Предмет естествознания и проблемы моделирования, страница 10

- исходными кирпичиками Вселенной являются поля;

- частицы – квантованные жгуты энергии поля. Они обмениваются виртуальными сгустками энергии (прежде волнами).

Стандартная модель включает два вида взаимодействия: сильное и электрослабое.

Сильное взаимодействие осуществляют кварки. Сегодня известны шесть кварков и их антикварки, входящих в три семейства (или поколения). Семейство 1 состоит из верхнего и нижнего кварков; семейство 2 – из очарованного и странного; семейство 3 – из истинного и красивого кварков. Верхний, очарованный, истинный имеют заряд +2/3; нижний, странный, красивый – заряд -1/3. Кварки обмениваются виртуальными частицами, называемыми глюонами.

Электрослабое взаимодействие осуществляют лептоны. Существует шесть лептонов и антилептонов. Они также объединяются в три семейства. Семейство 1 состоит из электрона и электронного нейтрино; семейство 2 – из мюона и мюонного нейтрино; семейство 3 – из тау и тау-нейтрино. Электрон, мюон и тау имеют заряд -1; электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино – заряд 0. Лептоны взаимодействуют, обмениваясь виртуальными частицами: фотоном, двумя W-бозонами и одним Z-бозоном.

Согласно стандартной модели атом имеет следующее строение: протоны (состоят из двух верхних и одного нижнего кварка, связанных глюонами) и нейтроны (состоят из одного верхнего и двух нижних кварков, связанных глюонами). Связь электронов с протонами в ядре обеспечивается фотонами. Верхний и нижний кварки, а также электрон и электронное нейтрино стабильны, другие кварки и лептоны – нестабильны и через короткое время распадаются на более устойчивые частицы. Все частицы, кроме глюона и фотона, обладают массой. Нулевая масса фотона обусловливает большую дальность электромагнитного взаимодействия, поскольку его переносчик может перемещаться со скоростью света.

Все кварки и лептоны – фермионы, переносчики взаимодействий – бозоны. К бозонам относятся: фотон, W⁺-бозон, W^--бозон, Z-бозон, глюон и бозон Хиггса, который ищут с помощью коллайдера.

Существующая в настоящее время модель будет дополняться и возможно пересматриваться.

При переходе к исследованию микромира оказалось, что одни и те же объекты обнаруживают как волновые, так и корпускулярные свойства. Это явление получило название корпускулярно-волновой дуализм.

Одним из следствий этого положения стал принцип неопределенности В. Гейзенберга, что нельзя одновременно точно знать два параметра частицы – координату и скорость. Это означает, что, мы знаем, где частица находится в данный момент, то нельзя определить скорость, и, наоборот, при точном измерении скорости нельзя определить место расположения частицы.

Другим фундаментальным принципом квантовой механики является принцип дополнительности Н. Бора. Он гласит, что понятие частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу.

В микромире корпускулярная и волновая картины сами по себе не являются достаточными, как и в мире больших тел. Они обе законны, и противоречие между ними снять нельзя. Поэтому корпускулярная и волновая картины должны дополнять одна другую, т.е. быть комплиментарными.

В макромире самый сложный уровень организации материи биологический. Давайте на нем подробнее остановимся.

Мир живого чрезвычайно многообразен, имеет сложную структуру. Как и на других уровнях организации, здесь существуют свои «кирпичики». На уровне, изучаемом физикой, такую роль играют физический вакуум и кварки, на уровне химической организации – атом, а в биологии – это информационные молекулы (ДНК, РНК, некоторые белки).

Отсюда первый уровень живых систем – молекулярный уровень, который включает в себя способ существования и самовоспроизводства сложных информационных органических молекул, таких как белки и нуклеиновые кислоты. Кроме того, в последнее время к этому уровню стали относить организмы, не имеющие клеточного строения: вирусы.