Що в різних речовинах міститься досить багато елементарних частинок, фундаментальні фізичні взаємодії представлені чотирма типами: сильним, електромагнітним, слабким та гравітаційним. Останнє вважається найбільш всеосяжним.

Гравітації піддаються всі макротіла та мікрочастинки без винятку. Гравітаційному впливу піддаються всі елементарні частки. Виявляється воно у формі всесвітнього тяжіння. Ця фундаментальна взаємодія управляє найбільш глобальними процесами, що відбуваються у Всесвіті. Гравітація забезпечує структурну стабільність Сонячної системи.

Відповідно до сучасних уявлень, фундаментальні взаємодії виникають внаслідок обміну частинками. Гравітація формується шляхом обміну гравітонами.

Фундаментальні взаємодії - гравітаційна та електромагнітна - є за своєю природою далекодійними. Відповідні їм сили можуть виявитися на значних відстанях. Зазначені фундаментальні взаємодії мають свої особливості.

Описано однотипними зарядами (електричними). При цьому заряди можуть мати як позитивний, так і негативний знак. Електромагнітні сили, на відміну від (гравітації), можуть виступати сил відштовхування і тяжіння. Даною взаємодією зумовлюються хімічні та фізичні властивості різних речовин, матеріалів, живої тканини. Електромагнітні сили приводять у дію електронну і електричну апаратуру, зв'язуючи при цьому між собою заряджені частинки.

Фундаментальні взаємодії відомі за межами вузького кола астрономів та фізиків у різного ступеня.

Незважаючи на меншу популярність (порівняно з іншими типами), слабкі сили грають важливу рольу житті Всесвіту. Так, якби не було слабкої взаємодії, то згасли б зірки, Сонце. Ці сили належать до короткодіючих. Радіус приблизно в тисячу разів менше, ніж у силах ядерних.

Ядерні сили вважаються найпотужнішими з інших. Сильною взаємодією визначаються зв'язки лише між адронами. Діючі між нуклонами ядерні сили є його проявом. приблизно в сто разів потужніший за електромагнітний. Відрізняючись від гравітаційного (як, власне, і від електромагнітного), воно є короткодіючим на відстані більше 10-15 м. Крім того, опис його можливий за допомогою трьох зарядів, що формують складні поєднання.

Радіус дії вважається найважливішою ознакоюфундаментальної взаємодії Радіусом дії називають максимальну відстань, яка утворюється між частинками. За його рамками взаємодією можна знехтувати. Малий радіус характеризує силу як короткодіючу, великий радіус - як далекодіючу.

Як зазначалося вище, слабкі і сильні взаємодії вважаються короткодіючими. Інтенсивність їх зменшується досить швидко зі збільшенням між частинками відстані. Зазначені взаємодії проявляються на невеликих, недоступних для сприйняття за допомогою органів чуття відстанях. У зв'язку з цим, дані сили були відкриті значно пізніше за інші (тільки у двадцятому столітті). При цьому були використані досить складні експериментальні установки. Гравітаційні та електромагнітні види фундаментальних взаємодій вважаються далекодіючими. Вони відрізняються повільним зменшенням при збільшенні між частинками відстані та не наділені кінцевим радіусом дії.

1.1. Гравітація.

1.2. Електромагнетизму.

1.3. Слабка взаємодія.

1.4. Проблема єдності фізики.

2. Класифікація елементарних частинок.

2.1. характеристика субатомних частинок

2.2. лептони.

2.3. Адрони.

2.4. Частинки – переносники взаємодій.

3. Теорії елементарних частинок.

3.1. Квантова електродинаміка.

3.2. Теорія кварків.

3.3. Теорія електрослабкої взаємодії.

3.4. Квантова хромодинаміка.

3.5. Дорогою до великого об'єднання.

Список літератури.

Вступ.

У середині і другої половини ХХ століття у тих розділах фізики, які зайняті вивченням фундаментальної структури матерії, були отримані справді дивовижні результати. Насамперед це виявилося у відкритті цілої множини нових субатомних частинок. Їх зазвичай називають елементарними частинками, але далеко не всі їх дійсно елементарні. Багато хто з них у свою чергу складаються з ще більш елементарних частинок. Світ субатомних частинок воістину різноманітний. До них відносяться протони і нейтрони, що становлять атомні ядра, а також електрони, що обертаються навколо ядер. Але є і такі частинки, які в навколишній речовині практично не зустрічаються. Час їхнього життя надзвичайно мало, воно становить найменші частки секунди. Після цього дуже короткого часу вони розпадаються на звичайні частки. Таких нестабільних короткоживучих частинок дуже багато: їх відомо вже кілька сотень. У 60-70-ті роки фізики були зовсім спантеличені численністю, різноманітністю і незвичайністю знову відкритих субатомних частинок. Здавалося, їм не буде кінця. Цілком незрозуміло, навіщо стільки частинок. Чи є ці елементарні частинки хаотичними та випадковими уламками матерії? Чи, можливо, вони таять у собі ключ до пізнання структури Всесвіту? Розвиток фізики в наступні десятиліття показало, що в існуванні такої структури немає жодних сумнівів. Наприкінці ХХ ст. Фізика починає розуміти, яке значення кожної з елементарних частинок. Світ субатомних частинок притаманний глибокий і раціональний порядок. В основі цього порядку – фундаментальні фізичні взаємодії.

1.Фундаментальні фізичні взаємодії.

В свій повсякденному життілюдина стикається з безліччю сил, які діють тіла. Тут і сила вітру або потоку води, що набігає, тиск повітря, потужний викид вибухових хімічних речовин, м'язова сила людини, вага важких об'єктів, тиск квантів світла, тяжіння і відштовхування електричних зарядів, сейсмічні хвилі, що викликають часом катастрофічні руйнування, і вулканічні виверження, що призводили до Загибелі цивілізації і т. д. Одні сили діють безпосередньо при контакті з тілом, інші, наприклад, гравітація, діють на відстані через простір. Але, як з'ясувалося в результаті розвитку теоретичного природознавства, незважаючи на таку велику різноманітність, всі сили, що діють у природі, можна звести всього лише до чотирьох фундаментальних взаємодій. Саме ці взаємодії зрештою відповідають за всі зміни у світі, саме вони є джерелом всіх перетворень тіл та процесів. Вивчення властивостей фундаментальних взаємодій складає головне завданнясучасної фізики.

Гравітація.

В історії фізики гравітація (тяжіння) стала першою з чотирьох фундаментальних взаємодій предметом наукового дослідження. Після появи у ХVII ст. ньютонівської теорії гравітації - закону всесвітнього тяжіння - вдалося вперше усвідомити справжню роль гравітації як сили природи. Гравітація має низку особливостей, що відрізняють її від інших фундаментальних взаємодій. Найбільш дивовижною особливістю гравітації є її мінімальна інтенсивність. Розмір гравітаційного взаємодії між компонентами атома водню становить 10n , де n = - 3 9 , від сили взаємодії електричних зарядів. (Якби розміри атома водню визначалися гравітацією, а чи не взаємодією між електричними зарядами, то нижча (найближча до ядру) орбіта електрона за розмірами перевищувала б доступну спостереженню частина Всесвіту!) (Якби розміри атома водню визначалися гравітацією, а чи не взаємодією між електричними зарядами, то нижча (найближча до ядра) орбіта електрона за розмірами перевищувала б доступну спостереженню частина Всесвіту!). Може здатися дивним, що ми взагалі відчуваємо гравітацію, якщо вона така слабка. Як вона може стати панівною силою у Всесвіті? Вся справа у другій дивовижній межі гравітації – її універсальності. Ніщо у Всесвіті не позбавлене гравітації. Кожна частка відчуває на собі дію гравітації і сама є джерелом гравітації. Оскільки кожна частка речовини викликає гравітаційне тяжіння, гравітація зростає в міру утворення все більших скупчень речовини. Ми відчуваємо гравітацію у повсякденному житті тому, що всі атоми Землі разом приваблюють нас. І хоча дія гравітаційного тяжіння одного атома дуже мало, але результуюча сила тяжіння з боку всіх атомів може бути значною. Гравітація - далекодіюча сила природи. Це означає, що, хоча інтенсивність гравітаційного взаємодії зменшується з відстанню, воно поширюється у просторі і може позначатися дуже віддалених джерела тілах. У астрономічному масштабі гравітаційне взаємодія, зазвичай, грає головну роль. Завдяки далекодії гравітація не дозволяє Всесвіту розвалитися на частини: він утримує планети на орбітах, зірки в галактиках, галактики в скупченнях, скупчення в Метагалактиці. Сила гравітації, що діє між частинками, завжди є силою тяжіння: вона прагне зблизити частинки. Гравітаційне відштовхування ніколи ще не спостерігалося (хоча в традиціях квазінаукової міфології є ціла область, яка називається левітація - пошук "фактів" антигравітації). Оскільки енергія, запасена у будь-якій частинці, завжди позитивна і наділяє її позитивною масою, частки під дією гравітації завжди прагнуть зблизитися. Чим є гравітація, якимсь полем або виявом викривлення простору-часу - на це питання поки що однозначної відповіді немає. Як уже зазначалося нами, існують різні думки та концепції фізиків щодо цього.

Електромагнетизму.

За величиною електричні силинабагато перевершують гравітаційні. На відміну від слабкої гравітаційної взаємодії, електричні сили, що діють між тілами звичайних розмірів, можна легко спостерігати. Електромагнетизм відомий людям з незапам'ятних часів (полярні сяйва, спалахи блискавки та ін.). Протягом тривалого часу електричні та магнітні процеси вивчалися незалежно один від одного. Як ми знаємо, вирішальний крок у пізнанні електромагнетизму зробив у середині ХІХ ст. Дж. К. Максвелл, який об'єднав електрику та магнетизм в єдиній теорії електромагнетизму - першої єдиної теорії поля. Існування електрона було твердо встановлено у 90-ті роки минулого століття. Нині відомо, що електричний заряд будь-якої частинки речовини завжди кратний фундаментальній одиниці заряду - свого роду "атому" заряду. Чому це так – надзвичайно цікаве питання. Проте чи всі матеріальні частинки є носіями електричного заряду. Наприклад, фотон і нейтрино електрично нейтральні. Щодо цього електрика відрізняється від гравітації. Усі матеріальні частинки створюють гравітаційне поле, тоді як із електромагнітним полем пов'язані лише заряджені частки. Як і електричні заряди, однойменні магнітні полюси відштовхуються, а різноіменні – притягуються. Однак на відміну від електричних зарядів магнітні полюси зустрічаються не окремо, а лише парами - північний полюс і південний полюс. Ще з найдавніших часів відомі спроби отримати через поділ магніту лише один ізольований магнітний полюс - монополь. Але всі вони закінчувалися невдачею. Можливо, існування ізольованих магнітних полюсів у природі виключено? Певної відповіді на це питання поки що не існує. Деякі теоретичні концепції припускають можливість існування монополя. Як електрична та гравітаційна взаємодія, взаємодія магнітних полюсів підпорядковується закону зворотних квадратів. Отже, електрична і магнітна сили "дальнодіючі", і їхня дія відчутна на великих відстанях від джерела. Так, магнітне поле Землі простягається далеко в космічний простір. Могутнє магнітне поле Сонця заповнює всю Сонячну систему. Існують і галактичні магнітні поля. Електромагнітна взаємодія визначає структуру атомів та відповідає за переважну більшість фізичних та хімічних явищ та процесів (за винятком ядерних).

Слабка взаємодія.

До виявлення існування слабкої взаємодії фізика просувалася повільно. Слабка взаємодія відповідальна за розпад частинок; і тому з його проявом зіткнулися із відкриттям радіоактивності та дослідженням бета-розпаду. У бета-розпаду виявилася в вищого ступенядивна особливість. Дослідження приводили до висновку, що в цьому розпаді порушується один із фундаментальних законів фізики – закон збереження енергії. Здавалося, що у цьому розпаді частина енергії кудись зникала. Щоб "врятувати" закон збереження енергії, В. Паулі припустив, що разом з електроном при бета-розпаді вилітає ще одна частка. Вона - нейтральна і має надзвичайно високу проникаючу здатність, внаслідок чого її не вдавалося спостерігати. Е. Фермі назвав частку-невидимку "нейтрино". Але передбачення та виявлення нейтрино – це лише початок проблеми, її постановка. Треба було пояснити нейтрино природу, але тут залишалося багато загадкового. Справа в тому, що і електрони, і нейтрино випускалися нестабільними ядрами. Але було незаперечно доведено, що всередині ядер таких частинок немає. Як вони виникали? Було висловлено припущення, що електрони та нейтрино не існують у ядрі в " готовому вигляді", а якимось чином утворюються з енергії радіоактивного ядра. Подальші дослідження показали, що нейтрони, що входять до складу ядра, надані самим собі, через кілька хвилин розпадаються на протон, електрон і нейтрино, тобто замість однієї частки з'являються три нові. Аналіз приводив до висновку, що відомі сили не можуть викликати такий розпад, він, мабуть, породжувався якоюсь іншою, невідомою силою, дослідження показали, що цій силі відповідає деяка слабка взаємодія. На дуже незначних відстанях Радіус слабкої взаємодії дуже малий Слабка взаємодія припиняється на відстані більше 10n см (де n = - 1 6) від джерела і тому не може впливати на макроскопічні об'єкти, а обмежується окремими субатомними частинками. нестабільних елементарних частинок бере участь у слабкій взаємодії Теорія слабкої взаємодії була створена наприкінці б0-х років С. Вайнбергом та А. Саламом. З моменту побудови Максвеллом теорії електромагнітного поля створення цієї теорії стало найбільшим кроком на шляху до єдності фізики. 10.

Сильна взаємодія.

Остання у ряді фундаментальних взаємодій - сильна взаємодія, яка є джерелом величезної енергії. Найбільш характерний приклад енергії, що вивільняється сильною взаємодією, - це наше Сонце. У надрах Сонця та зірок, починаючи з певного часу, безперервно протікають термоядерні реакції, що викликаються сильною взаємодією. Але й людина навчилася вивільняти сильну взаємодію: створено водневу бомбу, сконструйовано та вдосконалюються технології керованої термоядерної реакції. До уявлення про існування сильної взаємодії фізика йшла під час вивчення структури атомного ядра. Якась сила повинна утримувати протони в ядрі, не дозволяючи їм розлітатися під впливом електростатичного відштовхування. Гравітація для цього надто слабка; очевидно, необхідна якась нова взаємодія, причому сильніша, ніж електромагнітна. Згодом його було виявлено. З'ясувалося, що за своєю величиною сильне взаємодія значно перевищує й інші фундаментальні взаємодії, але поза ядра вона відчувається. Радіус дії нової сили виявився дуже малим. Сильне взаємодія різко падає з відривом від протона чи нейтрону, перевищує приблизно 10n див (де n = - 13). Крім того, з'ясувалося, що сильну взаємодію відчувають не всі частки. Його відчувають протони та нейтрони, але електрони, нейтрино та фотони не підвладні йому. У сильній взаємодії беруть участь лише важчі частки. Теоретичне пояснення природи сильної взаємодії розвивалося важко. Прорив намітився на початку 60-х років, коли було запропоновано кваркову модель. У цій теорії нейтрони і протони розглядаються не як елементарні частки, бо як складові системи, побудовані з кварків. Таким чином, у фундаментальних фізичних взаємодіях чітко простежується відмінність сил далекодійних та близьких. З одного боку, мають місце взаємодії необмеженого радіусу дії (гравітація, електромагнетизм), з другого - взаємодії малого радіусу дії (сильне і слабке). Світ фізичних елементів загалом розгортається у єдності цих двох полярностей і є втіленням єдності гранично малого і гранично великого - близькодії у мікросвіті та далекодії у всьому Всесвіті.

Проблема єдності фізики.

Пізнання є узагальнення дійсності, і тому мета науки – пошук єдності у природі, зв'язування розрізнених фрагментів знання на єдину картину. Для того, щоб створити єдину систему, потрібно відкрити сполучну ланку між різними галузями знання, деяке фундаментальне ставлення. Пошук таких зв'язків та відносин – одне з головних завдань наукового дослідження. Щоразу, коли вдається встановити такі нові зв'язки, значно поглиблюється розуміння навколишнього світу, формуються нові способи пізнання, які вказують шлях до невідомих раніше явищ. Встановлення глибинних зв'язків між різними областями природи - це водночас і синтез знання, і метод, який спрямовує наукові дослідження з нових, неповторених доріг. Виявлення Ньютоном зв'язку між тяжінням тіл у земних умовах і рухом планет ознаменувало народження класичної механіки, на основі якої побудована технологічна база сучасної цивілізації. Встановлення зв'язку термодинамічних властивостейгазу з хаотичним рухом молекул поставило на міцну основу атомно-молекулярну теорію речовини У середині минулого століття Максвелл створив єдину електромагнітну теорію, що охопила як електричні, і магнітні явища. Потім у 20-х р. нашого століття Ейнштейн робив спроби поєднати в єдиній теорії електромагнетизм та гравітацію. Але до середини ХХ ст. становище у фізиці радикально змінилося: було відкрито два нових фундаментальних взаємодії - сильне і слабке, тобто. при створенні єдиної фізики доводиться рахуватися вже не з двома, а з чотирма фундаментальними взаємодіями. Це трохи охолодило запал тих, хто сподівався на швидке рішенняцієї проблеми. Але сам задум під сумнів серйозно не ставився, і захопленість ідеєю єдиного описуне пройшла. Існує думка, що це чотири (чи хоча б три) взаємодії є явища однієї природи і має бути знайдено їх єдине теоретичне опис. Перспектива створення єдиної теорії світу фізичних елементів з урахуванням єдиного фундаментального взаємодії залишається дуже привабливою. Це головна мрія фізиків ХХ ст. Але довгий час вона залишалася лише мрією і дуже невизначеною. Однак у другій половині ХХ ст. з'явилися передумови здійснення цієї мрії та впевненість, що це справа аж ніяк не віддаленого майбутнього. Схоже, що незабаром цілком може стати реальністю. Вирішальний крок шляху до єдиної теорії було зроблено в 6О-70-х гг. зі створенням спочатку теорії кварків, та був і теорії електрослабкого взаємодії. Є підстави для думки, що ми стоїмо на порозі більш могутнього та глибокого об'єднання, ніж будь-коли раніше. Серед фізиків посилюється переконання, що починають вимальовуватись контури єдиної теорії всіх фундаментальних взаємодій – Великого об'єднання.

2 . Класифікація елементарних частинок.

Багато основних концепцій сучасного природознавства прямо чи опосередковано пов'язані з описом фундаментальних взаємодій. Взаємодія та рух – найважливіші атрибути матерії, без яких неможливе її існування. Взаємодія обумовлює об'єднання різних матеріальних об'єктів у системи, тобто системну організацію матерії. Багато властивостей матеріальних об'єктів похідні від їхньої взаємодії, є результатом їх структурних зв'язків між собою та взаємодій із зовнішнім середовищем.

На сьогодні відомі чотири види основних фундаментальних взаємодій:

· гравітаційне;

· Електромагнітне;

· Сильне;

· слабке.

Гравітаційна взаємодіяхарактерно всім матеріальних об'єктів незалежно від своїх природи. Воно полягає у взаємному тяжінні тіл і визначається фундаментальним законом всесвітнього тяжіння: між двома точковими тілами діє сила тяжіння, прямо пропорційна добутку їх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Гравітаційною взаємодією визначається падіння тіл у полі сил тяжіння Землі. Законом всесвітнього тяжіння описується, наприклад, рух планет Сонячної системи та інших макрооб'єктів. Передбачається, що гравітаційна взаємодія визначається деякими елементарними частинками – гравітонами, Існування яких до теперішнього часу експериментально не підтверджено.

Електромагнітна взаємодіяпов'язане з електричними та магнітними полями. Електричне поле виникає за наявності електричних зарядів, а магнітне поле – за її русі. У природі існують як позитивні, і негативні заряди, як і визначає характер електромагнітного взаємодії. Наприклад, електростатична взаємодія між зарядженими тілами в залежності від знака заряду зводиться або до тяжіння, або відштовхування. При русі зарядів залежно від своїх знака і напрями руху з-поміж них виникає або тяжіння, або відштовхування. Різні агрегатні стани речовини, явище тертя, пружні та інші властивості речовини визначаються переважно силами міжмолекулярної взаємодії, яка за своєю природою є електростатичною. Електромагнітна взаємодія описується фундаментальними законами електростатики та електродинаміки: законом Кулона, законом Ампера та ін. Загальний описдає електромагнітна теорія Максвелла, заснована на фундаментальних рівняннях, що зв'язують електричне та магнітне поля.

Сильна взаємодіязабезпечує зв'язок нуклонів у ядрі та визначає ядерні сили. Передбачається, що ядерні сили виникають під час обміну між нуклонами віртуальними частинками. мезонами.

Зрештою, слабка взаємодіяописує деякі види ядерних процесів. Воно короткодіє і характеризує всі види бета-перетворень.

Зазвичай для кількісного аналізу перерахованих взаємодій використовують дві характеристики: безрозмірну константу взаємодії, що визначає величину взаємодії, та радіус дії (табл. 3.1).

Таблиця 3.1

За даними табл. 3.1 видно, що константа гравітаційної взаємодії найменша. Радіус дії його, як і електромагнітної взаємодії, необмежений. Гравітаційна взаємодія в класичному поданніу процесах мікросвіту істотну роль не грає. Однак у макропроцесах йому належить визначальна роль. Наприклад, рух планет Сонячної системи відбувається у суворій відповідності до законів гравітаційної взаємодії.

Сильне взаємодія відповідає за стійкість ядер і поширюється лише межах розмірів ядра. Чим сильніше взаємодіють нуклони в ядрі, тим воно стійкіше, тим більше його енергія зв'язку, яка визначається роботою, яку необхідно зробити, щоб розділити нуклони і видалити їх один від одного на такі відстані, при яких взаємодія стає рівним нулю. Зі зростанням розміру ядра енергія зв'язку зменшується. Так, ядра елементів, що у кінці таблиці Менделєєва, нестійкі і можуть розпадатися. Такий процес часто називається радіоактивним розпадом.

Взаємодія між атомами та молекулами має переважно електромагнітну природу. Такою взаємодією пояснюється утворення різних агрегатних станів речовини: твердої, рідкої та газоподібної. Наприклад, між молекулами речовини у твердому стані взаємодія у вигляді тяжіння проявляється набагато сильніше, ніж між тими самими молекулами в газоподібному стані.

Сьогодні мені хочеться розповісти Вам про фундаментальні сили або взаємодії. Ви дізнаєтеся, що це взагалі таке, скільки їх і для чого вони потрібні.

Ну що, поїхали!

Що таке фундаментальні сили?

У нашому Всесвіті існує безліч фізичних сил та взаємодій. Наприклад, сила тертя, ядерні реакції та хімічні зв'язки. Але вони вторинні, крім деяких чотирьох взаємодій. Їх і називають "фундаментальними". Вони є типами взаємодії елементарних частинок і визначають інші сили у природі.

На самому початку життя Всесвіту була одна фундаментальна взаємодія. Але так тривало недовго. Вже до кінця першої секунди після єдина фундаментальна сила розділилася на чотири окремі взаємодії: сильна, слабка, електромагнітна та гравітаційна. Розглянемо їх усіх.

Сильна взаємодія.

Ви ніколи не думали, чому атоми більшості хімічних елементів стабільні? Здавалося б, тут складного. Однак, у 30-х роках минулого століття, пошук відповіді на це питаннязмусив вчених попітніти.

Зі шкільного курсу фізики та хімії Вам напевно відомо, що атом складається з двох частин: ядра і електронів, що обертаються навколо нього. Ядро, у свою чергу, складається з "нуклонів" - протонів та нейтронів.

Атом електрично нейтральний. Але в його ядрі є лише позитивно та нейтрально заряджені частинки – протони та нейтрони. Загальновідомо, що притягуватися одне до одного можуть лише різноіменно заряджені тіла - іншими словами, плюс до мінуса. Отже, протони та нейтрони повинні відштовхуватися один від одного. Однак насправді атоми ядра таки існують і в ус не дмуть. У чому причина?

"Можливо, вся справа в гравітації?" – подумали тоді фізики. Виявилось, що ні. Гравітаційна взаємодія, будучи найслабшою з усіх, не могла б протистояти електромагнітним силам.

Значить, існує досить потужна сила, що зв'язує нуклони в стабільні атоми ядра. Її і називають "сильною взаємодією". Згодом з'ясувалося, що воно також пов'язує кварки (представників однієї з груп фундаментальних частинок) до складових частинок під назвою "адрони" - наприклад, ті самі протони та нейтрони.

У сильній взаємодії беруть участь кварки, адрони та глюони. Глюони не мають маси і є переносниками сильної взаємодії. Ними обмінюються кварки і цим реалізують цю фундаментальну силу.

Сильна ядерна взаємодія є найпотужнішою у природі. Воно в тисячу разів сильніше електромагнітного і в 100.000 разів - "слабкого ядерного", а гравітацію перевищує за потужністю аж у 1039 (10 в 39 ступені) разів.

Сильна взаємодія жорстока - через неї вчені не можуть спостерігати кварки у вільному стані. Ці бідні частки навіки поміщені в адрони. Виявилось, що чим далі кварки один від одного, тим сильніше вони притягуються. Тому ці частки ніколи не спостерігаються самотньо блукаючими по простору і існують тільки в адронах.

Електромагнетизму.

В електромагнітній взаємодії беруть участь усі тіла та частки, які мають електричним зарядом. Проте, є й винятки - можуть брати участь нейтральні частки, але з заряджених. Яскравим прикладомє нейтрон. Він має нейтральний заряд, але складається з заряджених кварків.

Електромагнітна взаємодія здійснюється між зарядженими частинками за допомогою електромагнітного поля. Його квантом (фундаментальною часткою) є фотон - за сумісництвом, троль всієї світобудови.

Електромагнетизм і у тому, що заряджені частинки взаємодіють друг з одним, обмінюючись фотонами.

Електромагнітні сили з'являються як сил і тяжіння (тіло з позитивним зарядом притягується до негативно зарядженого), і відштовхування.

Ця взаємодіяграє дуже значної ролі у природі рахунок своєї взаємодії. Воно визначає структуру молекул (хімічні зв'язки) та електронних оболонок в атомах. Тому до електромагнетизму зводиться дуже багато речей.

Більшість звичних фізичних сил, що їх розглядає "класична механіка" Ньютона - сила тертя, пружності, поверхневого натягу тощо. - мають електромагнітну природу.

Електромагнітні сили також визначають більшу частину фізичних властивостей тіл макросвіту, а також їх зміну під час переходу з одного агрегатного стану до іншого. Ця взаємодія лежить в основі електричних, магнітних, оптичних та хімічних явищ.

Слабкі ядерні сили.

Слабка взаємодія проявляється на відстанях, значно менших від атомного ядра. Воно слабше двох вищеописаних фундаментальних сил, але сильніше гравітації.

У слабких ядерних силах беруть участь дві групи фундаментальних частинок (лептони та кварки) та адрони. У процесі слабкої взаємодії частинки обмінюються "переносниками" - W- і Z-бозонами, які досить масивні, на відміну безмасових глюонів і фотонів.

Слабкі ядерні сили відіграють важливу роль у природі. Перебіг термоядерних реакцій у зірках обумовлено саме цією взаємодією. Іншими словами, завдяки слабким ядерним силам світиться Сонце та інші газові світила.

Але це ще не все. Слабка взаємодія відповідальна за бета-розпад атомних ядер. Цей процесє одним з трьох видіврадіоактивності. Він полягає у випромінюванні ядром "бета-часток": електронів або позитронів.

Завдяки слабкій взаємодії відбувається т.зв. "слабкий розпад". Це коли масивні частинки поділяються більш легкі. Важливим окремим випадком є ​​розпад нейтрону - він здатний перетворитися на протон, електрон та антинейтрино.

Гравітація.

Універсальна фундаментальна взаємодія. Йому піддаються всі матеріальні тіла - від елементарних частинок до величезних галактик. Ця фундаментальна сила є найслабшою з усіх і виражається прагненням матеріальних тіл один до одного – тяжінням.

Гравітація є далекодіючою силою і керує найбільш глобальними процесами у Всесвіті. Завдяки їй зірки та їх скупчення згрупувалися в галактики. Завдяки їй у туманностях формуються газові світила, холодні шматки каменю в космосі групуються в планети, а м'ячик, кинутий Вами нагору, обов'язково впаде вниз.

Гравітація морочить голови фізиків уже кілька десятиліть. Вона є предметом багаторічного конфлікту двох основних фізичних теорій: квантової механіки та теорії відносності. Але чому?

Справа в тому що загальна теоріявідносності та квантова фізика побудовані на різних принципахі описують цю фундаментальну силу по-різному.

Ейнштейн пояснив гравітацію як викривлення самого простору-часу через маси матеріальних тіл. А квантова фізика "квантує" її - описує як взаємодія, яка має свої частки-переносники. Їх називають "гравітонами".

У квантової механіки простір-час представлено " динамічної змінної " , тобто. не залежить від тіл і систем, що знаходяться в ньому. А це врозріз іде з теорією відносності.

Але що найдивовижніше - незважаючи на важливі відмінності, всі ці дві теорії доведені експериментально. Квантова механіка чудово описує мікросвіт, а теорія відносності - Всесвіт у макроскопічних масштабах.

Зараз йдуть спроби об'єднати релятивістську та квантову фізикута безпроблемно описати гравітацію. Тоді буде побудована "теорія всього", і головним кандидатом на здобуття цього титулу є "теорія струн", заплутана в край своїми 11 вимірами.

Ну от і все!

Що таке фундаментальні взаємодії?

14 оцінок, Середня оцінка: 5 з 5

(МО), які були жорстким полімерним диском, читання з якого проводилося лазером, а запис - за допомогою комбінованого впливу лазера (для нагрівання ділянки поверхні) і нерухомого магніту (для перемагнічування інформаційного шару). Вони не є повністю магнітними, хоча й використовують картриджі, що формою нагадують дискети.

Історія

Пристрій дискети 3½

Iomega Zip

До середини 90-х ємності дискети навіть у 2,88 МБ було недостатньо. На зміну дискеті 3,5″ претендували кілька форматів, серед яких найбільшу популярність вибороли дискети Iomega Zip. Так само, як і дискета 3,5″, носій Iomega Zip був м'яким полімерним диском, покритим феромагнітним шаром і укладений у жорсткий корпус із захисною шторкою. На відміну від 3,5″-дискети, отвір для магнітних головок розташовувалося в торці корпусу, а не на бічній поверхні. Існували дискети Zip на 100, 250, а до кінця існування формату – і 750 МБ. Окрім більшого обсягу, диски Zip забезпечували більше надійне зберіганняданих і більше високу швидкістьчитання та записи, ніж 3,5″. Однак вони так і не змогли витіснити тридюймові дискети через високу ціну як дисководів, так і дискет, а також через неприємну особливість приводів, коли дискета з механічним ушкодженнямдиска виводила з ладу дисковод, який, своєю чергою, міг зіпсувати вставлену у нього після цього дискету.

Формати

Хронологія виникнення форматів дискет

Формат	Рік виникнення	Об'єм у кілобайтах
8″		80
8″		256
8″		800
8″ подвійний щільності		1000
5¼″		110
5¼″ подвійний щільності		360
5¼″ чотириразової щільності		720
5¼″ високої щільності		1200
3″		360
3″ подвійний щільності		720
3½″ подвійний щільності		720
2″		720
3½″ високої щільності		1440
3½″ розширеної щільності		2880

Слід зазначити, що фактична ємність дискет залежить від способу форматування. Оскільки, крім ранніх моделей, практично всі флоппі-диски не містять жорстко сформованих доріжок, дорога для експериментів в області ефективного використаннядискети була відкрита для системних програмістів. Результатом стала поява безлічі несумісних між собою форматів дискет навіть під тими самими операційними системами.

Формати дискет в обладнанні IBM

«Стандартні» формати дискет IBM PC відрізнялися розміром диска, кількістю секторів на доріжці, кількістю сторін (SS позначає односторонню дискету, DS - двосторонню), а також типом (щільністю запису) дисководу - тип дисковода маркувався:

• SD (англ. Single Density, одинарна щільність, вперше з'явився в IBM System 3740),
• DD (англ. Double Density, подвійна щільність, вперше з'явився в IBM System 34),
• QD (англ. Quadruple Density, четверна щільність, використовувався у вітчизняних клонах Robotron-1910 - 5¼" дискета 720 К, Amstrad PC, Нейрон І9.66 - 5¼" дискета 640 К),
• HD (англ. High Density, висока щільність, відрізнявся від QD підвищеною кількістю секторів),
• ED (англ. Extra High Density, надвисока щільність).

У додаткових (нестандартних) доріжках та секторах іноді розміщували дані захисту від копіювання пропрієтарних дискет. Стандартні програми, такі як diskcopy, не переносили ці сектори під час копіювання.

Робочі щільності дисководів та ємності дискет у кілобайтах

Параметр магнітного покриття	5¼″			3½″
	Подвійна щільність (DD)	Четверна щільність (QD)	Висока щільність (HD)	Подвійна щільність (DD)	Висока щільність (HD)	Надвисока щільність (ED)
Основа магнітного шару		Fe		Co	Co
Коерцитивна сила ,	300	300	600	600	720	750
Товщина магнітного шару, мікродюйм.	100	100	50	70	40	100
Ширина доріжки, мм	0,300		0,155	0,115	0,115	0,115
Щільність доріжок на дюйм	48	96	96	135	135	135
Лінійна щільність	5876	5876	9646	8717	17434	34868
Ємність (після форматування)	360	720	1200 (1213952)	720	1440 (1457664)	2880

Зведена таблицяформатів дискет, що використовуються в IBM PC та сумісних PC

Діаметр диска, ″	5¼″					3½″
Ємність диска, Кбайт	1200	360	320	180	160	2 880	1 440	720
Байт опису носія в MS-DOS	F9 16	FD 16	FF 16	FC 16	FE 16	F0 16	F0 16	F9 16
Кількість сторін (головок)	2	2	2	1	1	2	2	2
Кількість доріжок на кожній стороні	80	40	40	40	40	80	80	80
Кількість секторів на доріжці	15	9	8	9	8	36	18	9
Розмір сектора, байт	512
Кількість секторів у кластері	1	2	2	1	1	2	1	2
Довжина FAT (у секторах)	2	2	1	2	1	9	9	3
Кількість FAT	2	2	2	2	2	2	2	2
Довжина кореневого каталогу в секторах	14	7	7	4	4	15	14	7
Максимальна кількість елементів у кореневому каталозі	224	112	112	64	64	240	224	112
Загальна кількість секторів на диску	2400	720	640	360	320	5 760	2 880	1 440
Кількість доступних секторів	2371	708	630	351	313	5 726	2 847	1 426
Кількість доступних кластерів	2371	354	315	351	313	2 863	2 847	713

Першою (точніше, 0-ою) є нижня головка. В односторонніх дисководах фактично використовується лише нижня головка, а верхня замінюється повстяною прокладкою. При цьому на односторонніх дисководах можна було використовувати двосторонні дискети, відформатувавши кожну сторону окремо і перевертаючи її при необхідності, але щоб цією можливістю скористатися, у пластиковому конверті 8-дюймової дискети потрібно було прорізати друге індексне вікно, симетрично першому.

Усі дисководи гнучких дисківмають швидкість обертання шпинделя 300 оборотів за хвилину, крім дисковода для гнучких дисків діаметром 5¼” високої щільності, шпиндель якого обертається зі швидкістю 360 хв −1 .

Формати дискет в іншому закордонному обладнанні

Додаткову плутанину вніс той факт, що компанія Apple використовувала у своїх комп'ютерах Macintosh дисководи, які застосовують інший принцип кодування при магнітному записі, ніж на IBM PC - в результаті, незважаючи на використання ідентичних дискет, перенесення інформації між платформами на дискетах не було можливе до того моменту , коли Apple запровадила дисководи високої щільності SuperDrive, що працювали в обох режимах.

Досить частою модифікацією формату дискет 3½ є їх форматування на 1,2 МБ (зі зниженим числом секторів). Ця можливість зазвичай може бути включена до BIOS сучасних комп'ютерів. Таке використання 3½″ характерне для Японії та ПАР. В якості побічного ефекту, активація цієї установки BIOS зазвичай дає можливість читати дискети, відформатовані з використанням драйверів типу 800.com.

Особливості використання дискет у вітчизняній техніці

Крім перерахованих вище варіацій форматів, існував цілий ряд удосконалень і відхилень від стандартного форматудискет:

• наприклад, для RT-11 та її адаптованих в СРСР версій кількість несумісних форматів дискети, що перебувають в обігу, перевищувала десяток. Найбільш відомі - що застосовуються в ДВК MX, MY;
• також відомі 320/360-кілобайтні дискети Іскра-1030/Іскра-1031 - фактично вони являли собою SS/QD-дискети, але їх завантажувальний сектор був відмаркований як DS/DD. В результаті стандартний дисковод IBM PC не міг прочитати їх без використання спеціальних драйверів(Типу 800.com), а дисковод Іскра-1030/Іскра-1031, відповідно, не міг читати стандартні дискети DS/DD від IBM PC;
• в комп'ютерах платформи ZX-Spectrum застосовувалися дискети 5.25" та 3.5", але застосовувався свій власний унікальний формат TR-DOS - 16 секторів на доріжці, кожен сектор по 256 байт (замість 512 байт, стандартних для IBM PC). Підтримувалися як двосторонні, так і односторонні дискети та дисководи. В результаті обсяг даних становив 640 та 320 Кб відповідно. Формат підтримує тільки кореневий каталог, який займає лише перші 8 секторів 0-ї доріжки, в 9-му секторі розташовується системна інформаціяпро дискеті - тип (TR-DOS чи ні), одне або двосторонній диск, загальна кількість файлів і кількість вільних секторів (не байт, а саме секторів). Сектори з 10 по 16 на 0 доріжці не використовуються. Усі файли розташовуються лише послідовно - формат TR-DOS уявлення немає про фрагментації, а максимальний розмірфайлу – 64 Кб. Після видалення файлу всередині зайнятого простору з'являються вільні сектори, які зайняти вже не можна доти, доки не буде виконана команда ущільнення диска Move. На IBM PC сумісних комп'ютерахтакі дискети можна прочитати та записати тільки за допомогою спеціальних програм, наприклад, ZX Spectrum Navigator v.1.14 або ZXDStudio.

Окрім формату TR-DOS, у ZX-Spectrum сумісних комп'ютерах часто застосовувалися і довільні формати дисків. Деякі електронні журнали та ігри на всю дискету використовували свій власний форматвзагалі ні з чим не сумісний. Могли використовувати сектори по 512 байт, і навіть по 1024 байт, і нерідко комбінували різні розмірисекторів на одній доріжці, наприклад, по 256 та по 1024 байт, і просто для різних доріжок застосовувалися різні формати. Наприклад, так робили в електронному журналі ZX-Format. Причому, від номера випуску до номера, даний журналпостійно змінював формат доріжок дискет. Робилося це двох цілей: По-перше, збільшення обсягу даних на дискеті, по-друге, захисту дискет від піратського копіювання. Такі дискети на ZX-Spectrum сумісних комп'ютерах користувачів можна було лише прочитати, запустити журнал або гру, але не можна було нічим скопіювати. Для копіювання таких дискет, для кожного окремого номеражурналу ZX-Format або ігри, потрібно було написати на асемблері свій індивідуальний форматор і копіювальник, попередньо зламавши решту ступенів захисту. Зрозуміло, не можна прочитати та скопіювати такі дискети і на IBM PC сумісних комп'ютерах. Якось попався взагалі унікальний формат - крім нестандартного розмірусекторів на доріжці (5 секторів по 1024 байти), номери всіх 5 секторів були однаковими. Для запуску програмного забезпечення з такої дискети використовувався спеціальний завантажувач, розміщений на першій після каталогу доріжці зі стандартним для ZX-Spectrum формату TR-DOS. У ZX-Spectrum сумісних комп'ютерах однаковим чином застосовувалися як 5.25 ", так і 3.5" дискети, формат при цьому не залежить ні від розміру дискети, ні від щільності, що підтримується їй. Але для використання дискет 3.5″ високої щільності HD, потрібно було ізолентою заклеїти бічне віконце щільності. Дискети 5.25″ високої щільності HD можна застосовувати в ZX-Spectrum тільки у разі використання дисковода, який також підтримує щільність HD, але перемичками дисковод потрібно попередньо перевести на формат SD (720 Кб).

Драйвер pu_1700 дозволяв також забезпечувати форматування зі зсувом та інтерлівінгом секторів - це прискорювало операції послідовного читання-запису, оскільки головка при переході на наступний циліндр опинялася перед першим сектором. При використанні звичайного форматування, коли перший сектор завжди знаходиться за індексним отвором (5¼") або за зоною проходження над герконом або датчиком Хола магнітика, закріпленого на моторі (3½"), за час кроку головки початок першого сектора встигає проскочити, тому дисководу доводиться здійснювати зайвий оборот.

Спеціальні драйвери-розширювачі BIOS (800, pu_1700, vformat та ряд інших) дозволяли форматувати дискети з довільним числомдоріжок та секторів. Оскільки дисководи зазвичай підтримували від однієї до чотирьох додаткових доріжок, а також дозволяли в залежності від конструкційних особливостей відформатувати на 1-4 сектори на доріжці більше, ніж належить за стандартом, ці драйвери забезпечували появу таких нестандартних форматів, як 800 КБ (80 доріжок) , 10 секторів), 840 КБ (84 доріжки, 10 секторів) і т. д. Максимальна ємність, що стійко досягалася таким методом на 3½″ HD-дисководах, становила 1700 КБ. Ця техніка була згодом використана у форматах дискет DMF