प्रकाश वर्ष में मापी जाती हैं। ब्रह्माण्ड के दृश्य भाग का आकार लगभग 14 अरब प्रकाश वर्ष है। 10 −24 सेकेंड के समय की तुलना में यह संख्या और भी प्रभावशाली है, जिसके दौरान प्रकाश एक प्रोटॉन के आकार के क्रम में दूरी तय करता है। और इस विशाल रेंज में सापेक्षता का सिद्धांत काम करता है।

3.17. मिन्कोवस्की की दुनिया. 1908 में, अपनी असामयिक मृत्यु से कुछ महीने पहले, हरमन मिन्कोव्स्की (1864-1909) ने भविष्यवाणी की थी: “अंतरिक्ष और समय पर जो विचार मैं आपसे पहले विकसित करने का इरादा रखता हूं, वह प्रायोगिक भौतिक आधार पर उत्पन्न हुआ था। यही उनकी ताकत है. इनकी प्रवृत्ति उग्र होती है. अब से, अपने आप में स्थान और अपने आप में समय को कल्पना में बदलना होगा, और केवल दोनों के किसी प्रकार के संयोजन को अभी भी स्वतंत्रता बरकरार रखनी होगी।

एक सदी बाद, हम जानते हैं कि समय और स्थान काल्पनिक नहीं बन गए हैं, लेकिन मिन्कोव्स्की के विचार ने पदार्थ के कणों की गतिविधियों और अंतःक्रियाओं का बहुत सरलता से वर्णन करना संभव बना दिया है।

3.18. चार आयामी दुनिया*. जिन इकाइयों में सी= 1, मिन्कोव्स्की की दुनिया का विचार, जो समय और त्रि-आयामी स्थान को एक चार-आयामी दुनिया में जोड़ता है, विशेष रूप से सुंदर दिखता है। ऊर्जा और संवेग को एक एकल चार-आयामी वेक्टर में संयोजित किया जाता है, और द्रव्यमान, समीकरण (2) के अनुसार, इस ऊर्जा-संवेग 4-वेक्टर की छद्म-यूक्लिडियन लंबाई के रूप में कार्य करता है पी = इ, पी:

मिन्कोव्स्की दुनिया में एक चार-आयामी प्रक्षेपवक्र को विश्व रेखा कहा जाता है, और व्यक्तिगत बिंदुओं को विश्व बिंदु कहा जाता है।

3.19. घड़ी की गति पर निर्भरता**. कई अवलोकनों से संकेत मिलता है कि घड़ियाँ तब सबसे तेज़ चलती हैं जब वे जड़त्वीय फ्रेम के सापेक्ष आराम की स्थिति में होती हैं। जड़त्वीय संदर्भ प्रणाली में परिमित गति उनकी प्रगति को धीमा कर देती है। वे अंतरिक्ष में जितनी तेजी से चलते हैं, समय में उतनी ही धीमी गति से चलते हैं। सार्वभौमिक संदर्भ प्रणाली में मंदी पूर्ण है (अनुभाग 3.1-3.8 देखें)। इसका माप अनुपात है ई/एम, जिसे अक्सर γ अक्षर से दर्शाया जाता है।

3.20. एक रिंग त्वरक में और आराम पर म्यूऑन**. इस मंदी के अस्तित्व को आराम से म्यूऑन के जीवनकाल और रिंग त्वरक में घूमने वाले म्यूऑन की तुलना करके सबसे स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है। तथ्य यह है कि त्वरक में म्यूऑन पूरी तरह से स्वतंत्र रूप से नहीं चलता है, लेकिन इसमें सेंट्रिपेटल त्वरण होता है ω 2 आर, कहाँ ω परिसंचरण की रेडियल आवृत्ति है, और आर- कक्षीय त्रिज्या, केवल एक नगण्य सुधार देता है ई/ω 2 आर = ईआर>> 1. एक वृत्त में गति, न कि एक सीधी रेखा में, एक स्थिर म्यूऑन के साथ घूमते हुए म्यूऑन की सीधी तुलना के लिए बिल्कुल आवश्यक है। लेकिन गतिमान म्यूऑन की उम्र बढ़ने की दर के संबंध में, पर्याप्त रूप से बड़े त्रिज्या का एक गोलाकार चाप एक सीधी रेखा से अप्रभेद्य है। यह गति अनुपात द्वारा निर्धारित होती है ई/एम. (मैं इस बात पर जोर देता हूं कि सापेक्षता के विशेष सिद्धांत के अनुसार, संदर्भ का वह फ्रेम जिसमें एक घूमता हुआ म्यूऑन आराम की स्थिति में है, जड़त्वीय नहीं है।)

3.21. चाप और राग**. एक जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम में आराम कर रहे एक पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से, पर्याप्त रूप से बड़े त्रिज्या का एक गोलाकार चाप और इसकी जीवा व्यावहारिक रूप से अप्रभेद्य हैं: चाप के साथ गति लगभग जड़त्वीय है। एक वृत्त में उड़ रहे म्यूऑन के सापेक्ष आराम कर रहे एक पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से, इसकी गति अनिवार्य रूप से गैर-जड़त्वीय है। आख़िरकार, इसकी गति आधे चक्कर में संकेत बदल देती है। (एक गतिमान पर्यवेक्षक के लिए, दूर के तारे किसी भी तरह से गतिहीन नहीं होते हैं। उसके लिए पूरा ब्रह्मांड असममित है: सामने के तारे नीले हैं और पीछे के तारे लाल हैं। जबकि हमारे लिए वे सभी समान हैं - सुनहरे, क्योंकि गति सौर परिवारछोटा।) और इस पर्यवेक्षक की गैर-जड़त्वता इस तथ्य में प्रकट होती है कि जैसे ही म्यूऑन रिंग त्वरक में चलता है, आगे और पीछे के नक्षत्र बदल जाते हैं। हम आराम कर रहे पर्यवेक्षकों और गतिमान पर्यवेक्षकों को समतुल्य नहीं मान सकते, क्योंकि पहले को किसी त्वरण का अनुभव नहीं होता है, और दूसरे को, बैठक स्थल पर लौटने के लिए, इसका अनुभव करना होगा।

3.22. जीटीओ**. सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत (जीटीआर) की भाषा के आदी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी इस बात पर जोर देते हैं कि संदर्भ के सभी फ्रेम समान हैं। न केवल जड़त्वीय, बल्कि त्वरित भी। वह दिक्-काल स्वयं वक्र है। इस मामले में, गुरुत्वाकर्षण संपर्क विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और मजबूत के समान भौतिक संपर्क नहीं रह जाता है, बल्कि घुमावदार स्थान की एक विशिष्ट अभिव्यक्ति बन जाता है। परिणामस्वरूप, उनके लिए सारी भौतिकी दो भागों में बँटी हुई प्रतीत होती है। यदि हम इस तथ्य से आगे बढ़ें कि त्वरण हमेशा अंतःक्रिया के कारण होता है, कि यह सापेक्ष नहीं है, बल्कि निरपेक्ष है, तो भौतिकी एकीकृत और सरल हो जाती है।

3.23. "लेनकोम"।प्रकाश की गति के संबंध में "सापेक्षता" और "सापेक्षतावाद" शब्दों का उपयोग लेनकोम थिएटर या मोस्कोवस्की कोम्सोमोलेट्स अखबार के नाम की याद दिलाता है, जो केवल वंशावली रूप से कोम्सोमोल से संबंधित है। ये भाषा के विरोधाभास हैं. निर्वात में प्रकाश की गति सापेक्ष नहीं होती। वह पूर्ण है. भौतिकविदों को बस भाषाविदों की सहायता की आवश्यकता है।

4. क्वांटम सिद्धांत के बारे में

4.1. प्लैंक स्थिरांक.यदि सापेक्षता के सिद्धांत में मुख्य स्थिरांक प्रकाश की गति है सी, तो क्वांटम यांत्रिकी में मुख्य स्थिरांक है एच= 6.63·10 −34 J· s, 1900 में मैक्स प्लैंक द्वारा खोजा गया। इस स्थिरांक का भौतिक अर्थ बाद की प्रस्तुति से स्पष्ट हो जाएगा। अधिकांश भाग के लिए, तथाकथित कम प्लैंक स्थिरांक क्वांटम यांत्रिकी के सूत्रों में दिखाई देता है:

ħ = एच/2π= 1.05 10 −34 जे × सी= 6.58·10 −22 मेव·सी.

कई घटनाओं में मात्रा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है सी.सी= 1.97·10−11 मेव सेमी.

4.2. इलेक्ट्रॉन स्पिन.आइए एक ग्रह प्रणाली के साथ एक परमाणु की प्रसिद्ध अनुभवहीन तुलना से शुरुआत करें। ग्रह सूर्य के चारों ओर और अपनी धुरी पर घूमते हैं। इसी प्रकार, इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर और अपनी धुरी के चारों ओर घूमते हैं। अपनी कक्षा में एक इलेक्ट्रॉन का घूमना कक्षीय कोणीय गति द्वारा विशेषता है एल(इसे अक्सर और बिल्कुल सही ढंग से कक्षीय कोणीय गति नहीं कहा जाता है)। अपनी धुरी के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन का घूमना उसकी अपनी कोणीय गति - स्पिन की विशेषता है एस. यह पता चला कि दुनिया के सभी इलेक्ट्रॉनों का स्पिन (1/2) के बराबर है ħ . तुलना के लिए, हम ध्यान दें कि पृथ्वी का "घूमना" 6 · 10 33 मीटर 2 किग्रा/सेकंड = 6 10 67 है ħ .

4.3. हाइड्रोजन परमाणु.वास्तव में, एक परमाणु एक ग्रहीय प्रणाली नहीं है, और एक इलेक्ट्रॉन किसी कक्षा में घूम रहा कोई साधारण कण नहीं है। एक इलेक्ट्रॉन, अन्य सभी प्राथमिक कणों की तरह, शब्द के रोजमर्रा के अर्थ में बिल्कुल भी एक कण नहीं है, जिसका अर्थ है कि कण को ​​एक निश्चित प्रक्षेपवक्र के साथ चलना चाहिए। सबसे सरल परमाणु में - एक हाइड्रोजन परमाणु, यदि यह अपनी जमीनी अवस्था में है, यानी उत्तेजित नहीं है, तो इलेक्ट्रॉन 0.5 × 10 −10 मीटर के क्रम के त्रिज्या के साथ एक गोलाकार बादल जैसा दिखता है। जैसे ही परमाणु उत्तेजित होता है, इलेक्ट्रॉन उत्तरोत्तर उच्चतर अवस्था में चला जाता है, जिसका आकार उत्तरोत्तर बड़ा होता जाता है।

4.4. इलेक्ट्रॉनों की क्वांटम संख्या.स्पिन को ध्यान में रखे बिना, एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की गति को दो क्वांटम संख्याओं द्वारा दर्शाया जाता है: प्रमुख क्वांटम संख्या एनऔर कक्षीय क्वांटम संख्या एल, और एन ≥ एल. अगर एल= 0, तो इलेक्ट्रॉन एक गोलाकार सममित बादल है। n जितना बड़ा होगा, इस बादल का आकार उतना ही बड़ा होगा। अधिक एल, जितना अधिक इलेक्ट्रॉन की गति उसकी कक्षा में एक शास्त्रीय कण की गति के समान होती है। एक क्वांटम संख्या के साथ एक कोश पर हाइड्रोजन परमाणु में स्थित एक इलेक्ट्रॉन की बंधन ऊर्जा एन, बराबर है

कहाँ α =ई 2/सी.सी≈ 1/137, ए इ-इलेक्ट्रॉन चार्ज.

4.5. मल्टीइलेक्ट्रॉन परमाणु.स्पिन मल्टीइलेक्ट्रॉन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोश को भरने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। तथ्य यह है कि समान रूप से निर्देशित स्व-रोटेशन (समान स्पिन) वाले दो इलेक्ट्रॉन इन मूल्यों के साथ एक ही शेल पर नहीं हो सकते हैं एनऔर एल. यह तथाकथित पाउली सिद्धांत (1900-1958) द्वारा निषिद्ध है। अनिवार्य रूप से, पाउली सिद्धांत मेंडेलीव की तत्वों की आवर्त सारणी (1834-1907) की अवधि निर्धारित करता है।

4.6. बोसॉन और फर्मियन.सभी प्राथमिक कणों में स्पिन होती है। तो, एक फोटॉन का स्पिन इकाई में 1 है ħ , ग्रेविटॉन स्पिन 2 है। इकाइयों में पूर्णांक स्पिन वाले कण ħ बोसोन कहलाते हैं। अर्ध-पूर्णांक स्पिन वाले कणों को फ़र्मियन कहा जाता है। बोसोन सामूहिकवादी हैं: "वे सभी को एक ही कमरे में रहने का प्रयास करते हैं," एक ही क्वांटम अवस्था में रहने के लिए। लेज़र फोटॉनों के इस गुण पर आधारित होता है: लेज़र बीम के सभी फोटॉनों में बिल्कुल समान आवेग होते हैं। फ़र्मियन व्यक्तिवादी हैं: "उनमें से प्रत्येक को एक अलग अपार्टमेंट की आवश्यकता है।" इलेक्ट्रॉनों का यह गुण परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोशों को भरने के पैटर्न को निर्धारित करता है।

4.7. "क्वांटम सेंटॉर्स"।प्राथमिक कण क्वांटम सेंटॉर की तरह होते हैं: आधे कण आधी तरंगें होते हैं। अपने तरंग गुणों के कारण, क्वांटम सेंटॉर, शास्त्रीय कणों के विपरीत, एक साथ दो स्लिट से गुजर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनके पीछे एक स्क्रीन पर एक हस्तक्षेप पैटर्न बनता है। क्वांटम सेंटॉर्स को शास्त्रीय भौतिकी अवधारणाओं के प्रोक्रस्टियन बिस्तर में फिट करने के सभी प्रयास निरर्थक साबित हुए हैं।

4.8. अनिश्चितता के रिश्ते.स्थिर ħ न केवल घूर्णी, बल्कि प्राथमिक कणों की स्थानान्तरणीय गति की विशेषताओं को भी निर्धारित करता है। कण की स्थिति और गति में अनिश्चितताओं को तथाकथित हाइजेनबर्ग अनिश्चितता संबंधों (1901-1976) को संतुष्ट करना चाहिए, जैसे कि

ऊर्जा और समय के लिए एक समान संबंध मौजूद है:

4.9. क्वांटम यांत्रिकी।स्पिन परिमाणीकरण और अनिश्चितता संबंध दोनों क्वांटम यांत्रिकी के सामान्य कानूनों की विशेष अभिव्यक्तियाँ हैं, जो 20वीं सदी के 20 के दशक में बनाए गए थे। क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, कोई भी प्राथमिक कण, उदाहरण के लिए, एक इलेक्ट्रॉन, एक प्राथमिक कण और एक प्राथमिक (एकल-कण) तरंग दोनों है। इसके अलावा, एक सामान्य तरंग के विपरीत, जो कि बड़ी संख्या में कणों की आवधिक गति है, एक प्राथमिक तरंग एक व्यक्तिगत कण की एक नई, पहले से अज्ञात प्रकार की गति है। संवेग के साथ एक कण की प्राथमिक तरंग दैर्ध्य λ पीλ = के बराबर एच/|पी|, और प्राथमिक आवृत्ति ν , ऊर्जा के अनुरूप इ, बराबर है ν = ई/एच.

4.10. क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत.इसलिए, सबसे पहले हमें यह स्वीकार करने के लिए मजबूर होना पड़ा कि कण मनमाने ढंग से हल्के और द्रव्यमानहीन भी हो सकते हैं, और उनकी गति इससे अधिक नहीं हो सकती सी. तब हमें यह स्वीकार करने के लिए मजबूर होना पड़ा कि कण बिल्कुल कण नहीं हैं, बल्कि कणों और तरंगों के अजीब संकर हैं, जिनका व्यवहार क्वांटम द्वारा एकजुट होता है एच. सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी का एकीकरण 1930 में डिराक (1902-1984) द्वारा किया गया था और इससे क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत नामक एक सिद्धांत का निर्माण हुआ। यह वह सिद्धांत है जो पदार्थ के मूल गुणों का वर्णन करता है।

4.11. जिन इकाइयों में सी, ħ = 1. निम्नलिखित में, एक नियम के रूप में, हम उन इकाइयों का उपयोग करेंगे जिनमें गति की इकाई ली जाती है सी, और कोणीय गति की प्रति इकाई (क्रिया) - ħ . इन इकाइयों में, सभी सूत्रों को काफी सरल बनाया गया है। इनमें विशेषतः ऊर्जा, द्रव्यमान तथा आवृत्ति के आयाम समान होते हैं। इन इकाइयों को उच्च-ऊर्जा भौतिकी में स्वीकार किया जाता है, क्योंकि इसमें क्वांटम और सापेक्षतावादी घटनाएं महत्वपूर्ण हैं। ऐसे मामलों में जहां किसी विशेष घटना की क्वांटम प्रकृति पर जोर देना आवश्यक है, हम स्पष्ट रूप से लिखेंगे ħ . हम भी ऐसा ही करेंगे सी.

4.12. आइंस्टीन और क्वांटम यांत्रिकी*।एक तरह से क्वांटम यांत्रिकी को जन्म देने वाले आइंस्टीन ने खुद को इसके साथ नहीं जोड़ा। और अपने जीवन के अंत तक उन्होंने अनदेखी करते हुए शास्त्रीय क्षेत्र सिद्धांत के आधार पर "हर चीज का एकीकृत सिद्धांत" बनाने की कोशिश की ħ . आइंस्टीन शास्त्रीय नियतिवाद और यादृच्छिकता की अस्वीकार्यता में विश्वास करते थे। उन्होंने भगवान के बारे में दोहराया: "वह पासा नहीं खेलते।" और वह इस तथ्य से सहमत नहीं हो सके कि सिद्धांत रूप में, किसी व्यक्तिगत कण के क्षय के क्षण की भविष्यवाणी नहीं की जा सकती है, हालांकि एक विशेष प्रकार के कण के औसत जीवनकाल की भविष्यवाणी अभूतपूर्व सटीकता के साथ क्वांटम यांत्रिकी के ढांचे के भीतर की जाती है। दुर्भाग्य से, उनके पूर्वाग्रहों ने बहुत से लोगों के विचारों को निर्धारित किया।

5. फेनमैन आरेख

5.1. सबसे सरल आरेख. 1949 में रिचर्ड फेनमैन (1918-1988) द्वारा प्रस्तावित आरेखों का उपयोग करके कणों की परस्पर क्रिया को आसानी से देखा जा सकता है। चित्र में। चित्र 1 एक फोटॉन के आदान-प्रदान के माध्यम से एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन की बातचीत का वर्णन करने वाला सबसे सरल फेनमैन आरेख दिखाता है।

चित्र में तीर प्रत्येक कण के लिए समय प्रवाह की दिशा दर्शाते हैं।

5.2. असली कण.प्रत्येक प्रक्रिया को एक या अधिक फेनमैन आरेखों द्वारा दर्शाया जाता है। आरेख में बाहरी रेखाएं आने वाले (इंटरेक्शन से पहले) और आउटगोइंग (इंटरेक्शन के बाद) कणों से मेल खाती हैं जो मुक्त हैं। उनका 4-संवेग p समीकरण को संतुष्ट करता है

उन्हें वास्तविक कण कहा जाता है और कहा जाता है कि वे द्रव्यमान सतह पर हैं।

5.3. आभासी कण.आरेख की आंतरिक रेखाएँ आभासी अवस्था में कणों से मेल खाती हैं। उन को

उन्हें आभासी कण कहा जाता है और ऑफ-शेल कहा जाता है। एक आभासी कण के प्रसार को एक गणितीय मात्रा द्वारा वर्णित किया जाता है जिसे प्रोपेगेटर कहा जाता है।

यह सामान्य शब्दावली किसी नौसिखिया को यह विश्वास दिला सकती है कि आभासी कण वास्तविक कणों की तुलना में कम भौतिक होते हैं। वास्तव में, वे समान रूप से भौतिक हैं, लेकिन हम वास्तविक कणों को पदार्थ और विकिरण के रूप में देखते हैं, और आभासी कणों को - मुख्य रूप से बल क्षेत्रों के रूप में, हालांकि यह अंतर काफी हद तक मनमाना है। यह महत्वपूर्ण है कि एक ही कण, उदाहरण के लिए, एक फोटॉन या एक इलेक्ट्रॉन, कुछ स्थितियों में वास्तविक और कुछ स्थितियों में आभासी हो सकता है।

5.4. चोटियाँ।आरेख के शीर्ष कणों के बीच प्राथमिक अंतःक्रिया के स्थानीय कृत्यों का वर्णन करते हैं। प्रत्येक शीर्ष पर 4-संवेग संरक्षित रहता है। यह देखना आसान है कि यदि स्थिर कणों की तीन रेखाएँ एक शीर्ष पर मिलती हैं, तो उनमें से कम से कम एक आभासी होना चाहिए, अर्थात यह द्रव्यमान सतह के बाहर होना चाहिए: "बोलिवर तीन को ध्वस्त नहीं कर सकता।" (उदाहरण के लिए, एक मुक्त इलेक्ट्रॉन एक मुक्त फोटॉन उत्सर्जित नहीं कर सकता है और फिर भी एक मुक्त इलेक्ट्रॉन बना रहता है।)

दो वास्तविक कण एक या अधिक आभासी कणों का आदान-प्रदान करते हुए दूरी पर परस्पर क्रिया करते हैं।

5.5. फैलना.यदि वास्तविक कणों को गति करते हुए कहा जाता है, तो आभासी कणों को प्रसार करते हुए कहा जाता है। शब्द "प्रसार" इस ​​तथ्य पर जोर देता है कि एक आभासी कण में कई प्रक्षेप पथ हो सकते हैं, और यह हो सकता है कि उनमें से कोई भी शास्त्रीय नहीं है, जैसे शून्य ऊर्जा और गैर-शून्य गति वाला एक आभासी फोटॉन जो स्थिर कूलम्ब इंटरैक्शन का वर्णन करता है।

5.6. प्रतिकण.फेनमैन आरेखों की एक उल्लेखनीय संपत्ति यह है कि वे कणों और उनके संबंधित एंटीपार्टिकल्स दोनों का एकीकृत तरीके से वर्णन करते हैं। इस मामले में, एंटीपार्टिकल समय में पीछे की ओर घूमने वाले कण जैसा दिखता है। चित्र में. चित्र 2 एक आरेख दिखाता है जो एक इलेक्ट्रॉन और एक पॉज़िट्रॉन के विनाश के दौरान एक प्रोटॉन और एंटीप्रोटॉन के जन्म को दर्शाता है।

समय में पीछे की ओर जाना फ़र्मियन और बोसोन पर समान रूप से लागू होता है। यह नकारात्मक ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों के समुद्र में अपूर्ण अवस्थाओं के रूप में पॉज़िट्रॉन की व्याख्या को अनावश्यक बनाता है, जिसका सहारा डिराक ने 1930 में एक एंटीपार्टिकल की अवधारणा पेश करते समय लिया था।

5.7. श्विंगर और फेनमैन आरेख।श्विंगर (1918-1994), जो कम्प्यूटेशनल कठिनाइयों की परवाह नहीं करते थे, उन्हें फेनमैन आरेख पसंद नहीं थे और उन्होंने उनके बारे में कुछ हद तक कृपापूर्वक लिखा: "हाल के वर्षों में कंप्यूटर चिप की तरह, फेनमैन आरेख ने गणनाओं को जन-जन तक पहुंचाया।" दुर्भाग्य से, चिप के विपरीत, फेनमैन आरेख व्यापक जनसमूह तक नहीं पहुंचे।

5.8. फेनमैन और फेनमैन आरेख.अज्ञात कारणों से, फेनमैन के चित्र भौतिकी पर प्रसिद्ध फेनमैन व्याख्यान में भी शामिल नहीं हो सके। मुझे विश्वास है कि हाई स्कूल के छात्रों को कण भौतिकी के बुनियादी विचारों को समझाकर उन्हें लाने की जरूरत है। यह सूक्ष्म जगत और संपूर्ण विश्व का सबसे सरल दृश्य है। यदि कोई छात्र संभावित ऊर्जा की अवधारणा को जानता है (उदाहरण के लिए, न्यूटन का नियम, या कूलम्ब का नियम), तो फेनमैन आरेख उसे इस संभावित ऊर्जा के लिए एक अभिव्यक्ति प्राप्त करने की अनुमति देता है।

5.9. आभासी कण और भौतिक बल क्षेत्र।फेनमैन आरेख क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत की सबसे सरल भाषा हैं। (कम से कम ऐसे मामलों में जहां अंतःक्रिया बहुत मजबूत नहीं है और गड़बड़ी सिद्धांत का उपयोग किया जा सकता है।) क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत पर अधिकांश किताबें कणों को क्षेत्रों के क्वांटम उत्तेजना के रूप में मानती हैं, जिसके लिए माध्यमिक परिमाणीकरण की औपचारिकता से परिचित होने की आवश्यकता होती है। फेनमैन आरेख की भाषा में, फ़ील्ड को आभासी कणों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

प्राथमिक कणों में कणिका और तरंग दोनों गुण होते हैं। इसके अलावा, वास्तविक अवस्था में वे पदार्थ के कण होते हैं, और आभासी अवस्था में वे भौतिक वस्तुओं के बीच बलों के वाहक भी होते हैं। आभासी कणों की शुरुआत के बाद, बल की अवधारणा अनावश्यक हो जाती है, और क्षेत्र की अवधारणा, यदि आप इससे पहले परिचित नहीं थे, तो शायद आभासी कण की अवधारणा में महारत हासिल होने के बाद इसे पेश किया जाना चाहिए।

5.10. प्राथमिक अंतःक्रियाएँ*. आभासी कणों (शीर्षों) के उत्सर्जन और अवशोषण के प्राथमिक कार्यों को एक फोटॉन के मामले में विद्युत आवेश ई, कमजोर आवेश जैसे अंतःक्रियात्मक स्थिरांक द्वारा दर्शाया जाता है। ई/सिन θ डब्ल्यूडब्ल्यू बोसोन और के मामले में ई/सिन θ डब्ल्यू कॉस θ डब्ल्यू Z बोसॉन के मामले में (जहाँ θ डब्ल्यू- वेनबर्ग कोण), रंग आवेश जीग्लूऑन के मामले में, और मात्रा √जीग्रेविटॉन के मामले में, जहां जी- न्यूटन स्थिरांक. (अध्याय 6-10 देखें।) विद्युतचुंबकीय अंतःक्रिया की चर्चा नीचे अध्याय में की गई है। 7. कमजोर अंतःक्रिया - अध्याय में। 8. मजबूत - अध्याय में। 9.

हम अगले अध्याय से शुरू करेंगे। 6 गुरुत्वाकर्षण संपर्क के साथ।

6. गुरुत्वीय संपर्क

6.1. ग्रेविटॉन।मैं उन कणों से शुरू करूंगा जो अभी तक खोजे नहीं गए हैं और निश्चित रूप से निकट भविष्य में भी नहीं खोजे जाएंगे। ये गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के कण हैं - गुरुत्वाकर्षण। न केवल गुरुत्वाकर्षण की अभी तक खोज नहीं हुई है, बल्कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों की भी खोज नहीं हुई है (और यह ऐसे समय में है जब विद्युत चुम्बकीय तरंगें सचमुच हमारे जीवन में व्याप्त हैं)। यह इस तथ्य के कारण है कि कम ऊर्जा पर गुरुत्वाकर्षण संपर्क बहुत कमजोर है। जैसा कि हम देखेंगे, गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत हमें गुरुत्वाकर्षण संपर्क के सभी ज्ञात गुणों को समझने की अनुमति देता है।

6.2. गुरुत्वाकर्षण का आदान-प्रदान।फेनमैन आरेखों की भाषा में, दो पिंडों का गुरुत्वाकर्षण संपर्क इन पिंडों को बनाने वाले प्राथमिक कणों के बीच आभासी गुरुत्वाकर्षण के आदान-प्रदान द्वारा किया जाता है। चित्र में. 3, एक ग्रेविटॉन 4-संवेग पी 1 वाले एक कण द्वारा उत्सर्जित होता है और 4-संवेग पी 2 वाले दूसरे कण द्वारा अवशोषित होता है। 4-संवेग के संरक्षण के कारण, q=p 1 − p′ 1 =p′ 2 −p 2, जहां q गुरुत्वाकर्षण का 4-संवेग है।

एक आभासी गुरुत्वाकर्षण का प्रसार (किसी भी आभासी कण की तरह, इसमें एक प्रचारक होता है) को एक स्प्रिंग द्वारा चित्र में दर्शाया गया है।

6.3. पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में एक हाइड्रोजन परमाणु।चित्र में. चित्र 4 उन आरेखों का योग दिखाता है जिसमें 4-संवेग पी 1 के साथ एक हाइड्रोजन परमाणु कुल 4-संवेग पी 2 वाले पृथ्वी के सभी परमाणुओं के साथ गुरुत्वाकर्षण का आदान-प्रदान करता है। और इस मामले में q = p 1 - p' 1 = p' 2 - p 2, जहां q आभासी गुरुत्वाकर्षण का कुल 4-संवेग है।

6.4. परमाणु के द्रव्यमान के बारे में.भविष्य में, गुरुत्वाकर्षण संपर्क पर विचार करते समय, हम प्रोटॉन के द्रव्यमान की तुलना में इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान की उपेक्षा करेंगे, और प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान और परमाणु नाभिक में न्यूक्लियॉन की बंधन ऊर्जा में अंतर की भी उपेक्षा करेंगे। तो एक परमाणु का द्रव्यमान परमाणु नाभिक में न्यूक्लियॉन के द्रव्यमान का लगभग योग होता है।

6.5. पाना*. पृथ्वी के न्यूक्लियॉन की संख्या N E ≈ 3.6·10 51, स्थलीय पदार्थ के एक ग्राम में न्यूक्लियॉन की संख्या के गुणनफल के बराबर है, यानी अवोगाद्रो की संख्या N A ≈ 6·10 23, ग्राम में पृथ्वी के द्रव्यमान से ≈ 6 ·10 27. इसलिए, चित्र में आरेख। 4 चित्र में 3.6 10 51 आरेखों का योग दर्शाता है। 3, जो चित्र में पृथ्वी और आभासी गुरुत्वाकर्षण की रेखाओं के मोटे होने से चिह्नित है। 4. इसके अलावा, "ग्रेविटॉन स्प्रिंग", एक ग्रेविटॉन के प्रसारक के विपरीत, चित्र में दिखाया गया है। 4 ग्रे. ऐसा लगता है कि इसमें 3.6·10 51 ग्रेविटॉन हैं।

6.6. पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में न्यूटन का सेब।चित्र में. 5, कुल 4-संवेग पी 1 के साथ सभी सेब परमाणु कुल 4-संवेग पी 2 के साथ सभी पृथ्वी परमाणुओं के साथ बातचीत करते हैं।

6.7. चार्ट की संख्या*. मैं आपको याद दिला दूं कि एक ग्राम साधारण पदार्थ में N A = 6·10 23 न्यूक्लियॉन होते हैं। 100 ग्राम सेब में न्यूक्लियॉन की संख्या N a = 100N A = 6·10 25. पृथ्वी का द्रव्यमान 6·10 27 ग्राम है, और इसलिए पृथ्वी N E = 3.6·10 51 के नाभिकों की संख्या। बेशक, चित्र में रेखाओं का मोटा होना। 5 किसी भी तरह से सेब न्यूक्लियंस एन ए, पृथ्वी न्यूक्लियंस एन ई की विशाल संख्या और फेनमैन आरेखों की बहुत बड़ी, बस शानदार संख्या एन डी = एन ए एन ई = 2.2·10 77 से मेल नहीं खाता है। आख़िरकार, एक सेब का प्रत्येक न्यूक्लियॉन पृथ्वी के प्रत्येक न्यूक्लियॉन के साथ संपर्क करता है। आरेखों की विशाल संख्या पर ज़ोर देने के लिए, चित्र में स्प्रिंग। 5 को अंधेरा कर दिया गया है.

यद्यपि एक व्यक्तिगत प्राथमिक कण के साथ ग्रेविटॉन की अंतःक्रिया बहुत छोटी है, पृथ्वी के सभी न्यूक्लियंस के लिए आरेखों का योग एक महत्वपूर्ण आकर्षण पैदा करता है जिसे हम महसूस करते हैं। सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण चंद्रमा को पृथ्वी की ओर खींचता है, दोनों को सूर्य की ओर, हमारी आकाशगंगा के सभी तारों को और सभी आकाशगंगाओं को एक-दूसरे की ओर खींचता है।

6.8. फेनमैन आयाम और इसका फूरियर रूपांतरण***.

एम 1 और एम 2 द्रव्यमान वाले दो धीमे पिंडों के गुरुत्वाकर्षण संपर्क का फेनमैन आरेख फेनमैन आयाम से मेल खाता है

कहाँ जी- न्यूटन स्थिरांक, ए क्यू- आभासी गुरुत्वाकर्षण द्वारा 3-संवेग। (कीमत 1/क्यू 2, कहाँ क्यू- 4-पल्स, जिसे ग्रेविटॉन प्रचारक कहा जाता है। धीमे पिंडों के मामले में, ऊर्जा व्यावहारिक रूप से स्थानांतरित नहीं होती है और इसलिए प्रश्न 2 = −क्यू 2 .)

संवेग स्थान से विन्यास (समन्वय) स्थान पर जाने के लिए, हमें आयाम A( का फूरियर रूपांतरण लेने की आवश्यकता है क्यू)

मान ए( आर) गैर-सापेक्ष कणों के गुरुत्वाकर्षण संपर्क की संभावित ऊर्जा देता है और स्थैतिक गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में एक सापेक्ष कण की गति को निर्धारित करता है।

6.9. न्यूटन की क्षमता*. m 1 और m 2 द्रव्यमान वाले दो पिंडों की स्थितिज ऊर्जा बराबर है

कहाँ जी- न्यूटन स्थिरांक, ए आर- निकायों के बीच की दूरी.

यह ऊर्जा चित्र में आभासी गुरुत्वाकर्षण के "स्प्रिंग" में निहित है। 5. इंटरेक्शन, जिसकी क्षमता 1/ के रूप में घटती जाती है आर, को लंबी दूरी कहा जाता है। फूरियर ट्रांसफॉर्म का उपयोग करके, हम देख सकते हैं कि गुरुत्वाकर्षण लंबी दूरी का है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान रहित है।

6.10. युकावा प्रकार की क्षमता**. वास्तव में, यदि गुरुत्वाकर्षण का द्रव्यमान शून्य न हो एम, तो इसके आदान-प्रदान के लिए फेनमैन आयाम का रूप होगा

और कार्रवाई की एक श्रृंखला के साथ युकावा क्षमता जैसी क्षमता इसके अनुरूप होगी आर ≈ 1/एम:

6.11. संभावित ऊर्जा के बारे में**. न्यूटन के गैर-सापेक्षवादी यांत्रिकी में, किसी कण की गतिज ऊर्जा उसकी गति (संवेग) पर निर्भर करती है, और संभावित ऊर्जा केवल उसके निर्देशांक पर, यानी अंतरिक्ष में उसकी स्थिति पर निर्भर करती है। सापेक्षतावादी यांत्रिकी में, ऐसी आवश्यकता को संरक्षित नहीं किया जा सकता है, क्योंकि कणों की परस्पर क्रिया अक्सर उनके वेग (क्षण) पर और परिणामस्वरूप, गतिज ऊर्जा पर निर्भर करती है। हालाँकि, सामान्य, काफी कमजोर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रों के लिए, कण की गतिज ऊर्जा में परिवर्तन उसकी कुल ऊर्जा की तुलना में छोटा होता है, और इसलिए इस परिवर्तन को नजरअंदाज किया जा सकता है। कमजोर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में एक गैर-सापेक्षवादी कण की कुल ऊर्जा को ε = के रूप में लिखा जा सकता है इपरिजन + इ 0 + यू.

6.12. गुरुत्वाकर्षण की सार्वभौमिकता.अन्य सभी अंतःक्रियाओं के विपरीत, गुरुत्वाकर्षण में सार्वभौमिकता का उल्लेखनीय गुण होता है। किसी भी कण के साथ ग्रेविटॉन की अंतःक्रिया इस कण के गुणों पर निर्भर नहीं करती है, बल्कि केवल कण में मौजूद ऊर्जा की मात्रा पर निर्भर करती है। यदि यह कण धीमा है तो इसकी शेष ऊर्जा है इ 0 = एमसी 2, इसके द्रव्यमान में निहित, इसकी गतिज ऊर्जा से कहीं अधिक है। और इसलिए इसका गुरुत्वाकर्षण संपर्क इसके द्रव्यमान के समानुपाती होता है। लेकिन एक पर्याप्त तेज़ कण के लिए, उसकी गतिज ऊर्जा उसके द्रव्यमान से बहुत अधिक होती है। इस मामले में, इसका गुरुत्वाकर्षण संपर्क व्यावहारिक रूप से द्रव्यमान से स्वतंत्र होता है और इसकी गतिज ऊर्जा के समानुपाती होता है।

6.13. ग्रेविटॉन स्पिन और गुरुत्वाकर्षण की सार्वभौमिकता**. अधिक सटीक रूप से, गुरुत्वाकर्षण उत्सर्जन साधारण ऊर्जा के लिए नहीं, बल्कि कण के ऊर्जा-संवेग टेंसर के समानुपाती होता है। और यह, बदले में, इस तथ्य के कारण है कि गुरुत्वाकर्षण का स्पिन दो के बराबर है। माना गुरुत्वाकर्षण के उत्सर्जन से पहले कण का संवेग 4-होता है पी 1 और उत्सर्जन के बाद पी 2. तब गुरुत्वाकर्षण संवेग बराबर होता है क्यू = पी 1 − पी 2. यदि आप पदनाम दर्ज करते हैं पी = पी 1 + पी 2, तो गुरुत्वाकर्षण उत्सर्जन के शीर्ष का रूप होगा

जहां h αβ ग्रेविटॉन तरंग फ़ंक्शन है।

6.14. फोटॉन के साथ ग्रेविटॉन की अंतःक्रिया**. यह विशेष रूप से फोटॉन के उदाहरण में स्पष्ट रूप से देखा जाता है, जिसका द्रव्यमान शून्य है। यह प्रयोगात्मक रूप से सिद्ध हो चुका है कि जब कोई फोटॉन किसी इमारत की निचली मंजिल से ऊपरी मंजिल की ओर उड़ता है, तो पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में उसकी गति कम हो जाती है। यह भी सिद्ध हो चुका है कि दूर स्थित तारे से आने वाली प्रकाश की किरण सूर्य के गुरुत्वाकर्षण आकर्षण से विक्षेपित हो जाती है।

6.15. पृथ्वी के साथ एक फोटॉन की अंतःक्रिया**. चित्र में. चित्र 6 पृथ्वी और फोटॉन के बीच गुरुत्वाकर्षण के आदान-प्रदान को दर्शाता है। यह आंकड़ा परंपरागत रूप से पृथ्वी के सभी न्यूक्लियॉन के साथ एक फोटॉन के गुरुत्वाकर्षण आदान-प्रदान के आंकड़ों के योग का प्रतिनिधित्व करता है। इस पर, पृथ्वी के शीर्ष को पृथ्वी के 4-संवेग द्वारा न्यूक्लियॉन के 4-संवेग के संगत प्रतिस्थापन के साथ पृथ्वी एन ई में न्यूक्लियॉन की संख्या से गुणा करके न्यूक्लियॉन शीर्ष से प्राप्त किया जाता है (चित्र 3 देखें)।

6.16. ग्रेविटॉन के साथ ग्रेविटॉन की अंतःक्रिया***. चूंकि ग्रेविटॉन ऊर्जा ले जाते हैं, इसलिए उन्हें स्वयं ही ग्रेविटॉन का उत्सर्जन और अवशोषण करना चाहिए। हमने व्यक्तिगत वास्तविक गुरुत्वाकर्षण कभी नहीं देखा है और न ही कभी देखेंगे। फिर भी, आभासी गुरुत्वाकर्षण के बीच परस्पर क्रिया अवलोकन योग्य प्रभावों की ओर ले जाती है। पहली नज़र में, दो न्यूक्लियॉन के गुरुत्वाकर्षण संपर्क में तीन आभासी गुरुत्वाकर्षण का योगदान पता लगाने के लिए बहुत छोटा है (चित्र 7 देखें)।

6.17. बुध की धर्मनिरपेक्ष उन्नति**. हालाँकि, यह योगदान बुध की कक्षा के पेरीहेलियन की पूर्वता में प्रकट होता है। बुध की धर्मनिरपेक्ष अग्रगामीता का वर्णन सूर्य के प्रति बुध के आकर्षण के एकल-लूप ग्रेविटॉन आरेखों के योग द्वारा किया जाता है (चित्र 8)।

6.18. बुध के लिए लाभ**. बुध और पृथ्वी का द्रव्यमान अनुपात 0.055 है। तो बुध में न्यूक्लियॉन की संख्या एन एम = 0,055 एन ई= 2·10 50 . सूर्य का द्रव्यमान एमएस= 2·10 33 ग्राम तो सूर्य में न्यूक्लियॉन की संख्या एन एस = एन ए एम एस= 1.2·10 57 . और बुध और सूर्य के नाभिकों के गुरुत्वाकर्षण संपर्क का वर्णन करने वाले आरेखों की संख्या, एन डीएम= 2.4·10 107 .

यदि सूर्य के प्रति बुध के आकर्षण की संभावित ऊर्जा बराबर है यू = जीएम एस एम एम/आर, फिर एक दूसरे के साथ वर्चुअल ग्रेविटॉन की बातचीत के लिए चर्चा किए गए सुधार को ध्यान में रखने के बाद, इसे 1 - 3 के कारक से गुणा किया जाता है जीएम एस/आर. हम देखते हैं कि स्थितिज ऊर्जा में सुधार −3 है जी 2 एम एस 2 एम एम /आर 2.

6.19. बुध की कक्षा**. बुध की कक्षीय त्रिज्या ए= 58·10 6 किमी. परिक्रमा अवधि 88 पृथ्वी दिवस है। कक्षीय विलक्षणता इ= 0.21. चर्चा किए गए सुधार के कारण, एक क्रांति के दौरान कक्षा की अर्ध-प्रमुख धुरी 6π के कोण से घूमती है जीएम एस/ए(1 − इ 2), यानी, एक चाप सेकंड का लगभग दसवां हिस्सा, और 100 पृथ्वी वर्षों में यह 43 "" घूमता है।

6.20. गुरुत्वीय मेमना बदलाव**. जिस किसी ने भी क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स का अध्ययन किया है वह तुरंत देख लेगा कि चित्र में चित्र है। 7 स्तर 2 की आवृत्ति (ऊर्जा) बदलाव का वर्णन करने वाले त्रिकोणीय आरेख के समान है एसस्तर 2 के सापेक्ष 1/2 पीहाइड्रोजन परमाणु में 1/2 (जहाँ त्रिभुज में एक फोटॉन और दो इलेक्ट्रॉन रेखाएँ होती हैं)। इस बदलाव को 1947 में लैम्ब और रदरफोर्ड द्वारा मापा गया और 1060 मेगाहर्ट्ज (1.06 गीगाहर्ट्ज) पाया गया।

इस माप ने सैद्धांतिक और प्रायोगिक कार्यों की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू की जिसके कारण क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स और फेनमैन आरेखों का निर्माण हुआ। बुध की पूर्वगामी आवृत्ति परिमाण के 25 क्रम कम है।

6.21. शास्त्रीय या क्वांटम प्रभाव?**. यह सर्वविदित है कि स्तर ऊर्जा का लैम्ब शिफ्ट विशुद्ध रूप से क्वांटम प्रभाव है, जबकि बुध का पूर्वगमन विशुद्ध रूप से शास्त्रीय प्रभाव है। उन्हें समान फेनमैन आरेखों द्वारा कैसे वर्णित किया जा सकता है?

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए हमें रिश्ते को याद रखना होगा इ = ħω और इस बात को ध्यान में रखें कि फूरियर संप्रदाय में संवेग स्थान से कॉन्फ़िगरेशन स्थान में संक्रमण में बदल जाता है। 6.8 में ई शामिल है मैंक्यू.आर / ħ . इसके अलावा, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि विद्युत चुम्बकीय लैम्ब शिफ्ट त्रिकोण में द्रव्यमान रहित कण (फोटॉन) की केवल एक पंक्ति होती है, और अन्य दो इलेक्ट्रॉन प्रसारक होते हैं। इसलिए, इसमें विशिष्ट दूरियां इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान (इलेक्ट्रॉन की कॉम्पटन तरंग दैर्ध्य) द्वारा निर्धारित की जाती हैं। और बुध के पूर्वगामी त्रिकोण में एक द्रव्यमान रहित कण (गुरुत्वाकर्षण) के दो प्रचारक हैं। यह परिस्थिति, तीन-गुरुत्वाकर्षण शीर्ष के कारण, इस तथ्य की ओर ले जाती है कि गुरुत्वाकर्षण त्रिकोण विद्युत चुम्बकीय त्रिकोण की तुलना में अतुलनीय रूप से अधिक दूरी पर योगदान देता है। यह तुलना फेनमैन आरेखों की विधि में क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत की शक्ति को प्रदर्शित करती है, जो क्वांटम और शास्त्रीय दोनों घटनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला को आसानी से समझना और गणना करना संभव बनाती है।

7. विद्युत चुम्बकीय संपर्क

7.1. विद्युत संपर्क.कणों की विद्युतीय अंतःक्रिया आभासी फोटॉन के आदान-प्रदान द्वारा की जाती है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 19.

ग्रेविटॉन की तरह फोटॉन भी द्रव्यमान रहित कण होते हैं। तो विद्युत संपर्क भी लंबी दूरी का है:

यह गुरुत्वाकर्षण जितना सार्वभौमिक क्यों नहीं है?

7.2. सकारात्मक और नकारात्मक आरोप.सबसे पहले, क्योंकि दो संकेतों के विद्युत आवेश होते हैं। और दूसरी बात, क्योंकि ऐसे तटस्थ कण होते हैं जिनमें बिल्कुल भी विद्युत आवेश नहीं होता (न्यूट्रॉन, न्यूट्रिनो, फोटॉन...)। इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन जैसे विपरीत संकेतों के आवेश वाले कण एक दूसरे को आकर्षित करते हैं। के साथ कण समान आरोपतिरस्कृत परिणामस्वरूप, परमाणु और उनसे बने पिंड मूल रूप से विद्युत रूप से तटस्थ होते हैं।

7.3. तटस्थ कण.न्यूट्रॉन शामिल है यू-चार्ज +2 के साथ क्वार्क इ/3 और दो डी-आवेश के साथ क्वार्क − इ/3. अतः न्यूट्रॉन का कुल आवेश शून्य है। (याद रखें कि एक प्रोटॉन में दो होते हैं यू-क्वार्क और एक डी-क्वार्क।) वास्तव में प्राथमिक कण जिनमें विद्युत आवेश नहीं होता है वे हैं फोटॉन, ग्रेविटॉन, न्यूट्रिनो, जेड-बोसोन और हिग्स बोसोन.

7.4. कूलम्ब क्षमता.दूरी पर स्थित एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन के बीच आकर्षण की संभावित ऊर्जा आरएक दूसरे से, बराबर

7.5. चुंबकीय संपर्क.चुंबकीय अंतःक्रिया विद्युतीय अंतःक्रिया जितनी लंबी दूरी की नहीं होती है। यह 1/ की तरह गिरता है आर 3. यह न केवल दो चुम्बकों के बीच की दूरी पर निर्भर करता है, बल्कि उनके सापेक्ष अभिविन्यास पर भी निर्भर करता है। एक प्रसिद्ध उदाहरण पृथ्वी के चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षेत्र के साथ कम्पास सुई की परस्पर क्रिया है। दो चुंबकीय द्विध्रुवों की परस्पर क्रिया की संभावित ऊर्जा μ 1 और μ 2 बराबर है

कहाँ एन = आर/आर.

7.6. विद्युत चुम्बकीय संपर्क. 19वीं सदी की सबसे बड़ी उपलब्धि यह खोज थी कि विद्युत और चुंबकीय बल एक ही विद्युत चुम्बकीय बल की दो अलग-अलग अभिव्यक्तियाँ हैं। 1821 में, एम. फैराडे (1791-1867) ने एक चुंबक और एक कंडक्टर की धारा के साथ परस्पर क्रिया की जांच की। एक दशक बाद, उन्होंने दो कंडक्टरों के परस्पर क्रिया करने पर विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम स्थापित किए। बाद के वर्षों में, उन्होंने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की अवधारणा पेश की और प्रकाश की विद्युत चुम्बकीय प्रकृति का विचार व्यक्त किया। 1870 के दशक में, जे. मैक्सवेल (1831-1879) ने महसूस किया कि विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाएँ ऑप्टिकल घटनाओं की एक विस्तृत श्रेणी के लिए जिम्मेदार थीं: प्रकाश का उत्सर्जन, परिवर्तन और अवशोषण, और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का वर्णन करने वाले समीकरण लिखे। जल्द ही जी. हर्ट्ज़ (1857-1894) ने रेडियो तरंगों की खोज की, और वी. रोएंटगेन (1845-1923) ने एक्स-रे की खोज की। हमारी पूरी सभ्यता विद्युत चुम्बकीय अंतःक्रियाओं की अभिव्यक्तियों पर आधारित है।

7.7. सापेक्षता के सिद्धांत और क्वांटम यांत्रिकी का संयोजन।भौतिकी के विकास में सबसे महत्वपूर्ण चरण 1928 था, जब पी. डिराक (1902-1984) का एक लेख सामने आया, जिसमें उन्होंने इलेक्ट्रॉन के लिए एक क्वांटम और सापेक्षतावादी समीकरण प्रस्तावित किया। इस समीकरण में इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण शामिल था और इलेक्ट्रॉन के एंटीपार्टिकल - पॉज़िट्रॉन के अस्तित्व का संकेत दिया गया था, जिसे कुछ साल बाद खोजा गया था। इसके बाद क्वांटम यांत्रिकी और सापेक्षता सिद्धांत को क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत में जोड़ दिया गया।

यह तथ्य कि विद्युतचुंबकीय अंतःक्रियाएं आभासी फोटॉनों के उत्सर्जन और अवशोषण के कारण होती हैं, 20वीं शताब्दी के मध्य में फेनमैन आरेखों के आगमन के साथ ही पूरी तरह से स्पष्ट हो गईं, यानी आभासी कण की अवधारणा स्पष्ट रूप से बनने के बाद।

8. कमजोर बातचीत

8.1. परमाणु अंतःक्रिया. 20वीं सदी की शुरुआत में परमाणु और उसके नाभिक की खोज की गई और α -, β - और γ - रेडियोधर्मी नाभिक द्वारा उत्सर्जित किरणें। जैसा की यह निकला, γ -किरणें बहुत उच्च ऊर्जा वाले फोटॉन हैं, β -किरणें उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन हैं, α -किरणें - हीलियम नाभिक। इससे दो नए प्रकार की अंतःक्रियाओं की खोज हुई - मजबूत और कमजोर। गुरुत्वाकर्षण और विद्युतचुंबकीय अंतःक्रियाओं के विपरीत, मजबूत और कमजोर अंतःक्रियाएं कम दूरी की होती हैं।

बाद में उन्हें हमारे सूर्य और अन्य तारों में हाइड्रोजन को हीलियम में बदलने के लिए जिम्मेदार पाया गया।

8.2. आवेशित धाराएँ*. कमजोर अंतःक्रिया एक इलेक्ट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो के उत्सर्जन के साथ न्यूट्रॉन को प्रोटॉन में बदलने के लिए जिम्मेदार है। कमजोर अंतःक्रिया प्रक्रियाओं का एक बड़ा वर्ग आभासी के उत्सर्जन (या अवशोषण) के साथ एक प्रकार के क्वार्क के दूसरे प्रकार के क्वार्क में परिवर्तन पर आधारित है। डब्ल्यू-बोसॉन: यू, सी, टी ↔ डी, एस, बी. इसी प्रकार उत्सर्जन और अवशोषण के लिए भी डब्ल्यू-बोसोन, आवेशित लेप्टान और संबंधित न्यूट्रिनो के बीच संक्रमण होता है:

इ ↔ ν इ, μ ↔ ν μ , τ ↔ ν τ . प्रकार के परिवर्तन भी समान रूप से होते रहते हैं dˉu ↔ डब्ल्यूऔर eˉν e ↔ डब्ल्यू. इन सभी बदलावों में शामिल हैं डब्ल्यू-बोसॉन में तथाकथित आवेशित धाराएँ शामिल होती हैं जो लेप्टान और क्वार्क के आवेश को एक-एक करके बदल देती हैं। आवेशित धाराओं की कमजोर अंतःक्रिया कम दूरी की होती है और इसे युकावा क्षमता द्वारा वर्णित किया गया है e−mWr/r, अतः इसकी प्रभावी त्रिज्या है आर ≈ 1/मेगावाट.

8.3. तटस्थ धाराएँ*. 1970 के दशक में, तथाकथित तटस्थ धाराओं के कारण न्यूट्रिनो, इलेक्ट्रॉनों और न्यूक्लियंस के बीच कमजोर संपर्क की प्रक्रियाओं की खोज की गई थी। 1980 के दशक में, यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया था कि आवेशित धाराओं की परस्पर क्रिया विनिमय के माध्यम से होती है डब्ल्यू-बोसोन, और तटस्थ धाराओं की परस्पर क्रिया - विनिमय के माध्यम से जेड- बोसॉन.

8.4. उल्लंघन पी- और सी.पी.-समानता*. 1950 के दशक के उत्तरार्ध में, स्थानिक समता उल्लंघन का पता चला पीऔर चार्ज समता सीकमज़ोर अंतःक्रियाओं में. 1964 में, कमजोर क्षयों की खोज की गई जो संरक्षण का उल्लंघन करते हैं सी.पी.-समरूपता. वर्तमान में, उल्लंघन का तंत्र सी.पी.-समरूपता का अध्ययन मेसॉन युक्त क्षयों में किया जाता है बी-क्वार्क.

8.5. न्यूट्रिनो दोलन*. पिछले दो दशकों से, भौतिकविदों का ध्यान कामिओका (जापान) और सुदबरी (कनाडा) में भूमिगत किलोटन डिटेक्टरों पर किए गए माप पर केंद्रित है। इन मापों से पता चला कि तीन प्रकार के न्यूट्रिनो के बीच ν ई , ν μ , ν τपारस्परिक संक्रमण (दोलन) निर्वात में होते हैं। इन दोलनों की प्रकृति को स्पष्ट किया जा रहा है।

8.6. इलेक्ट्रोवीक इंटरेक्शन. 1960 के दशक में, सिद्धांत तैयार किया गया था कि विद्युत चुम्बकीय और कमजोर बल एक एकल विद्युत कमजोर बल की विभिन्न अभिव्यक्तियाँ हैं। यदि सख्त इलेक्ट्रोवीक समरूपता होती, तो द्रव्यमान डब्ल्यू- और जेड-फोटॉन द्रव्यमान की तरह बोसॉन शून्य के बराबर होगा।

8.7. विद्युत कमजोर समरूपता का टूटना।मानक मॉडल में, हिग्स बोसोन इलेक्ट्रोवीक समरूपता को तोड़ता है और इस प्रकार बताता है कि फोटॉन द्रव्यमानहीन क्यों है और कमजोर बोसॉन बड़े पैमाने पर हैं। वह लेप्टान, क्वार्क और स्वयं को भी द्रव्यमान देता है।

8.8. हिग्स के बारे में आपको क्या जानने की जरूरत है।एलएचसी लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर का एक मुख्य लक्ष्य हिग्स बोसोन की खोज है (जिसे केवल हिग्स कहा जाता है और इसे निरूपित किया जाता है)। एचया एच) और उसके बाद इसकी संपत्तियों की स्थापना। सबसे पहले, इसके साथ होने वाली अंतःक्रियाओं को मापना डब्ल्यू- और जेड-बोसोन, फोटॉन के साथ, साथ ही इसके स्व-अंतर्क्रिया, यानी, तीन और चार हिग्स वाले शीर्षों का अध्ययन: एच 3 और एच 4, और लेप्टान और क्वार्क के साथ इसकी बातचीत, विशेष रूप से शीर्ष क्वार्क के साथ। मानक मॉडल के भीतर, इन सभी इंटरैक्शन के लिए स्पष्ट पूर्वानुमान हैं। मानक मॉडल से परे "नई भौतिकी" की खोज के दृष्टिकोण से उनका प्रयोगात्मक सत्यापन बहुत रुचि का है।

8.9. यदि हिग्स न हो तो क्या होगा?यदि यह पता चलता है कि कई सौ GeV के क्रम की द्रव्यमान सीमा में हिग्स मौजूद नहीं है, तो इसका मतलब यह होगा कि TeV से ऊपर की ऊर्जा पर एक नया, पूरी तरह से अज्ञात क्षेत्र है जहां बातचीत होती है डब्ल्यू- और जेड-बोसॉन गैर-परटर्बेटिव रूप से मजबूत हो जाते हैं, यानी, उन्हें गड़बड़ी सिद्धांत द्वारा वर्णित नहीं किया जा सकता है। इस क्षेत्र में शोध कई आश्चर्य लेकर आएगा।

8.10. भविष्य के लेप्टान कोलाइडर।इस संपूर्ण अनुसंधान कार्यक्रम को चलाने के लिए, एलएचसी के अलावा, लेप्टान कोलाइडर का निर्माण करना आवश्यक हो सकता है:

0.5 TeV की टक्कर ऊर्जा के साथ ILC (इंटरनेशनल लीनियर कोलाइडर),

या CLIC (कॉम्पैक्ट लीनियर कोलाइडर) 1 TeV की टक्कर ऊर्जा के साथ,

या 3 TeV की टक्कर ऊर्जा के साथ MC (म्यूऑन कोलाइडर)।

8.11. रैखिक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर।आईएलसी - इंटरनेशनल लीनियर कोलाइडर, जो इलेक्ट्रॉनों को पॉज़िट्रॉन से, साथ ही फोटॉन को फोटॉन से टकराता है। इसे बनाने का निर्णय तभी किया जा सकता है जब यह स्पष्ट हो जाए कि हिग्स का अस्तित्व है या नहीं और इसका द्रव्यमान कितना है। प्रस्तावित आईएलसी निर्माण स्थलों में से एक डुबना के आसपास है। सीएलआईसी - कॉम्पैक्ट लीनियर इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन कोलाइडर। यह परियोजना CERN में विकसित की जा रही है।

8.12. मून कोलाइडर.एमएस - म्यूऑन कोलाइडर की कल्पना सबसे पहले जी. आई. बुडकर (1918-1977) ने की थी। 1999 में, पाँचवाँ अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन "म्यूऑन कोलाइडर और न्यूट्रिनो कारखानों की भौतिक क्षमता और विकास" सैन फ्रांसिस्को में आयोजित किया गया था। एमएस परियोजना वर्तमान में फर्मी नेशनल लेबोरेटरी में विकसित की जा रही है और इसे 20 वर्षों में लागू किया जा सकता है।

9. मजबूत बातचीत

9.1. ग्लूऑन और क्वार्क.मजबूत बल न्यूक्लियंस (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) को नाभिक के अंदर रखता है। यह क्वार्क के साथ ग्लूऑन की अंतःक्रिया और ग्लूऑन के साथ ग्लूऑन की अंतःक्रिया पर आधारित है। यह ग्लूऑन का स्व-अंतःक्रिया है जो इस तथ्य की ओर ले जाता है कि इस तथ्य के बावजूद कि ग्लूऑन का द्रव्यमान शून्य है, जैसे फोटॉन और ग्रेविटॉन का द्रव्यमान शून्य के बराबर है, ग्लूऑन के आदान-प्रदान से ग्लूऑन लंबे समय तक नहीं रहता है। -रेंज इंटरैक्शन, फोटॉन और ग्रेविटॉन के समान। इसके अलावा, इससे मुक्त ग्लूऑन और क्वार्क की अनुपस्थिति हो जाती है। यह इस तथ्य के कारण है कि एक-ग्लूऑन आदान-प्रदान का योग एक ग्लूऑन ट्यूब या धागे द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। नाभिक में न्यूक्लियंस की परस्पर क्रिया तटस्थ परमाणुओं के बीच वैन डेर वाल्स बलों के समान होती है।

9.2. कारावास और स्पर्शोन्मुख स्वतंत्रता.ग्लूऑन और क्वार्क के हैड्रोन से बाहर न निकलने की घटना को कारावास कहा जाता है। नकारात्मक पक्ष यह हैकारावास की ओर ले जाने वाली गतिशीलता यह है कि हैड्रोन के अंदर बहुत कम दूरी पर, ग्लूऑन और क्वार्क के बीच परस्पर क्रिया धीरे-धीरे कम हो जाती है। क्वार्क कम दूरी पर मुक्त होते प्रतीत होते हैं। इस घटना को स्पर्शोन्मुख स्वतंत्रता कहा जाता है।

9.3. क्वार्क रंग.कारावास की घटना इस तथ्य का परिणाम है कि छह क्वार्कों में से प्रत्येक तीन "रंग" किस्मों के रूप में मौजूद है। क्वार्क आमतौर पर पीले, नीले और लाल रंग के होते हैं। प्राचीन वस्तुओं को अतिरिक्त रंगों में चित्रित किया जाता है: बैंगनी, नारंगी, हरा। ये सभी रंग क्वार्क के विशिष्ट आवेशों का प्रतिनिधित्व करते हैं - विद्युत आवेश के "बहुआयामी एनालॉग", जो मजबूत अंतःक्रिया के लिए जिम्मेदार हैं। बेशक, क्वार्क के रंगों और साधारण ऑप्टिकल रंगों के बीच रूपक के अलावा कोई संबंध नहीं है।

9.4. ग्लूऑन रंग.रंगीन ग्लूऑन का परिवार और भी अधिक है: उनमें से आठ हैं, जिनमें से दो उनके एंटीपार्टिकल्स के समान हैं, और शेष छह नहीं हैं। रंग आवेशों की परस्पर क्रिया को क्वांटम क्रोमोडायनामिक्स द्वारा वर्णित किया गया है और प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, सभी परमाणु नाभिक और सभी हैड्रॉन के गुणों को निर्धारित किया गया है। तथ्य यह है कि ग्लूऑन में रंग आवेश होते हैं, जिससे ग्लूऑन और क्वार्क के कारावास की घटना होती है, जिसका अर्थ है कि रंगीन ग्लूऑन और क्वार्क हैड्रोन से बच नहीं सकते हैं। रंगहीन (सफ़ेद) हैड्रॉन के बीच परमाणु बल, हैड्रॉन के भीतर शक्तिशाली रंग अंतःक्रियाओं की धुंधली गूँज हैं। यह अंतर्परमाण्विक बंधों की तुलना में आणविक बंधों की लघुता के समान है।

9.5. हैड्रोन द्रव्यमान।सामान्य रूप से हैड्रॉन और विशेष रूप से न्यूक्लियॉन का द्रव्यमान ग्लूऑन स्व-क्रिया द्वारा निर्धारित होता है। इस प्रकार, सभी दृश्यमान पदार्थों का द्रव्यमान, जो ब्रह्मांड की ऊर्जा का 4-5% बनाता है, ग्लूऑन की आत्म-क्रिया के कारण होता है।

10. मानक मॉडल और उससे आगे

10.1. 18 मानक मॉडल कण।सभी ज्ञात मौलिक कण स्वाभाविक रूप से तीन समूहों में आते हैं:

6 लेप्टान(स्पिन 1/2):
3 न्यूट्रिनो: ν इ, ν μ , ν τ ;
3 आवेशित लेप्टान: इ, μ , τ ;
6 क्वार्क(स्पिन 1/2):
यू,सी, टी,
डी, एस, बी;
6 बोसॉन:
जी̃ - ग्रेविटॉन (स्पिन 2),
γ , डब्ल्यू, जेड, जी- ग्लून्स (स्पिन 1),
एच- हिग्स (स्पिन 0) ।

10.2. मानक मॉडल से परे.ब्रह्मांड में 96% ऊर्जा मानक मॉडल के बाहर है, जो खोजे जाने और अध्ययन किए जाने की प्रतीक्षा में है। नई भौतिकी कैसी दिख सकती है, इसके बारे में कई बुनियादी धारणाएँ हैं (नीचे बिंदु 10.3-10.6 देखें)।

10.3. महान एकीकरण.बड़ी संख्या में कार्य, ज्यादातर सैद्धांतिक, मजबूत और इलेक्ट्रोकम इंटरैक्शन के एकीकरण के लिए समर्पित हैं। उनमें से अधिकांश मानते हैं कि यह 10 16 GeV के क्रम की ऊर्जा पर होता है। इस तरह के मिलन से प्रोटॉन क्षय होना चाहिए।

10.4. सुपरसिमेट्रिक कण.सुपरसिममेट्री के विचार के अनुसार, जो पहली बार लेबेडेव फिजिकल इंस्टीट्यूट में उत्पन्न हुआ, प्रत्येक "हमारे" कण में एक सुपरपार्टनर होता है जिसका स्पिन 1/2: 6 स्क्वार्क और 6 स्लीपन स्पिन 0, हिग्सिनो, फोटोनो, वाइन और ज़िनो से भिन्न होता है। स्पिन 1/2 के साथ, ग्रेविटिनो स्पिन 3/2 के साथ। इन सुपरपार्टनरों का द्रव्यमान हमारे कणों की तुलना में काफी अधिक होना चाहिए। अन्यथा वे बहुत पहले ही खुल गये होते। जब लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर चालू हो जाएगा तो कुछ सुपरपार्टनरों की खोज की जा सकती है।

10.5. सुपरस्ट्रिंग्स.सुपरसिमेट्री की परिकल्पना सुपरस्ट्रिंग्स के अस्तित्व की परिकल्पना द्वारा विकसित की गई है जो 10 −33 सेमी के क्रम की बहुत कम दूरी और 10 19 GeV की संगत ऊर्जा पर रहते हैं। कई सैद्धांतिक भौतिकविदों को उम्मीद है कि यह सुपरस्ट्रिंग्स के बारे में विचारों के आधार पर है कि वे सभी इंटरैक्शन का एक एकीकृत सिद्धांत बनाने में सक्षम होंगे जिसमें मुक्त पैरामीटर शामिल नहीं हैं।

10.6. दर्पण कण.दर्पण पदार्थ के विचार के अनुसार, जो पहली बार आईटीईपी में उभरा, हमारे प्रत्येक कण में एक दर्पण जुड़वां होता है, और एक दर्पण दुनिया होती है जो हमारी दुनिया के साथ बहुत ही शिथिल रूप से जुड़ी होती है।

10.7. गहरे द्रव्य।ब्रह्मांड में कुल ऊर्जा का केवल 4-5% ही सामान्य पदार्थ के द्रव्यमान के रूप में मौजूद है। ब्रह्मांड की लगभग 20% ऊर्जा तथाकथित डार्क मैटर में निहित है, जिसके बारे में माना जाता है कि इसमें सुपरपार्टिकल्स, या दर्पण कण, या कुछ अन्य अज्ञात कण शामिल हैं। यदि डार्क मैटर के कण सामान्य कणों की तुलना में बहुत भारी होते हैं, और अंतरिक्ष में एक-दूसरे से टकराते समय, वे साधारण फोटॉनों में नष्ट हो जाते हैं, तो इन उच्च-ऊर्जा फोटॉनों को अंतरिक्ष और पृथ्वी पर विशेष डिटेक्टरों द्वारा पता लगाया जा सकता है। डार्क मैटर की प्रकृति का पता लगाना भौतिकी के मुख्य कार्यों में से एक है।

10.8. काली ऊर्जा।लेकिन ब्रह्मांड की ऊर्जा का भारी बहुमत (लगभग 75%) तथाकथित डार्क एनर्जी के कारण है। यह निर्वात के माध्यम से "फैला" जाता है और आकाशगंगाओं के समूहों को अलग कर देता है। इसकी प्रकृति अभी भी अस्पष्ट है.

11. रूस और दुनिया में प्राथमिक कण

11.1. रूसी संघ के राष्ट्रपति का फरमान। 30 सितंबर, 2009 को, रूसी संघ के राष्ट्रपति का फरमान "एक राष्ट्रीय बनाने के लिए एक पायलट परियोजना को लागू करने के अतिरिक्त उपायों पर" अनुसंधान केंद्र"कुरचटोव संस्थान" डिक्री परियोजना में निम्नलिखित संगठनों की भागीदारी का प्रावधान करती है: सेंट पीटर्सबर्ग परमाणु भौतिकी संस्थान, उच्च ऊर्जा भौतिकी संस्थान और सैद्धांतिक और प्रायोगिक भौतिकी संस्थान। डिक्री "बजट निधि के मुख्य प्रबंधक के रूप में संघीय बजट व्यय की विभागीय संरचना में सबसे महत्वपूर्ण वैज्ञानिक संस्थान के रूप में निर्दिष्ट संस्थान को शामिल करने" का भी प्रावधान करती है। यह डिक्री हमारे देश में विज्ञान के विकास के लिए प्राथमिक कण भौतिकी को प्राथमिकता वाले क्षेत्रों में वापस लाने में योगदान दे सकती है।

11.2. अमेरिकी कांग्रेस की सुनवाई 1. 1 अक्टूबर 2009 को, अमेरिकी प्रतिनिधि सभा की विज्ञान और प्रौद्योगिकी समिति की ऊर्जा और पर्यावरण उपसमिति में "पदार्थ, ऊर्जा, अंतरिक्ष और समय की प्रकृति की जांच" विषय पर एक सुनवाई हुई। इस कार्यक्रम के लिए ऊर्जा विभाग का 2009 का विनियोग $795.7 मिलियन है। प्रोफ़ेसर विदेश महाविद्यालयलिसा रैंडल ने भविष्य के स्ट्रिंग सिद्धांत के दृष्टिकोण से पदार्थ, ऊर्जा और ब्रह्मांड की उत्पत्ति पर विचार प्रस्तुत किए। फर्मी नेशनल लेबोरेटरी (बटाविया) के निदेशक पियरे ओडोन ने संयुक्त राज्य अमेरिका में कण भौतिकी की स्थिति के बारे में बात की, और विशेष रूप से, टेवाट्रॉन के आगामी समापन और गुणों का अध्ययन करने के लिए एफएनएएल और भूमिगत प्रयोगशाला डीयूएसईएल के बीच संयुक्त कार्य की शुरुआत के बारे में बात की। न्यूट्रिनो और दुर्लभ प्रक्रियाएँ। उन्होंने यूरोप (एलएचसी), जापान (जेपीएआरसी), चीन (पीईआरसी) और अंतरराष्ट्रीय अंतरिक्ष परियोजना (जीएलएएसटी, जिसे हाल ही में फर्मी के नाम पर रखा गया है) में उच्च-ऊर्जा भौतिकी परियोजनाओं में अमेरिकी भौतिकविदों की भागीदारी के महत्व पर जोर दिया।

11.3. अमेरिकी कांग्रेस की सुनवाई 2.जेफरसन नेशनल लेबोरेटरी के निदेशक ह्यू मोंटगोमरी ने परमाणु भौतिकी, त्वरक प्रौद्योगिकी और प्रयोगशाला के योगदान के बारे में बात की। शिक्षण कार्यक्रम. ऊर्जा विभाग में उच्च ऊर्जा भौतिकी विज्ञान प्रभाग के निदेशक डेनिस कोवर ने उच्च ऊर्जा भौतिकी के तीन मुख्य क्षेत्रों के बारे में बात की:

1) अधिकतम ऊर्जा पर त्वरक अनुसंधान,

2) त्वरक अधिकतम तीव्रता पर अध्ययन करता है,

3) डार्क मैटर और डार्क एनर्जी की प्रकृति को स्पष्ट करने के लिए भू-आधारित और उपग्रह अंतरिक्ष अन्वेषण,

और परमाणु भौतिकी में तीन मुख्य दिशाएँ:

1) क्वार्क और ग्लूऑन की प्रबल अंतःक्रिया का अध्ययन,

2) प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से परमाणु नाभिक कैसे बने इसका अध्ययन,

3) न्यूट्रिनो से जुड़ी कमजोर अंतःक्रियाओं का अध्ययन।

12. मौलिक विज्ञान के बारे में

12.1. मौलिक विज्ञान क्या है?उपरोक्त पाठ से यह स्पष्ट है कि मैं, अधिकांश वैज्ञानिकों की तरह, मौलिक विज्ञान को विज्ञान का वह हिस्सा कहता हूं जो प्रकृति के सबसे मौलिक नियमों को स्थापित करता है। ये नियम विज्ञान के पिरामिड या उसकी अलग-अलग मंजिलों की नींव पर स्थित हैं। वे सभ्यता के दीर्घकालिक विकास को निर्धारित करते हैं। हालाँकि, ऐसे लोग भी हैं जो मौलिक विज्ञान को विज्ञान की वे शाखाएँ कहते हैं जिनका सभ्यता के विकास में क्षणिक उपलब्धियों पर सबसे अधिक प्रत्यक्ष प्रभाव पड़ता है। मैं व्यक्तिगत रूप से सोचता हूं कि इन अनुभागों और क्षेत्रों को व्यावहारिक विज्ञान कहा जाना बेहतर है।

12.2. जड़ें और फल.यदि मौलिक विज्ञान की तुलना पेड़ की जड़ों से की जा सकती है, तो व्यावहारिक विज्ञान की तुलना उसके फलों से की जा सकती है। निर्माण जैसी प्रमुख तकनीकी सफलताएँ मोबाइल फोनया फ़ाइबर ऑप्टिक संचार, ये विज्ञान के फल हैं।

12.3. विज्ञान के बारे में ए. आई. हर्ज़ेन। 1845 में, अलेक्जेंडर इवानोविच हर्ज़ेन (1812-1870) ने ओटेचेस्टवेन्नी ज़ापिस्की पत्रिका में उल्लेखनीय "प्रकृति के अध्ययन पर पत्र" प्रकाशित किया। अपने पहले पत्र के अंत में, उन्होंने लिखा: "विज्ञान कठिन लगता है इसलिए नहीं कि यह वास्तव में कठिन है, बल्कि इसलिए कि आप इसकी सरलता तक नहीं पहुंच सकते हैं, सिवाय उन तैयार अवधारणाओं के अंधेरे को तोड़ने के जो आपको सीधे देखने से रोकते हैं। जो लोग आगे आएं उन्हें बताएं कि जंग लगे और बेकार उपकरणों का पूरा भंडार जो हमें विद्वतावाद से विरासत में मिला है, बेकार है, कि विज्ञान के बाहर बने विचारों का त्याग करना आवश्यक है, बिना सब कुछ फेंके आधा झूठ, जिसके साथ वे स्पष्टता के लिए कपड़े पहनते हैं आधे सच"आप विज्ञान में प्रवेश नहीं कर सकते, आप संपूर्ण सत्य तक नहीं पहुँच सकते।"

12.4. स्कूली कार्यक्रमों में कटौती के बारे में.स्कूल में आधुनिक भौतिकी कार्यक्रमों में प्राथमिक कणों के सिद्धांत, सापेक्षता के सिद्धांत और क्वांटम यांत्रिकी के तत्वों की सक्रिय महारत शामिल हो सकती है, यदि वे उन वर्गों को कम करते हैं जो मुख्य रूप से प्रकृति में वर्णनात्मक हैं और दुनिया को समझने के बजाय बच्चे की "विद्वता" को बढ़ाते हैं। उनके चारों ओर रहने और सृजन करने की क्षमता।

12.5. निष्कर्ष।रूसी विज्ञान अकादमी के प्रेसीडियम के लिए यह सही होगा कि वह सापेक्षता और क्वांटम यांत्रिकी के सिद्धांत की उपलब्धियों के आधार पर युवाओं को विश्वदृष्टि से शीघ्र परिचित कराने के महत्व पर ध्यान दे और रूसी विज्ञान अकादमी के प्रेसीडियम के आयोगों को निर्देश दे। पाठ्यपुस्तकों पर विज्ञान अकादमी (उपराष्ट्रपति वी.वी. कोज़लोव की अध्यक्षता में) और शिक्षा पर (उपराष्ट्रपति वी.ए. सदोव्निची की अध्यक्षता में) माध्यमिक और उच्च विद्यालयों में आधुनिक मौलिक भौतिकी के शिक्षण में सुधार के लिए प्रस्ताव तैयार करना।

विवरण

किसी निश्चित कनेक्शन को भौतिक कानून कहलाने के लिए, उसे निम्नलिखित आवश्यकताओं को पूरा करना होगा:

• अनुभवजन्य पुष्टि. कोई भौतिक नियम तभी सत्य माना जाता है जब बार-बार किए गए प्रयोगों से इसकी पुष्टि हो जाती है।
• बहुमुखी प्रतिभा. कानून बड़ी संख्या में वस्तुओं के लिए मान्य होना चाहिए। आदर्श रूप से - ब्रह्मांड में सभी वस्तुओं के लिए।
• वहनीयता। भौतिक नियम समय के साथ नहीं बदलते हैं, हालाँकि उन्हें अधिक सटीक कानूनों के सन्निकटन के रूप में पहचाना जा सकता है।

भौतिक नियम आमतौर पर एक संक्षिप्त मौखिक कथन या एक संक्षिप्त गणितीय सूत्र के रूप में व्यक्त किए जाते हैं:

उदाहरण

मुख्य लेख: भौतिक नियमों की सूची

कुछ सबसे प्रसिद्ध भौतिक नियम हैं:

कानून-सिद्धांत

कुछ भौतिक नियम प्रकृति में सार्वभौमिक हैं और मूलतः परिभाषाएँ हैं। ऐसे कानूनों को अक्सर सिद्धांत कहा जाता है। इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, न्यूटन का दूसरा नियम (बल की परिभाषा), ऊर्जा संरक्षण का नियम (ऊर्जा की परिभाषा), न्यूनतम क्रिया का सिद्धांत (क्रिया की परिभाषा), आदि।

समरूपता के परिणाम नियम

कुछ भौतिक नियम प्रणाली में मौजूद कुछ समरूपताओं के सरल परिणाम हैं। इस प्रकार, नोएदर के प्रमेय के अनुसार संरक्षण कानून अंतरिक्ष और समय की समरूपता के परिणाम हैं। और पाउली सिद्धांत, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों की पहचान (कणों की पुनर्व्यवस्था के सापेक्ष उनके तरंग कार्य की एंटीसिममेट्री) का परिणाम है।

अनुमानित कानून

सभी भौतिक नियम अनुभवजन्य अवलोकनों का परिणाम हैं और उसी सटीकता के साथ सत्य हैं जिस सटीकता के साथ प्रयोगात्मक अवलोकन सत्य हैं। यह सीमा हमें यह दावा करने की अनुमति नहीं देती है कि कोई भी कानून पूर्ण है। यह ज्ञात है कि कुछ कानून स्पष्ट रूप से बिल्कुल सटीक नहीं हैं, लेकिन अधिक सटीक अनुमान प्रस्तुत करते हैं। इस प्रकार, न्यूटन के नियम केवल प्रकाश की गति से काफी कम गति पर चलने वाले पर्याप्त विशाल पिंडों के लिए मान्य हैं। क्वांटम यांत्रिकी और विशेष सापेक्षता के नियम अधिक सटीक हैं। हालाँकि, वे, बदले में, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के अधिक सटीक समीकरणों के अनुमान हैं।

यह सभी देखें

टिप्पणियाँ

विकिमीडिया फ़ाउंडेशन. 2010.

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