Συγχρονεσ αντιληψεισ για τα πεδια δυναμεων – σωματιδια αλληλεπιδρασησ Λιάτσος Γιώργος Β4’ F3 F4 F1 F5 m F2 Φυσική Γενικής Παιδείας Β’ Λυκείου Συγχρονεσ αντιληψεισ για τα πεδια δυναμεων – σωματιδια αλληλεπιδρασησ

(25 Δεκεμβρίου 1642 – 20 Μαρτίου 1727) Δύναμη F = m α Sir Isaac Newton (25 Δεκεμβρίου 1642 – 20 Μαρτίου 1727) 2 SI: 1N = 1 kg m/sec

Θεμελιώδης αλληλεπίδραση / Θεμελιώδεις Δυνάμεις μηχανισμός σύμφωνα με τον οποίο τα διάφορα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους Τέσσερεις θεμελιώδεις δυνάμεις στη φύση: Ισχυρή Πυρηνική Ηλεκτρομαγνητική Ασθενής Πυρηνική Βαρύτητα

Καθιερωμένο πρότυπο κουάρκς λεπτόνια Τα φερμιόνια είναι οι δομικοί λίθοι της ύλης και σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο είναι έξι κουάρκς και έξι λεπτόνια καθώς και τα αντισωμάτιά τους. κουάρκς λεπτόνια

Βαρύτητα

Βαρύτητα: η ιδιότητα των υλικών σωμάτων να έλκουν άλλα υλικά σώματα Αριστοτέλης: Δεν υπάρχει δράση χωρίς αιτία και επομένως δεν υπάρχει κίνηση χωρίς κάποια δύναμη Βραχμαγκούπτα (Ινδός αστρονόμος) : "τα σώματα πέφτουν προς τη γη καθώς είναι στη φύση της γης να έλκει σώματα, όπως είναι στη φύση του νερού το να ρέει” Σερ Ισαάκ Νεύτων: "Συμπέρανα ότι οι δυνάμεις που συγκρατούν τους πλανήτες στην τροχιά τους πρέπει να είναι αντιστρόφως (ανάλογες) ως προς τα τετράγωνα των αποστάσεων από τα κέντρα γύρω από τα οποία περιφέρονται· και εξ αυτού συνέκρινα τη δύναμη που απαιτείται για να συγκρατεί τη Σελήνη στην τροχιά της με την ισχύ της βαρύτητας στην επιφάνεια της Γης. Και τις βρήκα να συμφωνούν με ικανοποιητική προσέγγιση“ ( “Principia” ) m₁ m₂ _______ F = G ₂ r Ο παγκόσμιος βαρυτικός νόμος του Νεύτωνα

Θεωρίες για τη βαρύτητα: 1. ΑΠΟΔΕΔΕΙΓΜΕΝΕΣ: Νόμος της Παγκόσμιας Έλξης (Νewton) Γενική Θεωρία Σχετικότητας (Einstein): η βαρύτητα δεν θεωρείται ως το αποτέλεσμα μιας δύναμης, αλλά οφείλεται στην καμπύλωση του χωρόχρονου, η οποία προκαλείται από την περιεχόμενη στον χωρόχρονο μάζα και ενέργεια.

Θεωρίες για τη βαρύτητα: 2. ΜΗ - ΑΠΟΔΕΔΕΙΓΜΕΝΕΣ: Εναλλακτικές της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, πχ Θεωρία του Yilmaz. Κβαντική θεωρία της βαρύτητας :Αποτελεί μοντέλο της βαρύτητας συμβατό με τις αρχές της κβαντομηχανικής. Ενέργεια του μηδενικού σημείου (Zero Point EnergyΜία από τις βασικές αρχές της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας είναι ότι το απόλυτο κενό είναι εντελώς άδειο από ύλη και ενέργεια. Από την κβαντομηχανική όμως γνωρίζουμε ότι το απόλυτο κενό είναι γεμάτο ενέργεια. Σε ένα κενό, μετά από την απομάκρυνση όλης της ύλης και ενέργειας εξακολουθούν να υφίστανται απρόβλεπτες, τυχαίες διακυμάνσεις της λεγόμενης ενέργειας του κενού (μηδενικού σημείου). Το περίφημο φαινόμενο Casimir, το οποίο έχει αποδειχθεί πειραματικά, ίσως αποτελεί την απόδειξη ύπαρξης της ενέργειας του κενού.

Θεωρίες για τη βαρύτητα: 2. ΜΗ - ΑΠΟΔΕΔΕΙΓΜΕΝΕΣ: Θεωρία Υπερχορδών (Mother theory) Αποτελεί θεωρία ενοποίησης των τεσσάρων ειδών δυνάμεων, ιδιαίτερα στις ακραίες συνθήκες στις οποίες καταρρέει η Γενική Θεωρία Σχετικότητας(μποζόνια – φερμιόνια – ταχυόνια – supersymmetry) Θεωρία Κοσμικού Πληθωρισμού (Cosmic Inflation) Το σύμπαν διέρχεται μία φάση εκθετικής διαστολής λόγω της αρνητικής (απωθητικής) πίεσης της ενέργειας του κενού. Εξηγεί γιατί το σύμπαν μετά από τη μεγάλη έκρηξη εμφανίζεται επίπεδο (η απόσταση μεταξύ δύο σημείων δίδεται από την ευκλείδια γεωμετρία), ομογενές και ισοτροπικό (δηλαδή σε οποιαδήποτε θέση και να βρίσκεται ένας παρατηρητής και προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και αν κοιτάζει θα διακρίνει τα ίδια γενικά χαρακτηριστικά). Θεωρία των βρανών (Brane Cosmology). Προέρχεται από τη θεωρία των υπερχορδών. Μέσα στον πολυδιάστατο χώρο, το δικό μας τετραδιάστατο σύμπαν, όπως και τα υπόλοιπα σύμπαντα βρίσκονται το καθένα πάνω σε παράλληλες μεμβράνες (branes). Η βαρύτητα διαπερνά όλα τα σύμπαντα/μεμβράνες προκαλώντας και το φαινόμενο της σκοτεινής ενέργειας, τη φύση της οποίας προσπαθούν να εξηγήσουν οι επιστήμονες. Η επίδραση αυτή μεταβάλλει το νόμο του Νεύτωνα στον υποχιλιοστομετρικό χώρο.

Βαρυτόνιο είναι το υποθετικό στοιχειώδες σωματίδιο-φορέας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης και προβλέπεται στα πλαίσια ενός ολοκληρωμένου και συνεπούς θεωρητικού οικοδομήματος το οποίο θα περιλαμβάνει τη βαρύτητα σε κβαντισμένη μορφή (Κβαντική Βαρύτητα). Σύμφωνα με αυτή την διατύπωση, η βαρυτική αλληλεπίδραση μεταδίδεται μέσω βαρυτονίων και παύει να είναι καμπυλώσεις του χωροχρονικού συνεχούς. Προϋπόθεση και περιορισμός είναι πως, στο κλασσικό όριο, και οι δύο τρόποι πρέπει να παράγουν ταυτόσημα αποτελέσματα.Το βαρυτόνιο ουσιαστικά αντιπροσωπεύει το κβάντο της βαρυτικής ακτινοβολίας υπό μορφή βαρυτικών κυμάτων. Η ύπαρξή του δε είναι "αναγκαστική" μετά τον επιτυχή κβαντισμό των υπόλοιπων τριών θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων σε θεωρητικό επίπεδο και την πειραματική τους επαλήθευση.

Ασθενής Αλληλεπίδραση

Στο καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, γίνεται μέσω της ανταλλαγής των W και Z μποζονίων. Το πιο οικείο αποτέλεσμα της ασθενούς αλληλεπίδρασης είναι η διάσπαση βήτα (των νετρονίων στον ατομικό πυρήνα) και η σχετιζόμενη με αυτήν ραδιενέργεια. Η λέξη "ασθενής" προέρχεται από το γεγονός ότι η έντασή της είναι περίπου 1013 φορές μικρότερη από την αντίστοιχη της ισχυρής αλληλεπίδρασης.

Ιδιότητες ασθενούς αλληλεπίδρασης: Είναι η μόνη αλληλεπίδραση ικανή να αλλάξει τους διάφορους κβαντικούς αριθμούς (flavour). Είναι η μόνη αλληλεπίδραση η οποία παραβιάζει την συμμετρία αρτιότητας P (επειδή δρα μόνο σε αριστερόστροφα σωματίδια). Είναι επίσης η μοναδική η οποία παραβιάζει τη συμμετρία CP. (καθρτης) Μεταδίδεται με πολύ βαριά μποζόνια βαθμίδας. Αυτή η ασυνήθιστη ιδιότητα εξηγείται στο καθιερωμένο μοντέλο μέσω του μηχανισμού Χιγκς. +μικρός χρόνος ζωής – μικρή εμβέλεια

Ηλεκτρο

μαγνητισμός Ηλεκτρο

Ηλεκτρομαγνητισμός: ο τομέας της Φυσικής που μελετά τα φαινόμενα που απορρέουν από το ηλεκτρικό φορτίο των σωματιδίων και από την αλληλεπίδραση ηλεκτρικών με μαγνητικών πεδίων. Μελετά τα φαινόμενα που έχουν άμεση ή έμμεση σχέση με ηλεκτρικά φορτία και πηγές μαγνητικού πεδίου. Αρχικά πιστεύονταν ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός είναι δύο διαφορετικά φαινόμενα (Oersted ) Η ενοποίηση των δύο αυτών φαινομένων έγινε από τον Maxwell με τις τέσσερις περίφημες που έκτοτε φέρουν το όνομά του (εξισώσεις του Maxwell). (κύματα)

Ισχυρή αλληλεπίδραση

Iσχυρή αλληλεπίδραση ή ισχυρή δύναμη: Η αλληλεπίδραση μεταξύ των κουάρκ και των γκλουονίων. Μεταφέρεται από τα γκλουόνια, και ασκείται πάνω στα κουαρκ, τα αντικουάρκ, καθώς και τα ίδια τα γκλουόνια για να σχηματίσουν τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα άλλα αδρόνια. Επίσης, σε μεγαλύτερη κλίμακα, είναι η δύναμη που κρατά τα πρωτόνια και τα νετρόνια μαζί για να σχηματίσουν τους πυρήνες των ατόμων. Αν και η ισχυρή δύναμη δρα μόνο σε στοιχειώδη σωματίδια απ'ευθείας, η δύναμη παρατηρείται μεταξύ των αδρονίων, ως η πυρηνική δύναμη. Αυτό γίνεται γιατί όλα τα πειράματα απόπειρας εντοπισμού ελευθέρων κουάρκ έχουν αποτύχει, οπότε τα ίδια τα αλληλεπιδρώντα στοιχειώδη σωματίδια δεν παρατηρούνται άμεσα.

Γκλουόνιο Τα γκλουόνια ή γλοιόνια είναι στοιχειώδη σωματίδια (μποζόνια) με σπιν 1, μηδενική μάζα ηρεμίας και μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο. Είναι σωματίδια τα οποία μεταφέρουν την ισχυρή αλληλεπίδραση, με την οποία αλληλεπιδρούν τα κουάρκς, θεμελιώδη σωματίδια από τα οποία απαρτίζεται η ύλη. Η αλληλεπίδραση αυτή περιγράφεται από την κβαντική χρωμοδυναμική. Τα γκλουόνια είναι ταυτόχρονα φορείς του ισχυρού πυρηνικού φορτίου ("φορτίο χρώματος") και μεσάζοντες της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Υπάρχουν σε οκτώ ποικιλίες, που αποτελούν όλους τους δυνατούς συνδυασμούς "χρώματος" και αντι-"χρώματος" για τα τρία "χρώματα": κόκκινο, πράσινο και μπλε, και τα αντι-χρώματά τους (τρία είδη θετικού/αρνητικού φορτίου χρώματος). Ο ένατος δυνατός συνδυασμός είναι "άχρωμος" (ακριβέστερα είναι "color-singlet") και για τον λόγο αυτό δεν μπορεί να μεταβιβάσει την ισχυρή αλληλεπίδραση και αγνοείται. Τα "χρώματα" αυτά δεν έχουν καμία σχέση με τα χρώματα της οπτικής. Είναι απλά ένας τρόπος να ονοματίζουμε τα τρία είδη "φορτίου" της ισχυρής δύναμης.

Κουάρκ Tα κουάρκ (quarks) θεωρούνται σήμερα βασικοί τύποι των στοιχειωδών σωματιδίων της ύλης από τα οποία αποτελούνται τα βαρυόνια (baryons) και τα μεσόνια (mesons). Μαζί με τα γκλουόνια, θεωρούνται τα μόνα στοιχειώδη σωματίδια που μπορούν και αλληλεπιδρούν ισχυρά.

Αντικουάρκ Τo αντικουάρκ είναι στοιχειώδες σωμάτιο της αντιύλης. Είναι το αντισωμάτιο του κουάρκ. Κουάρκ και αντικουάρκ έχουν ίδια μάζα και χρόνο ζωής αλλά αντίθετο φορτίο, χρώμα και βαρυονικό αριθμό

ΒιΒλιογραφια http://el.wikipedia.org/ http://superstringtheory.com/basics/basic4. html http://www.damtp.cam.ac.uk/research/gr/ public/qg_ss.html http://www.damtp.cam.ac.uk/research/gr/ public/inf_home.html http://www.pbs.org/wgbh/nova/physics/ele gant-universe.html http://www.calphysics.org/zpe.html https://www.google.gr/imghp?hl=el&tab=wi