§ 59. Применимость законов физики для объяснения природы небесных тел (окончание)

Проникая глубже в микромир, мы входим в область действия законов квантовой механики. При описании свойств и движения атомов и молекул основную роль играет постоянная Планка h, а для описания свойств атомных ядер и элементарных частиц необходимо учитывать и скорость света. Фундаментальными взаимодействиями, определяющими структуру и движение элементарных частиц и ядер атомов, являются слабое и сильное взаимодействия.

А что же дальше? Минимальное расстояние, куда учёные уже проникли в своих экспериментах, составляет 10^-16 м. В этом масштабе ещё действуют известные нам законы. Но наблюдаемое расширение Вселенной указывает на то, что Вселенная в прошлом имела очень небольшие размеры. Формально теория тяготения Эйнштейна описывает поведение Вселенной, когда она имела размеры, сравнимые с атомными и ещё меньшими. При таких размерах уже должны играть существенную роль квантовые свойства вещества, но теория тяготения Эйнштейна этого не учитывает. Таким образом, мы приходим к выводу, что будущая теория, правильно описывающая все этапы эволюции Вселенной, должна совмещать в себе и общую теорию относительности, и квантовую теорию, это должна быть квантовая релятивистская теория тяготения, в которую должны органическим образом входить все три фундаментальные постоянные с, G и h. Эта универсальная теория, её иногда называют «Теория Всего», ещё ждёт своего открывателя. Поэтому в первом и последнем столбце мы поставили знак вопроса, а в фундаментальные константы мы ввели все три.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите примеры физических законов, которые используются для объяснения природы небесных тел.

2. Приведите пример наблюдений, которые подтвердили наши теоретические представления о протекании термоядерных реакций в ядре Солнца.

3. В чём специфика астрономических исследований по сравнению с физическими?

4. Какое фундаментальное взаимодействие определяет основную природу небесных тел?

5. Почему для описания Вселенной вблизи её «начала» необходимо учитывать все виды взаимодействий?

Упражнение 44

1. Рассчитайте отношение силы кулоновского притяжения протона и электрона в атоме к силе их гравитационного притяжения. На основании этого расчёта объясните, почему пренебрегают силой гравитации в микромире.

2. Почему при описании движения планет вокруг Солнца пренебрегают силой кулоновского взаимодействия, несмотря на то что тела состоят из положительно и отрицательно заряженных протонов и электронов?

3*. Планк показал, что современные теории неприменимы для масштабов с размерами меньше чем Рассчитайте этот масштаб и ответьте, почему неправомерно экстраполировать наблюдаемое расширение Вселенной в прошлом и говорить на основе современных теорий об акте творения Вселенной?

Ответы

1. 2 • 10⁴⁰.

3*. 4 • 10^-35 м.

Самоконтроль

В рабочей тетради выполните тренировочный тест 9.

<<< К началу