Приложение 1 Фундаментальные физические энергии и силы Вселенной

Приложение 1 Фундаментальные физические энергии и силы Вселенной

Фундаментальные физические энергии

Известно, что ЭНЕРГИЯ (от греческого ENERGEIA – действие, деятельность) – общая количественная мера различных форм движений материи. В физике, соответственно различным физическим процессам, различают энергию механическую, тепловую, электромагнитную, гравитационную, ядерную и другую. Вследствие существования закона сохранения энергии энергия связывает воедино все явления природы.

Так, к фундаментальным физическим энергиям Вселенной (ФФЭВ) ученые относят совокупность внешнесредовых энергий Космоса и Земли, взаимодействующих с биосферой и биосистемами Земли. Во-первых, это – энергии солнечного электромагнитного излучения в составе: гамма-, рентгеновского, ультрафиолетового излучений, излучений видимого света и инфракрасного излучения. Из них первые три вида излучений являются энергиями, первично поражающими живые организмы на Земле, а остальные два вида энергий относятся к жизненной энергии всех земных организмов, без которых они не способны существовать. Во-вторых, это – энергии потока микрочастиц (электроны, протоны и др.), падающих из Космоса. И, наконец, в-третьих, это – от вспышек на Солнце альфа– и бета-излучения, а также негринная и другие неизвестные еще энергии, и энергии внешнего и внутреннего ядерного излучения Земли.

Космические источники электромагнитного излучения

Известно, что ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ – это коротковолновое, невидимое глазом электромагнитное излучение. Его источники – Солнце, фоновое Космическое излучение, некоторые пульсары (нейтронные звезды), сверхновые звезды, Млечный Путь, области галактического центра, многих галактик и квазаров. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер и элементарных частиц, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, при аннигиляции (уничтожении, исчезновении) электронно-позитронных пар и др.

РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – невидимое глазом электромагнитное излучение космических тел в диапазоне энергий фотонов от 100 эВ до 105 эВ, проникающее через некоторые непрозрачные для видимого света материалы. К его галактическим источникам относятся Солнце, нейтронные звезды и, возможно, черные дыры, шаровые звездные скопления, к внегалактическим источникам – квазары, отдаленные галактики и их скопления. Оно может возникать при торможении быстрых электронов в веществе и переходах электронов с внешних электронных оболочек на внутренние оболочки. Необходимо добавить, что эти лучи свободно проходят через наше тело, мы их не ощущаем.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – невидимое глазом электромагнитное излучение. Различают ближнее (400–200 нм) и дальнее, или вакуумное (200-10 нм), УФ излучение. К его основным источникам относятся – Солнце, горячие Звезды, высокотемпературная плазма, ускоренные электроны, некоторые лазеры и др. На долю ультрафиолетового излучения приходится около 9 % всей энергии излучения Солнца. Оно ионизирует газы верхних слоев земной атмосферы, что приводит к образованию ионосферы.

В видимой области солнечный спектр близок к спектру абсолютно черного тела при температуре около 6000 К; имеет энергетический максимум в области 430–500 нм. Солнечный спектр – непрерывный спектр, на который наложено более 20 тыс. линий поглощения (т. н. Фраунгоферовых линий) различных химических элементов. Видимая область электромагнитного спектра воспринимается человеком в виде света. Свет, в узком смысле, – электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых человеческим глазом (4,0 х 1014-7,5 х 1014 Гц). Длина волн от 760 нм (красный) до 380 нм (фиолетовый) (см. ниже). В широком смысле – то же, что и оптическое излучение. Оптическое излучение – электромагнитные световые волны, к которым, помимо воспринимаемого человеческим глазом видимого света, относятся ультрафиолетовое и инфракрасное (ИК) излучения.

Известно, что ЭНЕРГИЯ ВИДИМОГО СВЕТА РАСПРОСТРАНЯЕТСЯ в ВИДЕ ВОЛН, а ПОГЛОЩАЕТСЯ в ВИДЕ ЧАСТИЦ – ФОТОНОВ. ФОТОН – квант электромагнитного излучения, нейтральная элементарная (неделимая) частица с нулевой массой и спином 1; переносчик электромагнитного взаимодействия (ЭМВ) между заряженными частицами. Не имея массы покоя, он постоянно движется в вакууме со скоростью света (300 ООО км/с). Вакуум (от латинского vacuum – пустота) – СОСТОЯНИЕ ГАЗА при ДАВЛЕНИЯХ, БОЛЕЕ НИЗКИХ, чем АТМОСФЕРНОЕ. Понятие «ВАКУУМ» применимо к газу в откаченном объеме и в свободном пространстве, например, к Космосу.

ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ) – невидимое глазом электромагнитное излучение, которое составляет около 50 % излучения Солнца. К галактическим источникам относятся холодные красные карлики (звезды с температурой поверхности Т = 1000–1500 К), ряд планетарных туманностей, пылевые облака, переизлучающие ультрафиолетовое и видимое излучение находящихся в них горячих звезд, а к внегалактическим источникам – ядра галактик (в том числе и нашей) и квазары.

Необходимо сказать, что СУЩЕСТВУЕТ ЗЕМНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – это тепловое излучение земной поверхности с длинами волн от 3 до 80 мкм (инфракрасная, невидимая область электромагнитных волн).

Как правило, в космическом потоке частиц, падающих на Землю, и электромагнитном излучении доминирует излучение Солнца, поскольку оно находится от Земли не так уж далеко – всего на расстоянии 107 солнечных диаметров. При этом Земля, находящаяся на расстоянии 149 млн. км от Солнца, получает от него около 2 х 1017 Вт лучистой энергии.

Если бы от потоков космических излучений не было защиты, жизнь не возникла и не сохранилась бы на нашей планете. Основным заслоном на их пути являются магнитосфера и атмосфера Земли, образующие собой как бы экран, сито, через которое они преобразуются в результате взаимодействия с молекулами атмосферных газов. Это защищает БИОСФЕРУ от жестокого космического излучения.

А что нам еще известно о Солнце и Земле? Об этом читатели могут узнать в Приложениях 2 и 3.

Микрочастицы

Чтобы понять механизмы энергоинформационного взаимодействия космического потока микрочастиц с живыми организмами, необходимо иметь о них определенное представление. В данной работе мы используем понятия «микрочастица» и «элементарная частица», из которых первое понятие по своему содержанию более емкое, чем второе. Это связано с тем, что все известные микрочастицы, в том числе и элементарные (неделимые) частицы, относятся к микроскопическому миру, отличному от макрочастиц – нуклонов (ядер атомов), атомов и молекул.

В XX веке учеными открыто более 350 микрочастиц, среди которых выявлена большая группа крайне неустойчивых частиц с временами жизни порядка 10-22– 10 24 с, которые назвали резонансными. В зависимости от способности участвовать в разных фундаментальных взаимодействиях, а также в зависимости от принадлежности к бозонам или фермионам ВСЕ НАБЛЮДАЕМЫЕ МИКРОЧАСТИЦЫ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ на ЧЕТЫРЕ ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ.

БОЗОН (БОЗЕ – ЧАСТИЦА) – микрочастица или квазичастица с целым спином (см. ниже); система тождественных бозонов подчиняется Бозе – Эйнштейна статистике, характерная особенность которой заключается в том, что в каждом квантовом состоянии может находиться произвольное число частиц.

ФЕРМИОН (ФЕРМИ – ЧАСТИЦА) – микрочастица или квазичастица с полуцелым спином: электрон, протон, нейтрон и другие (а также кварки).

Первая группа состоит только из одной микрочастицы – фотона, который является бозоном и совсем не участвует в сильных взаимодействиях (см. Приложение 4).

Во вторую группу входят ЛЕПТОНЫ (это название происходит от греческого слова «лептос», означающего «легкий»). Лептоны также не участвуют в сильных взаимодействиях, но все они являются фермионами. Известно 12 лептонов.

Третью группу составляют МЕЗОНЫ. Как и фотон, эти частицы являются бозонами, но, в отличие от фотона, мезоны участвуют в сильных взаимодействиях.

Наконец, четвертую группу образуют БАРИОНЫ. Эти частицы также участвуют в сильных взаимодействиях, но все барионы являются фермионами. Мезонами и барионами исчерпываются все АДРОНЫ (от греческого слова ADROS – крепкий или сильный), т. е. все сильные микрочастицы.

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).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.