Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
что общая энергия электрического отталкивания превосходит общую энергию
ядерного притяжения и такое ядро не может существовать. Этим
обусловливается отсутствие стабильных ядер, в которых число нуклонов
(протоны и нейтроны называются нуклонами) было бы больше, чем 238. Более
тяжелые ядра могут быть созданы искусственно, но они живут лишь конечное
время, в большинстве случаев очень и очень короткое, и в результате
распада превращаются в более легкие ядра.
182
Глава 7. ДВИЖЕНИЕ В ПОЛЕ ТЯГОТЕНИЯ
Следующим важным свойством сильных взаимодействий является их зарядовая
независимость, что было подтверждено экспериментально. Силы ядерного
взаимодействия между нейтроном и протоном, между протоном и протоном и
между нейтроном и нейтроном равны между собой. Иначе говоря, эти силы не
зависят от того, имеет ли участвующая во взаимодействии частица
электрический заряд или она нейтральна.
Ядерные силы весьма сложным образом зависят не только от относительного
движения взаимодействующих частиц, но и от взаимной ориентации их спина.
Спин характеризует наличие внутреннего момента количества движения частиц
и образно может быть представлен как результат "вращения" частицы вокруг
некоторой оси, проходящей через нее. Однако такое представление о
"вращении" частицы как источника имеющегося у нее внутреннего момента
количества движения используется лишь для наглядности и не означает, что
частица в действительности вращается. При разумных предположениях о
"размерах" частиц пришлось бы допустить линейные скорости при вращении,
большие, чем скорость света. Оснований для таких допущений в настоящее
время нет. С наличием спина у частиц связано существование их магнитного
момента, который является источником магнитного поля. Известно, что
магнитное поле порождается либо электрическими токами, либо изменяющимся
электрическим полем, а магнитных зарядов, аналогичных электрическим
зарядам, не существует. По тем же соображениям, что и спин, магнитный
момент не может быть объяснен наличием электрических токов внутри
частицы. В настоящее время он рассматривается как первоначальная
сущность, как источник магнитного поля, не сводимый к другим известным
источникам. Экспериментально показано, что свойства частиц, связанные со
спином, весьма важны для понимания ядерных сил.
Таким образом, можно заключить, что закон действия ядерных сил, по всей
вероятности, является сложным законом. Возможно, в сравнении с законом
электромагнитных взаимодействий он значительно более сложен, чем закон
электромагнитных взаимодействий в сравнении с законом тяготения Ньютона.
Какого-либо интереса с точки зрения механики эти силы не имеют. Можно
говорить о движении протонов и нейтронов в ядре под действием этих сил,
но оно может быть рассмотрено лишь с помощью квантовой механики.
Слабые взаимодействия. Этот тип взаимодействия ответствен за
взаимопревращения многих элементарных частиц. Слабые взаимодействия
проявляются лишь в пределах "объема" элементарных частиц, хотя понятие
"объема" может быть употреблено лишь очень и очень условно. В данном
случае нельзя говорить о "силе" в обычном смысле. Тем не менее необходимо
дать количественную меру интенсивности этих взаимодействий.
Интенсивностью этих взаимодействий обусловливается время существования
некоторых частиц до момента распада, т. е. время жизни таких частиц. Чем
сильнее
30. Свойства сил тяготения
183
взаимодействие, тем меньше время жизни. По этому признаку можно говорить
об интенсивности взаимодействий и сравнивать взаимодействия между собой.
Оказывается, слабое взаимодействие в миллион миллиардов раз меньше
электромагнитного (поэтому оно и называется слабым), но все же неизмеримо
больше гравитационного. Какую-либо роль в описании механического движения
частиц оно не играет и поэтому с точки зрения механики не представляет
интереса.
30. Свойства сил тяготения
Неподвижный точечный источник сил. Поля сил, создаваемых точечными
источниками, являются исходными при рассмотрении более сложных полей.
Ввиду того что силы являются векторами и правило их сложения известно,
поле сил сложного источника может быть представлено как сумма сил
точечных источников, входящих в него. В простейшем случае точечный
источник неподвижен, потенциальная энергия тела в какой-либо точке
пространства постоянна по времени: U - U (г).
Силы, убывающие обратно пропорционально квадрату расстояний. Силы
тяготения и кулоновские силы электрического притяжения и отталкивания
между зарядами убывают обратно пропорционально квадрату расстояний между
телами или, соответственно, зарядами. В этом параграфе рассмотрим только
поля тяготения, отложив анализ движения в электромагнитных полях до гл.
8. Ограничимся нерелятивистским случаем, поскольку закон тяготения
Ньютона справедлив только для него.
Потенциальная энергия и сила были вычислены в § 27 и даются формулами
(27.35) и (27.30), которые целесообразно выписать еще раз:
