Файл: Справочник (белкин).doc

12. Из принципа неопределённости следует, что некоторые физические величины не имеют определённого значения в данном состоянии. Невозможность одновременного равенства нулю как числа фотонов, так и напряжённостей электрического и магнитного полей даёт основание считать вакуумное состояние не просто отсутствием поля, а одном из возможных состояний поля с определёнными свойствами.

13. Состояние системы в квантовой механике определяется волновой  (пси)-функцией, квадрат модуля которой означает вероятность нахождения частицы в данной точке пространства. Волновая функция объекта находится решением волнового уравнения, называемого уравнением Шредингера.

14. Тождественность частиц – фундаментальный принцип квантовой механики, согласно которому состояния системы, получающиеся перестановкой тождественных частиц местами, неразличимы и должны рассматриваться как одно физическое состояние. Тождественными считаются частицы, обладающие одинаковыми характеристиками, например, все электроны Вселенной.

15. Принцип тождественности означает, что вероятность реализации системы не должна изменяться, если тождественные частицы поменять местами. Волновая функция  системы из двух одинаковых частиц будет зависеть от координат и спинов каждой частицы, которые мы условно обозначим числами 1 и 2. Здесь 1 означает совокупность всех координат и спин первой частицы, а 2 – второй. Квадрат модуля волновой функции означает вероятность нахождения частицы в данном месте, причем тождественность частиц требует, чтобы эта вероятность не изменялась, если частицы поменять местами, т. е.:

Из этой формулы вытекают две возможности:

Полученный результат означает, что в природе существуют два класса волновых функций – симметричные и антисимметричные. Частицы, описываемые симметричными волновыми функциями, называются бозонами, они обладают целым спином и могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Примеры: фотоны, пи-мезоны. Частицы с антисимметричными волновыми функциями называются фермионами, у них полуцелый спин, и они не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии (принцип Паули). Примеры: электрон, протон, нейтрон.

16. Атом состоит из протонно-нейтронного ядра, окружённого электронными оболочками. Положение электрона в атоме нельзя точно определить, ибо электрон – волна, «размазанная» по всему атому.

17. Ядра атомов имеют размеры 10^-13–10^-12 см и положительный заряд, кратный абсолютной величине заряда электрона или протона. Число протонов ядра (заряд ядра) совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе Менделеева.

18. Изотопами называются ядра с одинаковыми зарядами, но разным числом нейтронов. Например, хлор-35 и хлор-37.

19. Общее число нуклонов (протонов и нейтронов) в ядра называется массовым числом.

20. Изотонами называются ядра с разными зарядами, но одинаковым числом нейтронов. Например, углерод-13 и азот-14.

21. Изобарами называются ядра с одинаковыми массовыми числами, но с разным числом протонов и нейтронов, т. е. разные химические элементы. Например, аргон-40 и кальций-40.

22. Энергией связи ядра называется энергия, которую необходимо затратить для расщепления ядра на отдельные нуклоны. Масса ядра меньше, чем суммарная масса составляющих его нуклонов, эта разница называется дефектом массы. Энергия связи ядра равна дефекту массы, умноженной на квадрат скорости света, согласно закону взаимосвязи между массой и энергией (теория относительности).

23. Реакции распада некоторых ядер идут с выделением энергии. К ним относится реакция цепного деления урана, применяемая в атомных электростанциях или атомных бомбах.

24. Реакции синтеза лёгких атомных ядер также протекают с выделением энергии в ещё больших размерах. Такие реакции идут в водородных бомбах или в звёздах.

25. Элементарными называются мельчайшие наблюдаемые частицы, не являющиеся атомами или атомными ядрами. Исключение составляет протон – ядро атома водорода.

26. К основным характеристикам элементарных частиц относятся масса, заряд, спин, время жизни и квантовые числа.

27. Каждой элементарной частице соответствует античастица, кроме фотона. Частица-электрон отличается от своей античастицы – позитрона знаком электрического заряда.

28. Фундаментальные взаимодействия по величине относительной интенсивности (от большей к меньшей) располагаются в следующем порядке:

– сильное или ядерное (притяжение нуклонов в ядрах, короткодействующее);

– электромагнитное (притяжение или отталкивание электрических зарядов, дальнодействующее),

– слабое (взаимодействие лептонов, короткодействующее),

– гравитационное (притяжение тел, имеющих массу, дальнодействующее).

29. На расстояниях макромира (например, свыше 1 мм) частицы могут испытывать только электромагнитные или гравитационные взаимодействия.

30. Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны, электромагнитного – виртуальные фотоны, слабого – промежуточные векторные бозоны, гравитационного – гравитоны (гипотетические, экспериментально не обнаруженные частицы).

31. В ядрах атомов доминирует сильное взаимодействие между нуклонами (протонами и нейтронами), которое превосходит электромагнитное отталкивание положительно заряженных протонов.

32. В ядерных реакциях (термоядерных или превращениях в ядерных реакторах) определяющими взаимодействиями оказываются сильное и слабое.

33. Существование атома обусловлено электромагнитным взаимодействием: притяжением положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака.

34. Атомы соединяются в молекулы и удерживаются в них посредством электромагнитного взаимодействия.

35. Давление света обусловлено электромагнитным взаимодействием.

36. В космосе, например, в галактике или Солнечной системе доминирует гравитационное взаимодействие, распространяющееся со скоростью 300 000 км/с.

37. Классификация элементарных частиц:

– по времени жизни: стабильные (протон, электрон, нейтрино и их античастицы) и нестабильные (свободный нейтрон, резонансы и др.);

– по их массе (устаревшая): безмассовые (фотон), лёгкие (лептоны), средние (мезоны), тяжёлые (барионы).

– основной является классификация частиц по их участию в фундаментальных взаимодействиях, согласно которой адронами называются частицы, участвующие во всех четырех взаимодействиях, а лептонами – частицы, не участвующие в сильном взаимодействии. Здесь имеется некоторое расхождение с ранее сложившейся терминологией, поскольку лептонами оказались не только легкие частицы. Адроны могут быть как бозонами (барионы), так и фермионами (мезоны). Лептоны (кроме фотона) являются фермионами. Примеры адронов: протон, нейтрон, пион, гипероны. Примеры лептонов: электрон, позитрон, мюон, нейтрино.

38. Изучение свойств адронов позволило обнаружить у них особую симметрию. Концепция симметрии как фактора, определяющего существование различных семейств и групп, привела к заключению о наличии у адронов общих структурных элементов, которые получили название кварков.

39. Кварки – это особые структурные единицы, из которых состоят адроны. Мезоны образуются из пары кварк – антикварк, барионы – из трёх кварков. В свободном состоянии кварки не существуют. Кваркам приписывается дробный электрический заряд, спин ½ (кварки – фермионы) и другие квантовые числа. Кварки бывают шести типов. Каждый из них может находиться в одном из трёх «окрашенных» состояний (условная терминология): жёлтый, синий, красный. Антикваркам приписываются противоположные цвета: фиолетовый, оранжевый и зелёный. Именно кварки содержат переносчики сильного взаимодействия – глюоны.

40. Фундаментальных частиц, представляющих собой основу мироздания всего 17. К ним относятся 12 фермионов (шесть кварков и шесть лептонов: электрон, таон, мюон, электронное нейтрино, таонное нейтрино и мюонное нейтрино) и 5 переносчиков фундаментальных взаимодействий: фотон, глюон, два промежуточных векторных бозона и гравитон (табл. 2.3).

Таблица 2.3

Фундаментальные частицы

41. Создана единая теория электрослабых взаимодействий, в которой объединены электромагнитное и слабое взаимодействия. Существует гипотеза о единстве всех видов взаимодействий. Из нее следует идея объединения сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий в одно фундаментальное, называемая Великим объединением. В основе такого объединения лежит принцип симметрии, здесь предполагается, что симметрии сильного и электрослабого взаимодействий являются локальными, т. е. элементами единого калибровочного взаимодействия. Возможным вариантом развития моделей является единое описание всех взаимодействий, включая гравитационное. Такая теория означала бы суперобъединение, содержащее все известные поля, в результате последовательного применения преобразований суперсимметрии.

3. Порядок и беспорядок в природе

1. Системой называется множество объектов, находящихся в каких-либо отношениях друг с другом. Строение системы характеризуется её компонентами и их связями друг с другом.

2. Подсистемой называется наибольшая часть системы, которая обладает определённой автономностью и сама является системой более низкого уровня.

3. Иерархией называется подчинение систем друг другу.