Современная физическая картина мира

временного континуума. Он сам служит лишь ареной проявления. Поля и  частицы

чужды геометрии  мира и их надо добавить  к  геометрии,  чтобы  вообще  можно

было говорить о какой либо физике;

  2) в мире  нет ничего, кроме пустого искривленного  пространства.  Материя,

заряд,  электромагнетизм   и   другие   поля   являются   лишь   проявлением

искривленного пространства. Физика есть геометрия.

  ОТО оказалась переходной теорией между первым и вторым подходами.  В ОТО

представлен  смешанный   тип   описания   реальности:   гравитация   в   ней

геометризирована, а частицы и поля, отличные от  гравитации,  добавляются к

геометрии.

  Многие  ученые  (в  том  числе  и   сам  Эйнштейн)  предпринимали   попытки

объединить  электромагнитное  и  гравитационное  поля  в  рамках  достаточно

общего геометрического  формализма на базе  ОТО.  С открытием разнообразных

элементарных частиц и соответствующих им полей естественно  встала  проблема

включения  и  их  в  рамки  подобной  единой  теории.  Это  положило  начало

длительному  процессу  поисков  геометризированной   единой   теории   поля,

которая, по замыслу, должна реализовать второй подход —  сведение  физики  к

геометрии, создание геометродинамики.

  Анализ показывает, что  там,  где  проявляются   изменения  топологической

структуры  мира,  топологии   пространственно-временного   континуума,   там

фиксируется  кажущееся  изменение  фундаментальных  законов  природы.   Так,

происходит кажущееся  нарушение причинности,  когда  при  падении  в  «черную

дыру» исчезают элементарные частицы. Поэтому изучение пространства  и  поиск

единой теории поля имеет глобальное значение. 
 
 
 
 
 
 

3.1 Гравитация 

  Гравитация  первым  из  четырех  фундаментальных   взаимодействий   стала

предметом научного исследования. Созданная в  XVII  в.  Ньютоновская  теория

гравитации (закон  всемирного тяготения) позволила впервые  осознать  истинную

роль гравитации как силы природы.

  Гравитация  обладает  рядом  особенностей,  отличающих   ее   от   других

фундаментальных   взаимодействий.   Наиболее    удивительной    особенностью

гравитации является ее малая интенсивность. Гравитационное взаимодействие  в

1039 раз меньше  силы взаимодействия электрических  зарядов. Как  может  такое

слабое взаимодействие оказаться господствующей силой  во Вселенной?

  Все дело  во второй удивительной черте  гравитации — в ее  универсальности.

Ничто во Вселенной  не может избежать гравитации. Каждая  частица  испытывает

на себе действие гравитации и сама является источником гравитации,  вызывает

гравитационное  притяжение. Гравитация возрастает  по  мере  образования  все

больших скоплений  вещества. И  хотя  притяжение  одного  атома  пренебрежимо

мало, но результирующая сила притяжения со стороны всех  атомов  может  быть

значительной. Это  проявляется и в повседневной жизни: мы ощущаем  гравитацию

потому, что все  атомы Земли сообща притягивают  нас. Зато  в  микромире  роль

гравитации  ничтожна.  Никакие квантовые эффекты в гравитации  пока   не

доступны наблюдению.

  Кроме того, гравитация — далъподействующая сила  природы.  Это означает,

что,   хотя   интенсивность   гравитационного   взаимодействия   убывает   с

расстоянием, оно  распространяется в  пространстве  и  может  сказываться  на

весьма  удаленных  от   источника   телах.   В    астрономическом   масштабе

гравитационное  взаимодействие, как правило, играет главную  роль.  Благодаря

дальнодействию гравитация позволяет Вселенной развалиться на  части:  она

удерживает планеты  на орбитах, звезды в галактиках, галактики  в  скоплениях,

скопления в Метагалактике.

  Сила гравитации, действующая между  частицами,  всегда  составляет  собой

силу   притяжения:   она   стремится   сблизить   частицы.    Гравитационное

отталкивание еще  никогда не наблюдалось.

  Пока еще  нет однозначного ответа на  вопрос,  чем  является  гравитация  —

неким полем, искривлением пространства-времени или тем  и другим  вместе.  На

этот счет существуют разные мнения и концепции. Поэтому  нет  и  завершенной

теории квантово-гравитационного  взаимодействия. 
 
 

3.2 Электромагнетизм 

  По  величине  электрические  силы  намного   превосходят   гравитационные,

поэтому в отличие  от слабого  гравитационного  взаимодействия  электрические

силы, действующие  между телами  обычных  размеров,  можно  легко  наблюдать.

Электромагнетизм  известен людям  с  незапамятных  времен  (полярные  сияния,

вспышки молнии и  др.).

  Не все   материалы  частицы  являются  носителями  электрического  заряда.

Электрически нейтральны, например, фотон и нейтрино.  В  этом  электричество

отличается от гравитации. Все материальные  частицы  создают  гравитационное

поле,  тогда  как  с  электромагнитным-  полем связаны только,  заряженные

частицы.

  Долгое время  загадкой была и  природа   магнетизма.  Как  и  электрические

заряды,  одноименные  магнитные  полюсы  отталкиваются,  а  разноименные   —

притягиваются.  В  отличие  от  электрических   зарядов   магнитные   полюсы

встречаются не по отдельности, а только парами —  северный  полюс  и  южный.

Хорошо известно, что в обычном магнитном стержне  один  конец  действует  как

северный полюс, а другой — как южный.

  Электрическая   и   магнитная   силы   (как   и   гравитация)    являются

недействующими, их действие ощутимо на  больших расстояниях от  источника.

Электромагнитное  взаимодействие проявляется на  всех  уровнях  материи  —  в

мегамире, макромире и микромире. Как и гравитация,  оно подчиняется закону

обратных  квадратов.  Электромагнитное  поле  Земли  простирается  далеко  в

космическое  пространство,  мощное  поле  Солнца  заполняет  всю   Солнечную

систему;    существуют    и     галактические     электромагнитные     поля,

электромагнитное  взаимодействие  определяет  также   структуру   атомов   и

отвечает за  подавляющее  большинство  физических  и  химических  явлений  и

процессов (за исключением  ядерных).  К  нему  сводятся  обычные  силы:  силы

упругости, трения,  поверхностного  натяжения,  им  определяются  агрегатные

состояния вещества, оптические явления и др. 
 
 

3.3 Слабое взаимодействие 

  К выявлению   существования  слабого  взаимодействия  физика  продвигалась

медленно. Слабое взаимодействие ответственно за распады  частиц; и поэтому  к

его проявлением  столкнулись  с  открытием  радиоактивности  и  исследованием

бета-распада.  У  бета-распада  обнаружилась  в  высшей   степени   странная

особенность. Исследования приводили к выводу, что в этом распаде  как  будто

нарушается  один  из  фундаментальных  законов  физики  —  закон  сохранения

энергии. Казалось, что часть энергии куда-то исчезала. Чтобы «спасти»  закон

сохранения энергии, В. Паули предположил, что   при  бета-распаде  вместе  с

электроном вылетает, унося с собой недостающую  энергию,  еще  одна  частица.

Она — нейтральная  и обладает необычайно  высокой  проникающей  способностью,

вследствие  чего  ее  не  удавалось  наблюдать.  Э.  Ферми  назвал  частицу-

невидимку «нейтрино».

  Но предсказание  нейтрино — это только  начало  проблемы,  её  постановка.

Нужно  было  объяснить  природу  нейтрино,   но   здесь   оставалось   много

загадочного. Дело в том, что электроны и нейтрино испускались  нестабильными

ядрами. Но было неопровержимо, доказано, что внутри ядер нет  таких  частиц.

Как  же  они  возникали?  Было  высказано  предположение,  что  электроны  и

нейтрино  не  существуют  в  ядре  в  «готовом  виде»,  а  каким-то  образом

образуются  из  энергии   радиоактивного   ядра.   Дальнейшие   исследования

показали, что входящие в состав ядра нейтроны, предоставленные  самим  себе,

несколько минут  распадаются на протон,  электрон  и  нейтрино,  т.е.  вместо

одной частицы  появляется три новые. Анализ приводит к выводу, что  известные

силы не могут  вызвать такой распад. Он,  может,  порождался  какой-то  иной,

неизвестной  силой.  Исследования  показали,  что  этой  силе  соответствует

некоторое слабое взаимодействие.

  Слабое взаимодействие  по величине значительно меньше  всех взаимодействий,

кроме гравитационного,  и в системах,  где оно существует,  его эффекты

оказываются в  тени электромагнитного сильного  взаимодействий.  Кроме  того,

слабое взаимодействие распространяется на очень незначительных  расстояниях.

Радиус слабого  взаимодействия очень мал. Слабое взаимодействие  прекращается

на расстоянии, большем 1016 см от источника, и потому оно  не  может  влиять

на  макроскопические  объекты,  а  ограничивается  микромиром,   субатомными

частицами. Когда  началось  лавинообразное  открытие  множества  нестабильных

субъядерных частиц, то обнаружилось, что  большинство  из  них  участвуют  в

слабом взаимодействии.

  Теория слабого  взаимодействия была создана  в конце  60-х  гг.  С   момента

построения Максвеллом теории электромагнитного  поля  создание  этой  теории

явилось самым  крупным шагом на пути к единству физики. 
 
 

4.1 Элементарные  частицы 

  Элементарные частицы играю огромную роль  в  общем  понимании  физической

картины мира. Представления  об элементарных частицах задаёт материю.

  Исторически   первыми   экспериментально   обнаруженными    элементарными

частицами  были  электрон,  протон,  а  затем  нейтрон.  При  таком  подходе

вещество  строилось  из  протонов,  нейтронов   и   электронов,   а   фотоны

осуществляли взаимодействие между ними. Однако  скоро  выяснилось,  что  мир

устроен гораздо  сложнее. Было установлено, что каждой частице  соответствует

своя античастица, отличающаяся от неё  лишь  знаком  заряда.  Для  частиц  с

нулевым зарядом  античастица совпадает с частицей(например  фотон).  По  мере

развития экспериментальной  ядерной физики к  этим  частицам  добавилось  ещё