Cтраница 3
Одним из главных предметов исследования в современной физике является проблема элементарных частиц. Известно, что элементарные частицы далеко не элементарны. По мере того как мы поднимаемся по шкале энергий, перед нами открываются все новые и новые слои в структуре элементарных частиц. [31]
Книга выдающегося американского физика Д. А. Уилера посвящена элементарному изложению геометродинамики - воплощению мечты Эйнштейна свести всю физику к геометрии. Автор начинает с элементарных понятий динамики и частной теории относительности, затем переходит к метрике и ее связи с распределением масс, а затем к топологии и динамической геометрии, геометродинамике. Он подробно рассматривает простейшую задачу геометродинамики - гравитационный коллапс - ив заключение знакомит читателя с применением изложенных идей к проблеме структуры элементарных частиц. В приложениях собраны необходимые сведения о арене действия геометродинамики - суперпространстве и его свойствах. [32]
Факт квантования заряда выходит, конечно, за пределы классического электромагнетизма. Обычно мы его игнорируем и поступаем так, как будто наши точечные заряды q могут иметь любую величину. Это не приводит к трудностям. Однако полезно вспомнить, что классическая теория не в состоянии объяснить структуры элементарных частиц. Нельзя, впрочем, утверждать, что современная квантовая теория может это сделать. Что удерживает электрон от распада - так же таинственно, как и то, что определяет точную величину его заряда. Здесь должны существовать какие-то силы, отличные от электрических сил, так как электростатические силы, действующие между различными частями электрона, приводят к отталкиванию. [33]
Если построить на такую энергию не один, а два ускорителя и произвести столкновения этих пучков, то тогда энергия одного протона относительно встречного может увеличиться до 1015 эв. Эта цифра является пока теоретическим пределом, который в принципе может быть сегодня достигнут искусственно для тяжелых частиц в земных условиях. Однако одинокие космические частицы со столь большой энергией мало что могут дать для исследования структуры элементарных частиц, так как для этой цели надо иметь еще достаточную интенсивность пучка. [34]
Спинорная алгебра недостаточно богата, чтобы служить основой такого подхода, но определенное ее расширение, а именно алгебра твисторов, действительно может рассматриваться как первичное по отношению к пространству-времени. Более того, оказывается возможным дать определение других физических понятий, исходя непосредственно из понятия твисторов и не обращаясь к промежуточной стадии точек пространства-времени. По существу цель твисторной теории состоит в том, чтобы всю фундаментальную физику перевести на твисторный язык. С известной долей спекулятивных рассуждений и различной степенью полноты понятия точки пространства-времени, кривизны, энергии-импульса, момента количества движения, квантования, структуры элементарных частиц и их внутренних квантовых чисел, волновых функций, полей в пространстве-времени ( включая их нелинейные взаимодействия) могут быть определены более или менее прямым путем на основе исходных положений теории твисторов. [35]
Ядерные реакции могут быть классифицированы по различным признакам: по энергиям вызывающих их частиц, по роду участвующих в них частиц и, наконец, по характеру происходящих ядерных превращений. Различают ядерные реакции при малых, средних и высоких энергиях. Реакции при малых энергиях ( порядка электрон-вольта) происходят в основном с участием нейтронов. Реакции при средних энергиях ( до нескольких МэВ) вызываются, кроме того, заряженными частицами ( протонами, а-частицами) и у-квантами. Реакции при высоких энергиях ( сотни и тысячи МэВ) приводят к рождению отсутствующих в свободном состоянии элементарных частиц и имеют большое значение для изучения свойств и структуры элементарных частиц ( гл. [36]
Далеко не ясно, в какой мере элементарные частицы являются первичными элементами материи. В начале 30 - х годов, когда был открыт нейтрон и установлено, что ядро состоит из протонов и нейтронов, было введено понятие элементарные частицы. Однако было бы неправильно считать, что элементарные частицы представляют собой неделимые элементы материи, так же как неправильно было в свое время мнение о неделимости атома. Наличие структуры у элементарных частиц не вызывает сомнений. Имеются косвенные доказательства наличия структуры в других частицах. Согласно современной электродинамике, электрон должен иметь размер, значительно больший, чем предполагалось: 10 - п см вместо 10 - 13 см. Следует иметь в виду, что современное представление о структуре элементарных частиц связано с изменениями, возникающими в процессе взаимодействия их между собой. [37]
Чтобы ограниченное распределение заряда было устойчиво, необходимы силы неэлектромагнитного характера. Поэтому в рамках уравнений Максвелла и специальной теории относительности следует отказаться от чисто электромагнитной модели материи. Нам известны сильные неэлектромагнитные взаимодействия, существующие в природе. Однако внутренняя структура Частиц в настоящее время остается в основном неизвестной. Единственное исключение представляют нейтрон и протон. Их электромагнитная структура исследовалась с помощью рассеяния электронов высоких энергий, причем электроны рассматривались как точечные частицы и считалось, что законы электродинамики не изменяются на малых расстояниях, характерных для рассматриваемой задачи. Не следует, однако, отыскивать какой-либо глубокий смысл в этом факте. Структура элементарной частицы в значительной мере определяется квантовомеханическими законами. [38]