Вотинов Г.Н., Перминов А.В. Физика

Подождите немного. Документ загружается.

Â ðåàêöèÿõ, îáóñëîâëåííûõ âçàèìîäåéñòâèÿìè ÷àñòèö, ãðàâèòàöè

îííûå ñèëû ïðàêòè÷åñêè íèêàêîé ðîëè íå èãðàþò.

Ïåðå÷èñëåííûå âçàèìîäåéñòâèÿ èìåþò, ïî-âèäèìîìó, ðàçíóþ ïðè

ðîäó, ò. å. íå ñâîäÿòñÿ îäíî ê äðóãîìó. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ íåò âîçìîæíî

ñòè ñóäèòü, èñ÷åðïûâàþò ëè óêàçàííûå âçàèìîäåéñòâèÿ âñå èìåþùèåñÿ

â ïðèðîäå âçàèìîäåéñòâèÿ.

Ó êàæäîé ýëåìåíòàðíîé ÷àñòèöû åñòü ñîîòâåòñòâóþùàÿ åé àíòè÷àñ

òèöà. Àíòè÷àñòèöà — ýëåìåíòàðíàÿ ÷àñòèöà, èìåþùàÿ òå æå çíà÷åíèÿ

ìàññû è ïðî÷èõ ôèçè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê, ÷òî è îñíîâíàÿ ÷àñòèöà, íî

îòëè÷àþùàÿñÿ îò íåå çíàêîì íåêîòîðûõ õàðàêòåðèñòèê âçàèìîäåéñòâèé

(ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà è äð.). Ïðèìåð: ýëåêòðîí è ïîçèòðîí.

Êëàññ ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö, ó÷àñòâóþùèõ â ñèëüíîì âçàèìîäåéñò

âèè, íàçûâàåòñÿ àäðîíàìè (ïðîòîí, íåéòðîí è äð.). Êëàññ ÷àñòèö, íå îáëà

äàþùèõ ñèëüíûì âçàèìîäåéñòâèåì, íàçûâàåòñÿ ëåïòîíàìè. Ê ëåïòîíàì

îòíîñÿòñÿ ýëåêòðîí, ìþîí, íåéòðèíî, òÿæåëûé ëåïòîí è ñîîòâåòñòâóþ-

ùèå èì àíòè÷àñòèöû.

Ïðè ñòîëêíîâåíèè ÷àñòèöû è àíòè÷àñòèöû îíè ìîãóò âçàèìíî óíè÷-

òîæèòüñÿ — «àííèãèëèðîâàòü». Àííèãèëÿöèÿ — èñ÷åçíîâåíèå (ïðåâðà-

ùåíèå) ÷àñòèöû è ñîîòâåòñòâóþùåé åé àíòè÷àñòèöû ñ îáðàçîâàíèåì

äâóõ g-êâàíòîâ. Ïðè ýòîì ñîáëþäàþòñÿ âñå èçâåñòíûå çàêîíû ñîõðàíå-

íèÿ — ýíåðãèè, èìïóëüñà, ìîìåíòà èìïóëüñà, çàðÿäîâ. Äëÿ ðîæäåíèÿ ïà-

ðû ýëåêòðîí — ïîçèòðîí íåîáõîäèìî èçðàñõîäîâàòü ýíåðãèþ, íå ìåíü-

øóþ ñóììû ñîáñòâåííûõ ýíåðãèé ýòèõ ÷àñòèö, ò. å. ~ 10

ýÂ. Ïðè àííè-

ãèëÿöèè òàêîé ïàðû ýòà ýíåðãèÿ ëèáî îòäàåòñÿ ñ ïîðîæäàåìûì ïðè

àííèãèëÿöèè èçëó÷åíèåì, ëèáî ðàñïðåäåëÿåòñÿ ñðåäè äðóãèõ ÷àñòèö.

Èç çàêîíà ñîõðàíåíèÿ çàðÿäà ñëåäóåò, ÷òî çàðÿæåííàÿ ÷àñòèöà íå ìî

æåò âîçíèêíóòü áåç òîãî, ÷òîáû íå âîçíèêëà äðóãàÿ ñ çàðÿäàìè îáðàòíûõ

çíàêîâ (÷òîáû ñóììàðíûé çàðÿä âñåé ñèñòåìû ÷àñòèö íå ìåíÿëñÿ). Ïðè

ìåðîì òàêîé ðåàêöèè ÿâëÿåòñÿ ðåàêöèÿ ïðåâðàùåíèÿ íåéòðîíà â ïðîòîí

ñ îäíîâðåìåííûì îáðàçîâàíèåì ýëåêòðîíà è âûëåòîì àíòèíåéòðèíî:

np e

®+ +

Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä ïðè ýòîì ïðåâðàùåíèè ñîõðàíÿåòñÿ. Òî÷íî òàê æå

ñîõðàíÿåòñÿ îí ïðè ïðåâðàùåíèè ôîòîíà â ïàðó ýëåêòðîí — ïîçèòðîí èëè

ïðè ðîæäåíèè òàêîé æå ïàðû â ðåçóëüòàòå ñòîëêíîâåíèÿ äâóõ ýëåêòðîíîâ.

Ñóùåñòâóåò ãèïîòåçà, ÷òî âñå ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû ÿâëÿþòñÿ êîì

áèíàöèÿìè òðåõ îñíîâíûõ ÷àñòèö, íàçûâàåìûõ êâàðêàìè, è èõ àíòè÷àñ

251

òèö. Â ñâîáîäíîì ñîñòîÿíèè êâàðêè íå áûëè îáíàðóæåíû (íåñìîòðÿ íà

ìíîãî÷èñëåííûå èõ ïîèñêè íà óñêîðèòåëÿõ âûñîêèõ ýíåðãèé, â êîñìè÷å

ñêèõ ëó÷àõ è îêðóæàþùåé ñðåäå).

Íåâîçìîæíî îïèñàòü ñâîéñòâà è ïðåâðàùåíèÿ ìèêðî÷àñòèö áåç êà

êîé-ëèáî èõ ñèñòåìàòèçàöèè. Ñèñòåìàòèçàöèè, ïîñòðîåííîé íà îñíîâå

ñòðîãîé òåîðèè, íåò.

Äâå îñíîâíûå ãðóïïû ýëåìåíòàðíûõ ÷àñòèö ñîñòàâëÿþò ñèëüíî

âçàèìîäåéñòâóþùèå (àäðîíû) è ñëàáî âçàèìîäåéñòâóþùèå (ëåïòîíû)

÷àñòèöû. Àäðîíû äåëÿòñÿ íà ìåçîíû è áàðèîíû. Áàðèîíû ïîäðàçäåëÿþò

ñÿ íà íóêëîíû è ãèïåðîíû. Ê ëåïòîíàì îòíîñÿòñÿ ýëåêòðîíû, ìþîíû

è íåéòðèíî. Íèæå ïðèâåäåíû âåëè÷èíû, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ ñèñòåìàòè

çèðóþò ìèêðî÷àñòèöû.

1. Ìàññîâîå, èëè áàðèîííîå, ÷èñëî À. Ìíîãî÷èñëåííûå ôàêòû, íà

áëþäàåìûå â ïðîöåññå äåëåíèÿ ÿäåð, ðîæäåíèÿ ïàðû íóêëîí è àíòèíó

êëîí, ïîçâîëÿþò óòâåðæäàòü, ÷òî â ëþáîì ïðîöåññå ÷èñëî íóêëîíîâ îñ-

òàåòñÿ ïîñòîÿííûì. Âñåì áàðèîíàì ïðèïèñûâàþò ÷èñëî À = +1, êàæäîé

àíòè÷àñòèöå — À =-1. Çàêîí ñîõðàíåíèÿ áàðèîííîãî çàðÿäà âûïîëíÿåò-

ñÿ òî÷íî âî âñåõ ÿäåðíûõ ïðîöåññàõ. Êðàòíûìè çíà÷åíèÿìè áàðèîííîãî

÷èñëà îáëàäàþò ñëîæíûå ÷àñòèöû. Ó âñåõ ìåçîíîâ è ëåïòîíîâ áàðèîííîå

÷èñëî ðàâíî íóëþ.

2. Ýëåêòðè÷åñêèé çàðÿä q ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ÷èñëî åäèíèö ýëåêòðè-

÷åñêîãî çàðÿäà (â åäèíèöàõ ïîëîæèòåëüíîãî çàðÿäà ïðîòîíà), ïðèñóùåãî

÷àñòèöå.

3. Èçîòîïè÷åñêèé ñïèí (íå èìååò îòíîøåíèÿ ê ðåàëüíîìó ñïèíó).

Ñèëû, äåéñòâóþùèå ìåæäó íóêëîíàìè â ÿäðå, ïî÷òè íå çàâèñÿò îò òèïà

íóêëîíîâ, ò. å. ÿäåðíûå âçàèìîäåéñòâèÿ ð–ð, ð–n è n–n îäèíàêîâû. Ýòà

ñèììåòðèÿ ÿäåðíûõ ñèë ïðèâîäèò ê ñîõðàíåíèþ âåëè÷èíû, íàçûâàåìîé

èçîòîïè÷åñêèì ñïèíîì. Èçîñïèí ñîõðàíÿåòñÿ â ñèëüíûõ âçàèìîäåéñòâè

ÿõ è íå ñîõðàíÿåòñÿ â ïðîöåññàõ, âûçâàííûõ ýëåêòðîìàãíèòíûì è ñëà

áûì âçàèìîäåéñòâèåì.

4. Ñòðàííîñòü. ×òîáû îáúÿñíèòü, ïî÷åìó íå ïðîèñõîäÿò íåêîòîðûå

ïðîöåññû ñ ó÷àñòèåì àäðîíîâ, Ì. Ãåëë-Ìàíí è Ê. Íèøèäæèìà â 1953 ã.

ïðåäëîæèëè ââåñòè íîâîå êâàíòîâîå ÷èñëî, êîòîðîå îíè íàçâàëè ñòðàí

íîñòüþ. Ñòðàííîñòü ñòàáèëüíûõ àäðîíîâ ëåæèò â ïðåäåëàõ îò –3 äî +3

(öåëûå ÷èñëà). Ñòðàííîñòü ëåïòîíîâ íå îïðåäåëåíà. Â ñèëüíûõ âçàèìî

äåéñòâèÿõ ñòðàííîñòü ñîõðàíÿåòñÿ.

5. Ñïèí. Õàðàêòåðèçóåò ìîìåíò èìïóëüñà ÷àñòèöû.

252

6. ×åòíîñòü. Âíóòðåííåå ñâîéñòâî ÷àñòèöû, ñâÿçàííîå ñ åå ñèììåò

ðèåé ïî îòíîøåíèþ ê ïðàâîìó è ëåâîìó. Äî íåäàâíåãî âðåìåíè ôèçèêè

ïîëàãàëè, ÷òî ðàçëè÷èÿ ìåæäó ïðàâûì è ëåâûì íåò. Âïîñëåäñòâèè îêàçà

ëîñü, ÷òî îíè íåðàâíîöåííû äëÿ âñåõ ïðîöåññîâ ñëàáîãî âçàèìîäåéñòâèÿ.

Ýòî ñòàëî îäíèì èç íàèáîëåå óäèâèòåëüíûõ îòêðûòèé â ôèçèêå.

Â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå âåùåñòâî è ôèçè÷åñêîå ïîëå ïðîòèâîïîñòàâ

ëÿëèñü äðóã äðóãó êàê äâà âèäà ìàòåðèè. Âåùåñòâî ñëàãàåòñÿ èç ýëåìåí

òàðíûõ ÷àñòèö, ýòî âèä ìàòåðèè, îáëàäàþùåé ìàññîé ïîêîÿ. Ó âåùåñòâà

ñòðóêòóðà äèñêðåòíà, ó ïîëÿ íåïðåðûâíà. Íî êâàíòîâàÿ ôèçèêà ïðèâåëà

ê íèâåëèðîâàíèþ ýòîãî ïðåäñòàâëåíèÿ. Â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå ïîëàãàåò

ñÿ, ÷òî íà ÷àñòèöû äåéñòâóþò ñèëîâûå ïîëÿ — ãðàâèòàöèîííîå è ýëåê

òðîìàãíèòíîå. Äðóãèõ ïîëåé êëàññè÷åñêàÿ ôèçèêà íå çíàëà. Â êâàíòîâîé

ôèçèêå çà ïîëÿìè âèäÿò èñòèííûõ ïåðåíîñ÷èêîâ âçàèìîäåéñòâèÿ —

êâàíòû ýòèõ ïîëåé, ò. å. ÷àñòèöû. Äëÿ êëàññè÷åñêèõ ïîëåé ýòî ãðàâèòîíû

è ôîòîíû. Êîãäà ïîëÿ äîñòàòî÷íî ñèëüíû è êâàíòîâ ìíîãî, ìû ïåðåñòàåì

ðàçëè÷àòü èõ êàê îòäåëüíûå ÷àñòèöû è âîñïðèíèìàåì êàê ïîëå. Íîñèòå-

ëÿìè ñèëüíûõ âçàèìîäåéñòâèé ÿâëÿþòñÿ ãëþîíû. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ëþ-

áàÿ ìèêðî÷àñòèöà (ýëåìåíò âåùåñòâà) îáëàäàåò äâîéñòâåííîé êîðïóñêó-

ëÿðíî-âîëíîâîé ïðèðîäîé.

5.5. Ýëåìåíòû êîñìîëîãèè

Êîñìîëîãèÿ — ýòî ó÷åíèå î Âñåëåííîé. Ïðåäìåòîì êîñìîëîãèè ÿâëÿ-

åòñÿ èçó÷åíèå èñòîðèè Âñåëåííîé, åå ñòðîåíèÿ è ýâîëþöèè. Êîñìîëîãèÿ

òåñíî ñâÿçàíà ñ îáùåé òåîðèåé îòíîñèòåëüíîñòè, òàê êàê âî Âñåëåííîé

ïðèõîäèòñÿ èìåòü äåëî ñ áîëüøèìè ðàññòîÿíèÿìè, âûñîêèìè ñêîðîñòÿ

ìè è îãðîìíûìè ìàññàìè. Îñíîâíàÿ òðóäíîñòü ñîñòîèò â òîì, ÷òî â ëàáî

ðàòîðèè íåëüçÿ ïðîâåñòè äåòàëüíûé êîíòðîëèðóåìûé êîñìîëîãè÷åñêèé

ýêñïåðèìåíò — ïðèõîäèòñÿ èçó÷àòü îáúåêòû, êîòîðûå ëåæàò íà ôàíòà

ñòè÷åñêèõ ðàññòîÿíèÿõ îò íàñ è íà êîòîðûå ìû íèêàê íå ìîæåì âëèÿòü.

Âûâîäû êîñìîëîãèè îñíîâûâàþòñÿ íà çàêîíàõ ôèçèêè, äàííûõ àñòðîíî

ìèè, ôèëîñîôñêèõ ïðèíöèïàõ. Âàæíåéøèì ôèëîñîôñêèì ïîñòóëàòîì

ÿâëÿåòñÿ ïîëîæåíèå, ñîãëàñíî êîòîðîìó çàêîíû ôèçèêè (ïðèðîäû), óñòà

íîâëåííûå (÷àùå âñåãî) íà îñíîâå îïûòîâ íà ïëàíåòå Çåìëÿ, ìîãóò áûòü

ýêñòðàïîëèðîâàíû íà âñþ Âñåëåííóþ.

Ýéíøòåéí ïîêàçàë, ÷òî îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè ìîæåò îáúÿñ

íèòü ñóùåñòâîâàíèå ñòàòè÷åñêîé Âñåëåííîé, ò. å. Âñåëåííîé, êîòîðàÿ

253

íå èçìåíÿåòñÿ ñî âðåìåíåì (èäåÿ Àðèñòîòåëÿ î âå÷íîé íå èçìåíÿþùåéñÿ

Âñåëåííîé). Â òî âðåìÿ êàçàëîñü, ÷òî Âñåëåííàÿ ñòàòè÷åñêàÿ, è ýòîò ðå

çóëüòàò ïîëó÷èë âñåîáùåå ïðèçíàíèå. Îäíàêî â 1923 ã. ñîâåòñêèì ó÷å

íûì À. À. Ôðèäìàíîì áûëà ñîçäàíà òåîðèÿ ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé,

à â 1929 ã. Õàááë îáíàðóæèë, ÷òî â êîñìîñå «âñå ðàçáåãàåòñÿ», Âñåëåííàÿ

ðàñøèðÿåòñÿ. Ïî ñîâðåìåííûì ïðåäñòàâëåíèÿì, ãàëàêòèêè ðàçáåãàþòñÿ

ñî ñêîðîñòÿìè, ïðîïîðöèîíàëüíûìè ðàññòîÿíèÿì äî íèõ.

Ïðåäïîëîæåíèå îá îáðàçîâàíèè Âñåëåííîé â ðåçóëüòàòå ãèãàíòñêîãî

âçðûâà (òåîðèÿ áîëüøîãî âçðûâà) áûëî âïåðâûå âûñêàçàíî Ã. Ãàìîâûì

â 1948 ã. Ñîãëàñíî ýòîé òåîðèè, ïðèìåðíî 10

ëåò íàçàä (ñïóñòÿ âñåãî îä

íó ñîòóþ ñåêóíäû ïîñëå «íà÷àëà»), âñå âåùåñòâî è âñÿ ýíåðãèÿ ñîâðåìåí

íîé Âñåëåííîé áûëè ñêîíöåíòðèðîâàíû â îäíîì ñãóñòêå ñ ïëîòíîñòüþ

ñâûøå 10

ã/ñì

(â òðèëëèîíû ðàç âûøå ïëîòíîñòè âîäû) è òåìïåðàòó

ðîé ñâûøå 10

Ê. Â ýòèõ óñëîâèÿõ íå ìîãëè ñóùåñòâîâàòü íè ÿäðà, íè

òåì áîëåå àòîìû. ×óäîâèùíîå ðàäèàöèîííîå äàâëåíèå âíóòðè ñãóñòêà

ïðèâåëî ê åãî íåîáû÷àéíî áûñòðîìó ðàñøèðåíèþ — «áîëüøîìó âçðû-

âó». ×åðåç íåñêîëüêî ìèíóò ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé è åå îõëàæäåíèå äîñ-

òèãëè òàêîé ñòåïåíè, ÷òî ñòàëî âîçìîæíûì îáðàçîâàíèå ÿäåð. Ïðîñòðàí-

ñòâî áûëî çàïîëíåíî îáëàêîì èç ðàñêàëåííûõ ãàçîâ è îñëåïëÿþùèì ñâå-

òîì. Ñâåò, èçëó÷åííûé ïåðâîíà÷àëüíûì ãàçîâûì îáëàêîì, âñå åùå

«áðîäèò» âî Âñåëåííîé. Ïðåòåðïåâ ñèëüíûå èçìåíåíèÿ, îí ñåé÷àñ çàìå-

òåí â âèäå ìèêðîâîëíîâîãî ôîíà — «ðåëèêòîâîãî èçëó÷åíèÿ».

Âñå ýëåìåíòû Âñåëåííîé îáðàçîâàëèñü â ðåçóëüòàòå ÿäåðíûõ ðåàê-

öèé â ïåðâûå ìîìåíòû ïîñëå áîëüøîãî âçðûâà. ×åðåç ìèëëèàðä ëåò íà-

÷àëîñü îáðàçîâàíèå ãàëàêòèê, çâåçä è ñòàáèëüíîãî âåùåñòâà â ñîâðåìåí

íîì âèäå. Çâåçäû íå ðàññåÿíû âî âñåëåííîé ðàâíîìåðíî, à ñãðóïïèðîâà

íû â îòäåëüíûå «îñòðîâà» — ãàëàêòèêè. Êàæäàÿ ãàëàêòèêà âêëþ÷àåò

â ñåáÿ â ñðåäíåì áîëåå 100 ìëðä çâåçä, à òàêæå ìåæçâåçäíûé ãàç è ìåæ

çâåçäíóþ ïûëü. Ãàëàêòèêè îáû÷íî èìåþò ôîðìó ñïèðàëè èëè ýëëèïñà.

Äèàìåòð èõ ìîæåò äîñòèãàòü 10

ñâåòîâûõ ëåò. Ìëå÷íûé ïóòü ïðåäñòàâ

ëÿåò ñîáîé îäíó òàêóþ ãàëàêòèêó, òó ñàìóþ «Ãàëàêòèêó», êîòîðàÿ

âêëþ÷àåò â ñåáÿ (â êà÷åñòâå íåçíà÷èòåëüíîé ïåðèôåðèéíîé çâåçäû)

èíàøåÑîëíöå.

Â íàñòîÿùåå âðåìÿ Âñåëåííàÿ ðàñøèðÿåòñÿ, íî áóäåò ëè ýòî ðàñøè

ðåíèå ïðîäîëæàòüñÿ áåñêîíå÷íî, òàê ÷òî â ïðåäåëå ïëîòíîñòü âåùåñòâà

âî Âñåëåííîé ñòàíåò áåñêîíå÷íî ìàëîé? Îáùàÿ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè

äàåò îïðåäåëåííûé îòâåò íà ýòîò âîïðîñ. Ñîãëàñíî ýòîé òåîðèè, ñóùåñò

254

âóåò íåêîòîðàÿ êðèòè÷åñêàÿ ìàññà Âñåëåííîé. Åñëè äåéñòâèòåëüíàÿ

ìàññà Âñåëåííîé ìåíüøå êðèòè÷åñêîé, ãðàâèòàöèîííîãî ïðèòÿæåíèÿ âå

ùåñòâà âî Âñåëåííîé áóäåò íåäîñòàòî÷íî, ÷òîáû îñòàíîâèòü ðàñøèðå

íèå, è îíî áóäåò ïðîäîëæàòüñÿ áåñêîíå÷íî. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, åñëè äåé

ñòâèòåëüíàÿ ìàññà Âñåëåííîé ïðåâîñõîäèò êðèòè÷åñêóþ, ãðàâèòàöèîí

íîå ïðèòÿæåíèå, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, çàìåäëèò ðàñøèðåíèå, ïðèîñòàíîâèò

åãî è çàòåì ïðèâåäåò ê ñæàòèþ. Â ýòîì ñëó÷àå Âñåëåííóþ îæèäàåò êîë

ëàïñ, â ðåçóëüòàòå êîòîðîãî âíîâü îáðàçóåòñÿ ñãóñòîê. Âñå áóäåò ãîòîâî

äëÿ íîâîãî áîëüøîãî âçðûâà è íîâîãî ðàñøèðåíèÿ. Òàêèì îáðàçîì, Âñå

ëåííàÿ äîëæíà ïóëüñèðîâàòü ìåæäó ñîñòîÿíèÿìè ìàêñèìàëüíîãî ðàñ

øèðåíèÿ è êîëëàïñà.

Ñîäåðæèò ëè Âñåëåííàÿ äîñòàòî÷íóþ ìàññó (â ôîðìå âåùåñòâà

è ýíåðãèè) äëÿ òîãî, ÷òîáû ñòàëà âîçìîæíîé åå ïóëüñàöèÿ? Ïðèáëèçè

òåëüíîå êîëè÷åñòâî âåùåñòâà â çâåçäàõ, ãàëàêòè÷åñêèõ ïûëè è ãàçå ìîæ

íî îöåíèòü ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè. Ìîæíî îöåíèòü òàêæå ýíåðãèþ èçëó-

÷åíèÿ çâåçä, ìàãíèòíûõ ïîëåé â êîñìè÷åñêîì ïðîñòðàíñòâå, äâèæåíèÿ

îáëàêîâ ãàçà, êîñìè÷åñêèõ ëó÷åé è íåéòðèíî. Âñå ýòî, âìåñòå âçÿòîå, îêà-

çûâàåòñÿ ìåíüøå êðèòè÷åñêîé ìàññû. Â âû÷èñëåíèÿõ ñóùåñòâóåò, îäíà-

êî, áîëüøàÿ íåîïðåäåëåííîñòü, ïîñêîëüêó ìû íå çíàåì êîëè÷åñòâà âåùå-

ñòâà â ìåæãàëàêòè÷åñêîì ïðîñòðàíñòâå.

Ìû íå çíàåì ñêîëüêî-íèáóäü òî÷íî ìàññó èëè ðàçìåðû Âñåëåííîé.

Ìû íå çíàåì, áóäåò ëè íàáëþäàåìîå ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé ïðîäîëæàòü-

ñÿ áåñêîíå÷íî èëè, â êîíöå êîíöîâ, ïðåêðàòèòñÿ è ñìåíèòñÿ ñæàòèåì. Ìû

íå çíàåì, ñóùåñòâóåò ëè âî Âñåëåííîé â êàêèõ-ëèáî çíà÷èòåëüíûõ êîëè÷å-

ñòâàõ àíòèâåùåñòâî. Ñóùåñòâóþò ëè àíòèãàëàêòèêè? Ìû íå çíàåì ïðèðî

äû êâàçàðîâ, èçëó÷àþùèõ ãèãàíòñêóþ ýíåðãèþ. Ìû çíàåì ñëèøêîì ìàëî

î äåòàëÿõ ýâîëþöèè çâåçä. Ìû î÷åíü ìàëî çíàåì î ïðîèñõîæäåíèè Âñåëåí

íîé, õîòÿ èìåþùèåñÿ äàííûå óêàçûâàþò íà òî, ÷òî åå ðàñøèðåíèå — ýòî

ðåçóëüòàò ïðîèñøåäøåãî îêîëî 10 ìèëëèàðäîâ ëåò íàçàä ÷óäîâèùíîãî

âçðûâà, ìîùü êîòîðîãî íåâîçìîæíî ñåáå ïðåäñòàâèòü. Íî îòêóäà âçÿëîñü

ýòî ãèãàíòñêîå êîëè÷åñòâî èçíà÷àëüíîé ýíåðãèè?

5.6. Âîïðîñû äëÿ ñàìîêîíòðîëÿ

1. Ðàçâèòèå ïðåäñòàâëåíèé î ñòðîåíèè àòîìà. Ìîäåëè Òîìñîíà è Ðå

çåðôîðäà. Ñïåêòðû èçëó÷åíèÿ è ïîãëîùåíèÿ â àòîìàõ âîäîðîäà.

2. Ïîñòóëàòû Áîðà. Êâàíòîâàíèå îðáèò. Áîðîâñêàÿ òåîðèÿ àòîìà âî

äîðîäà.

255

3. Âîëíîâûå ñâîéñòâà âåùåñòâà. Ãèïîòåçà äå Áðîéëÿ. Ïðèíöèï íåîï

ðåäåëåííîñòè.

4. Õàðàêòåðèñòèêè è ñîñòàâ àòîìíîãî ÿäðà. Èçîòîïû.

5. Óñòîé÷èâîñòü àòîìíûõ ÿäåð. Ýíåðãèÿ ñâÿçè. Äåëåíèå òÿæåëûõ

ÿäåð è ñèíòåç ëåãêèõ. ßäåðíàÿ ýíåðãåòèêà.

6. Ðàäèîàêòèâíîñòü. Çàêîí ðàäèîàêòèâíîãî ðàñïàäà.

7. Ñîâðåìåííàÿ ôèçè÷åñêàÿ êàðòèíà ìèðà: âåùåñòâî è ïîëå. Àòîì

íî-ìîëåêóëÿðíîå ñòðîåíèå âåùåñòâà. Ýëåìåíòàðíûå ÷àñòèöû:

ëåïòîíû, àäðîíû. Êâàðêè. Âçàèìîïðåâðàùåíèå ÷àñòèö. Ãðàâèòà

öèîííîå, ýëåêòðîìàãíèòíîå, ñëàáîå è ñèëüíîå ÿäåðíûå âçàèìîäåé

ñòâèÿ. Ýëåìåíòû êîñìîëîãèè.

×àñòü II

ÌÀÒÅÐÈÀËÛ

ÄËß ÑÀÌÎÑÒÎßÒÅËÜÍÎÉ ÐÀÁÎÒÛ

1. ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÑÀÌÎÑÒÎßÒÅËÜÍÎÃÎ

ÈÇÓ×ÅÍÈß ÔÈÇÈÊÈ

Ìåòîäèêà èçó÷åíèÿ ôèçèêè íà çàî÷íîì îòäåëåíèè â êîðíå îòëè÷àåò-

ñÿ îò ìåòîäèê äëÿ äíåâíîé ôîðìû îáó÷åíèÿ. Òàê, åñëè íà äíåâíîì îòäå-

ëåíèè îñíîâíûìè ôîðìàìè îáó÷åíèÿ ÿâëÿþòñÿ ëåêöèè, ïðàêòè÷åñêèå

è ëàáîðàòîðíûå çàíÿòèÿ, ãäå ïðåïîäàâàòåëü èçëàãàåò ïðîãðàììíûé ìàòå-

ðèàë, ðåøàåò ñî ñòóäåíòàìè çàäà÷è, ïðîâîäèò ëàáîðàòîðíûå çàíÿòèÿ,

ïðîâåðÿåò çíàíèÿ ñòóäåíòîâ, òî ó÷åáíûé ïðîöåññ íà çàî÷íîì îòäåëåíèè

ñâÿçàí ñ óãëóáëåííîé ñàìîñòîÿòåëüíîé ðàáîòîé è ïðåäóñìàòðèâàåò:

1) èçó÷åíèå ìàòåðèàëà ïðîãðàììû ïî ó÷åáíèêàì èëè ó÷åáíûì ïîñî

áèÿì;

2) ñàìîñòîÿòåëüíîå ðåøåíèå çàäà÷;

3) âûïîëíåíèå êîíòðîëüíûõ ðàáîò;

4) âûïîëíåíèå ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò;

5) ñäà÷ó çà÷åòîâ è ýêçàìåíîâ.

Äëÿ óñïåøíîãî îâëàäåíèÿ ìàòåðèàëîì è ñäà÷è ýêçàìåíîâ ïî ôèçèêå

íåîáõîäèìî ðóêîâîäñòâîâàòüñÿ íåñêîëüêèìè ïðàâèëàìè.

1. Ñëåäóåò èçó÷àòü êóðñ ñèñòåìàòè÷åñêè â òå÷åíèå âñåãî ó÷åáíîãî

ãîäà. Ïîïûòêà èçó÷èòü ôèçèêó â ñæàòûå ñðîêè ïåðåä ýêçàìåíîì íå äàñò

ãëóáîêèõ, ïðî÷íûõ çíàíèé è ïðèâåäåò ê íåóäà÷å.

257

2. Âûáðàâ êàêîå-ëèáî ó÷åáíîå ïîñîáèå â êà÷åñòâå îñíîâíîãî äëÿ îï

ðåäåëåííîé ÷àñòè êóðñà, ïðèäåðæèâàéòåñü äàííîãî ïîñîáèÿ ïðè èçó÷å

íèè âñåé ÷àñòè èëè, ïî êðàéíåé ìåðå, åå öåëîãî ðàçäåëà. Çàìåíà îäíîãî

ïîñîáèÿ äðóãèì â ïðîöåññå èçó÷åíèÿ ìîæåò ïðèâåñòè ê óòðàòå ëîãè÷å

ñêîé ñâÿçè ìåæäó îòäåëüíûìè âîïðîñàìè. Íî åñëè âûáðàííîå ïîñîáèå

íå äàåò ïîëíîãî èëè ÿñíîãî îòâåòà íà íåêîòîðûå âîïðîñû ïðîãðàììû, íå

îáõîäèìî îáðàùàòüñÿ ê äðóãèì ó÷åáíûì ïîñîáèÿì.

3. Ïðè ÷òåíèè ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ ñîñòàâëÿéòå êîíñïåêò, â êîòîðîì çà

ïèñûâàéòå çàêîíû è ôîðìóëû, âûðàæàþùèå ýòè çàêîíû, îïðåäåëåíèÿ

ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí è èõ åäèíèö, äåëàéòå ÷åðòåæè è ðåøàéòå òèïîâûå

çàäà÷è. Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ ñëåäóåò ïîëüçîâàòüñÿ Ìåæäóíàðîäíîé ñèñòå

ìîé åäèíèö (ÑÈ).

4. Ñàìîñòîÿòåëüíóþ ðàáîòó íàä êóðñîì íåîáõîäèìî ïîäâåðãàòü ñèñ

òåìàòè÷åñêîìó êîíòðîëþ. Äëÿ ýòîãî ïîñëå èçó÷åíèÿ î÷åðåäíîãî ðàçäåëà

ñëåäóåò ñòàâèòü âîïðîñû è îòâå÷àòü íà íèõ. Ïðè ýòîì íàäî èñïîëüçîâàòü

ðàáî÷óþ ïðîãðàììó êóðñà.

5. Î÷åíü ïîëåçíî ïðîñëóøàòü óñòàíîâî÷íûé êóðñ ëåêöèé, îðãàíè-

çóåìûõ äëÿ ñòóäåíòîâ-çàî÷íèêîâ, à òàêæå ïîëüçîâàòüñÿ î÷íûìè êîíñóëü-

òàöèÿìè ïðåïîäàâàòåëåé.

2. ÌÅÒÎÄÈ×ÅÑÊÈÅ ÓÊÀÇÀÍÈß

Ê ÐÅØÅÍÈÞ ÇÀÄÀ×

Ðåøåíèå çàäà÷ ïî ôèçèêå ñïîñîáñòâóåò áîëåå ãëóáîêîìó ïîíèìà

íèþ èçó÷àåìîãî ìàòåðèàëà è ïîìîãàåò çàêðåïëåíèþ â ïàìÿòè ïîíÿòèé,

ôîðìóëèðîâîê, îïðåäåëåíèé, ôîðìóë è ôèçè÷åñêèõ çàêîíîâ, ðàçâèâàåò

ó ñòóäåíòîâ ëîãè÷åñêîå ìûøëåíèå, íàâûê â ïðèìåíåíèè ïîëó÷åííûõ

çíàíèé äëÿ ðåøåíèÿ êîíêðåòíûõ âîïðîñîâ, èìåþùèõ ïðàêòè÷åñêîå

è ïîçíàâàòåëüíîå çíà÷åíèå. Ïîýòîìó â ïîñîáèè ïðèâîäèòñÿ ñïèñîê òðå-

íèðîâî÷íûõ çàäà÷, ðàáîòà íàä êîòîðûìè çàêðåïèò çíàíèÿ è íàâûêè ñòó-

äåíòîâ.

Çàäà÷è ïî ôèçèêå ðàçíîîáðàçíû, è äàòü åäèíûé ðåöåïò äëÿ èõ ðåøå-

íèÿ íåâîçìîæíî. Óìåíèå ðåøàòü çàäà÷è ïðèîáðåòàåòñÿ â ïðîöåññå ñèñòå-

ìàòè÷åñêèõ óïðàæíåíèé. Ìîæíî ëèøü óêàçàòü óñëîâèÿ, ñîáëþäåíèå êî-

òîðûõ íåîáõîäèìî äëÿ óñïåøíîãî ðåøåíèÿ çàäà÷.

Â îñíîâó êàæäîé ôèçè÷åñêîé çàäà÷è ïîëîæåí òîò èëè èíîé ÷àñòíûé

ñëó÷àé ïðîÿâëåíèÿ îáùèõ çàêîíîâ ôèçèêè. Ïîýòîìó áåç òâåðäîãî çíàíèÿ

òåîðèè íåëüçÿ ðàññ÷èòûâàòü íà óñïåøíîå ðåøåíèå è àíàëèç äàæå ñàìûõ

ïðîñòûõ çàäà÷.

Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ íåîáõîäèìî:

1) õîðîøî âíèêíóòü â óñëîâèå çàäà÷è è óñòàíîâèòü, êàêèå ôèçè÷å

ñêèå çàêîíîìåðíîñòè ëåæàò â åå îñíîâå;

2) çàïèñàòü âñå äàííûå â çàäà÷å ôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû â îäíîé ñèñ

òåìå åäèíèö (â ñèñòåìå åäèíèö ÑÈ);

3) åñëè ïîçâîëÿåò õàðàêòåð çàäà÷è, îáÿçàòåëüíî ñäåëàòü ÷åðòåæ, ïî

ÿñíÿþùèé åå ñóùíîñòü;

4) çàïèñàòü çàêîíû è ôîðìóëû, íà êîòîðûõ áàçèðóåòñÿ ðåøåíèå,

è äàòü ñëîâåñíóþ ôîðìóëèðîâêó ýòèõ çàêîíîâ, ðàçúÿñíèòü áóê

âåííûå îáîçíà÷åíèÿ;

5) åñëè ïðè ðåøåíèè çàäà÷è ïðèìåíÿåòñÿ ôîðìóëà, ïîëó÷åííàÿ äëÿ

÷àñòíîãî ñëó÷àÿ, íå âûðàæàþùàÿ êàêîé-íèáóäü ôèçè÷åñêèé çà

259

êîí èëè íå ÿâëÿþùàÿñÿ îïðåäåëåíèåì êàêîé-íèáóäü ôèçè÷åñêîé

âåëè÷èíû, òî åå ñëåäóåò âûâåñòè;

6) îñîáîå âíèìàíèå ñëåäóåò îáðàùàòü íà âåêòîðíûé õàðàêòåð ìíî

ãèõ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí. Äëÿ ïîëíîãî îïðåäåëåíèÿ òàêèõ âåëè

÷èí íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü íå òîëüêî èõ ÷èñëîâîå çíà÷åíèå, íî

è íàïðàâëåíèå;

7) ïîëó÷èòü ðåøåíèå çàäà÷è â îáùåì âèäå, òî åñòü âûðàçèòü èñêî

ìóþ âåëè÷èíó â áóêâåííûõ îáîçíà÷åíèÿõ âåëè÷èí, çàäàííûõ

â óñëîâèè çàäà÷è. Ïðàâèëüíîñòü ðåøåíèÿ çàäà÷è â îáùåì âèäå

ìîæíî ïðîâåðèòü, èñïîëüçóÿ ïðàâèëî ðàçìåðíîñòåé (íàèìåíîâà

íèé). Ïðè ïðàâèëüíîì ðåøåíèè ðàçìåðíîñòü ïðàâîé ÷àñòè ôîð

ìóëû ñîâïàäàåò ñ ðàçìåðíîñòüþ èñêîìîé âåëè÷èíû. Íåñîáëþäå

íèå ýòîãî óñëîâèÿ (îíî íåîáõîäèìî, íî íåäîñòàòî÷íî) ñâèäåòåëü

ñòâóåò îá îøèáêå, äîïóùåííîé â õîäå ðåøåíèÿ;

8) ðåøåíèå çàäà÷è ñëåäóåò ñîïðîâîæäàòü êðàòêèìè, íî èñ÷åðïû-

âàþùèìè ïîÿñíåíèÿìè;

9) ïîäñòàâèòü ÷èñëîâûå äàííûå â ïîëó÷åííûå äëÿ èñêîìûõ âåëè-

÷èí ôîðìóëû, ïðîèçâåñòè ñ íèìè íåîáõîäèìûå äåéñòâèÿ. Ïðî-

àíàëèçèðîâàòü ðåçóëüòàò (îöåíèòü åãî ïðàâäîïîäîáíîñòü);

10) ïðîâîäÿ àðèôìåòè÷åñêèå ðàñ÷åòû, íóæíî èñïîëüçîâàòü ïðàâèëà

ïðèáëèæåííûõ âû÷èñëåíèé, ïîçâîëÿþùèå ýêîíîìèòü âðåìÿ áåç

óùåðáà äëÿ òî÷íîñòè. Òî÷íîñòü îòâåòà íå äîëæíà ïðåâûøàòü

òî÷íîñòè, ñ êîòîðîé äàíû èñõîäíûå âåëè÷èíû. Â òåõ çàäà÷àõ, ãäå

òðåáóåòñÿ íà÷åðòèòü ãðàôèê, ñëåäóåò ðàöèîíàëüíî âûáðàòü ìàñ

øòàá è íà÷àëî êîîðäèíàò.

Óìåíèå ðåøàòü çàäà÷è ïðèîáðåòàåòñÿ äëèòåëüíûìè è ñèñòåìàòè÷å

ñêèìè óïðàæíåíèÿìè. Ïðè ïîäãîòîâêå ê âûïîëíåíèþ êîíòðîëüíîé ðàáî

òû ñëåäóåò ïîñëå èçó÷åíèÿ êàæäîé òåìû ðåøèòü çàäà÷è èç ðàçäåëà «Òðå

íèðîâî÷íûå çàäà÷è». Îíè ñîäåðæàò ýëåìåíòû çàäà÷, ïðåäëàãàåìûõ äëÿ

êîíòðîëüíûõ ðàáîò.

Çàäà÷è äëÿ òðåíèðîâêè íåñêîëüêî ïðîùå òåõ, êîòîðûå âõîäÿò â êîí

òðîëüíûå çàäàíèÿ, è ïðèçâàíû ïîäãîòîâèòü ñòóäåíòà ê âûïîëíåíèþ êîí

òðîëüíîé ðàáîòû. Ðåøåíèå ýòèõ çàäà÷ êðàéíå ïîëåçíî è íåîáõîäèìî.

Ïðè îôîðìëåíèè êîíòðîëüíûõ ðàáîò íóæíî ïîìíèòü ñëåäóþùåå:

1) êîíòðîëüíûå ðàáîòû äëÿ ïðîâåðêè îôîðìëÿþòñÿ â îáû÷íîé ó÷å

íè÷åñêîé òåòðàäè ñèíèìè èëè ÷åðíûìè ÷åðíèëàìè;

260