Моделирование в физике элементарных частиц

 Большой энциклопедический словарь (Часть 2, ЛЕОНТЬЕВ - ЯЯТИ)

Труды по физике элементарных частиц и космических лучей. МЕНОРКА (Menorca) - остров в Средиземном м., в составе Балеарских о-вов. Территория Испании. 754 км2. Высота до 357 м. Средиземноморские кустарники и леса. Морские курорты; туризм. МЕНОРРАГИЯ (от греч. men - месяц и rhegnymi - прорываюсь) - усиление и удлинение менструальных кровотечений - признак ряда заболеваний матки. Ср. Маточное кровотечение. МЕНОТТИ (Menotti) Джан Карло (р. 1911) - американский композитор, либреттист. По происхождению итальянец. С 1928 живет в США. Оперы на собственные либретто "Медиум" (1946), "Телефон" (1947), "Консул" (1950), "Лабиринт" (1963); балеты и др. В 1958 основал в Сполето "Фестиваль 2 миров" (итальянская и американская музыка), в 1977 - американский фестиваль в Чарлстоне. МЕНОТТИ Чиро (1798-1831) - итальянский карбонарий, организатор заговора в Модене, давшего толчок революции 1831 в государствах Центральной Италии (которую возглавили карбонарии). Менотти повешен по приговору суда. МЕНРВА - в этрусской мифологии богиня материнства, позднее почиталась как богиня-воительница, покровительница ремесла и ремесленников

 Вселенная, Галактика и Солнечная система

Наука, которая изучает Вселенную как единое целое, называется космологией. Большинство существующих космологических теорий опирается на теорию тяготения, физику элементарных частиц, общую теорию относительности и другие фундаментальные физические теории и, конечно, на астрономические наблюдения. В космологии широко используется метод моделирования, учёные строят теоретические модели Вселенной, ищут наблюдательные факты, на основе которых можно проверить правильность теоретических выводов. Применение ЭВМ позволяет проводить необходимые при этом расчёты. В частности, такие расчеты показали, сто под действием гравитационных сил первоначально практически однородная среда в конце концов, за миллиарды лет могла приобрести структуру, наблюдаемую во Вселенной в современную эпоху. Реальная Вселенная, как оказалось, хорошо описывается моделями расширяющейся Вселенной, из которых следует, что раньше галактики были в среднем ближе к друг другу, чем сейчас, а 10 - 15 млрд. лет назад средняя плотность материи во Вселенной была такой большой, температура столь высокой, что вещество могло существовать только в виде элементарных частиц.

 Большой энциклопедический словарь (Часть 2, ЛЕОНТЬЕВ - ЯЯТИ)

Труды по ядерной физике и физике элементарных частиц. ШАПИРО Федор Львович (1915-73) - российский физик, член-корреспондент АН СССР (1968). Труды по ядерной и нейтронной физике. Впервые экспериментально обнаружил ультрахолодные нейтроны и исследовал их свойства. Участник создания импульсного реактора на быстрых нейтронах. Государственная премия СССР (1971). ШАПИТО (франц. chapiteau) - вид временного циркового помещения. Разборная конструкция из легких мачт и натягиваемого на них брезента (или другого материала). ШАПКА МОНОМАХА - золотой филигранный остроконечный головной убор среднеазиатской работы 14 в. с собольей опушкой, украшенный драгоценными камнями и крестом, регалия русских великих князей и царей, символ самодержавия в России. В кон. 15 - нач. 16 вв. получила известность легенда о византийском происхождений шапки Мономаха, якобы присланной императором Константином Мономахом великому князю киевскому Владимиру II Мономаху. Эта легенда была использована при создании политической теории: "Москва - третий Рим"

 Энрико Ферми

И здесь он достиг замечательных результатов. Одной из особенностей физических идей Ферми является их долголетие. Ряд последних работ великого ученого был оценен лишь после его смерти. Одной из них является совместная работа Ферми и Ч.Янга по составным моделям элементарных частиц. Когда она появилась, то многие, даже маститые физики-теоретики были удивлены ее "бессодержательностью". Но прошло время, и на основе работы Ферми-Янга появились новые модельные схемы, сыгравшие большую роль в развитии физики элементарных частиц. Одной из последних таких моделей является модель кварков. На склоне лет Ферми, по словам Сегре, собирался написать книгу, посвященную тем трудным вопросам физики, о которых часто говорят "как хорошо известно", "как нетрудно показать" и т.п. Он начал даже собирать вопросы, лишь кажущиеся элементарными. Но, к сожалению, у него не осталось на это времени. Когда в 1946 г. Ферми оценивал, что им уже сделано, он сказал Сегре: "Одна треть". Две трети он собирался еще сделать, до предела уплотняя свой рабочий день.

 Эврика-87

Это, по-видимому, связано с существованием гигантских областей ионизированного водорода, расположенных в спиральных рукавах нашей Галактики. Такие области, заполненные плазмой (смесью протонов и электронов) и ослабляющие проходящее через них излучение, получили название Н 11-областей. Масса самых крупных иа них превосходит массу Солнца в миллионы раз, а температура плазмы в таких областях около 10 тысяч К. Замечена любопытная закономерность: плотность ионизированного водорода зависит от размеров той или иной области, а конкретно: чем меньше область, тем выше в ней плотность водорода. Объяснение этому факту пока не найдено. Некоторые из областей удалось отождествить с объектами, наблюдаемыми оптическими методами, другие видны лишь в радиодиапазоне. Установить причины их возникновения и найти разгадку необычной зависимости плотности плазмы от размеров области - задачи дальнейших исследований. Мир без конца и без края Новые законы, открытые в физике элементарных частиц, заставляют предполагать, что картина равномерно расширяющейся Вселенной - это только одна из многих фаз "мировой истории", причем весьма далеко отстоящая от "начала мира"

 Наука - Физика

Г Л А В А II К О Н Ц Е П Ц И И Ф И З И К И ВВЕДЕНИЕ: что изучает физика? Физика - наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности природы, строение и законы движения материи. Физику относят к точным наукам. Ее понятия и законы составляют основу естествознания. Границы, разделяющие физику и другие естественные науки, исторически условны. Принято считать, что в своей основе физика является наукой экспериментальной, поскольку открытые ею законы основаны на установленных опытным путем данных. Физические законы представляются в виде количественных соотношений, выраженных на языке математики. В целом физика разделяется на экспериментальную, имеющую дело с проведением экспериментов с целью установления новых фактов и проверки гипотез и известных физических законов, и теоретическую, ориентированную на формулировку физических законов, объяснение на основе этих законов природных явлений и предсказание новых явлений. Структура физики сложна. В нее включаются различные дисциплины или разделы. В зависимости от изучаемых объектов выделяют физику элементарных частиц, физику ядра, физику атомов и молекул, физику газов и жидкостей, физику плазмы, физику твердого тела.

 Физика

Это его утверждение основывалось на предложенном им в работе 1905 г. кинематическом, т.е. в отличие от работ Лоренца никак не связаны с электродинамикой, выводе формул преобразований Лоренца, выведенных, как Эйнштейн считал, только из правильного, предложенного им в этой работе понимания понятия времени. Родившаяся с появлением работы Эйнштейна 1905 г. так называемая специальная теория относительности оказалась исключительно полезной в физике микромира и стала широко использоваться в бурно развивавшихся в XX в. атомной физике, ядерной физике и физике элементарных частиц, т.е. в микрофизике. Вообще считается, что в физике XX в. имеется только два главных фундаментальных теоретических достижения: теория относительности и квантовая механика. 4.2. Понятия абсолютного и относительного механического движения у Ньютона В настоящее время в классической механике и во всех технических науках без каких-либо особых оговорок широко используется введённое Ньютоном в “Принципах” в 1687 г. представление об абсолютном движении, т.е. о движении тела или системы тел в абсолютно пустом пространстве ,т.е. относительно этого пространства при течении абсолютного времени.

 Адроны

Кварки обладают спином 1/2, барионным зарядом 1/3, электрическими зарядами -2/3 и 1/3 заряда протона, а также специфическим квантовым числом «цвет». Экспериментально (косвенно) обнаружены 6 типов («ароматов») кварков: u, d, s, c, b, . В свободном состоянии не наблюдались. Гипотетические электрически нейтральные частицы с нулевой массой и спином 1, осуществляющие взаимодействие между кварками называются глюонами,. Подобно кваркам, глюоны обладают квантовой характеристикой «цвет». ЗАКЛЮЧЕНИЕ Изучение структуры различных элементарных частиц, и в первую очередь протона и нейтрона, находится на самом переднем крае фронта исследований в физике элементарных частиц. Протон и нейтрон – это окончательные основные состояния всех барионов. Из обеих этих частиц построены все атомные ядра, находящиеся в своих основных состояниях. Классификация адронов оказалась очень успешной, при этом удалось немного заглянуть в структуру адронов, представить их состоящими из кварков. Но многое еще предстоит выяснить. Не так давно появилась новая теория элементарных частиц, названная «теорией зашнуровки». Согласно ей ни одна из частиц не является более фундаментальной и элементарной, чем остальные.

 Развитие физики во второй половине ХХ в.

Их фундаментальные работы в области квантовой электроники привели к созданию нового типа генераторов и усилителей на основе принципа мазера-лазера. Проведенные Прохоровым подробные исследования рубина, одного из лучших кристаллов для лазеров, привели к широкому распространению рубиновых резонаторов для микроволновых и оптических длин волн. Таунс и его коллеги с помощью двух мазеров проверили и подтвердили специальную теорию относительности Эйнштейна. Эта проверка стала наиболее точным физическим экспериментом в истории. 1965г.Томонага Синъитиро(1906-1979), Япония; Швингер Джулиус Сеймур(1918-1994), Фейнман Ричард Филлипс(1918-1988), США. За фундаментальный вклад в квантовую электродинамику и физику элементарных частиц. Созданная Фейнманом теория позволяет глубже понять поведение мю-мезона и других частиц в ядерной физике, проблемы твердого тела и статистической механики. Томонаги и Швингер предложили процедуру перенормировки для исключения бесконечных масс зарядов. Концепция перенормировки, объединяющая квантовую механику и специальную теорию относительности, оказалась наиболее точной из всех теорий и служит надежной основой квантовой электродинамики. 1966г.Кастлер Альфред(1902-1984), Франция.

 Эвристические функции законов сохранения

Открытие и обобщение законов сохранения происходило вместе с развитием всей физики, от первых робких догадок античных натурфилософов через классическую механику и электродинамику до теории относительности, квантовой механики и физики элементарных частиц. Но остановимся на чуть-чуть. Более 10 раз было употреблено слово "закон". Так что же вообще это такое - закон? И что мы понимаем под законом сохранения? В данной работе я и попытаюсь ответить на заданные вопросы. А поскольку закон сохранения охватывает практически все области науки, то предметом внимания будет служить лишь закон сохранения симметрии и закон сохранения в физике микромира. ГЛАВА I. ПОНЯТИЕ ЗАКОНА. В философском энциклопедическом словаре читаем "Закон - внутренняя существенная и устойчивая связь явлений, обусловливающая их упорядоченное изменение. На основе знания закона возможно достоверное предвидение течения процесса. Понятие закона близко к понятию закономерности, которая представляет собой совокупность взаимосвязанных по содержанию законов, обеспечивающих устойчивую тенденцию или направленность в изменениях системы.

 Развитие и взаимное влияние математики, философии и искусства

Это синтетическое название выражает одновременно и аналогичный опыт, накопленный вначале биологами и красталлографами, использующими микроскопы, и впоследствии учеными, работающими в различных областях естественных наук - от физики элементарных частиц по астрономии. Но между математикой и естественными науками есть существенное отличие. Всегда можно сказать, что ученый фотографирует реально существующие в природе структуры и выдает, в каком-то смысле, копии природных объектов за произведения искусства. Но такое обвинение невозможно предъявить математику. Использование компьютера может внешне и напоминает использование микроскопа, но то, что мы с его помощью получаем, представляет собой в чистом виде продукт человеческого разума и не обязательно имеет аналоги в природе. Поэтому картины, которые удалось получить группе “Комплексная динамика” - это вовсе не исключительно удачный зрительный образ природы, напротив, их основное содержание придумано авторами. Следует подчеркнуть, что эти рисунки поражают подлинной новизной и обозначают проблемы, например комплексность, исследование которых может оказаться плодотворным и полезным.

 Пространство и время

Пространство и время, здесь выступают в качестве фундаментальных форм существования материи. Классическая физика рассматривала пространственно - временной континуум как универсальную арену динамики физических объектов. В прошлом веке представители неклассической физики (физики элементарных частиц, квантовой физики и др.) выдвинули новые представления о пространстве и времени, неразрывно связав эти категории между собой. Возникли самые разные концепции: согласно одним, в мире вообще ничего нет, кроме пустого искривленного пространства, а физические объекты являются только проявлениями этого пространства. Другие концепции утверждают, что пространство и время присущи лишь макроскопическим объектам. Наряду с интерпретацией времени – пространства философией физики существуют многочисленные теории философов, придерживающихся идеалистических взглядов, так Анри Бергсон утверждал, что время может быть познано только нерациональной интуицией, а научные концепции, представляющие время, как имеющее какое-либо направление, неверно интерпретируют реальность.

 Системный подход как метод познания мира

Итак, мир, будучи системой систем, сложнейшим материальным образованием, находится в процессе непрерывного движения, возникновения и уничтожения, взаимоперехода одних систем в другие, причем одни системы изменяются медленно и длительное время кажутся неизменными, другие же изменяются настолько стремительно, что в рамках обыденных человеческих представлений фактически не существуют. Чем обширнее система, тем медленнее она изменяется, а чем меньше, тем быстрее она проходит этапы своего существования. В этом простом соответствии скрыт глубокий смысл еще не до конца понятой связи пространства и времени. И здесь можно увидеть одну из закономерностей развития материи: от меньшего к большему и от большего к меньшему, осознание которой привело к пониманию развития и качественного изменения систем слагающих мир, и мира как системы. Литература1. Блауберг И.В., Юдин В.Г. Становление и сущность системного подхода. М.,1973 1. Аверьянов А.Н. Системное познание мира. М.: Политиздат, 1985. 1. Андреев И.Д. Методологические основы познания социальных явлений. М.,1977. 1. Фурман А.Е. Материалистическая диалектика. М., 1969. 1. Клир И. Исследования по общей теории систем. М. 1. Анохин П.К. Философские аспекты функционирования системы. 1. Гегель. Наука логики, т1., с.167. 1. Геодакян В.А. Организация систем - живых и неживых.- Системные исследования. Ежегодник, М., 1970. 1. Вернадский В.И. Избранные сочинения М., 1955, т. 2. 1. Блохинцев Д.И. Проблемы структуры элементарных частиц. - Философские проблемы физики элементарных частиц. М., 1963. 1. Кулындышев В.А., Кучай В.К. Унаследованность: качественная и количественная оценки. - Системные исследования в геологии. Владивосток, 1979.

 Развитие взглядов на материю. Современная наука о строении материальной реальности.

Благодаря взаимодействиям частицы обретают как бы способность распознавать другие частицы и реагировать на них, благодаря чему рождается коллективное поведение. Поскольку вся материя состоит из частиц, для объяснения природы сил необходимо в конечном счете обратиться к физике элементарных частиц. Сделав это, физики обнаружили, что все взаимодействия, независимо от того, как они проявляются в больших масштабах, можно свести к четырем фундаментальным типам: гравитационному, электромагнитному и двум типам ядерных. На уровне кварков доминируют ядерные взаимодействия. Сильное взаимодействие связывает кварки в протоны и нейтроны и не дает ядрам разваливаться. На уровне атомов преобладает электромагнитное взаимодействие, связывающее атомы и молекулы. В астрономических масштабах господствующим становится гравитационное взаимодействие. В последние годы физики заинтересовались соотношением между четырьмя фундаментальными взаимодействиями, которые в совокупности управляют Вселенной. Существует ли между ними какая-либо связь? Не являются ли они всего лишь различными ипостасями единственной основополагающей суперсилы ? Если такая суперсила существует, то именно она представляет собой действующее начало всякой активности во Вселенной - от рождения субатомных частиц до коллапса звезд.

 Спонтанное нарушение симметрии

И тем не менее молекулы в принципе могут случайно так согласовать свои движения, что невероятное свершится. В малом масштабе явления такого рода происходят с большой вероятностью: молекулы в малом объеме газа под влиянием столкновений то стекаются вместе, то растекаются так, что их плотность только в среднем является постоянной. Глубокий анализ подобных фактов привел физиков к заключению, что «обратимость» времени существует не только в механике и электродинамике, где она прямо вытекает из уравнений, но и во многих других явлениях природы. Симметрия, связанная с изменением направления течения времени,— приближенная симметрия. Ее -нарушение наблюдается в слабых распадах некоторых элементарных частиц — нейтральных мезонов. И хотя эти нарушения очень малы, они играют весьма важную роль в физике элементарных частиц, так как приводят к абсолютному различию между частицами и античастицами: К0- мезоны несколько чаще распадаются с испусканием антилептонов — позитронов, антимюонов, чем лептонов — электронов и мюонов. Природа нарушения инвариантности относительно обращения времени пока неизвестна, и даже неясно, какие взаимодействия нарушают эту инвариантность.

 Новая революция в физике

Все остальные положения СТО – это следствия из преобразований Лоренца. Такими основными следствиями из преобразований Лоренца являются: 1) невозможность движения со скоростью, превышающей скорость света в вакууме; 2) сокращение продольных размеров движущихся тел при их измерении из неподвижной системы отсчета; 3) замедление времени в движущейся инерциальной системе отсчета по отношению к “покоящейся” системе отсчета; 4) независимость величины электрического заряда от скорости движения заряда, вытекающая из инвариантности уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца. На двух исходных принципах СТО, а также этих (и других) следствиях из преобразований Лоренца и строится вся современная физика. От физики элементарных частиц до астрофизики. Эту физику мы будем называть далее “старой физикой”. 2. Новая теория относительности Несмотря на то, что СТО является внутренне непротиворечивой теорией, а также и на то, в настоящее время как будто бы нет ни одного эксперимента, который противоречил бы СТО, можно попытаться построить новую релятивистскую теорию пространства-времени (НРТПВ), сократив число исходных постулатов с двух до одного.

 Природа науки

В данный момент этот раздел находится на этапе между предсказанием фактов и их проверкой. Налицо несколько правдоподобных теорий, и многие из них предсказывают поведение частиц очень высоких энергий при столкновении. К сожалению, мы не можем проверить верность предсказанного, потому что у нас нет машин, способных ускорить частицы до достаточно высоких энергий. В 1993 году Конгресс США с присущей ему мудростью принял решение о прекращении строительства машины, названной «Сверхпроводящий суперколлайдер», обеспечив таким образом невозможность последовательного развития теории и эксперимента в этой области. Машина поменьше под названием «Большой адронный коллайдер» должна вступить в строй в Европейском центре ядерных исследований (CER ) в Женеве (Швейцария) к 2005 году, и, может быть, физика элементарных частиц снова сможет развиваться. В то время как некоторые отрасли науки изголодались по данным, другие, напротив, страдают от пресыщения. Например, во многих областях молекулярной биологии новая информация поступает таким потоком, что его невозможно переварить.

 Модель горячей Вселенной

Модель горячей Вселенной  Американский физик Георгий Антонович Гамов в 1946 году заложил основы одной из фундаментальных концепций современной космологии - модели "горячей Вселенной".   В этой модели основное внимание переносится на состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения Вселенной, включая наиболее ранние стадии, когда состояние было необычным.   С построением моделей "горячей Вселенной" в космологии наряду с законами тяготения активно применяются законы термодинамики, данные ядерной физики и физики элементарных частиц. Возникает релятивистская астрофизика.   Модель горячей Вселенной получила эмпирическое подтверждение в 1965 году в открытии реликтового излучения американскими учеными Пензиасом и Уилсоном.   Реликтовое излучение - одна из составляющих общего фона космического электромагнитного излучения. Реликтовое излучение равномерно распределено по небесной сфере и по интенсивности соответсвует тепловому излучению абсолютно черного тела при температкур около 3К.   Согласно модели горячей Вселенной, плазма и электромагнитное излучение на ранних стадиях расширения Вселенной обладали высокой плотностью и температурой.