О предельном энергетическом пороге частиц во Вселенной Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

в с п=А + — — + ■■■,

гдеЛ,Б,С,... - постоянные, определяемые на опыте. Формула Коши справедлива, если температура и удельный объем вещества (физическое состояние) сохраняются неизменными. Величина А определяет собой предельное значение п при бесконечном возрастании длины волны X лучей.

Табличные данные [1, 1030] для воды, позволили нам зависимость п(Х) при постоянной температуре /0 представить формулой

где Хшш - минимальное значение длины волны луча (в ангстремах). В первом приближении п(Хт1П,0)для воды можно принять равным 1,394. Значения показателя п(ХД0) в интервале температур 0^60° С, рассчитанные по формуле

пО^) = (1,394— 0,000 0023^

через каждые пять градусов, отличаются от табличных значений [1, 1030] незначительно. Максимальные значения отношений их разностей к табличным значениям не превышают нескольких десятых долей процента. Подобная формула описывает зависимость п(Х,^) и у стекла. Например, значения показателей преломления легкого крона и тяжелого флинта при температуре 20°С, рассчитанные, соответственно, по формулам

и

незначительно отличаются от табличных данных [1, 392].

Итак, исследование зависимости относительного показателя преломления воды и стекла от температуры и длины волны луча света приводит нас к выводу, что в первом приближении она определяется формулой

Это наводит на мысль, что зависимость п(Л, Т) веществ (по крайней мере, жидких и твердых ) необходимо искать в виде формулы

где п(Т) и (Я) - непрерывные, дифференцируемые функции, соответственно, температуры и длины волны (алгебраические). Табличные данные свидетельствуют о том, что у всех веществ для длин волн видимого диапазона функция / (Я) является медленно возрастающей функцией (практически линейной).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК

1. Енохович А.С. Справочник по физике. М.: Просвещение, 1978.

2. Справочник химика. Т. 1. М.; Л.: Химия, 1966.

3. Хвольсон О.Д. Курс физики. Петроград, 1918. Т. 2. 822 с.

В.Ф. Сокуров

О ПРЕДЕЛЬНОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ПОРОГЕ ЧАСТИЦ ВО ВСЕЛЕННОЙ

В настоящее время в физике сверхвысоких энергий осталось много нерешенных вопросов, например, о природе первичных частиц - протоны, ядра, другие частицы; происхождение частиц -галактическое, внегалактическое; источники излучения, механизмы ускорения частиц.

Наиболее актуальной в исследовании потока космических лучей остается проблема обрыва интенсивности спектра - обрезание Грейзена-Зацепина-Кузьмина [1, 8]. Последние эксперимен-

тальные исследования показали, что частицы с энергиями выше 1020 эВ не может зарегистрировать даже суперустановка ШАЛ в Аргентине (с площадью регистрации 3000 км2 ).

В данной работе рассматривается вероятность существования частиц с энергиями выше 1020 эВ.

В работе [2, 64] показано, что частицы, рожденные в объеме конкретной Галактики, ускоряются с помощью электромагнитных волн до энергий 1018 эВ. То есть частицы с энергиями более 1018 эВ могут выйти за пределы Галактики. Следовательно, в масштабе Вселенной Галактику можно считать точечным источником, генерирующим частицы с такой энергией.

За пределами галактики прирост энергии частиц происходит по другому сценарию. Покажем, что прирост энергии частиц, напрямую связан с временем их блуждания в межгалактическом пространстве.

В начале XX века считали, что Вселенная - это Галактика Млечный Путь, которая не меняется со временем, то есть в то время доминировала теория Стационарной Вселенной.

Эйнштейн разработал теорию относительности, но несмотря на все усилия, он не смог подогнать ее под Стационарную модель Вселенной.

Согласно его расчетам, Вселенная расширяется или сжимается.

Тогда Эйнштейн выдвинул теорию отталкивающей энергии вакуума, создающей равновесие относительно силы притяжения во Вселенной (В свое время еще Риман предполагал о существовании энергии вакуума). Эйнштейн выдвинул идею космологической константы, или темной энергии для обоснования Стационарной Вселенной.

Но когда Хаббл доказал, что космос расширяется, надобность в константе Эйнштейна отпала.

В настоящее время Цвикки и Рубин [8, 58] доказали, что темная энергия существует.

С помощью мощных телескопов и космического телескопа Хаббл методом линзирования составлена трехмерная карта темной энергии.

Показано [9, 90], что Вселенная расширяется ускоренно под воздействием темной энергии. За счет расширения Вселенной сила тяготения падает, а темная энергия увеличивается. Эти кривые пересеклись 5 млрд. лет назад.

В конечном итоге, это приведет к разрыву Вселенной и распаду всей материи. Темная энергия является каркасом материи. Сейчас темная энергия значительно превышает тяготение, что вызывает ускоренное расширение Вселенной [8, 56]. (Риман рассматривал каждый материальный атом как вступление четвертого измерения в пространство трех измерений. Мир для него был океаном вещества, которое постоянно течет в весомые атомы, и то место, где мир умственный вступает в мир телесный, определяет собою вещественные тела...)

В настоящее время темная энергия составляет 73 % всей массы Вселенной и, предположительно, возникает из физического вакуума [6, 45].

Следовательно, она вливается также и в элементарные частицы материи.

В работе [12, 32] показано, что ~300 млн. лет назад размер Земли и сила тяжести были в 2 раза меньше.

В работе [4, .93] исследования естественных углов откоса песков в водной среде показали, что в далеком прошлом они значительно превышали современные. Это говорит о том, что сила тяжести в настоящее время увеличилась.

На основании геологических исследований [4, 87] сделан вывод, что средняя плотность Земли за 250-300 млн. лет практически не изменилась.

Ускорение свободного падения на поверхности Земли:

8

уМ ]/4гтрЯа 4}'тгрД

Д2 ЗД2 3

где у - гравитационная постоянная; М, р, Я - масса, плотность и радиус Земли. Плотность Земли:

В работе [4, 34] показано, что 250-300 млн. лет назад диаметр Земного шара был вдвое меньше. Следовательно, отношение g/R не изменилось.

Проведенный в [8, 43] анализ показывает, что изменение массы и радиуса Земли, ускорения свободного падения связаны с глубинными процессами природы, вызванными втеканием из окружающего вакуума в ядра атомов некоторой положительной энергии.

Об этом же говорят эксперименты А.Н. Козырева [9, 76], считавшего, что внутренняя энергия звезд растет за счет потока времени.

Можно предположить, что этот эффект связан с наличием темной энергии, втекающей в ядра атомов из физического вакуума.

Эта субстанция может быть представлена волновым процессом в виде продольной волны, входящей в ядра.

Из предположения, что поверхность элементарной частицы отделяет наше пространство от другого, можно показать, что втекание темной энергии происходит из другого пространства в наше пространство. То есть создается пространство-время, в которое входит наша и другая Вселенная, связанные процессом перекачки энергии и массы из одной Вселенной в другую в виде периодических колебаний.

Рассмотрим возможные параметры, определяющие рост массы, а следовательно, энергии ядра, вышедшего за пределы Галактики.

Если принять, что плотность потока энергии, вливающегося внутрь ядер атомов извне, определяется плотностью энергии гравитационного поля на поверхности ядер, а скорость потока равна скорости света, то плотность энергии гравитационного поля:

С' Этт

где в - напряженность гравитационного поля.

где тя , Яя - масса и радиус ядра.

Плотность гравитационной энергии:

(л) = —

Поток гравитационной энергии, втекающий в ядро:

где С - скорость потока, 1 - время его втекания. С другой стороны:

ЛW =

Тогда:

Так как

=

у™я 2Я1С

.

где А = —- (а.е.м.) - атомный вес ядра в атомных единицах массы; пк . Я - масса и радиус ну-

клона.

Отсюда:

Обо значим: ¿¡\; —

,

Тогда:

ЙТТТо

- д^.А1'3^

Обозначим: 5А = 5м А1/3 ,

_ ^ р.

тогда —

ТТТ-д

5м можно считать постоянной: 5м = 0,76^10-16 с-1. Интегрируя дифференциальное уравнение:

получим:

1птя = 5А1 + 1п С,

тя = тЯоехр(5АХя). Период удвоения массы ядра:

2тяо= пг|0с\р(оЛтя).

Для протона (ядро атома водорода) А = 1, 5А = 5м, . тя = тм.

тм - период удвоения массы нуклона:

тм = 287,33 млн. лет.

Оценим время, за которое частица, вышедшая из галактики с Е0 = 1018 эВ, наберет энергию 1020 эВ при своем движении в межгалактическом пространстве.

Интегрируя уравнение ^ = 5,dt , получим: ^ = йА At. тогда:

Отсюда:

А m / тя = А Е / Е0 = SA At, где А Е / Е0 = 100.

At = A"1/343-109 лет.

Так как время существования частицы не может быть больше времени существования Все-

A1/3 ~ 2 - 4.

ленной (20-109 лет), то То есть

А = 8 - 64 а.е.м., что соответствует ядрам от бериллия до железа.

Это соответствует современным экспериментальным данным.

Если рассмотреть поток частиц с Е0 = 1021 эВ, то время, необходимое для достижения частицей такой энергии:

At = A"1/3430-109 лет, A1/3 ~ 30 - 40 или А^- 30000 а.е.м. и более. Таких ядер в природе нет.

Отсюда вывод: энергетический спектр обрывается в области Е0 > 1020 эВ.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Greisen К. // Phys. Rev. Lett.1966. № 16. Р. 748.

2. Zatsepin G.T., Kuzmin V.A., Pismar Z.Е. Experim // Theor. Phys. 1966. № 4. Р. 114.

3. Левин А. Поимка темных материй // Компьютерра ONLINE. 2006. № 4. С. 92.

4. Бутусов К.П. Время - физическая субстанция // Проблемы исследования вселенной. 1991. № 15. С. 54.

5. Гинзбург В.И. Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас на пороге XXI века, важными и интересными? // "Наука и жизнь" № 11, 1999. С. 64.

6. Кириллов И.В. О возможном направлении процесса развития Земли // Астрономический вестник. 1973. Т. VII. № 2. С. 115.

7. Козырев Н.А., Насонов В.В. О некоторых свойствах времени, обнаруженных посредством астрономических наблюдений // Проблемы исследования Вселенной: сб. науч. тр. М.; Л., 1980. Т. IX. С. 97.

8. Рита Бернабей (Rita Bernabei). DAMA/LIBRA (Large sodium Iodide Bulk for RAre processes) // Международный семинар N0-VE2008, Венеция, 2008. С. 115.

9. Рубин В.К. Science-Time.com. // Science-Time.com. 1990. № 5. С. 85.

10. Сокуров В.Ф. Поток частиц сверхвысоких энергий и поток очень низкочастотных сигналов в приземном слое // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2008. № 5. С. 40.

11. Смирнов Л.С., Любина Ю.Н. О возможности изучения изменения силы тяжести с геологическим временем // Докл. АН СССР. 1964. № 4. С. 187.

К.Ю. Сушкин

СУБЪЕКТНЫЙ ОПЫТ УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИКИ: МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПОНЯТИЙ

Сегодня идеи смыслообразования в учебном процессе приводят многих исследователей к использованию личностно-смысловой модели обучения (по классификации тех же ученых). Эта модель усматривает «смысл обучения в смыслообразовании» и предпочитает «матрицу объективированных смыслов знаниевой или другой матрице как основу содержания учебного процесса». Одной из идей этой модели следует считать окультуривание смыслами субъектного опыта учащегося, причем «в смысловом поиске учащемуся отдается предпочтение».

«Признание субъектного опыта важнейшей ценностью образования ставит перед образовательным процессом, по крайней мере, две основные задачи: 1) раскрыть содержание, функции, источники субъектного опыта ребенка, формы его репрезентации; 2) максимально опираясь на субъектный опыт через обучение, выявить индивидуальность, спроектировать и организовать условия для ее проявления, становления в процессе развития, т.е. определить индивидуальную образовательную траекторию ученика» [1, 6-7]).

В структуру содержания субъектного опыта И.С. Якиманская относит: «1) предметы, представления, понятия; 2) операции, приемы, правила выполнения действий (умственных и практических); 3) эмоциональные коды (личностные смыслы, установки, стереотипы). Все эти составляющие могут быть представлены по-разному, но обязательно во взаимосвязи».

В данной статье речь пойдет об изучении одного аспекта субъектного опыта учителя физики, связанного с методическим объектом «определение угловой скорости». Обращение к субъектному опыту именно учителя вызвано, прежде всего, пониманием этого опыта в качестве результата и педагогической деятельности, и методической подготовки в педвузе в бытность студентом.

Задачами изучения профессиональной составляющей субъектного опыта молодых и опытных учителей являются: 1) понимание психологических этапов формирования физических понятий, в частности последовательности основных понятий механики в текстах школьных учебников физики; 2) выявление знаний о содержании (трактовки, последовательность, методики и др.) школьных учебников физики; 3) выяснение, используют ли школьные учителя методические рекомендации, разработанные авторами для разъяснения методических замыслов собственных учебников.

Для достижения указанных задач проводилось анкетирование учителей физики 34 из 36 школ г. Таганрога. Сразу отметим, что полученные результаты вызвали интерес к распределению ответов в зависимости от педагогического стажа учителя физики.

Задача - понимание психологических этапов формирования физических понятий, в частности последовательности основных понятий механики в текстах школьных учебников физики -решалась нами на двух уровнях: на уровне распознавания и на уровне действия.

Результаты выполнения первого задания позволили понять, могут ли учителя распознать в разных текстах школьного учебника физики описания физических понятий в соответствии с разными психологическими этапами их формирования.

Задание № 1. Формирование любого понятия используется в соответствии с психологическими этапами формирования понятий: 1) вводится образ восприятия (первое впечатление),