Многочисленные опыты ученых показали, что разные микрочастицы имеют качественно разные заряды. В настоящее время известно пять зарядов – электрический q, барионный в, лептонный I, второй лептонный Г и третий лептонный I”. У всех наблюдаемых микрочастиц эти величины имеют только целочисленные значения (для электрического заряда это означает, что единицей его измерения является элементарный заряд).
В настоящее время установлено, что внутренняя структура заряда не обнаружена только у фотона и лептонов, так что эти микрочастицы пока еще претендуют на истинную элементарность (неделимость частиц). Составной характер заряда адронов уже доказан. Так, например, установлена форма распределения электрического заряда внутри нуклона, т. е. ядра атома. Большое разнообразие адронов и наличие у них внутренней структуры побудили ученых к поиску первичных элементов адронной материи. Эти поиски привели к созданию кварковой модели адронов. Ее первоначальный вариант был разработан М. Геллманом и Жд. Цвейгом в 1964 году.
В модели кварков считается, что все адроны построены из кварков пяти типов, причем каждый мезон является парой кварк – антикварк, а каждый барион состоит из трех кварков.
Цвет кварка принимает три значения – красное, желтое и голубое, смесь которых бесцветна. Цвет каждого антикварка считается дополнительным цвету кварка, так что пара кварк – антикварк также бесцветна.
Кварки не только необычны сами по себе, но они и необычным образом взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие является сильным и осуществляется через обмен ГЛЮОНАМИ (от АНГЛИЙСКОГО СЛОВА «GLUE», ОЗНАЧАЮЩЕГО «КЛЕЙ). Глюоны являются квантами поля, которое кварки создают и которое на них же и воздействует. Масса каждого глюона равна нулю, так что в вакууме глюоны движутся со скоростью света. Глюоны являются бозонами: спин каждого глюона равен единице. Кроме того, глюоны еще окрашены. Поэтому при испускании и поглощении глюонов цвет кварков изменяется.
Ни в одном из разделов физики законы сохранения не играют такой важной роли, как в физике частиц микромира.
Необходимо отметить, что необычность свойств микрочастиц отразилась в терминологии, принятой учеными для обозначения этих свойств. Эта терминология причудлива, но каждый причудливый термин нельзя понимать буквально. Буквальный смысл только подчеркивает сильную несхожесть свойства, которое термин обозначает, со свойствами привычного нам микроскопического мира. К этим терминам относятся «странность» (s) и «шарм» или «очарование» (с).
Общим универсальным свойством всех микрочастиц субстрата живых организмов и всех форм жизни физической материи является то, что они способны притягиваться между собой и, приблизившись на довольно близкое расстояние, отталкиваться и разъединяться, чтобы снова в каком-то временном интервале повторить аналогичный цикл движения, а может быть, и превращения. Происходит как бы «пульсация», вечное движение.
Фундаментальные физические силы
Все материальное, имеющее массу, может быть подвергнуто воздействию внешних и внутренних фундаментальных физических сил природы, а также времени воздействия.
На основании данных квантовой физики было установлено, что по сходству и различиям свойств разных микрочастиц существует 4 типа фундаментальных взаимодействий: 1-е – сильное, 2-е – электромагнитное, 3-е – слабое, 4-е – гравитационное. Эти взаимодействия отличаются интенсивностями процессов, которые они вызывают среди микрочастиц (см. Приложение 4).
Приложение 2 Информация о Солнце
Чтобы иметь представление о Солнце, воспользуемся информацией из энциклопедического словаря под редакцией А.М. Прохорова (1990 г.). Так, в нем мы читаем: «Во время наблюдений звездного неба мы видим, что цвет звезд различен. Это свидетельствует о температуре их ФОТОСФЕРЫ (см. ниже). Доказано, что между максимальной длиной волны излучения и температурой существует определенная зависимость. У разных звезд максимум излучения приходится на разные длины волн. Например, наше Солнце – ЖЕЛТАЯ ЗВЕЗДА– Такого же цвета Капелла, температура которой около 6000 К (К – Кельвин). Звезды, имеющие температуру 3500–4000 К красного цвета (Альдебаран) и т. д.
Выявлено много звезд более горячих, чем Солнце. К ним относятся, например, БЕЛЫЕ ЗВЕЗДЫ (Сириус, Вега и др.). Их температура порядка 104 – 2 х 104 К. Реже встречаются голубовато-белые, температура фотосферы которых 3 х 104 – 5 х 104 К. В недрах звезд температура не менее 107 К.
Спектры большинства звезд, как и спектр Солнца, представляют собой спектры поглощения: на фоне непрерывного спектра видны темные линии.
Сходные между собой спектры звезд, сгруппированы в СЕМЬ ОСНОВНЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ КЛАССОВ. Они обозначаются буквами латинского алфавита: O-B-A-F-G-K-Ми располагаются в такой последовательности, что при переходе слева направо ЦВЕТ звезды меняется от близкого к ГОЛУБОМУ (класс О), БЕЛОМУ (класс А), ЖЕЛТОМУ (класс G), КРАСНОМУ (класс М). Следовательно, в этом же направлении от класса к классу происходит убывание температуры звезд.
Таким образом, последовательность спектральных классов отражает различие цвета и температуры звезд. Внутри каждого класса существует различие еще на 10 подклассов. Например, спектральный класс F имеет такие подклассы: FO – F1 – F2 – F3 – F4 – F5 – F6 – F7 – F8 – F9.
Солнце относится к спектральному классу G 2.
Следовательно, Солнце и созвездия Зодиака – самосветящиеся Небесные тела, а Луна (планета) светит отраженным солнечным светом. Это касается и всех остальных планет (Венеры, Марса, Сатурна, Юпитера и др.) солнечной системы. СОЛНЦЕ – центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик; масса М ~ 2 х 1030 кг, радиус R = 696 тыс. км, средняя плотность 1,416 х 103 кг/м3, светимость L = 3,86 х 1023 кВт, эффективная температура поверхности (фотосферы) около 6000 К. Период вращения (синодического) Солнца изменяется от 27 суток на экваторе до 32 суток у полюсов, ускорение свободного падения 274 м/ с2. Химический состав, определенный из анализа солнечного спектра: ВОДОРОД – около 90 %, ГЕЛИЙ (от греческого helios – СОЛНЦЕ) – 10 %, остальные элементы – менее 0,1 % (по числу атомов). ПЛАЗМА – ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны (квазинейтральность).
Солнечная АТМОСФЕРА СОСТОИТ из ФОТОСФЕРЫ, ХРОМОСФЕРЫ и СОЛНЕЧНОЙ КОРОНЫ. ФОТОСФЕРА – нижний слой атмосферы, ее толщина около 200–300 км. При этом температура убывает снизу вверх от 8 до 4,5 тыс. К. Из фотосферы исходит почти все электромагнитное излучение Солнца. ПРОЯВЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ в ФОТОСФЕРЕ – СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА и ФАКЕЛЫ. ХРОМОСФЕРА – слой солнечной атмосферы между фотосферой и короной толщиной 7–8 тыс. км. Во время солнечных затмений наблюдается в виде яркого кольца вокруг Солнца, отличается значительной неоднородностью температуры (5-10 тыс. К), плотностью и других физических параметров; элементы структуры – хромосферная сетка и спикулы. Ячейки сетки – динамические образования диаметром 20–50 тыс. км, в которых плазма движется от центра к периферии. Спикулы – отдельные столбы светящейся плазмы, видимые при наблюдении в монохроматическом свете. Спикулы поднимаются из хромосферы в солнечную корону высотой 6-10 тыс. км, их диаметр 200-2000 км, среднее время жизни 5–7 минут. На Солнце одновременно существуют сотни тысяч спикул. СОЛНЕЧНАЯ КОРОНА – внешняя часть солнечной атмосферы, состоит из горячей (1–2 млн К) разреженной высокоионизованной плазмы. Она прослеживается до расстояний в несколько десятков радиусов Солнца и постепенно рассеивается в межпланетном пространстве. При этом из солнечной короны происходит истечение плазмы в межпланетное пространство в виде СОЛНЕЧНОГО ВЕТРА, средняя скорость частиц (протонов и электронов) которого на уровне орбиты Земли около 400 км/с, а число частиц – несколько десятков в 1 кубическом сантиметре.
ИСТОЧНИК СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ – ядерные превращения водорода в гелий в центральной области Солнца, где температура равна 15 млн К. При этом каждый атом гелия образуется из четырех атомов водорода. Если вспомнить, что атомная масса водорода равна 1,008, можно было бы ожидать, что атомная масса гелия – 4,032, а в действительности – только 4,003. Следовательно, в ходе образования каждого грамм-атома гелия теряется 0,029 г. вещества. Однако в полном соответствии с формулой Эйнштейна Е = тс2 «возникает» эквивалентное количество лучистой энергии. Энергия из недр переносится ИЗЛУЧЕНИЕМ, а затем во внешнем слое – конвекцией. С конвективным движением ПЛАЗМЫ связано существование фотосферной грануляции, солнечных пятен и т. д.
Считают, что источником СОЛНЕЧНОГО МАГНЕТИЗМА (магнитного поля на Солнце) являются сложные движения плазмы в недрах Солнца. При этом магнитное поле светила упорядочивает движение солнечной плазмы, обуславливает солнечные вспышки, существование протуберанцев и т. д. Средняя напряженность магнитного поля в фотосфере равна 1Э (79,6 А/м); локальные магнитные поля, например, в области солнечных пятен, могут достигать нескольких тыс. Э. Наблюдения показывают, что периодические усиления солнечного магнетизма определяют солнечную активность. Она регулярно возникает в атмосфере Солнца в виде характерных образований: СОЛНЕЧНЫХ ПЯТЕН, ФАКЕЛОВ в фотосфере, ФЛОККУЛОВ и ВСПЫШЕК в хромосфере, ПРОТУБЕРАНЦЕВ в короне. Области, где в совокупности наблюдаются эти явления, называются центрами.
