Magnes
Magnesy, takie jak zabawki przyczepione do lodówki w domu lub podkowy, które pokazano Ci w szkole, mają kilka niezwykłych cech. Przede wszystkim magnesy przyciągają przedmioty z żelaza i stali, takie jak drzwi lodówki. Dodatkowo posiadają słupki.
Zbliż do siebie dwa magnesy. Biegun południowy jednego magnesu będzie przyciągany do bieguna północnego drugiego. Biegun północny jednego magnesu odpycha biegun północny drugiego.
Prąd magnetyczny i elektryczny
Pole magnetyczne jest generowane przez prąd elektryczny, czyli poruszające się elektrony. Elektrony poruszające się wokół jądra atomowego mają ładunek ujemny. Ukierunkowany ruch ładunków z jednego miejsca do drugiego nazywa się prądem elektrycznym. Prąd elektryczny wytwarza wokół siebie pole magnetyczne.
To pole ze swoimi liniami sił przypominającymi pętlę pokrywa ścieżkę prądu elektrycznego niczym łuk wznoszący się nad drogą. Na przykład, gdy włącza się lampę stołową i przez miedziane druty przepływa prąd, to znaczy, że elektrony w drucie przeskakują z atomu na atom, a wokół drutu wytwarza się słabe pole magnetyczne. W liniach przesyłowych wysokiego napięcia prąd jest znacznie silniejszy niż w lampie stołowej, dlatego wokół drutów takich linii powstaje bardzo silne pole magnetyczne. Zatem elektryczność i magnetyzm to dwie strony tego samego medalu - elektromagnetyzmu.
Powiązane materiały:
Dlaczego koty lubią spać w miejscach publicznych?
Ruch elektronów i pole magnetyczne
Ruch elektronów w każdym atomie tworzy wokół niego maleńkie pole magnetyczne. Elektron poruszający się po orbicie tworzy wirowe pole magnetyczne. Jednak większość pola magnetycznego nie jest tworzona przez ruch elektronu na orbicie wokół jądra, ale przez ruch atomu wokół własnej osi, tak zwany spin elektronu. Spin charakteryzuje obrót elektronu wokół osi, podobnie jak ruch planety wokół własnej osi.
Dlaczego materiały są magnetyczne, a nie magnetyczne
W większości materiałów, takich jak tworzywa sztuczne, pola magnetyczne poszczególnych atomów są zorientowane losowo i znoszą się nawzajem. Ale w materiałach takich jak żelazo atomy można ustawić w taki sposób, że ich pola magnetyczne sumują się, w wyniku czego kawałek stali zostaje namagnesowany. Atomy w materiałach są połączone w grupy zwane domenami magnetycznymi. Pola magnetyczne jednej domeny są zorientowane w jednym kierunku. Oznacza to, że każda domena jest małym magnesem.
Trudno znaleźć dziedzinę, w której nie zastosowano by magnesów. Zabawki edukacyjne, przydatne akcesoria i skomplikowane urządzenia przemysłowe to tylko niewielki ułamek z naprawdę ogromnej liczby możliwości ich wykorzystania. Jednocześnie niewiele osób wie, jak działają magnesy i jaki jest sekret ich siły przyciągania. Aby odpowiedzieć na te pytania, musisz zgłębić podstawy fizyki, ale nie martw się – nurkowanie będzie krótkie i płytkie. Ale po zapoznaniu się z teorią dowiesz się, z czego składa się magnes, a natura jego siły magnetycznej stanie się dla ciebie znacznie jaśniejsza.
Elektron jest najmniejszym i najprostszym magnesem
Każda substancja składa się z atomów, a atomy z kolei składają się z jądra, wokół którego obracają się dodatnio i ujemnie naładowane cząstki - protony i elektrony. Przedmiotem naszego zainteresowania są właśnie elektrony. Ich ruch wytwarza w przewodnikach prąd elektryczny. Ponadto każdy elektron jest miniaturowym źródłem pola magnetycznego i w rzeczywistości prostym magnesem. Tyle, że w składzie większości materiałów kierunek ruchu tych cząstek jest chaotyczny. W efekcie ich ładunki równoważą się. A kiedy kierunek obrotu dużej liczby elektronów na ich orbitach pokrywa się, powstaje stała siła magnetyczna.
Urządzenie magnetyczne
Więc uporządkowaliśmy elektrony. A teraz jesteśmy bardzo blisko odpowiedzi na pytanie, jak zbudowane są magnesy. Aby materiał przyciągnął żelazny kawałek skały, kierunek elektronów w jego strukturze musi się zgadzać. W tym przypadku atomy tworzą uporządkowane obszary zwane domenami. Każda domena ma parę biegunów: północny i południowy. Przechodzi przez nie stała linia ruchu sił magnetycznych. Wchodzą na biegun południowy i opuszczają biegun północny. Takie ustawienie oznacza, że biegun północny zawsze będzie przyciągał biegun południowy innego magnesu, podczas gdy podobne bieguny będą się odpychać.
Jak magnes przyciąga metale
Siła magnetyczna nie działa na wszystkie substancje. Można przyciągać tylko niektóre materiały: żelazo, nikiel, kobalt i metale ziem rzadkich. Żelazny kawałek skały nie jest naturalnym magnesem, ale pod wpływem pola magnetycznego jego struktura zostaje przeorganizowana w domeny z biegunami północnym i południowym. Dzięki temu stal może zostać namagnesowana i zachować zmienioną strukturę przez długi czas.
Jak powstają magnesy?
Ustaliliśmy już, z czego składa się magnes. Jest to materiał, w którym orientacja domen jest zbieżna. Aby nadać skałom te właściwości, można zastosować silne pole magnetyczne lub prąd elektryczny. W tej chwili ludzie nauczyli się wytwarzać bardzo potężne magnesy, których siła przyciągania jest dziesiątki razy większa niż ich własny ciężar i trwa setki lat. Mówimy o supermagnesach ziem rzadkich na bazie stopu neodymu. Takie produkty o wadze 2-3 kg mogą pomieścić przedmioty o wadze 300 kg i więcej. Z czego składa się magnes neodymowy i co powoduje tak niesamowite właściwości?
Prosta stal nie nadaje się do skutecznego wytwarzania produktów o dużej sile przyciągania. Wymaga to specjalnego składu, który pozwoli na możliwie sprawne uporządkowanie domen i utrzymanie stabilności nowej struktury. Aby zrozumieć, z czego składa się magnes neodymowy, wyobraźmy sobie proszek metalowy neodymu, żelaza i boru, który przy użyciu instalacji przemysłowych zostanie namagnesowany przez silne pole i spiekany w sztywną strukturę. Aby chronić ten materiał, pokryto go trwałą ocynkowaną powłoką. Ta technologia produkcji pozwala nam wytwarzać produkty o różnych rozmiarach i kształtach. W asortymencie sklepu internetowego World of Magnets znajdziesz ogromną różnorodność produktów magnetycznych do pracy, rozrywki i życia codziennego.
Co powoduje, że niektóre metale przyciągają magnes? Dlaczego magnes nie przyciąga wszystkich metali? Dlaczego jedna strona magnesu przyciąga, a druga odpycha metal? A co sprawia, że metale neodymowe są tak mocne?
Aby odpowiedzieć na wszystkie te pytania, należy najpierw zdefiniować sam magnes i zrozumieć jego zasadę. Magnesy to ciała, które mają zdolność przyciągania przedmiotów z żelaza i stali oraz odpychania innych w wyniku działania ich pola magnetycznego. Linie pola magnetycznego przechodzą od bieguna południowego magnesu i wychodzą z bieguna północnego. Magnes trwały lub twardy stale wytwarza własne pole magnetyczne. Elektromagnes lub magnes miękki może wytwarzać pola magnetyczne tylko w obecności pola magnetycznego i tylko przez krótki czas, gdy znajduje się w strefie działania określonego pola magnetycznego. Elektromagnesy wytwarzają pola magnetyczne tylko wtedy, gdy przez drut cewki przepływa prąd.
Do niedawna wszystkie magnesy wykonywano z elementów metalowych lub stopów. Skład magnesu determinował jego moc. Na przykład:
Magnesy ceramiczne, takie jak te używane w lodówkach i do przeprowadzania prymitywnych eksperymentów, oprócz ceramicznych materiałów kompozytowych zawierają rudę żelaza. Większość magnesów ceramicznych, zwanych także magnesami żelaznymi, nie ma dużej siły przyciągania.
„Magnesy Alnico” składają się ze stopów aluminium, niklu i kobaltu. Są silniejsze niż magnesy ceramiczne, ale znacznie słabsze niż niektóre rzadkie pierwiastki.
Magnesy neodymowe składają się z żelaza, boru i pierwiastka neodymowego, który jest rzadko spotykany w przyrodzie.
Magnesy kobaltowo-samowe obejmują kobalt i rzadkie pierwiastki samar. W ciągu ostatnich kilku lat naukowcy odkryli także polimery magnetyczne, czyli tak zwane magnesy plastikowe. Niektóre z nich są bardzo elastyczne i plastyczne. Jednak niektóre pracują tylko w ekstremalnie niskich temperaturach, podczas gdy inne mogą podnosić tylko bardzo lekkie materiały, takie jak opiłki metalu. Aby jednak mieć właściwości magnesu, każdy z tych metali potrzebuje siły.
Robienie magnesów
Wiele nowoczesnych urządzeń elektronicznych opiera się na magnesach. Zastosowanie magnesów do produkcji urządzeń zaczęto stosować stosunkowo niedawno, gdyż magnesy występujące w przyrodzie nie mają wystarczającej siły do działania urządzeń i dopiero gdy ludziom udało się je zwiększyć, stały się nieodzownym elementem w produkcji. Kamień żelazny, rodzaj magnetytu, uważany jest za najsilniejszy magnes występujący w przyrodzie. Potrafi przyciągać małe przedmioty, takie jak spinacze i zszywki.Gdzieś w XII wieku ludzie odkryli, że rudę żelaza można wykorzystać do namagnesowania cząsteczek żelaza – w ten sposób ludzie stworzyli kompas. Zauważyli również, że jeśli stale przesuwasz magnes wzdłuż żelaznej igły, igła ulega namagnesowaniu. Sama igła jest ciągnięta w kierunku północ-południe. Później słynny naukowiec William Gilbert wyjaśnił, że ruch namagnesowanej igły w kierunku północ-południe następuje ze względu na fakt, że nasza planeta Ziemia jest bardzo podobna do ogromnego magnesu z dwoma biegunami - północnym i południowym. Igła kompasu nie jest tak silna jak wiele używanych obecnie magnesów trwałych. Jednak proces fizyczny magnesowania igieł kompasu i kawałków stopu neodymu jest prawie taki sam. Chodzi o mikroskopijne obszary zwane domenami magnetycznymi, które wchodzą w skład struktury materiałów ferromagnetycznych, takich jak żelazo, kobalt i nikiel. Każda domena to mały, oddzielny magnes z biegunem północnym i południowym. W nienamagnesowanych materiałach ferromagnetycznych każdy z biegunów północnych jest skierowany w innym kierunku. Domeny magnetyczne skierowane w przeciwne strony znoszą się wzajemnie, w związku z czym materiał sam w sobie nie wytwarza pola magnetycznego.
Z drugiej strony w magnesach praktycznie wszystkie lub przynajmniej większość domen magnetycznych jest skierowanych w jednym kierunku. Zamiast się znosić, mikroskopijne pola magnetyczne łączą się, tworząc jedno duże pole magnetyczne. Im więcej domen jest skierowanych w tym samym kierunku, tym silniejsze pole magnetyczne. Pole magnetyczne każdej domeny rozciąga się od bieguna północnego do bieguna południowego.
To wyjaśnia, dlaczego jeśli złamiesz magnes na pół, otrzymasz dwa małe magnesy z biegunami północnym i południowym. To wyjaśnia również, dlaczego przeciwne bieguny się przyciągają – linie siły wychodzą z północnego bieguna jednego magnesu i biegną do południowego bieguna drugiego, powodując przyciąganie metali i tworzenie jednego większego magnesu. Odpychanie odbywa się na tej samej zasadzie - linie siły poruszają się w przeciwnych kierunkach, a w wyniku takiego zderzenia magnesy zaczynają się odpychać.
Robienie magnesów
Aby zrobić magnes, wystarczy „skierować” domeny magnetyczne metalu w jednym kierunku. Aby to zrobić, musisz namagnesować sam metal. Rozważmy jeszcze raz przypadek z igłą: jeśli magnes jest stale przesuwany w jednym kierunku wzdłuż igły, kierunek wszystkich jego obszarów (domen) jest wyrównany. Można jednak wyrównać domeny magnetyczne w inny sposób, na przykład:Umieść metal w silnym polu magnetycznym w kierunku północ-południe. -- Przesuwaj magnes w kierunku północ-południe, ciągle uderzając go młotkiem, wyrównując jego domeny magnetyczne. - Przepuść prąd elektryczny przez magnes.
Naukowcy sugerują, że dwie z tych metod wyjaśniają, w jaki sposób powstają naturalne magnesy w przyrodzie. Inni naukowcy twierdzą, że magnetyczna ruda żelaza staje się magnesem tylko wtedy, gdy uderza w nią piorun. Jeszcze inni uważają, że ruda żelaza w naturze zamieniła się w magnes w czasie formowania się Ziemi i przetrwała do dziś.
Najpopularniejszą obecnie metodą wytwarzania magnesów jest proces umieszczania metalu w polu magnetycznym. Pole magnetyczne wiruje wokół danego obiektu i zaczyna wyrównywać wszystkie jego domeny. Jednakże w tym momencie może wystąpić opóźnienie w jednym z powiązanych procesów, zwane histerezą. Zmiana kierunku domen w jednym kierunku może zająć kilka minut. Oto, co dzieje się podczas tego procesu: Obszary magnetyczne zaczynają się obracać, ustawiając się wzdłuż linii pola magnetycznego północ-południe.
Obszary już zorientowane w kierunku północ-południe stają się większe, natomiast obszary otaczające stają się mniejsze. Ściany domen, czyli granice pomiędzy sąsiednimi domenami, stopniowo się rozszerzają, powodując powiększanie się samej domeny. W bardzo silnym polu magnetycznym niektóre ściany domen całkowicie zanikają.
Okazuje się, że moc magnesu zależy od wielkości siły użytej do zmiany kierunku domen. Siła magnesów zależy od tego, jak trudno było wyrównać te domeny. Materiały trudne do namagnesowania zachowują swój magnetyzm przez dłuższy czas, podczas gdy materiały łatwe do namagnesowania mają tendencję do szybkiego rozmagnesowania.
Możesz zmniejszyć siłę magnesu lub całkowicie go rozmagnesować, jeśli skierujesz pole magnetyczne w przeciwnym kierunku. Materiał można również rozmagnesować, podgrzewając go do punktu Curie, tj. granica temperatury stanu ferroelektrycznego, w której materiał zaczyna tracić swój magnetyzm. Wysoka temperatura rozmagnesowuje materiał i wzbudza cząsteczki magnetyczne, zaburzając równowagę domen magnetycznych.
Transport magnesów
Duże, mocne magnesy znajdują zastosowanie w wielu obszarach działalności człowieka – od rejestracji danych po przewodzenie prądu przez przewody. Jednak główną trudnością w ich praktycznym zastosowaniu jest sposób transportu magnesów. Podczas transportu magnesy mogą uszkodzić inne przedmioty lub inne przedmioty mogą je uszkodzić, czyniąc je trudnymi lub praktycznie niemożliwymi do użycia. Ponadto magnesy stale przyciągają różne odpady ferromagnetyczne, których pozbycie się jest wówczas bardzo trudne, a czasem niebezpieczne.Dlatego podczas transportu bardzo duże magnesy umieszcza się w specjalnych pudełkach lub po prostu transportuje się materiały ferromagnetyczne, z których przy użyciu specjalnego sprzętu wykonuje się magnesy. W istocie taki sprzęt to prosty elektromagnes.
Dlaczego magnesy „przyklejają się” do siebie?
Prawdopodobnie wiesz z zajęć z fizyki, że prąd elektryczny przepływający przez drut wytwarza pole magnetyczne. W magnesach trwałych pole magnetyczne powstaje również w wyniku ruchu ładunku elektrycznego. Ale pole magnetyczne w magnesach powstaje nie w wyniku przepływu prądu przez druty, ale w wyniku ruchu elektronów.
Wiele osób wierzy, że elektrony to maleńkie cząstki krążące wokół jądra atomu, podobnie jak planety krążące wokół Słońca. Ale jak wyjaśniają fizycy kwantowi, ruch elektronów jest znacznie bardziej złożony. Po pierwsze, elektrony wypełniają orbitale atomu w kształcie powłoki, gdzie zachowują się zarówno jak cząstki, jak i fale. Elektrony mają ładunek i masę i mogą poruszać się w różnych kierunkach.
I chociaż elektrony atomu nie pokonują dużych odległości, taki ruch wystarczy, aby wytworzyć maleńkie pole magnetyczne. A ponieważ sparowane elektrony poruszają się w przeciwnych kierunkach, ich pola magnetyczne znoszą się nawzajem. Przeciwnie, w atomach pierwiastków ferromagnetycznych elektrony nie są sparowane i poruszają się w jednym kierunku. Na przykład żelazo ma aż cztery niepołączone elektrony, które poruszają się w jednym kierunku. Ponieważ nie mają pól oporu, elektrony te mają orbitalny moment magnetyczny. Moment magnetyczny jest wektorem, który ma swoją wielkość i kierunek.
W metalach takich jak żelazo orbitalny moment magnetyczny powoduje, że sąsiednie atomy ustawiają się wzdłuż linii siły północ-południe. Żelazo, podobnie jak inne materiały ferromagnetyczne, ma strukturę krystaliczną. Gdy ochładzają się po procesie odlewania, grupy atomów z równoległych wirujących orbit ustawiają się w strukturze krystalicznej. W ten sposób powstają domeny magnetyczne.
Być może zauważyłeś, że materiały, z których wykonane są dobre magnesy, są również w stanie same przyciągać magnesy. Dzieje się tak, ponieważ magnesy przyciągają materiały z niesparowanymi elektronami, które wirują w tym samym kierunku. Innymi słowy, cecha, która zamienia metal w magnes, przyciąga również metal do magnesów. Wiele innych pierwiastków jest diamagnetycznych - składają się z niesparowanych atomów, które tworzą pole magnetyczne, które nieznacznie odpycha magnes. Niektóre materiały w ogóle nie oddziałują z magnesami.
Pomiar pola magnetycznego
Pole magnetyczne można mierzyć za pomocą specjalnych przyrządów, np. strumieniomierza. Można to opisać na kilka sposobów: - Linie pola magnetycznego mierzy się w weberach (WB). W układach elektromagnetycznych strumień ten porównuje się z prądem.
Natężenie pola, czyli gęstość strumienia, mierzy się w Tesli (T) lub w jednostce Gaussa (G). Jedna Tesla równa się 10 000 Gausów.
Natężenie pola można również mierzyć w weberach na metr kwadratowy. -- Wielkość pola magnetycznego mierzy się w amperach na metr lub oerstedach.
Mity na temat magnesu
Z magnesami mamy do czynienia przez cały dzień. Są np. w komputerach: dysk twardy zapisuje wszystkie informacje za pomocą magnesu, a magnesy stosuje się także w wielu monitorach komputerowych. Magnesy są również integralną częścią telewizorów kineskopowych, głośników, mikrofonów, generatorów, transformatorów, silników elektrycznych, kaset magnetofonowych, kompasów i prędkościomierzy samochodowych. Magnesy mają niesamowite właściwości. Mogą indukować prąd w przewodach i powodować obrót silnika elektrycznego. Wystarczająco silne pole magnetyczne może podnosić małe przedmioty, a nawet małe zwierzęta. Pociągi wykorzystujące lewitację magnetyczną rozwijają dużą prędkość tylko dzięki pchaniu magnetycznemu. Według magazynu Wired niektórzy ludzie wkładają nawet do palców maleńkie magnesy neodymowe, aby wykryć pola elektromagnetyczne.Urządzenia do rezonansu magnetycznego, które działają w oparciu o pole magnetyczne, pozwalają lekarzom na badanie narządów wewnętrznych pacjentów. Lekarze używają również pulsacyjnych pól elektromagnetycznych, aby sprawdzić, czy złamane kości prawidłowo goją się po uderzeniu. Podobne pole elektromagnetyczne wykorzystują astronauci pozostający przez długi czas w stanie nieważkości, aby zapobiec naprężeniom mięśni i złamaniom kości.
Magnesy są również wykorzystywane w praktyce weterynaryjnej do leczenia zwierząt. Na przykład krowy często cierpią na pourazowe zapalenie siateczki i osierdzia, złożoną chorobę rozwijającą się u tych zwierząt, które często połykają wraz z paszą małe metalowe przedmioty, co może uszkodzić ściany żołądka, płuca lub serce zwierzęcia. Dlatego często przed karmieniem krów doświadczeni rolnicy używają magnesu, aby oczyścić żywność z małych, niejadalnych części. Jeśli jednak krowa połknęła już szkodliwe metale, wówczas magnes podaje się jej wraz z pożywieniem. Długie, cienkie magnesy alnico, zwane także „magnesami krowimi”, przyciągają wszystkie metale i zapobiegają uszkodzeniu przez nie żołądka krowy. Takie magnesy naprawdę pomagają wyleczyć chore zwierzę, jednak nadal lepiej jest zadbać o to, aby do pokarmu krowy nie dostały się żadne szkodliwe składniki. Jeśli chodzi o ludzi, przeciwwskazane jest połykanie magnesów, ponieważ gdy dostaną się do różnych części ciała, nadal będą przyciągane, co może prowadzić do zablokowania przepływu krwi i zniszczenia tkanek miękkich. Dlatego, gdy dana osoba połknie magnes, potrzebuje operacji.
Niektórzy uważają, że magnetoterapia to przyszłość medycyny, gdyż jest jedną z najprostszych, a zarazem skutecznych metod leczenia wielu chorób. O działaniu pola magnetycznego przekonało się już wiele osób w praktyce. Magnetyczne bransoletki, naszyjniki, poduszki i wiele innych podobnych produktów są lepsze niż pigułki w leczeniu wielu różnych chorób - od zapalenia stawów po raka. Niektórzy lekarze uważają również, że szklanka namagnetyzowanej wody jako środek zapobiegawczy może wyeliminować pojawienie się większości nieprzyjemnych dolegliwości. W Ameryce na terapię magnetyczną wydaje się rocznie około 500 milionów dolarów, a ludzie na całym świecie wydają na takie leczenie średnio 5 miliardów dolarów.
Zwolennicy magnetoterapii w różny sposób interpretują przydatność tej metody leczenia. Niektórzy twierdzą, że magnes jest w stanie przyciągnąć żelazo zawarte w hemoglobinie we krwi, poprawiając w ten sposób krążenie krwi. Inni twierdzą, że pole magnetyczne w jakiś sposób zmienia strukturę sąsiadujących komórek. Ale jednocześnie badania naukowe nie potwierdziły, że użycie magnesów statycznych może złagodzić ból lub wyleczyć chorobę.
Niektórzy zwolennicy sugerują również, że wszyscy ludzie używają magnesów do oczyszczania wody w swoich domach. Jak mówią sami producenci, duże magnesy potrafią oczyścić twardą wodę usuwając z niej wszelkie szkodliwe stopy ferromagnetyczne. Naukowcy twierdzą jednak, że to nie ferromagnetyki powodują twardość wody. Ponadto dwa lata stosowania magnesów w praktyce nie wykazały żadnych zmian w składzie wody.
Ale chociaż magnesy raczej nie mają działania leczniczego, nadal warto je badać. Kto wie, być może w przyszłości odkryjemy przydatne właściwości magnesów.
Nasze rozumienie podstawowej struktury materii ewoluowało stopniowo. Atomowa teoria budowy materii pokazała, że nie wszystko na świecie działa tak, jak się wydaje na pierwszy rzut oka, a zawiłości na jednym poziomie można łatwo wyjaśnić na kolejnym poziomie szczegółowości. Przez cały XX wiek, po odkryciu budowy atomu (czyli po pojawieniu się modelu atomu Bohra), wysiłki naukowców skupiały się na rozwikłaniu budowy jądra atomowego.
Pierwotnie zakładano, że w jądrze atomowym występują tylko dwa rodzaje cząstek – neutrony i protony. Jednak począwszy od lat trzydziestych XX wieku naukowcy zaczęli coraz częściej uzyskiwać wyniki eksperymentalne, których nie dało się wytłumaczyć w ramach klasycznego modelu Bohra. To doprowadziło naukowców do przekonania, że jądro jest w rzeczywistości dynamicznym układem różnorodnych cząstek, których szybkie powstawanie, interakcja i rozpad odgrywają kluczową rolę w procesach jądrowych. Na początku lat pięćdziesiątych badania nad cząstkami elementarnymi, jak je nazywano, osiągnęły czołową pozycję w naukach fizycznych.
elementy.ru/trefil/46
„Ogólna teoria interakcji opiera się na zasadzie ciągłości.
Pierwszym krokiem w tworzeniu ogólnej teorii była materializacja abstrakcyjnej zasady ciągłości wobec realnie istniejącego świata, który obserwujemy wokół nas. W wyniku takiej materializacji autor doszedł do wniosku o istnieniu wewnętrznej struktury próżni fizycznej. Próżnia to przestrzeń stale wypełniona podstawowymi cząsteczkami – bionami – których różne ruchy, układy i skojarzenia mogą wyjaśnić całe bogactwo i różnorodność natury i umysłu.
W rezultacie powstała nowa ogólna teoria, która w oparciu o jedną zasadę, a zatem identyczną, spójną i logicznie powiązaną warstwę wizualną (materialną), a nie cząstki wirtualne, opisuje zjawiska naturalne i zjawiska ludzkiego umysłu.
Główną tezą jest zasada ciągłości.
Zasada ciągłości oznacza, że żaden proces faktycznie istniejący w przyrodzie nie może rozpocząć się samoistnie i zakończyć bez śladu. Wszystkie procesy, które można opisać wzorami matematycznymi, można obliczyć jedynie za pomocą ciągłych zależności lub funkcji. Wszystkie zmiany mają swoje przyczyny, szybkość transmisji wszelkich interakcji determinowana jest właściwościami środowiska, w którym obiekty wchodzą w interakcję. Ale same te obiekty zmieniają z kolei środowisko, w którym się znajdują i wchodzą w interakcje.
\
Pole to zbiór elementów, dla których zdefiniowane są operacje arytmetyczne. Pole ma także charakter ciągły – jeden element pola przechodzi płynnie w drugi, nie da się wskazać granicy pomiędzy nimi.
To określenie pola również wynika z zasady ciągłości. To (definicja) wymaga opisu elementu odpowiedzialnego za wszelkiego rodzaju pola i interakcje.
W ogólnej teorii oddziaływań, w przeciwieństwie do obecnie dominujących teorii mechaniki kwantowej i teorii względności, element taki jest jednoznacznie zdefiniowany.
Ten pierwiastek to bion. Cała przestrzeń Wszechświata, zarówno próżnia, jak i cząstki, składa się z bionów. Bion to elementarny dipol, czyli cząstka składająca się z dwóch połączonych ze sobą ładunków, identycznych pod względem wielkości, ale różniących się znakiem. Całkowity ładunek bionu wynosi zero. Szczegółową strukturę bionu pokazano na stronie Struktura próżni fizycznej.
\
Nie da się wskazać granic bionu (wyraźna analogia z atmosferą ziemską, której granicy nie da się dokładnie wyznaczyć), gdyż wszelkie przejścia przebiegają bardzo, bardzo płynnie. Dlatego praktycznie nie ma tarcia wewnętrznego między bionami. Jednak wpływ takiego „tarcia” staje się zauważalny z dużych odległości i jest przez nas obserwowany jako przesunięcie ku czerwieni.
Pole elektryczne w ogólnej teorii oddziaływań.
Istnienie pola elektrycznego w dowolnym obszarze przestrzeni będzie reprezentować strefę konsekwentnie rozmieszczonych i zorientowanych bionów w określony sposób.
b-i-o-n.ru/_mod_files/ce_image...
Pole magnetyczne w ogólnej teorii oddziaływań.
Pole magnetyczne będzie reprezentować pewną dynamiczną konfigurację lokalizacji i ruchu bionów.
b-i-o-n.ru/theory/elim/
Pole elektryczne to obszar przestrzeni, w którym próżnia fizyczna ma pewną uporządkowaną strukturę. W obecności pola elektrycznego próżnia wywiera siłę na testowany ładunek elektryczny. Efekt ten wynika z umiejscowienia bionów w danym obszarze przestrzeni.
Niestety, nie udało nam się jeszcze zgłębić tajemnicy działania ładunku elektrycznego. W przeciwnym razie pojawi się następujący obraz. Każdy ładunek, niech będzie na przykład ujemny, tworzy wokół siebie następującą orientację bionów - pole elektrostatyczne.
Główna część energii należy do ładunku, który ma określoną wielkość. A energia pola elektrycznego jest energią uporządkowanego układu bionów (każdy porządek ma podstawę energetyczną). Jasne jest również, jak odległe ładunki „odczuwają” się nawzajem. Te „wrażliwe narządy” to biony zorientowane w określony sposób. Zwróćmy uwagę na jeszcze jeden ważny wniosek. Szybkość tworzenia się pola elektrycznego jest określona przez prędkość obrotu bionów, tak aby zorientowały się one względem ładunku, jak pokazano na rysunku. I to wyjaśnia, dlaczego prędkość ustanawiania pola elektrycznego jest równa prędkości światła: w obu procesach biony muszą przenosić rotację między sobą.
Po wykonaniu kolejnego łatwego kroku możemy śmiało powiedzieć, że pole magnetyczne reprezentuje kolejną dynamiczną konfigurację bionów.
b-i-o-n.ru/theory/elim
Warto zauważyć, że pole magnetyczne nie objawia się w żaden sposób, dopóki nie pojawią się obiekty, na które może oddziaływać (igła kompasu lub ładunek elektryczny).
Zasada superpozycji pola magnetycznego. Osie obrotu bionu zajmują położenie pośrednie, w zależności od kierunku i siły oddziałujących pól.
Wpływ pola magnetycznego na poruszający się ładunek.
"
Pole magnetyczne nie oddziałuje na ładunek znajdujący się w spoczynku, ponieważ wirujące biony będą wytwarzać oscylacje takiego ładunku, jednak takich oscylacji nie będziemy w stanie wykryć ze względu na ich małość.
Co zaskakujące, w ani jednym podręczniku nie znalazłem nie tylko odpowiedzi, ale nawet pytania, które oczywiście powinno pojawić się u każdego, kto zaczyna studiować zjawiska magnetyczne.
Oto pytanie. Dlaczego moment magnetyczny obwodu przewodzącego prąd nie zależy od kształtu tego obwodu, ale tylko od jego powierzchni? Myślę, że takie pytanie nie jest zadawane właśnie dlatego, że nikt nie zna na nie odpowiedzi. Na podstawie naszych pomysłów odpowiedź jest oczywista. Pole magnetyczne obwodu jest sumą pól magnetycznych bionów. A liczba bionów tworzących pole magnetyczne jest określona przez powierzchnię obwodu i nie zależy od jego kształtu.
Jeśli spojrzeć szerzej, bez wchodzenia w teorię, magnes działa poprzez pulsowanie pola magnetycznego. Dzięki tej pulsacji, uporządkowaniu ruchu cząstek siły, powstaje ogólna siła, która oddziałuje na otaczające obiekty. Uderzenie przenoszone jest przez pole magnetyczne, w którym mogą zostać uwolnione także cząstki i kwanty.
Teoria bionu wyróżnia bion jako cząstkę elementarną. Widzisz, jakie to fundamentalne.
Teoria przestrzeni grawitonowej identyfikuje grawiton jako kwant całego wszechświata. I podaje podstawowe prawa rządzące wszechświatem.
n-t.ru/tp/ns/tg.htm Teoria przestrzeni grawitonowej
„Dialektyka rozwoju nauki polega na ilościowym gromadzeniu się takich abstrakcyjnych pojęć („demonów”), opisujących coraz to nowe wzorce natury, która na pewnym etapie osiąga krytyczny poziom złożoności. Rozwiązanie takiego kryzysu niezmiennie wymaga skoku jakościowego, głębokiej rewizji podstawowych pojęć, usunięcia „demoniczności” z narosłych abstrakcji, ujawnienia ich sensownej istoty w języku nowej uogólniającej teorii.
*
TPG postuluje fizyczne (faktyczne) istnienie przestrzeni przechodniej, której elementy w ramach tej teorii nazywane są grawitonami.
*
Te. Zakładamy, że to fizyczna przestrzeń grawitonów (PG) zapewnia uniwersalne połączenie dostępnych naszej wiedzy obiektów fizycznych i jest minimalną niezbędną substancją, bez której wiedza naukowa w zasadzie nie jest możliwa.
*
TPG postuluje dyskretność i zasadniczą niepodzielność grawitonów, ich brak jakiejkolwiek struktury wewnętrznej. Te. Grawiton w ramach TPG pełni rolę absolutnej cząstki elementarnej, bliskiej w tym sensie atomowi Demokryta. W sensie matematycznym grawiton jest zbiorem pustym (zestawem zerowym).
*
Główną i jedyną właściwością grawitonu jest jego zdolność do samokopiowania, generując nowy grawiton. Własność ta definiuje relację o ścisłym, niedoskonałym porządku na zbiorze PG: gi< gi+1, где gi – гравитон-родитель и gi+1 – дочерний гравитон, являющийся копией родителя. Это отношение интенсионально определяет ПГ как транзитивное и антирефлексивное множество, из чего следует также его асимметричность и антисимметричность.
*
TPG postuluje ciągłość i maksymalną gęstość PG, wypełniającą cały dostępny poznaniu wszechświat w taki sposób, że dowolny obiekt fizyczny w tym Wszechświecie można skojarzyć z niepustym podzbiorem PG, co jednoznacznie określa położenie tego obiektu w PG, a zatem i we Wszechświecie.
*
PG jest przestrzenią metryczną. Jako naturalną metrykę PG możemy wybrać minimalną liczbę przejść od jednego sąsiedniego grawitonu do drugiego, niezbędną do zamknięcia łańcucha przechodniego łączącego parę grawitonów, pomiędzy którymi wyznaczamy odległość.
"
Właściwości grawitonu pozwalają mówić o kwantowej naturze tego pojęcia. Grawiton jest kwantem ruchu, realizowanym w akcie kopiowania grawitonu i „narodzin” nowego grawitonu. W sensie matematycznym czynność tę można powiązać z dodaniem jedynki do już istniejącej liczby naturalnej.
"
Inną konsekwencją ruchu własnego PG są zjawiska rezonansowe, które generują wirtualne cząstki elementarne, w szczególności fotony kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła.
*
Wykorzystując podstawowe pojęcia TPG zbudowaliśmy fizyczny model przestrzeni, która nie jest pasywnym pojemnikiem innych obiektów fizycznych, ale sama aktywnie się zmienia i porusza. Niestety żadne możliwe instrumenty nie dają nam możliwości bezpośredniego badania aktywności gazów cieplarnianych, ponieważ grawitony przenikają wszystkie obiekty, oddziałując z najmniejszymi elementami ich wewnętrznej struktury. Niemniej jednak możemy uzyskać istotne informacje na temat ruchu grawitonów, badając wzorce i zjawiska rezonansowe tak zwanego kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła, które w dużej mierze wynika z aktywności gazów cieplarnianych.
*
Natura oddziaływania grawitacyjnego
„Ta grawitacja powinna być wewnętrzną, nieodłączną i istotną cechą materii, umożliwiającą w ten sposób dowolnemu ciału oddziaływanie na drugie na odległość poprzez próżnię, bez żadnego pośrednika, za pomocą którego działanie i siła mogłyby zostać przeniesione z jednego ciała na drugie. po drugie, wydaje mi się to tak rażącym absurdem, że w moim głębokim przekonaniu nie zgodzi się z tym ani jedna osoba posiadająca jakiekolwiek doświadczenie w sprawach filozoficznych i obdarzona zdolnością myślenia”. (z listu Newtona do Richarda Bentleya).
**
W ramach TPG grawitacja pozbawiona jest swojej natury siłowej i jest całkowicie definiowana precyzyjnie, jako wzór ruchu obiektów fizycznych, który „wiąże” swobodne grawitony całą objętością swojej wewnętrznej struktury, gdyż grawitony swobodnie penetrują dowolny obiekt fizyczny, będąc integralne elementy jego wewnętrznej struktury. Wszystkie obiekty fizyczne „absorbują” grawitony, zaburzając izotropową proliferację gazów cieplarnianych, dlatego dość bliskie i masywne obiekty kosmiczne tworzą zwarte gromady, kompensując ekspansję gazów cieplarnianych w gromadzie. Jednak same skupiska, oddzielone takimi ilościami gazów cieplarnianych, których proliferacji nie są w stanie zrekompensować, rozpraszają się tym szybciej, im większa jest objętość oddzielających je gazów cieplarnianych. Te. ten sam mechanizm determinuje zarówno efekt „przyciągania”, jak i efekt ekspansji galaktyk.
***
Rozważmy teraz bardziej szczegółowo mechanizm „absorpcji” grawitonów przez obiekty fizyczne. Intensywność takiego „wchłaniania” zależy w istotny sposób od budowy wewnętrznej obiektów i jest zdeterminowana obecnością w tej strukturze określonych struktur, a także ich liczbą. Grawitacyjne „absorpcja” swobodnego grawitonu jest najprostszym i najsłabszym tego typu mechanizmem, który nie wymaga żadnych specjalnych konstrukcji, w akcie takiego „absorpcji” bierze udział pojedynczy grawiton. Każdy inny rodzaj oddziaływania wykorzystuje odpowiadające temu typowi cząstki oddziaływań, określone na pewnym podzbiorze grawitonów, dlatego też efektywność takiego oddziaływania jest znacznie większa; w akcie oddziaływania wiele grawitonów ulega „pochłanianiu” wraz ze zdefiniowaną na nich cząstką . Zauważmy też, że w takich oddziaływaniach jeden z obiektów musi pełnić taką samą rolę, jaką pełni PG w oddziaływaniu grawitacyjnym, czyli: musi generować coraz więcej nowych cząstek danego oddziaływania, wykorzystując do tego działania bardzo specyficzne struktury, o których wspomnieliśmy powyżej. Zatem ogólny schemat każdej interakcji pozostaje zawsze taki sam, a siłę oddziaływania określa „objętość” cząstek interakcji i aktywność generującego je źródła.
Oddziaływanie magnetyczne można rozumieć jako model powstawania i pochłaniania cząstek elementarnych pola magnetycznego. Co więcej, cząstki mają różne częstotliwości, dlatego powstaje pole potencjalne, składające się z poziomów napięcia, czyli tęczy. Cząsteczki „unoszą się” wzdłuż tych poziomów. Mogą być absorbowane przez inne cząstki, na przykład jony sieci krystalicznej niektórych metali, ale wpływ pola magnetycznego na nie będzie kontynuowany. Metal jest przyciągany do korpusu magnesu.
Teoria superstrun, pomimo swojej nazwy, rysuje jasny obraz świata. Lepiej: podkreśla wiele trajektorii interakcji na świecie.
ergeal.ru/other/superstrings.htm Teoria superstrun (Dmitry Polyakov)
„Tak więc struna jest rodzajem pierwotnego stworzenia w widzialnym Wszechświecie.
Obiekt ten nie jest materialny, jednakże można go w przybliżeniu wyobrazić sobie w postaci jakiejś rozciągniętej nici, liny czy np. struny skrzypiec lecącej w dziesięciowymiarowej czasoprzestrzeni.
Lecąc w dziesięciu wymiarach, ten rozciągnięty obiekt również doświadcza wewnętrznych wibracji. Z tych wibracji (lub oktaw) pochodzi cała materia (i, jak się później okaże, nie tylko materia). Te. cała różnorodność cząstek w przyrodzie to po prostu różne oktawy jednego ostatecznie pierwotnego stworzenia – struny. Dobrym przykładem dwóch tak różnych oktaw pochodzących z jednej struny jest grawitacja i światło (grawitony i fotony). To prawda, że są tu pewne subtelności - konieczne jest rozróżnienie widm strun zamkniętych i otwartych, ale teraz trzeba te szczegóły pominąć.
Jak zatem badać taki obiekt, jak powstaje dziesięć wymiarów i jak znaleźć prawidłowe zagęszczenie dziesięciu wymiarów w naszym czterowymiarowym świecie?
Nie mogąc „złapać” sznurka, podążamy za jego śladami i badamy jego trajektorię. Tak jak trajektoria punktu jest linią zakrzywioną, tak trajektoria jednowymiarowego rozciągniętego obiektu (sznurka) jest dwuwymiarową POWIERZCHNIĄ.
Zatem z matematycznego punktu widzenia teoria strun to dynamika dwuwymiarowych powierzchni losowych osadzonych w przestrzeni wielowymiarowej.
Każda taka powierzchnia nazywana jest ARKUSZEM ŚWIATA.
Ogólnie rzecz biorąc, wszelkiego rodzaju symetrie odgrywają niezwykle ważną rolę we Wszechświecie.
Z symetrii konkretnego modelu fizycznego często można wyciągnąć najważniejsze wnioski na temat jego dynamiki (modelu), ewolucji, mutacji itp.
W Teorii Strun taką podstawą symetrii jest tzw. NIEZMIENNICTWO REPARAMETRYZACJI (lub „grupa dyfeomorfizmów”). Ta niezmienność, mówiąc bardzo z grubsza i w przybliżeniu, oznacza, co następuje. Wyobraźmy sobie, że obserwator „siada” na jednej z kart świata „przeciągniętych” sznurkiem. W dłoniach trzyma elastyczną linijkę, za pomocą której bada właściwości geometryczne powierzchni Karty Świata. Zatem właściwości geometryczne powierzchni oczywiście nie zależą od podziałki linijki. Niezależność struktury Karty Świata od skali „mentalnego władcy” nazywana jest niezmiennością reparametryzacji (lub niezmiennością R).
Zasada ta, pomimo pozornej prostoty, prowadzi do niezwykle ważnych konsekwencji. Po pierwsze, czy jest to ważne na poziomie kwantowym?
^
Duchy to pola (fale, wibracje, cząstki), których prawdopodobieństwo obserwacji jest ujemne.
Dla racjonalisty jest to oczywiście absurd: w końcu klasyczne prawdopodobieństwo dowolnego zdarzenia zawsze mieści się w przedziale od 0 (kiedy zdarzenie na pewno nie nastąpi) do 1 (kiedy wręcz przeciwnie, na pewno się wydarzy).
Prawdopodobieństwo pojawienia się Duchów jest jednak ujemne. Jest to jedna z możliwych definicji Duchów. Definicja apofatyczna. W tym kontekście przypomina mi się definicja miłości Abba Dorotheusa: "Bóg jest środkiem koła. A ludzie są promieniami. Kochając Boga, ludzie zbliżają się do Centrum jak promienie. Kochając się nawzajem, zbliżają się do Boga jako Centrum."
Podsumujmy więc pierwsze wyniki.
Spotkaliśmy Obserwatora, który wraz z linijką został umieszczony na Karcie Świata. A podział władcy na pierwszy rzut oka jest arbitralny, a Arkusz Świata jest obojętny na tę arbitralność.
Ta obojętność (lub symetria) nazywana jest niezmiennością reparametryzacji (niezmienniczość R, grupa dyfeomorfizmów).
Konieczność powiązania obojętności z niepewnością prowadzi do wniosku, że Wszechświat jest dziesięciowymiarowy.
W rzeczywistości wszystko jest nieco bardziej skomplikowane.
Oczywiście, przy byle jakim władcy nikt nie wpuści obserwatora na Listę Światową. Dziesięciowymiarowy świat jest jasny, surowy i nie toleruje żadnego knebla. Za jakikolwiek knebel z Kartą Świata władca tego drania zostałby na zawsze odebrany, a on zostałby solidnie wychłostany, jak protestant.
^
Jeśli jednak Obserwator nie jest protestantem, zostaje mu dany Władca ustalony raz na zawsze, sprawdzony, niezmienny od wieków i wraz z tym ściśle wybranym Jedynym Władcą zostaje wpisany na Listę Światową.
W teorii superstrun rytuał ten nazywany jest „blokowaniem miernika”.
W wyniku ustalenia kalibracji powstają duchy Faddeeva-Popova.
To te Duchy przekazują Władcę Obserwatorowi.
Jednakże wybór kalibracji jest jedynie czysto egzoteryczną, policyjną funkcją Duchów Faddeev-Popov. Egzoteryczną, zaawansowaną misją tych Duchów jest wybór prawidłowego zagęszczenia, a następnie wygenerowanie solitonów i Chaosu w zagęszczonym świecie.
Jak dokładnie to się dzieje, jest bardzo subtelnym pytaniem i nie do końca jasnym; Postaram się opisać ten proces możliwie najkrócej i przejrzyście, pomijając w miarę możliwości szczegóły techniczne.
Wszystkie recenzje dotyczące teorii superstrun zawierają tzw. Twierdzenie o braku duchów. Twierdzenie to stwierdza, że Duchy, choć determinują wybór kalibracji, to jednak nie wpływają bezpośrednio na drgania struny (drgania generujące materię). Innymi słowy, zgodnie z twierdzeniem, widmo struny nie zawiera Duchów, tj. Przestrzeń Duchów jest całkowicie oddzielona od emanacji materii, a Duchy są niczym więcej niż artefaktem utrwalenia kalibracji. Można powiedzieć, że są to Duchy – konsekwencja niedoskonałości obserwatora, która nie ma żadnego związku z dynamiką struny. Jest to klasyczny wynik, w wielu przypadkach mniej lub bardziej prawdziwy. Jednak zastosowanie tego twierdzenia jest ograniczone, ponieważ wszystkie znane dowody nie uwzględniają jednego niezwykle ważnego niuansu. Ten niuans wiąże się z tzw. „naruszenie symetrii obrazów”.
Co to jest? Rozważmy dowolną wibrację struny: na przykład emanację światła (foton). Okazuje się, że istnieje kilka różnych sposobów opisania tej emanacji. Mianowicie w teorii strun emanacje opisywane są za pomocą tzw. „operatory wierzchołków”. Każda emanacja odpowiada kilku rzekomo równoważnym operatorom wierzchołków. Te równoważne operatory różnią się między sobą „liczbami duchowymi”, tj. struktura Dukhova Faddeeva-Popova.
Każdy taki równoważny opis tej samej emanacji nazywany jest Obrazem. Istnieje tzw „mądrość konwencjonalna”, kładąca nacisk na równoważność Obrazów, tj. operatory wierzchołków z różnymi numerami wiatrów. Założenie to znane jest jako „zmieniająca obraz symetria operatorów wierzchołków”.
Ta „konwencjonalna mądrość” jest milcząco implikowana w dowodzie twierdzenia o nieobecności. Jednak dokładniejsza analiza pokazuje, że symetria ta nie istnieje (a dokładniej w niektórych przypadkach istnieje, a w innych zostaje zerwana). W związku z naruszeniem Symetrii Obrazów, w szeregu przypadków naruszane jest także wspomniane Twierdzenie. A to oznacza - Duchy odgrywają bezpośrednią rolę w wibracjach struny, przestrzenie materii i Duchów nie są niezależne, ale są ze sobą powiązane w najbardziej subtelny sposób.
Przecięcie tych przestrzeni odgrywa kluczową rolę w dynamicznym zagęszczaniu i tworzeniu Chaosu. "
Kolejna wizja teorii superstrun elementy.ru/trefil/21211
„Różne wersje teorii strun są obecnie uważane za głównych pretendentów do miana wszechstronnej, uniwersalnej teorii wyjaśniającej naturę wszystkich rzeczy. A to jest swego rodzaju Święty Graal fizyków teoretycznych zajmujących się teorią cząstek elementarnych i kosmologią. Teoria uniwersalna (także teoria wszystkich rzeczy) zawiera zaledwie kilka równań, które łączą w sobie cały zasób ludzkiej wiedzy o naturze oddziaływań i właściwościach podstawowych elementów materii, z której zbudowany jest Wszechświat. Dziś teoria strun ma zostało połączone z koncepcją supersymetrii, w wyniku czego narodziła się teoria superstrun i dziś jest to maksimum tego, co udało się osiągnąć w zakresie ujednolicenia teorii wszystkich czterech głównych oddziaływań (sił działających w przyrodzie).
*****
Dla jasności, oddziałujące cząstki można uznać za „cegły” wszechświata, a cząstki nośnika można uznać za cement.
*****
W modelu standardowym kwarki pełnią rolę elementów budulcowych, a bozony cechowania, którymi te kwarki wymieniają się między sobą, pełnią rolę nośników interakcji. Teoria supersymetrii idzie jeszcze dalej i stwierdza, że same kwarki i leptony nie są fundamentalne: wszystkie składają się z jeszcze cięższych i nieodkrytych eksperymentalnie struktur (cegiełek) materii, spajanych jeszcze mocniejszym „cementem” cząstek superenergetycznych -nośniki oddziaływań niż kwarki złożone z hadronów i bozonów. Oczywiście żadne z przewidywań teorii supersymetrii nie zostało jeszcze przetestowane w warunkach laboratoryjnych, jednak hipotetyczne ukryte składniki świata materialnego mają już nazwy - na przykład elektron (supersymetryczny partner elektronu), kwadrat itp. Jednakże istnienie tych cząstek jest teoretycznie przewidywane jednoznacznie.
*****
Obraz Wszechświata oferowany przez te teorie jest jednak dość łatwy do wizualizacji. W skali około 10–35 m, czyli o 20 rzędów wielkości mniejszej od średnicy tego samego protonu, w skład której wchodzą trzy związane kwarki, budowa materii odbiega od tego, do czego jesteśmy przyzwyczajeni nawet na poziomie cząstek elementarnych . Przy tak małych odległościach (i przy tak wysokich energiach oddziaływań, że jest to niewyobrażalne) materia zamienia się w szereg polowych fal stojących, podobnych do tych wzbudzanych w strunach instrumentów muzycznych. Podobnie jak struna gitary, w takiej strunie oprócz tonu podstawowego można wzbudzić wiele alikwotów czy harmonicznych. Każda harmoniczna ma swój własny stan energetyczny. Zgodnie z zasadą względności (patrz Teoria względności) energia i masa są równoważne, co oznacza, że im wyższa częstotliwość drgań fali harmonicznej struny, tym wyższa jest jej energia i tym większa jest masa obserwowanej cząstki.
O ile jednak dość łatwo jest wyobrazić sobie falę stojącą w strunie gitary, o tyle fale stojące proponowane przez teorię superstrun są trudne do wizualizacji - faktem jest, że drgania superstrun zachodzą w przestrzeni mającej 11 wymiarów. Jesteśmy przyzwyczajeni do przestrzeni czterowymiarowej, która zawiera trzy wymiary przestrzenne i jeden wymiar czasowy (lewy-prawy, góra-dół, przód-tył, przeszłość-przyszłość). W przestrzeni superstrun sytuacja jest znacznie bardziej skomplikowana (patrz ramka). Fizycy teoretyczni omijają śliski problem „dodatkowych” wymiarów przestrzennych, argumentując, że są one „ukryte” (lub, w terminologii naukowej, „zagęszczone”) i dlatego nie są obserwowane przy zwykłych energiach.
Niedawno teoria strun została dalej rozwinięta w postaci teorii wielowymiarowych membran - w zasadzie są to te same struny, ale płaskie. Jak niedbale zażartował jeden z autorów, membrany różnią się od sznurków mniej więcej w ten sam sposób, w jaki makaron różni się od wermiszelu.
To chyba wszystko, co można w skrócie powiedzieć o jednej z teorii, która nie bez powodu dziś twierdzi, że jest uniwersalną teorią Wielkiego Zjednoczenia wszelkich oddziaływań sił. "
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D... Teoria superstrun.
Uniwersalna teoria wyjaśniająca wszystkie interakcje fizyczne: elementy.ru/trefil/21216
„W przyrodzie istnieją cztery podstawowe siły, a wszystkie zjawiska fizyczne zachodzą w wyniku interakcji między obiektami fizycznymi, które są spowodowane przez jedną lub więcej z tych sił. Cztery rodzaje interakcji, w malejącej kolejności siły, to:
* oddziaływanie silne, które utrzymuje kwarki w hadronach i nukleonach w jądrze atomowym;
* oddziaływanie elektromagnetyczne pomiędzy ładunkami elektrycznymi i magnesami;
* słabe oddziaływanie, które jest odpowiedzialne za niektóre rodzaje reakcji rozpadu promieniotwórczego; I
* oddziaływanie grawitacyjne.
W mechanice klasycznej Newtona każda siła jest po prostu siłą przyciągającą lub odpychającą, która powoduje zmianę charakteru ruchu ciała fizycznego. Jednak we współczesnych teoriach kwantowych pojęcie siły (obecnie interpretowanej jako oddziaływanie między cząstkami elementarnymi) jest interpretowane nieco inaczej. Obecnie uważa się, że oddziaływanie siłowe jest wynikiem wymiany cząstki nośnej interakcji pomiędzy dwiema oddziałującymi cząstkami. Przy takim podejściu oddziaływanie elektromagnetyczne między np. dwoma elektronami wynika z wymiany fotonu między nimi i podobnie wymiana innych cząstek pośrednich prowadzi do powstania trzech innych rodzajów oddziaływań. (Szczegółowe informacje można znaleźć w artykule Model standardowy.)
Ponadto o charakterze oddziaływania decydują właściwości fizyczne cząstek nośnika. W szczególności prawo powszechnego ciążenia Newtona i prawo Coulomba mają to samo sformułowanie matematyczne właśnie dlatego, że w obu przypadkach nośnikami oddziaływania są cząstki pozbawione masy spoczynkowej. Oddziaływania słabe pojawiają się jedynie na bardzo krótkich dystansach (właściwie tylko wewnątrz jądra atomowego), gdyż ich nośnikami – bozony cechowania – są bardzo ciężkie cząstki. Silne oddziaływania również pojawiają się tylko w mikroskopijnych odległościach, ale z innego powodu: tutaj chodzi o „wychwytywanie kwarków” wewnątrz hadronów i fermionów (patrz Model Standardowy).
Optymistyczne określenia „teoria uniwersalna”, „teoria wszystkiego”, „teoria wielkiej unifikacji” i „teoria ostateczna” są obecnie używane w odniesieniu do każdej teorii, która próbuje ujednolicić wszystkie cztery interakcje, postrzegając je jako różne przejawy jakiejś pojedynczej i wielkiej siły . Gdyby było to możliwe, obraz struktury świata zostałby uproszczony do granic możliwości. Cała materia składałaby się wyłącznie z kwarków i leptonów (patrz Model Standardowy), a pomiędzy wszystkimi tymi cząstkami działałyby siły jednego rodzaju. Równania opisujące podstawowe interakcje między nimi byłyby tak krótkie i jasne, że zmieściłyby się na pocztówce, opisując jednocześnie podstawy każdego procesu obserwowanego we Wszechświecie. Według noblisty, amerykańskiego fizyka teoretycznego Stevena Weinberga (1933–1996), „byłaby to głęboka teoria, z której interferencyjny wzór struktury wszechświata promieniowałby niczym strzały we wszystkich kierunkach, a głębsze podstawy teoretyczne nie będzie potrzebne w przyszłości.” Jak widać z ciągłych nastrojów łączących w cytacie, taka teoria nadal nie istnieje. Pozostaje nam jedynie nakreślić przybliżone kontury procesu, który może doprowadzić do opracowania tak wszechstronnej teorii.
~
Wszystkie teorie unifikacji wywodzą się z faktu, że przy wystarczająco wysokich energiach oddziaływania między cząstkami (kiedy mają one prędkość bliską granicznej prędkości światła), „lód topi się”, linia między różnymi rodzajami interakcji zaciera się, a wszystkie siły zacznij działać jednakowo. Co więcej, teorie przewidują, że nie dzieje się to jednocześnie dla wszystkich czterech sił, ale stopniowo, w miarę wzrostu energii interakcji.
Najniższy próg energii, przy którym może nastąpić pierwsza fuzja sił różnego typu, jest niezwykle wysoki, ale jest już w zasięgu najnowocześniejszych akceleratorów. Energie cząstek we wczesnych stadiach Wielkiego Wybuchu były niezwykle wysokie (patrz także Wczesny Wszechświat). W ciągu pierwszych 10–10 sekund zapewnili unifikację słabych sił jądrowych i elektromagnetycznych w oddziaływanie elektrosłabe. Dopiero od tego momentu wszystkie cztery znane nam siły ostatecznie się rozdzieliły. Do tego momentu istniały tylko trzy podstawowe oddziaływania: oddziaływania silne, elektrosłabe i grawitacyjne.
~
Następne zjednoczenie następuje przy energiach znacznie przekraczających te osiągalne w laboratoriach naziemnych - istniały one we Wszechświecie w pierwszych 10e(–35) jego istnienia. Wychodząc od tych energii, oddziaływanie elektrosłabe łączy się z oddziaływaniem silnym. Teorie opisujące proces takiej unifikacji nazywane są teoriami wielkiej unifikacji (GUT). Nie da się ich przetestować w warunkach eksperymentalnych, ale dobrze przewidują przebieg szeregu procesów zachodzących przy niższych energiach, co jest pośrednim potwierdzeniem ich prawdziwości. Jednak na poziomie TBT nasza zdolność testowania uniwersalnych teorii jest wyczerpana. Dalej zaczyna się dziedzina teorii superzjednoczenia (SUT) czyli teorii uniwersalnych – a na samo wspomnienie o nich w oczach fizyków teoretycznych pojawia się iskierka. Spójna TSR umożliwiłaby ujednolicenie grawitacji za pomocą pojedynczej interakcji silny-elektrosłaby, a struktura Wszechświata otrzymałaby najprostsze możliwe wyjaśnienie.
Odnotowano poszukiwania przez człowieka praw i formuł wyjaśniających wszystkie zjawiska fizyczne. To wyszukiwanie obejmuje procesy na poziomie mikro i na poziomie makro. Różnią się siłą lub energią, która jest wymieniana.
Oddziaływanie na poziomie pola magnetycznego opisuje elektromagnetyzm.
"Elektromagnetyzm*
Badanie zjawisk elektromagnetycznych rozpoczęło się od odkrycia Oersteda. W 1820 roku Oersted wykazał, że drut, przez który przepływa prąd elektryczny, powoduje odchylenie igły magnetycznej. Szczegółowo zbadał to odchylenie od strony jakościowej, nie podał jednak ogólnej zasady, według której można by określić kierunek odchylenia w każdym indywidualnym przypadku. Podążając za Oerstedem, odkrycia następowały jedno po drugim. Ampere (1820) opublikował swoje prace na temat działania prądu na prąd lub prądu na magnesie. Amper ma ogólną zasadę działania prądu na igłę magnetyczną: jeśli wyobrazisz sobie, że znajdujesz się w przewodniku skierowanym w stronę igły magnetycznej, a ponadto tak, że prąd jest kierowany od nóg do głowy, wówczas biegun północny odchyla się lewo. Następnie zobaczymy, że Ampere zredukował zjawiska elektromagnetyczne do zjawisk elektrodynamicznych (1823). Prace Arago również sięgają 1820 roku, który zauważył, że drut, przez który przepływa prąd elektryczny, przyciąga opiłki żelaza. Jako pierwszy namagnesował druty żelazne i stalowe, umieszczając je w cewce z drutów miedzianych, przez którą przepływał prąd. Udało mu się także namagnesować igłę, umieszczając ją w cewce i wypuszczając przez nią słoik Leydena. Niezależnie od Arago, Davy odkrył namagnesowanie stali i żelaza za pomocą prądu.
Pierwsze ilościowe badania wpływu prądu na magnes również pochodzą z roku 1820 i należą do Biota i Savarta.
Jeśli wzmocnisz małą igłę magnetyczną sn w pobliżu długiego pionowego przewodnika AB i ustabilizujesz pole ziemskie za pomocą magnesu NS (rys. 1), znajdziesz:
1. Gdy prąd przepływa przez przewodnik, igłę magnetyczną ustawia się tak, aby jej długość była prostopadła do prostopadłej opuszczonej ze środka igły na przewodnik.
2. Siła działająca na jeden lub drugi biegun n i s jest prostopadła do płaszczyzny przechodzącej przez przewodnik i ten biegun
3. Siła, z jaką dany prąd przepływający przez bardzo długi, prosty przewodnik działa na igłę magnetyczną, jest odwrotnie proporcjonalna do odległości przewodnika od igły magnetycznej.
Wszystkie te i inne obserwacje można wyprowadzić z następującego elementarnego prawa ilościowego, znanego jako prawo Laplace'a-Biota-Savarta:
dF = k(imSin θ ds)/r2, (1),
gdzie dF jest działaniem elementu prądowego na biegun magnetyczny; i - aktualna siła; m to wielkość magnetyzmu, θ to kąt utworzony przez kierunek prądu w elemencie z linią łączącą biegun z elementem prądowym; ds to długość bieżącego elementu; r jest odległością danego elementu od bieguna; k - współczynnik proporcjonalności.
Na podstawie prawa akcja równa się reakcji, Ampere doszedł do wniosku, że biegun magnetyczny musi oddziaływać na element prądu z tą samą siłą
dФ = k(imSin θ ds)/r2, (2)
dokładnie przeciwnie do siły dF, która również działa w tym samym kierunku, tworząc kąt prosty z płaszczyzną przechodzącą przez słup i dany element. Chociaż wyrażenia (1) i (2) są zgodne z eksperymentami, należy je jednak postrzegać nie jako prawo natury, ale jako wygodny sposób opisu ilościowej strony procesów. Głównym tego powodem jest to, że nie znamy innych prądów niż zamknięte, dlatego założenie o elemencie prądu jest zasadniczo błędne. Dalej, jeśli do wyrażeń (1) i (2) dodamy funkcje ograniczone jedynie warunkiem, że ich całka po zamkniętym konturze będzie równa zeru, to zgodność z eksperymentami będzie nie mniej pełna.
Wszystkie powyższe fakty prowadzą do wniosku, że prąd elektryczny wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. W przypadku siły magnetycznej tego pola muszą obowiązywać wszystkie prawa obowiązujące ogólnie dla pola magnetycznego. W szczególności celowe jest wprowadzenie koncepcji linii pola magnetycznego wywołanego prądem elektrycznym. Kierunek linii siły w tym przypadku można wyznaczyć w zwykły sposób za pomocą opiłków żelaza. Jeśli przeprowadzimy pionowy drut z prądem przez poziomy arkusz tektury i posypiemy trociny na tekturze, to po lekkim puknięciu trociny ułożą się w koncentryczne okręgi, jeśli tylko przewodnik będzie wystarczająco długi.
Ponieważ linie siły wokół drutu są zamknięte i ponieważ linia siły wyznacza ścieżkę, po której poruszałaby się jednostka magnetyzmu w danym polu, jasne jest, że możliwe jest spowodowanie obrotu bieguna magnetycznego wokół prądu . Pierwsze urządzenie, w którym przeprowadzono taki obrót, zbudował Faradaya. Oczywiście siłę prądu można ocenić na podstawie siły pola magnetycznego. Dojdziemy teraz do tego pytania.
Rozważając potencjał magnetyczny bardzo długiego prądu prostoliniowego, możemy łatwo udowodnić, że potencjał ten jest wielowartościowy. W danym punkcie może mieć nieskończenie dużą liczbę różnych wartości, różniących się od siebie o 4 kmi π, gdzie k jest współczynnikiem, pozostałe litery są znane. Wyjaśnia to możliwość ciągłego obrotu bieguna magnetycznego wokół prądu. 4 kmi π to praca wykonana podczas jednego obrotu bieguna; jest pobierana z energii źródła prądu. Szczególnie interesujący jest przypadek prądu zamkniętego. Możemy sobie wyobrazić prąd zamknięty w postaci pętli wykonanej na drucie, przez którą przepływa prąd. Pętla ma dowolny kształt. Dwa końce pętli są zwinięte w wiązkę (sznurek) i przechodzą do odległego elementu.