Nauki przyrodnicze
MENU
STRONA GŁÓWNA
Przyroda polska
Zdjęcia natury
Fizyka teoretyczna
Biologia teoretyczna
Biochemia
Biologia molekularna
Ornitologia
Rośliny Polski
Botanika
Zoologia
Internetowe ZOO
Związki czynne roślin
Pierwiastki
chemiczne
Chemia nieorg.
Chemia organiczna
Ciekawostki
biologiczne
Ciekawostki
fizyczne
Ciekawostki
chemiczne
Ciekawe książki
Ciekawe strony www
Słownik

INFO
INFO O AUTORZE
KONTAKT

Do działu: FIZYKA TEORETYCZNA →

Fundamentalne zasady przyrody

Przyroda ma ciekawą właściwość. Okazuje się, że pomimo całej złożoności i różnorodności jej procesów, istnieją pewne mierzalne wielkości, których wartość w obrębie danego układu odniesienia zawsze pozostaje stała i niezmienna. Mówimy, że takie wielkości są zachowane.
Trzeba tu koniecznie nadmienić, że zasada zachowania nie oznacza tej samej wartości w każdym układzie odniesienia (UO). Wartości te mogą być różne w różnych UO, ale w obrębie tego samego UO, zawsze są stałe.
Przystąpimy teraz do omówienia 9 fundamentalnych zasad zachowania, które, wedle współczesnej wiedzy, są w przyrodzie spełnione zawsze i 2 zasad zachowania, które łamane są tylko w oddziaływaniach słabych.

ZASADA ZACHOWANIA ENERGII - dotyczy stałości całkowitej energii cząstek biorących udział w danym, izolowanym procesie. Różne składowe energii całkowitej, np.: energia kinetyczna, potencjalna, wewnętrzna, chemiczna i masy nie muszą być zachowane i mogą swobodnie w siebie przechodzić. Stała pozostaje zawsze suma wszystkich możliwych składowych.
Przykładowo: energia kinetyczna zachowana jest tylko podczas zderzeń sprężystych, natomiast podczas zderzeń nieelastycznych zostaje, przynajmniej częściowo, zamieniona na energię wewnętrzną.

ZASADY ZACHOWANIA: PĘDU i MOMENTU PĘDU - mówią one, że całkowity pęd cząstek biorących udział w danym, izolowanym procesie, a także całkowity moment pędu, pozostają niezmienne. Pęd to iloczyn masy i prędkości (mv), a moment pędu - iloczyn momentu bezwładności (I) i prędkości kątowej (ω) - Iω.

ZASADA ZACHOWANIA ŁADUNKU - mówi ona, że w każdym, izolowanym procesie w przyrodzie, żaden ładunek nie może ginąć i nie może być wypadkowo wyprodukowany. Całkowity ładunek procesu jest stały. Jeśli w procesie wyprodukowana zostaje nowa, naładowana cząstka, to musi towarzyszyć jej pojawienie się drugiej cząstki lub innych cząstek, których ładunek jest dokładnie przeciwny i "kasuje" ładunek cząstki pierwszej.
Przykład:

p + p → p + p + p + anty-p

Przy zderzeniu 2 protonów może powstać dodatkowy proton o ładunku +1, ale powstaje także antyproton o ładunku -1.

ZASADA ZACHOWANIA KOLORU - cząstki elementarne: kwarki, wchodzące w skład protonu, neutronu, innych barionów oraz mezonów, mogą występować w trzech kolorach: niebieskim (N), zielonym (Z) i czerwonym (C). Antykwarki niosą trzy odpowiednie antykolory.
Jako, że nigdy nie obserwujemy samych kwarków, to jedyne co możemy zobaczyć to przemiany barionów, antybarionów i mezonów, które zawsze mają wypadkowy kolor zero czyli biały (bariony to trzy kwarki o trzech kolorach (biel), antybariony - trzy antykwarki o 3 antykolorach (biel), a mezony to 2 kwarki o kolorze i antykolorze (biel).
A więc obserwowalne zachowanie koloru ma postać banalną: zero na początku → zero na końcu.
Uważa się, że w obrębie barionu lub mezonu kwark może zmienić kolor, ale z emisją odpowiednio zabarwionego gluonu, co zachowuje całkowity kolor, np.:

kwark C → kwark N + gluon C-antyN

ZASADA ZACHOWANIA LICZBY BARIONOWEJ - to tak naprawdę zasada zachowania liczby kwarkowej. Kwarki mają liczbę kwarkową +1, a antykwarki -1. Całkowita liczba kwarkowa jest stała w każdym, izolowanym procesie. Jeśli powstaje nowy kwark, to musi towarzyszyć mu dodatkowy antykwark. Jako, że mezony składają się z kwarku i antykwarku, to może ich w procesie powstać dowolnie wiele i nie ma czegoś takiego jak zasada zachowania liczby mezonowej.
Bariony natomiast to trójki kwarków, więc liczba barionowa musi być zachowana. Jeśli tworzy się nowy barion, to zawsze razem z nowym antybarionem (zobacz powyższy przykład kolizji 2 protonów).

ZASADY ZACHOWANIA LICZB: ELEKTRONOWEJ, MIONOWEJ i TAONOWEJ - dotyczą tylko leptonów - drugiej obok kwarków grupy cząstek elementarnych.
Każda z tych liczb z osobna, w każdym procesie zachodzącym w przyrodzie, musi być zachowana. Elektron i neutrino elektronowe mają liczbę elektronową +1, pozyton (antyelektron) i antyneutrino elektronowe: -1. I analogicznie w przypadku mionów, taonów i odpowiadających im neutrin.
Oto przykłady procesów dozwolonych:

neutron → proton + elektron + antyneutrino elektronowe (0 → 0 + 1 + -1)
mion + kwark u → neutrino mionowe + kwark d (1 + 0 → 1 + 0)

Przejdziemy teraz do omówienia zasad zachowania łamanych tylko w oddziaływaniu słabym:

ZASADA ZACHOWANIA ZAPACHU - kwarki występują w 6 rodzajach (zapachach): u, d, s, c, b, t, antykwarki - w sześciu odpowiednich antyzapachach. Każdy rodzaj kwarku ma swoją liczbę zapachową +1, a każdy odpowiadający antykwark: -1.
Całkowita liczba zapachowa jest dla każdego zapachu zachowana w oddziaływaniach silnych i elektromagnetycznych. Znaczy to, że np. w każdym z takich procesów liczba kwarków u pozostaje stała lub z powstaniem dodatkowego kwarka u wiąże się powstanie antykwarku anty-u.
Jak wiadomo, oddziaływania słabe mogą łamać te zasady. Oto przykład procesu, w którym nie jest zachowana liczba zapachowa s:

Λ (uds) → proton (uud) + pion-(d anty-u)
(1 → 0 + 0)

ZASADA ZACHOWANIA PARZYSTOŚCI - zasada ta związana jest z możliwością przebiegu procesów, które są lustrzanym odbiciem procesu wyjściowego. Jeśli taka możliwość jest, to parzystość jest zachowana. Dzieje się tak w przypadku procesów z oddziaływaniem elektromagnetycznym i silnym.
Natomiast oddziaływanie słabe łamie tę zasadę. Eksperymenty z rozpadem słabym typu beta(-) izotopu kobaltu Co60 pokazały, że elektrony zawsze emitowane są w kierunku spinu, mimo, że w odbiciu lustrzanym powinny wylatywać przeciwnie do tego kierunku.
Poza tym, okazało się, że procesy słabe, w których uczestniczy neutrino są w odbiciu lustrzanym wykluczone. Jest tak dlatego, że cząstka ta jest zawsze lewoskrętna, a jej odbicie lustrzane musi być prawoskrętne, czyli przedstawiać już zupełnie inną cząstkę - antyneutrino.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

 Autor wortalu: Maciej Panczykowski, Copyright © 2003-2018 by Maciej Panczykowski