Thống nhất các tương tác - Vật lý lượng tử

Thống nhất các tương tác - Vật lý lượng tử tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất c...

TRƯỜNG CAO ĐẲNG SƯ PHẠM TÂY NINH KHOA TỰ NHIÊN LỚP LÝ KT – CN 38 CHỦ ĐỀ 7: THUYẾT THỐNG NHẤT CÁC TƯƠNG TÁC CƠ BẢN Nhóm thực hiện: -Nguyễn Thanh Thảo -Trần Thị Trinh -Nguyễn Thị Bích Tuyền -Lê Thị Nở -Trần Hoàng Thái I CÁC TƯƠNG TÁC CƠ BẢN Tương tác bản hay lực bản là loại lực của tự nhiên mà tất mọi lực, xét chi tiết, quy loại lực Ví dụ lực có va chạm học vật thể thông dụng quy lực tương tác các phân tử hay nguyên tử, cụ thể là lực điện từ giữa hạt nhân và electron của chúng Các tương tác tự nhiên Tương tác hấp dẫn Tương tác điện từ Tương tác yếu Tương tác mạnh 1.Tương tác hấp dẫn Đây tương tác bao trùm vật tương tác tồn tất vật chất từ hạt vi mô đến vật thể vĩ mô Sự biểu tương tác định luật vạn vật hấp dẫn phát năm 1687 nhà vật lý vĩ đại Isaac Newton Định luật phát biểu rằng: “Mọi vật hút với lực tỉ lệ thuận với khối lượng chúng tỉ lệ nghịch với khoảng cách chúng” Ở khối lượng đóng vai trị tích hấp dẫn Tương tác hấp dẫn điều khiển tồn q trình vũ trụ, nói riêng tương tác hấp dẫn cho phép hình thành cấu trúc hệ Mặt Trời giữ ổn định chuyển động hệ Lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên vật thể có khối lượng và làm chúng rơi xuống đất Lực hấp dẫn giúp gắn kết vật chất để hình thành Trái Đất, Mặt Trời và các thiên thể khác; khơng có vật thể liên kết với sống biết tồn Lực hấp dẫn lực giữ Trái Đất hành tinh khác quỹ đạo chúng quanh Mặt Trời, Mặt Trăng trên quỹ đạo quanh Trái Đất, hình thành thủy triều, nhiều tượng thiên nhiên khác mà quan sát Một lý thuyết gần tương tác hấp dẫn lý thuyết hấp dẫn Newton, lý thuyết xác tương tác hấp dẫn lý thuyết tương đối rộng Einstein xây dựng năm 1915 Trong cơ học cổ điển, lực hấp dẫn xuất ngoại lực tác động lên vật thể Trong thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn chất của không thời gian bị uốn cong diện khối lượng, ngoại lực Isaac Newton (1643 – 1727) Albert Einstein (1879 – 1955) ( ( Theo quan điểm đại tương tác vật thực nhờ trao đổi hạt gọi hạt truyền tương tác Tương tác hấp dẫn thực nhờ hạt graviton Hạt có khối lượng 0, có spin Graviton chuyển động, không đứng yên chuyển động với vận tốc cực đại có – vận tốc ánh sáng chân khơng Mặc dù người ta tìm kiếm hạt graviton lâu, chưa phát tồn hạt thí nghiệm Do mật độ vật chất bình thường điều kiện Trái Đất tương tác hấp dẫn nhỏ, kỹ thuật chưa đủ khả tiến hành 2.Tương tác điện từ Tương tác điện từ giống tương tác hấp dẫn chất tương tác tầm xa có tác động khoảng cách lớn Năm 1785, kỹ sư nhà vật lý người Pháp Charles Augustin Coulomb (1736 – 1806) thiết lập quy luật : lưc điện từ giảm dần tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách hai hạt mang điện Tương tác điện từ tương tác hạt mang điện Các hạt mang điện có điện tích có điện tích âm dương Vì thế, khác với lực hấp dẫn, lực điện từ hút đẩy Dựa vào cấu trúc nguyên tử, phân tử, ta nói cấu trúc giới xung quanh phụ thuộc vào tương tác hạt mang điện Tính chất vật lý hóa học vật chất, vật liệu đủ hình dạng mơ sống phụ thuộc vào tương tác điện từ Tương tác điều khiển thiết bị điện – điện tử Cuộc cách mạnh lý thuyết dây lần thứ nhất, nhà vật lý nhận thầy hạn chế phép gần khơng đủ để trả lời cho nhiều vấn đề Nhiều nhà vật lý cảm thấy thất vọng đành quay hướng nghiên cứu trước họ Năm 1995, giảng Hội nghị Siêu dây tổ chức Đại học Nam California, giảng khiến cho cử tọa ỏi gồm chuyên gia hàng đầu giới lý thuyết dây phải kinh ngạc, Edward Witen đã châm ngòi cho cách mạng siêu dây lần thứ hai Dây là khái niệm vật lý vật thể chiều mà kiểu dao động khác hình thành các hạt bản với tính chất khác Mỗi hạt khơng phải phần tử khơng thể phân chia được, khơng có cấu trúc nội mà hình dung vịng dây chiều đóng kín Các dây hai dạng: dây khép kín dây hở Dây hở có hai đầu khơng đụng nhau, cịn dây khép  kín vịng khơng có đầu hở. Tùy thuộc vào cách chắp nối hay tách rời khác Trình tự nghiên cứu cấu tạo vật chất vũ trụ: Các vật thể vĩ mơ (chính xác hơn, vật thể thông thường hàng ngày quan sát mắt thường) Cấu trúc phân tử Cấu trúc nguyên tử với hạt nhân (proton và nơtron) với điện tử Các hạt Các quark Các dây Các dây hai dạng: dây khép kín dây hở Dây hở có hai đầu khơng đụng nhau, cịn dây khép  kín vịng khơng có đầu hở. Tùy thuộc vào cách chắp nối hay tách rời khác Các tượng tác dựa vào khả dây chắp nối hay tách xa đầu Bởi đầu dây hở chắp nối lại tạo thành dây khép kín, nên bạn khơng thể tạo dựng lý thuyết dây khơng có dây khép kín Các dây khép kín có tính chất làm cho nhà vật lý học tin chúng có thễ mơ tả lực hấp dẫn Các nhà vật  lý bắt đầu nhận định lý thuyết dây có đủ  khả giải thích lực hấp dẫn động tác hạt Sau nhiều năm, người ta phát lý thuyết dây đòi hỏi vật thể khác dây Các vật thể có thễ xem hay màng Các dây có thễ bám dính đầu hay hai đầu vào màng Giống sợi dây đàn dao động tạo nốt nhạc (các dao động cộng hưởng), dây hay màng dao động không - thời gian 11 chiều tạo hạt biết chưa biết, đặc trưng vật lý chúng (như điện tích hay khối lượng).  Tại khơng - thời gian có 11chiều? Câu trả lời khơng xuất phát từ nguyên vật lý sâu xa, mà túy đến từ tốn học Chỉ với khơng - thời gian chiều, tránh xác suất tìm hạt có giá trị âm điều vơ nghĩa vật lý Các nhà lí thuyết dây từ trước đến vật lộn với việc đưa tiên đốn kiểm tra Cho nên, lí thuyết dây vậy: lí thuyết Thứ hai, có q nhiều biến thể lí thuyết dây, khơng có biến thể xác – có hội chọn chúng Để giải vấn đề này, số nhà vật lí đề xuất khuôn khổ tổng quát gọi Lí thuyết M Nhưng lí thuyết M có trở ngại Tùy thuộc vào cách thức bạn thiết lập nó, lí thuyết M mơ tả 10500 vũ trụ Một số nhà vật lí biện hộ chứng cho thấy có nhiều vũ trụ, người khác nghĩ có nghĩa lí thuyết khơng thể kiểm tra mà Ưu điểm lớn lý thuyết dây toán thống nhất, tương tác thống tự nhiên khn khổ luận lý Ưu điểm lớn khác đóng góp vũ trụ luận đưa hai kịch bổ sung cho kịch Big Bang lạm phát tiêu chuẩn (mơ hình tiền Big Bang mơ hình màng va chạm) Nó giải toán entropy lỗ đen Nhược điểm lý thuyết bao gồm: 1) thiếu nguyên lý dẫn dắt tảng, kiểu nguyên lý tương đương lý thuyết Einstein, 2) thiếu loại toán học cần thiết hình học Euclid sở vật lý Newton hay hình học Riemann sở vật lý Einstein 3) phụ thuộc nền, phương trình viết khơng - thời gian phi lượng tử có trước, nói cách khác khơng - thời gian không xuất từ thân lý thuyết Quan niệm khơng - thời gian 11 chiều xem nhược điểm Ngoài lý thuyết dây, nhà vật lý đề nhiều lý thuyết khác nhằm thống tương tác, lý thuyết hấp dẫn lượng tử vòng, lý thuyết twistor Penrose, hình học khơng giao hốn Connes, mơ hình vi phân Regge, mơ hình dựa vật lý vật chất ngưng tụ… Chúng chưa đạt tới mức độ thành công lý thuyết dây.  Theo thuyết hấp dẫn lượng tử vịng, Quan điểm khơng gian khơng liên tục, mà thay vào bị phá vỡ thành mảng nhỏ xíu bề ngang 10-35 mét Những mảng sau nối lại với liên kết tạo không gian mà trải nghiệm Khi liên kết thắt lại thành viền nút, chúng tạo hạt sơ cấp Theo thuyết E8 Năm 2007, nhà vật lí (và đơi nhà lướt ván) Garrett Lisi đề xuất kiểu mẫu toán học phức chiều với 248 điểm Hạt lực khác mà vật lí học biết đặt vào điểm mẫu E8, nhiều tương tác chúng xuất sau cách tự nhiên ... một gluon 3 .Tương tác mạnh Tương tác mạnh tương tác có cường độ lớn loại tương tác Lực hạt nhân tác động nucleon hạt nhân biểu tương tác mạnh Khác với tương tác hấp dẫn tương tác điện từ, tương tác mạnh... tử? ?hay nguyên tử, cụ thể là lực điện từ giữa hạt nhân và electron của chúng Các tương tác tự nhiên Tương tác hấp dẫn Tương tác điện từ Tương tác yếu Tương tác mạnh 1 .Tương tác hấp dẫn Đây tương tác bao... vào tương tác hạt mang điện Tính chất vật lý hóa học vật chất, vật liệu đủ hình dạng mơ sống phụ thuộc vào tương tác điện từ Tương tác điều khiển thiết bị điện – điện tử Lý thuyết tương tác