Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям65

  • docx
  • 06.04.2023
Публикация на сайте для учителей

Публикация педагогических разработок

Бесплатное участие. Свидетельство автора сразу.
Мгновенные 10 документов в портфолио.

Иконка файла материала Физика на пальцах 65.docx

Почему же атомы не проходят друг сквозь друга?

 

А оттого, что одноименно заряженные частицы (на-пример, электроны) отталкиваются. Дистанционно. Полем. И это значит, что никакого соприкосновения твердых тел на самом деле не существует! Ничто там не соприкасается, потому что соприкасаться практиче-ски нечему пустота одна с эфемерным трепетанием электронных облаков! Фактически внешние электроны атомов двух стукающихся друг о друга бильярдных шаров взаимодействуют друг с другом дистанционно, на расстоянии, через поле! Правда, это расстояние очень маленькое, но все равно мы наблюдаем типич-ное дальнодействие.

 

Именно так и происходят все соударения всех твердых тел через электростатическое отталкивание элек-тронных оболочек их внешних атомов.

А как поля двух сближающихся электронов «общают-ся» друг с другом, как они друг друга чувствуют? И что такое вообще поле? Из чего оно сделано?

 

На этот вопрос физики вам не ответят. На этот во-прос знают ответ только философы. Они говорят так: поле это особый вид материи. И многозначительно замолкают.

 

Зато на первый вопрос как полевое взаимодействие передается физики ответ имеют. Передатчиком элек-тромагнитного взаимодействия являются кванты элек-тромагнитного поля те самые фотоны, о которых мы уже знаем. То есть: два сближающихся внешних элек-трона разных атомов обмениваются «приветственными телеграммами» квантами и таким образом «узнают» друг о друге: ага! на подлете другой электрон, нужно отталкиваться!

 

Точно так же происходит обмен электромагнитными квантами между электронами и протонами в одном атоме: они шлют друг другу постоянные опознаватель-ные сообщения: привет! рядом противоположный за-ряд, надо притягиваться!

 

Так может, поле состоит из квантов? озарит кого-то внезапная мысль.

 

Мысль хорошая. Но неправильная.

 

Как океан не состоит из волн, так и поле не состоит из квантов. Кванты поля это лишь возмущения, вол-нение физического поля. Но даже не это самое инте-ресное.

 

Удивительнее другое те самые обменные кванты не простые, а виртуальные, то есть как бы несуществую-щие. Что это значит? А это значит, что их нельзя пере-хватить или засечь никаким приборным методом. То есть даже убедиться в их существовании невозможно.

 

Неплохо завернуто? Такова современная физика, при-выкайте.

 

Слова «виртуальная реальность» известны нынче всем из-за массового распространения компьютеров и ком-пьютерных игр. Виртуальная значит несуществую-щая, придуманная, сказочная, игровая. Но если для компьютерных миров это определение вполне понят-но, то в устах строгой науки физики выглядит странно. И это еще очень мягко сказано! С каких это пор физи-ка оперирует сказочными, выдуманными категориями? А вот с тех самых пор, когда Планк и Эйнштейн себе на голову придумали кванты и потом весьма страдали че-рез это интеллектуально. Родив новый раздел физи-ки квантовую механику, они сами были ею очень не-довольны, уж больно непривычная какая-то физика начинала вырисовываться на горизонте! Недаром Эйн-штейн называл квантовую механику «магией» и даже «не-физикой».

 

Но великий Эйнштейн ошибался! Кванты прочно уко-ренились в физике вместе с квантовой механикой,

и современные физики теперь не только отказались от прежних наивных представлений о физической реаль-ности (об отказе физиков от реальности можно прочи-тать ниже в специальном разделе), но и вовсю опери-руют виртуальными квантами, само существование ко-торых доказать нельзя, потому что их принципиально невозможно поймать. Это своего рода «шифрограм-мы», которыми обмениваются заряженные частицы.

 

Настоящие, реальные кванты, частицы или фотоны от-личаются от виртуальных тем, что реальные фотоны – это обычный свет, обычное электромагнитное излуче-ние. Его можно «поймать» на фотопластинку или гла-зом, отразить зеркалом, уловить антенной. А вот виртуальные фотоны никак. Едва возникнув, они обязаны тут же поглотиться, не успев как следует про-явиться в этот мир.

 

Почему?

 

Потому что в нашем мире, друзья мои, ничто не возни-кает из ниоткуда и никуда не пропадает, ибо действу-ют строгие законы сохранения. Подумайте сами – электроны все время пуляют вокруг себя этими фото-нами. А ведь каждый фотон это «порция энергии»

в чистом, рафинированном виде. При таком «расходе патронов» электрон вскоре вовсе потерял бы всю  существования! А он ничего не теряет, а спокойно живет.

 

Да, бывают случаи, когда электрон излучает реальный, настоящий фотон. Но для излучения фотона электрон должен быть возбужденным, то есть ранее уже погло-тившим фотон света. Принцип прост: сначала электрон поглотил фотон, возбудился, то есть стал энергичнее ровно на эту порцию энергии, а потом выплюнул ее обратно в виде фотона. Именно так и происходит от-ражение света от предметов. Чуть позже мы об этом еще поговорим подробнее.

 

Но обычный спокойный, «домашний» электрон в ато-ме, кружащийся в мягких тапочках по своей уютной орбитали вокруг ядра, просто не имеет лишней энер-гии, чтобы бездарно тратить ее, выстреливая из себя фотон за фотоном, информируя всех о своем присут-ствии!

 

Поэтому физикам пришлось придумывать, то есть до-полнять свою теорию некими виртуальными фотонами. Которые все-таки как бы излучаются электроном, как бы нарушая закон сохранения энергии. Но само это нарушение, само появление или «полупоявление» этих виртуальных фотонов в нашем мире возможно лишь потому, что существует принцип неопределенности, допускающий на короткое время нарушение законов сохранения но на такое короткое время, чтобы за-сечь это нарушение было никак нельзя. Этакая флукту-ация, то есть случайное колебание в рамках допусти-мой неопределенности.

 

И если реальные фотоны видят все, кому не лень, то виртуальные «видят» только обменивающиеся ими ча-стицы. По сути это призраки. Чистая выдумка физи-ков. Теоретический конструкт, рожденный в их головах. Однако эти неуловимые призраки передают впол-не реальное взаимодействие: бац! и бильярдные шары со стуком разлетелись в разные стороны просто по-тому, что электроны, находящиеся на их поверхностях, обменялись виртуальными фотонами. Которых как бы и не существует. Или их не существует без всяких «как бы»? Ведь что такое «существует»?

 

Существует значит проявляет себя! А виртуальные фотоны принципиально невозможно засечь никакими приборами. И проявляют они себя только так через взаимодействие между элементарными частицами, из которых состоит весь мир.

 

Ну и как проверить, есть ли они «на самом деле»? Да никак! В теории они существуют и объясняют, как про-исходит взаимодействие. А кроме теорий наука боль-ше ничем, в общем-то, и не оперирует.

 

Ладно. С этим примерно разобрались электромагитное взаимодействие передается с помощью фото-нов. А остальные виды взаимодействия?

 

Да так же!

 

Гравитационное передается с помощью квантов гра-витационного поля гравитонов. Причем если реаль-ные электромагнитные фотоны прекрасно изучены

и легко наблюдаемы, то гравитоны экспериментально еще не обнаружены.

 

Сильное взаимодействие, которое скрепляет в ядре атома между собой протоны и нейтроны, передается сильным полем, носителем которого являются кванты этого поля виртуальные пи-мезоны. Нуклоны в ядре буквально окружены шубой из виртуальных пи-мезонов. Ну, а носителем слабого взаимодействия являются кванты слабого поля со странным названием вектор-ные бозоны.

 

Подробный рассказ об этих и других элементарных ча-стицах тема для отдельной книжки, однако пару слов об этом сказать стоит.

 

Мы с вами твердо знаем: самые лучшие элементарные частицы электрон, протон и нейтрон. Я бы на каж-дом из них знак качества поставил, настолько они от-личные! Именно из этих кирпичиков сделан весь окру-жающий нас мир воздух, зеркало, папа с мамой, мо-роженое, деньги, солнце и прочие полезные в быту предметы. Все остальные частицы по сравнению с эти-ми сущий мусор.

 

А какие остальные?

 

Ну, вот, например, уже знакомое нам нейтрино, про ко-торое мы вскользь упоминали ранее и которое получа-ется при распадных, то есть слабых взаимодействиях. Напомню: при распаде свободного нейтрона, который живет 15 минут, получаются протон, электрон и то са-мое нейтрино. Возникнув, оно уже не взаимодействует с веществом и улетает прочь навсегда со скоростью света, более никому никогда уже не мешая и практиче-ски не вступая ни в какие реакции. Сущий пустяк! Все-ленский вздор. Мировой мусор.

 

Ну, еще мы с некоторой натяжкой можем включить

в список известных нам частиц фотон «кусочек све-та», хоть это и безмассовая частица, в том смысле, что она не имеет массы покоя: фотон нельзя остановить, он может только лететь со скоростью света, как и нейтри-но. Только нейтрино просто пронзает любую материю, не замечая, и улетает дальше, а когда фотон хлопается о какое-то вещество, он просто перестает существо-вать. Куда же он девается? Мы ведь твердо знаем из законов сохранения массы и энергии, что масса и энер-гия никуда не пропадают и не возникают из ниоткуда.

 

Совершенно верно: фотон, будучи порцией чистой энергии, всю ее (себя) передает тому электрону того атома того вещества, в которое попал. Электрон цели-ком проглатывает этот квант энергии и становится воз-бужденным, то есть более энергичным, перескакивая при этом на более высокую орбиту.

 

А потом?

 

А потом возбужденный электрон сбрасывает возбужде-ние, излучая фотон и «успокаивается», вновь опускаясь на прежнюю низкую орбиту. Именно так происходит рассеивание голубого света в атмосфере фотоны бес-порядочно скачут от одной молекулы воздуха к другой. Так происходит отражение света от зеркала. И почти также происходит переизлучение в другом диапазоне: например, закопченное, то есть покрытое черной сажей. стекло свет не отражает, а поглощает. То есть электроны сажи хватают фотон, возбуждаются, но потом, в силу особых свойств сажи, переизлучают его с другой часто-той в виде квантов инфракрасного, то бишь теплового излучения. Это значит, что черные тела типа сажи бы-стро нагреваются на свету. Поэтому на юге, где много солнечного света, лучше иметь белый автомобиль или серебристый меньше нагреваться будет и больше отра-жать. А вот бак для нагрева воды солнцем надо непре-менно делать черным вода в нем быстрее прогреется.


 

Скачано с www.znanio.ru