Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
§ 1.2.6. Фундаментальные взаимодействия
Указанные в табл. 3 взаимодействия вместе с гравитационным называют фундаментальными потому что абсолютно любые взаимодействия в природе сводятся к этим пяти.
Каждое из пяти взаимодействий, приведённых на стр. 8. (рис. 1.1.) формируется своим физическим полем. Каждое поле, согласно табл. 3, формируется переносчиками взаимодействия – фундаментальными бозонами, которые называются квантами. Поэтому соответствующая теория получила название «Квантовая теория поля».
Гравитационное взаимодействие (определение на стр. 8) , формируемое гравитационным полем (определение на стр. 9), в табл. 3 отсутствует, хотя свойства этого взаимодействия изучены достаточно давно и подробно. Но частицы, отвечающей за гравитационное взаимодействие, до сих пор не обнаружено, хотя теоретики достаточно подробно описывают свойства, которыми она должна обладать и даже дали ей название «гравитон». В частности, гравитон должен иметь спин равный 2. Но поскольку экспериментального доказательства существования кванта гравитационного поля – гравитона – до сих пор получить не удалось, то наиболее признанной теорией, объясняющей свойства гравитационного поля, остаётся общая теория относительности, согласно которой гравитационное поле является результатом кривизны пространственно-временного континуума (более подробно в § 1.10.), а не обмена взаимодействующих тел гравитонами. Концепция кривизны пространственно-временного континуума, также как представления об объектно-пространственном взаимодействии (рис. 1.19, стр. 48), выходит за рамки квантовой теории поля. Попытки создать объединяющую теорию, в которой квантовая теория поля и общая теория относительности представляли бы собой два аспекта единого учения, пока, не увенчались успехом.
Таким образом, гравитационное поле остаётся для современной науки наиболее загадочным физическим полем.
Примеры решения задач
Задача 1
5. Во сколько раз самый массивный лептон тяжелее электрона?
|
Дано: mе = 5,5∙10–4 а.е.м. mτ = 1,9 а.е.м. |
Решение
|
|
N – ? |
.Вычисление
Ответ: N = 3,(45)∙103.
Задача 2
Доказать, что инертная и гравитационная массы тела равны, если приложенная к этому телу сила 70 Н сообщает ему ускорение 1 м/c2. Сила притяжения этого тела к Земле у поверхности Земли равна отношению 
Масса Земли 6∙1024 кг, радиус Земли 6 371 км, гравитационная постоянная равна 6,67∙10–11 Н∙м2/кг2.
|
Дано: F1 = 70 Н а = 1 м/c2 F2 = 686 Н М = 6∙1024 кг R = 6,371∙106 м γ = 6,67∙10–11 Н∙м2/кг2 |
Решение Согласно второму закону Ньютона
Согласно Закону всемирного тяготения
|
|
mи – ? mг – ? |
.
.Вычисление
Ответ: mи = mг = 70 кг.
Задачи для самостоятельного решения
1. Рассчитать релятивистскую массу фотона, частота колебаний которого, составляет 5∙10 14 Гц.
2. Проверить справедливость принципа эквивалентности для камня, находящегося на Лунной поверхности, если при воздействии на него силы 5 Н, он испытывает ускорение 10 м/c2. Сила притяжения этого камня к Луне равна отношению 
Масса Луны 7,35∙1022 кг. Диаметр Луны 3476 км. Гравитационная постоянная равна 6,67∙10–11 Н∙м2/кг2.
3. Пользуясь табл. 2, и полагая, что 1 а.е.м. ≡ 1,66∙10–27 кг, оценить энергию глюонов в протоне.
4. Вычислить и представить в системе СИ массу очарованного b-мезона, состоящего из с-кварка и b-антикварка, если глюоны этой частицы обладают совокупной энергией 1,2∙10–10 Дж.
5. Вычислить и представить в системе СИ массу пиона π+, состоящего из u-кварка и d-антикварка, если глюоны этой частицы обладают совокупной энергией 3,195∙10–12 Дж.
6. Оценить – во сколько раз время жизни бозона Хиггса превышает время жизни W-бозонов и Z-бозонов.
7. Пользуясь принципом неопределённости Гейзенберга, рассчитать ошибку определения импульса (Δpx; Δpу; Δpz) элементарной частицы, если ошибка определения её координаты (Δx; Δу; Δz) составила
Δx = Δу = Δz = 2,64π∙10–36 м.
1. Перечислите известные вам кварки и укажите значения их зарядов и спин. Какие из перечисленных кварков участвуют в образовании протона и нейтрона?
2. Перечислите известные вам лептоны и укажите значения их зарядов и спин. Какой из лептононов входит в состав атомов?
3. Перечислите известные вам бозоны и укажите значения их зарядов и спин. Какое взаимодействие обеспечивает каждый из них?