«xxi ғасырдағЫ Ғылым және білім»

236 
одна из масс (в соответствии со вторым законом Ньютона) должна быть 
инертной, т. е. стремящейся сохранить состояние движения, то другая масса 
должна стремиться изменить это состояние. Такую массу Ньютон назвал 
гравитационной.
Дело в том, что Ньютон, по-видимому, понимал, что две одинаковые
сущности взаимодействовать не могут (не могут притягиваться). Поэтому 
формулировка понятия гравитационной массы как понятия, противоположного 
понятию инертной массы, была величайшей заслугой Ньютона 
 
5
. В результате 
закон взаимодействия тел приобрел выражение
R
R
m
m
F


3
2
1

. 
Потребности 
общества вызывали необходимость поиска новых 
источников энергии. Наряду с тепловыми источниками энергии (паровые 
двигатели) в XIX веке особое внимание стало уделяться изучению
электрических зарядов. 
Особенности электрического взаимодействия тел заключались в двух 
пунктах. Во – первых, электрическое взаимодействие было намного сильнее, 
чем гравитационное, и поэтому позволяло изучать взаимодействие заряженных 
тел на малых расстояниях (порядка нескольких см). Отсюда вытекала вторая 
особенность - возможность легкого манипулирования электрическими 
зарядами, т.е. возможность помещения их в любую точку пространства.
Эти особенности привели к формированию принципиально нового 
взгляда на взаимодействие между физическими телами: впервые в истории 
физики взаимодействие стало не только контактным, не прямым, а 
опосредованным. В качестве посредника выступала новая физическая сущность 
- электрическое поле. 
Из экспериментов было установлено, что каждый заряд порождает вокруг 
себя электрическое поле. Доказательством существования этого поля является 
взаимодействие пробного заряда с основным зарядом при любой их ориентации 
и при любом выборе их знаков. Правда, характер взаимодействия зависел от 
выбора знака (притяжение и отталкивание). Наличие электрического поля 
демонстрировалось построением его силовых линий, т.е. линий, вдоль которых 
происходило взаимодействие зарядов. Было принято, что для положительных 
зарядов силовые линии имеют ориентацию вовне, а для отрицательных зарядов 
- вовнутрь заряда.
Характер взаимодействия электрических зарядов описывается законом 
Кулона. При этом исторической заслугой Кулона, по-видимому, следует 
считать не столько вывод самого закона, сколько объяснение причины 
взаимодействия тела - существовании электрического поля вокруг зарядов. 
Примерно в тот же период в сферу интересов физики попали и магнитные 
явления. Было установлено, что каждый магнит обладает двумя полюсами - 
северный 
N
и южный 
S
, разделить которые невозможно. Взаимодействие
магнитов было аналогичным взаимодействию электрических зарядов в том 
смысле, что оно было столь же сильным, как электрическое и, следовательно, 
позволяло манипулировать взаимным расположением магнитов. 

237 
В процессе экспериментов было установлено, что вокруг магнита 
существует магнитное поле; его также можно изобразить силовыми линиями. 
Однако, характер силовых линий магнитного поля существенно отличался от 
электрических силовых линий. Различие состояло в том, что они были 
замкнутыми, а электрические - нет. 
Характер взаимодействия магнитов изучался Кулоном, который 
пользовался стержневыми магнитами. Такой линейный магнит Кулон описывал 
магнитным моментом, определяемым не только его длиной, но и магнитным 
зарядом полюса. Таким образом, взаимодействие двух магнитов описывалось 
выражением 
2
2
1
r
F




, где 

- коэффициент пропорцио-нальности. Однако 
справедливость этой формулы не была доказана в полной мере. 
Какой методический вывод следует из этих широко известных законов, и 
который преподаватель должен точно изложить студентам? Он заключается в 
следующем – взаимодействие дух тел приводит к их объединению и 
образованию нового тела, но качественно того же типа – новое гравитирующее 
тело, новое заряженное тело (в общем случае разных по модулю зарядов) и т.д. 
Но именно в этом пункте преподаватель должен поставить перед студентами 
вопрос – а всегда ли в процессе взаимодействия имеет место такое условие? И 
более общее – сводится ли взаимодействие тел только к их объединению? 
Возможен ли другой вид взаимодействия, например взаимодействие 
противоположное притяжению? Интересный пример существования такого 
типа взаимодействия в общем случае дает физика элементарных частиц и 
физика космических лучей, а в частности – открытие позитрона [2]. 
Известно, что существование позитрона впервые было предсказано П. 
Дираком, который предложил релятивистское обобщение квантовой механики. 
Его теория описывала не только частицу с отрицательным электрическим 
зарядом (электрон), но и аналогичную частицу с положительным зарядом 
(позитрон), хотя какую частицу называть положительной, а какую 
отрицательной, проблема чисто условная.
Согласно Дираку электрон и позитрон могут рождаться парой, и на этот 
процесс должна быть затрачена энергия, равная энергии покоя этих частиц 
(примерно 1 МэВ). Поскольку к тому времени были известны радиоактивные 
вещества, испускаюшие γ-кванты с близкой энергией, то возникла мысль об 
экспериментальной проверке идеи о существовании позитрона. И 
действительно, позитрон был открыт Андерсоном при наблюдении 
космического излучения с помощью камеры Вильсона в магнитном поле. Он 
фотографировал треки частиц, близкие к трекам электронов, но имевшие 
противоположные изгибы и потому свидетельствовавшие об их положительном 
заряде.
Вскоре после этого открытия, также с помощью камеры Вильсона, были 
получены фотографии, проливавшие свет на происхождение позитронов: под 
действием γ-квантов вторичного космического излучения позитроны 
рождались в парах с обычными электронами. Такие свойства вновь открытой 
частицы оказались в согласии с релятивистской теорией электрона Дирака. 

238 
Позднее супруги Жолио-Кюри открыли ещё один источник позитронов - β
+
- 
радио-активность [3]. 
Позитрон оказался первой открытой античастицей. Существование 
античастицы электрона и соответствие суммарных свойств античастиц выводам 
теории Дирака, которая могла быть обобщена на другие частицы, указывали на 
возможность парной природы всех элементарных частиц, и ориентировало 
последующие физические исследования. Такая ориентация оказалась 
необычайно плодотворной, и в настоящее время парная природа элементарных 
частиц является точно установленным законом природы, обоснованным 
большим числом экспериментальных фактов [3]. 
Отсюда следует чрезвычайно важный вывод – преподаватель должен 
точно изложить мысль о том, что взаимодействие тел не сводится только к их 
притяжению (гравитация, электростатика), но имеет и их противоположную 
форму – распад частиц и аннигиляцию. Однако зачастую преподаватель 
игнорирует демонстрацию второй стороны проблемы взаимодействия. Но при 
такой постановке проблема взаимодействия остается не раскрытой и до конца 
не понятой студентами. Таким образом, при объяснении темы (тем), связанной 
с проблемой взаимодействия тел, преподаватель должен не только опираться на 
традиционные примеры из классической физики, но и привлекать данные 
современной физики элементарных частиц, например, физики космических 
лучей [4]. 

жүктеу/скачать 4,46 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: