Как называется частица которая имеет два полюса

Электродвигатель постоянного тока. Принцип действия и устройство.

На рис. 1-1 представлена простейший электродвигатель постоянного тока, а на рис. 1-2 дано его схематическое изображение в осевом направлении. Неподвижная часть двигателя, называемая индуктор, состоит из полюсов и круглого стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в электродвигателе основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рис. 1-1 не показано).
Вращающаяся часть электродвигателя состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанном на рис. 1-1 и 1-2 простейшем электродвигателе имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.
Основной магнитный поток в нормальных электродвигателях постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Рис. 1-1. Простейший электродвигатель постоянного тока
Рис. 1-2. Работа простейшего электродвигателя постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б).

Генератор постоянного тока.

Рассмотрим сначала работу электродвигателя в режиме генератора.

Предположим, что якорь электродвигателя (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется Э. Д. С., направление которой может быть определено по «правилу правой руки» и показано на рис. 1-1 и 1-2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта Э. Д. С. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется Э. Д. С. вращения. В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые Э. Д. С., которые по контуру витка складываются. Частота Э. Д. С. f в двухполюсном электродвигателе равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:
f = n,
а в общем случае, когда машина имеет р пар полюсов с чередующейся полярностью:
f = pn

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Двигатель постоянного тока.

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы и возникнет электромагнитный момент. Величины силы и момента определяются как и для генератора. При достаточной величине Мэм якорь электродвигателя придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм при этом является движущим и действует в направлении вращения.
Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора (рис. 1-2, а) и двигателя (рис. 1-2, б) были одинаковы, то направление действия а следовательно, и направление тока у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рис. 1-2, б).
В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.
Принцип обратимости. Из изложенного выше следует, что каждый электродвигателя постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.
Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно, при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.
Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.
Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в электродвигателях переменного тока.

Еженедельные отправки по всей России:

Балашиха, Подольск, Химки, Королёв, Мытищи, Люберцы, Красногорск, Электросталь, Коломна, Одинцово, Домодедово, Серпухов, Щёлково, Орехово-Зуево, Раменское, Долгопрудный, Жуковский, Пушкино, Сергиев Посад, Реутов, Ногинск, Ростов-на-Дону, Таганрог, Шахты, Волгодонск, Новочеркасск, Батайск, Новошахтинск, Уфа, Стерлитамак, Салават, Нефтекамск, Октябрьский, Ставрополь, Пятигорск, Кисловодск, Невинномысск, Ессентуки, Челябинск, Магнитогорск, Златоуст, Миасс, Копейск, Махачкала, Хасавюрт, Дербент, Каспийск, Казань, Набережные Челны, Нижнекамск, Альметьевск, Краснодар, Сочи, Новороссийск, Армавир, Владивосток, Уссурийск, Находка, Артём, Самара, Тольятти, Сызрань, Новокуйбышевск, Екатеринбург, Нижний Тагил, Каменск-Уральский, Первоуральск, Симферополь, Керчь, Евпатория, Сургут, Нижневартовск, Нефтеюганск, Красноярск, Норильск, Ачинск, Барнаул, Бийск, Рубцовск, Ковров, Муром, Волгоград, Волжский, Камышин, Иркутск, Братск, Ангарск, Новокузнецк, Кемерово, Прокопьевск, Нижний Новгород, Дзержинск, Арзамас, Саратов, Энгельс, Балаково, Чебоксары, Новочебоксарск, Новый Уренгой, Ноябрьск, Пермь, Березники, Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре, Архангельск, Северодвинск, Белгород, Старый Оскол, Череповец, Вологда, Калуга, Обнинск, Курск, Железногорск, Липецк, Елец, Новосибирск, Бердск, Оренбург, Орск, Томск, Северск, Тула, Новомосковск, Ульяновск, Димитровград, Ярославль, Рыбинск, Майкоп, Улан-Удэ, Назрань, Нальчик, Элиста, Черкесск, Петрозаводск, Сыктывкар, Йошкар-Ола, Саранск, Владикавказ, Кызыл,Ижевск,Абакан, Грозный, Якутск, Чита, Петропавловск-Камчатский, Благовещенск, Астрахань, Брянск, Воронеж, Иваново, Калининград, Киров, Кострома, Курган, Санкт-Петербург, Мурманск, Великий Новгород, Омск, Орёл, Пенза, Москва, Севастополь, Севастополь, Псков, Рязань, Южно-Сахалинск, Смоленск, Тамбов, Тверь, Тюмень

Что такое магнетизм?

Магнетизм — это физический принцип, используемый при разработке продуктов, которые решают задачи вашего предприятия.

Мы разрабатываем, проектируем и изготавливаем высокотехнологичные магнитные компоненты и промышленные магнитные системы. Мы поставляем эти магниты и магнитные узлы предприятиям пищевой, автомобильной, перерабатывающей, металлургической, фармацевтической, химической, аэрокосмической промышленности и шельфовой нефтегазодобычи, а также наукоемким отраслям, во всем мире.

О магнетизме

• Что такое магнетизм?
• Магнетит
• Ферромагнитные материалы
• Постоянный магнетизм
• Перманентные магниты
• Размагничивание
• Географический Северный и Южный полюсы
• Влияние магнетизма
• Анизотропия
• Изотропный
• Антиферромагнетизм
• Диамагнетизм
• Намагничивающие магниты
• Кривая гистерезиса
• BHmax
• Реманентность, Br
• Коэрцитивность (естественная): HcJ
• Коэрцитивность (нормальная): HcB
• Кривая размагничивания
• Черные металлы
• Нежелательный магнетизм
• Необратимая потеря
• Температура Кюри
• Электромагнетизм
• Электромагниты
• Плотность потока B
• значение Br
• Вихревые токи
• Измерение магнетизма
• Опасности магнетизма
• ферримагнетизм
• ферромагнетизм
• Черные металлы
• Индекс силы
• Гаусс (Гс)
• Магнитное поле
• Магнитная индукция, B
• Магнитная поляризация, J (I)
• Что такое напряженность магнитного поля (H)
• Максимальная плотность энергии
• Максимальная рабочая температура
• парамагнетизм
• Проницаемость
• Обратимая потеря
• Индекс удельной силы
• Температурный коэффициент
• Силовые линии магнитного поля
• Свободные полюса
• Область Вейса
• Рабочая точка / рабочая линия
• Токи Фуко́
• Парамагнетизм Паули

Магнетит

Альтернативные названия: рудный камень, магнитная железная руда.

Еще в древние времена люди обнаружили, что кристаллы магнетита притягиваются или отталкиваются в зависимости от их ориентации. Мы называем этот физический феномен магнетизмом. Слова «магнетит» и «магний» являются производными от слова Магнезия — названия исторической области Древней Греции, расположенной в восточной части Фессалииë, где в изобилии встречается магнитный камень.

За магнитные свойства магнетита отвечает наличие железа в породе. Многие железные сплавы обладают магнитными свойствами. Помимо железа, магнитными свойствами обладают никель, кобальт и гадолиний.

Ферромагнитные материалы

«Жесткая» или «мягкая» магнитная система?

Из всех магнитных материалов ферромагнитные материалы являются единственными материалами, которые достаточно прочны, чтобы притягиваться магнитом или использоваться в качестве магнитного материала.

Ферромагнитные материалы можно разделить на магнитно-мягкие и магнитно-жесткие материалы. Магнитно-мягкие материалы, такие как отожженное железо, легко намагничиваются, но не сохраняют магнитную силу после намагничивания. Намагничивание быстро и практически полностью исчезает. Магнитно-жесткие материалы по-прежнему сохраняют магнитную силу.

Постоянный магнетизм

Перманентный магнит — это ферромагнитный твердый материал.

Жесткие ферромагнитные материалы сохраняют свои магнитные свойства перманентно. Они обладают достаточной устойчивостью к размагничиванию.

Все магниты имеют 2 полюса, которые мы называем северный (С) и южный (Ю) полюс. Северный и южный полюсы притягиваются. Сила притяжения уменьшается на квадрат расстояния между ними.

Северный полюс одного магнита отталкивает северный полюс другого магнита. Два южных полюса также отталкиваются друг от друга.

Перманентные магниты

Широкий выбор материалов и характеристик перманентных магнитов.

На выбор предлагается четыре типа магнитных сплавов. Каждый сплав выполняет определенную задачу. Наиболее важные различия — в прочности и устойчивости к размагничиванию. Устойчивость к размагничиванию зависит от материала и качества, а также от соотношения размеров.

Высококачественные магниты Goudsmit практически не теряют со временем силу магнитного поля. При условии, что их применяют в пределах заданных технических условий, таких как диапазон температур и внешние магнитные поля.

Для всех магнитов сила магнитного поля уменьшается при повышении температуры. Некоторые материалы больше подвержены воздействию, чем другие. Сопротивление размагничиванию обычно уменьшается с повышением температуры. Исключением является феррит, в котором сопротивление размагничиванию снижается при повышении температуры.

Для получения дополнительной информации о сплаве, его качествах и конкретных условиях применения, нажмите на название магнитного материала.

Размагничивание

Размагничивание магнитного металла можно выполнить разными способами.

При определенной температуре (температуре Кюри) магнит перманентно теряет свой магнетизм вследствие того, что атомы вибрируют настолько сильно, что они теряют глобальную ориентацию. То же самое может произойти в результате ударного механического воздействия или окисления. Такая потеря магнетизма необратима.

Кроме того, материалы могут приобретать нежелательный магнетизм, например, в результате механической обработки. Этот материал можно размагнитить, намеренно подвергнув его воздействию достаточно сильного магнитного противополя (-H). Мы применяем этот принцип в размагничивании оборудования.

Мы предлагаем системы размагничивания, а также можем выполнить размагничивание продуктов вашего предприятия на месте. Обратитесь в наш отдел обслуживания.

Географический Северный и Южный полюсы

Земля также имеет магнитное поле.

Путаница состоит в том, что мы называем Южный полюс земного магнита Северным магнитным полюсом, а Северный полюс земного магнита — Южным магнитным полюсом. Названия полюсов магнита берут свои истоки из этого явления.

Южный магнитный полюс расположен рядом с географическим Северным полюсом, а Северный магнитный полюс — рядом географическим Южным полюсом. Таким образом, свободно вращающийся магнит ориентирован по линии «север–юг».

Благодаря индикатору полярности можно понять, где находится северный или южный полюс магнита.

Влияние магнетизма

Реакция различных материалов на магнетизм.

Ферромагнетики — единственные материалы, обладающие достаточной силой для притяжения к магниту. Поэтому они называются магнитными материалами.

Однако все остальные вещества также слабо реагируют на магнитное поле через один или несколько других типов магнетизма. Когда материал подвергается действию магнитного поля, он может реагировать на него различными способами. Мы различаем следующие виды магнетизма:

• диамагнетизм
• ферромагнетизм
• антиферромагнетизм
• ферримагнетизм
• парамагнетизм
  1. парамагнетизм Паули
  2. суперпарамагнетизм
• магнетизм спинового стекла

Говоря о магнитном материале, мы имеем в виду, что он проявляет ферро- или ферримагнитные свойства.

Силы, которые возникают при диамагнитном и парамагнитном ответе, значительно слабее. Вдобавок, эти материалы самопроизвольно не создают собственного магнитного поля. Поэтому мы считаем их немагнитными.

Диамагнитные материалы имеют тенденцию отталкивать силовые линии поля от ядра, в то время как ферромагнитные, ферримагнитные и парамагнитные материалы концентрируют их.

Практический пример диамагнетизма: вода является слабым диамагнетиком, примерно в сорок раз меньше, чем пиролитический углерод. Этого достаточно, чтобы легкие объекты, содержащие много воды, могли летать, если они находятся в сильном магнитном поле.

Например, лягушка на изображении начала левитировать в поле электромагнита силой в 16 Тл в Лаборатории высоких магнитных полей Университета Радбуда Неймегена в Нидерландах.

Анизотропия

Намагничивание с предпочтительным направлением.

Большинство перманентных магнитов являются анизотропными, то есть такие магниты имеют предпочтительное направление вектора магнитной индукции и могут быть намагничены только вдоль одной оси. Однако полярность магнита можно изменить. При этом северный и южный полюс меняются местами. Анизотропные магниты обладают большей удерживающей силой по сравнению с изотропными магнитами.

Ознакомьтесь с нашей номенклатурой перманентных магнитов и узнайте об их магнитных полях.

Изотропный

Магнитный материал, который не прессуется в магнитном поле, называется изотропным.

Магнитный материал, который не прессуется в магнитном поле, называется изотропным. Изотропный материал может быть затем намагничен в любом направлении. Если свойства зависят от направления, это называется анизотропией. Изотропный материал можно намагнитить в любом направлении.

Антиферромагнетизм

Форма магнетизма.

Антиферромагнетизм — форма магнетизма, которая возникает в материалах с содержанием непарных спинов. Взаимодействия, которые стремятся установить эти непарные спины в противоположных направлениях, сильнее, чем взаимодействия, которые стремятся выровнять их параллельно.

Дополнительную информацию можно посмотреть на странице Wikipedia, посвященной антиферромагнетизму.

Диамагнетизм

Противоположно магнетизму.

Форма магнетизма, в которой относительная проницаемость меньше или равна 1.

Диамагнитные материалы обладают магнитной восприимчивостью, которая меньше или равна 0, потому что ее определяют по формуле χv = μv − 1.

Магнитные поля отталкивают диамагнитные материалы. Они образуют индуцированные магнитные поля в направлении, противоположном направлению применяемого магнитного поля.

Дополнительную информацию можно получить на странице Wikipedia, посвященной диамагнитным материалам.

Намагничивающие магниты

Мы располагаем очень мощным оборудованием для намагничивания, с помощью которого перманентные магниты могут быть намагничены до уровня насыщения.

Магниты намагничиваются путем размещения в катушке. При помощи импульсного генератора мы подаем ток высокого напряжения через катушку в течение очень короткого времени. В результате спираль генерирует очень сильное магнитное поле, в следствие чего магнит принимает направление этого магнитного поля.

Ферритовые магниты в изотропных вариантах не вдавлены в магнитное поле и позднее могут быть намагничены в любом направлении.

С единицей намагничивания ненамагниченные магниты будут полностью насыщены. Данный процесс, однако, ограничен максимальными размерами имеющихся катушек и желаемым направлением магнитного поля.

Если у вас возникли вопросы о намагничивании перманентных магнитов, обратитесь в наш отдел обслуживания.

Кривая гистерезиса

Кривая гистерезиса показывает зависимость между плотностью индуцированного потока (В) и напряженностью магнитного поля (Н).

Кривая BH позволяет получить представление о следующих магнитных свойствах:

• реманентность, Br
• коэрцитивность HcJ и HcB
• энергетическое произведение BHmax

Кривая намагничивания (De-) — кривая BH = кривая гистерезиса

При периодически изменяющемся внешнем магнитном поле H намагниченность ферромагнитного материала отражает кривую намагничивания. Начиная с «исходного» материала без чистого намагничивания, синяя кривая появляется при первом приложении поля (см. изображение ниже).

При достижении плотности потока насыщения с напряженностью магнитного поля Hs, намагниченность не увеличивается.

Остаточная напряженность поля B R
Если затем инвертировать поле, намагниченность при напряженности поля H = 0 не уменьшится полностью до нуля. Существует напряженность остаточного поля B R в результате того, что «области Вейса» не вернулись в исходное состояние.

Напряженность коэрцитивного магнитного поля Hc
Только в случае, если внешняя напряженность поля достигла противоположно направленного значения — напряженность коэрцитивного магнитного поля Hc, намагниченность В = 0, и продукт размагничивается. Площадь петли, через которую проходит переменная намагниченность, является мерой потерь. Материалы с низкими значениями Hc и, следовательно, с небольшими гистерезис-петлями называются мягкими магнитными материалами. Если Hc очень большой, они называются твердыми магнитными материалами.

‘Гистерезис’ присутствует в ферромагнитном материале. Это показано на рисунке ниже. Напряженность магнитного поля H показана вдоль оси x, а степень намагниченности (магнитная индукция) B — вдоль оси у. Если магнитное поле отсутствует, намагниченности в начале нет, и мы снова оказываемся в точке начала координат графика.

Если приложить магнитное поле, ферромагнитный материал становится магнитным. Воздействие продолжается до тех пор, пока все «области Вейса» в материале не будут иметь одинаковую ориентацию. Теперь материал имеет максимальную намагниченность, и увеличение магнитного поля не оказывает дальнейшего влияния на степень намагниченности. Если магнитное поле ослабить, области Вейса по большей части сохранят свое положение.

Когда поле становится более отрицательным, общая намагниченность также изменяет направление. Это продолжается до тех пор, пока все спины не будут ориентированы в другом направлении и намагниченность не изменится. Теперь продукт размагничен.

Кривая гистерезиса (кривая BH)

Строение глаза

Глазное яблоко
В глазном яблоке различают два полюса: передний и задний. Расстояние между передним и задним полюсами глазного яблока является его наибольшим размером и равно в среднем 24 мм. Линия, соединяющая оба полюса, называется наружной осью глазного яблока, либо геометрической осью глаза, либо сагиттальной осью глаза. Наибольший поперечный горизонтальный размер глазного яблока в среднем равен 23,6 мм, и вертикальный – 23,3 мм. Линия, соединяющая точки наибольшей окружности глазного яблока, называется экватором и проходит примерно на расстоянии 10-12 мм от переднего полюса.
Основную массу глазного яблока образует внутреннее ядро – прозрачное содержимое, окруженное тремя оболочками, в состав которого входят стекловидное тело, хрусталик, и водянистая влага. Ядро глазного яблока окружено со всех сторон тремя оболочками: наружная, или фиброзная; средняя, или сосудистая оболочка; внутренняя, или сетчатая, оболочка.

Волокнистая оболочка глазного яблока. Наружная оболочка — волокнистая оболочка (глазного) яблока – самая прочная из всех трех оболочек. Благодаря ей глазное яблоко сохраняет свою форму.

Роговая оболочка, роговица — передний, меньший, отдел наружной оболочки глазного яблока (1/6 всей оболочки). Роговица является наиболее выпуклой частью глазного яблока и имеет вид несколько удлиненной вогнуто-выпуклой линзы, обращенной своей вогнутой поверхностью назад. Толщина роговицы примерно составляет 0,5 мм. Горизонтальный диаметр роговицы равен 11-12 мм, вертикальный составляет 10,5—11 мм. Роговица состоит из прозрачной соединительнотканной стромы и роговичных телец, образующих собственное вещество роговицы. К строме с передней и задней поверхностей прилегают передняя и задняя пограничные пластинки. Первая является видоизмененным основным веществом роговицы, вторая – производным эндотелия, покрывающего заднюю поверхность роговицы и выстилающего всю переднюю камеру глаза. Передняя поверхность роговицы покрыта многослойным эпителием, который без резких границ переходит в эпителий соединительной оболочки глаза. Роговица вследствие гомогенности ткани и отсутствия кровеносных и лимфатических сосудов совершенно прозрачна.

Склера — белочная оболочка; задний, больший, отдел наружной оболочки глазного яблока (5/6 всей оболочки). Склера является непосредственным продолжением роговицы; в отличие от последней она образована волокнами плотной соединительной ткани с примесью эластических волокон и непрозрачна. Переход склеры в роговицу происходит постепенно. На границе между ними имеется полупрозрачный ободок, называемый краем роговицы. Наружная поверхность склеры в переднем отделе покрыта соединительнотканной оболочкой, или конъюнктивой, а в заднем — только эндотелием. Внутренняя поверхность склеры, обращенная к сосудистой оболочке, также покрыта эндотелием. Склера не на всем протяжении имеет одинаковую толщину. Наиболее тонким участком является то место, где склера пронизывается волокнами выходящего из глазного яблока зрительного нерва. Здесь образуется решетчатая пластинка склеры. Наибольшую толщину склера имеет в окружности зрительного нерва – от 1 до 1,5 мм; далее толщина склеры уменьшается, достигая у экватора 0,4—0,5 мм; соответственно области прикрепления мышц она снова утолщается до 0,6 мм. Кроме волокон зрительного нерва, через склеру во многих местах проходят артериальные и венозные сосуды и нервы, образуя в ней ряд отверстий, называемых выпускниками склеры. В толще переднего отдела склеры, вблизи края роговицы, на всем протяжении его залегает циркулярно идущая венозная пазуха склеры.

Сосудистая оболочка глазного яблока. Средняя оболочка – сосудистая оболочка глазного яблока – делится на три неравные части: 1) заднюю, большую, выстилающую 2/3 внутренней поверхности склеры, называемую собственно сосудистой оболочкой; 2) среднюю часть, располагающуюся на границе между склерой и роговицей, – ресничное тело; 3) переднюю, меньшую, часть, которая просвечивает через роговицу, – радужная оболочка или радужка.

Собственно сосудистая оболочка (глазного) яблока, в передних отделах без резких границ переходит в ресничное тело. Границей между ними может служить зубчатый край сетчатки. Собственно сосудистая оболочка почти на всем протяжении только прилегает к склере, за исключением области пятна (macla), и участка, соответствующего диску зрительного нерва. В области диска зрительного нерва сосудистая оболочка имеет зрительное отверстие собственно сосудистой оболочки, через которое волокна зрительного нерва выходят кнаружи решетчатой пластинки склеры. На остальном протяжении наружная поверхность собственно сосудистой оболочки покрыта эндотелиальными и пигментными клетками и вместе с внутренней поверхностью склеры ограничивает капиллярное вокругсосудистое пространство. Остальные слои собственно сосудистой оболочки состоят из слоя крупных сосудов – сосудистой пластинки, преимущественно вен, а также артерий, между которыми располагаются эластические соединительнотканные волокна (главным образом эластические) и пигментные клетки; глубже этого слоя залегает слой средних сосудов, менее пигментированный, к которому прилегает густая сеть мелких сосудов и капилляров, образующих сосудисто-капиллярную пластинку. Капиллярная сеть особенно хорошо развита в области желтого пятна. Самой глубокой частью собственно сосудистой оболочки является волокнистый бесструктурный слой, называемый основной пластинкой; сосудистая оболочка в переднем отделе несколько утолщается и без резких границ переходит в ресничное тело.

Ресничное тело, со стороны внутренней поверхности покрыто основной пластинкой, являющейся продолжением того же листка собственно сосудистой оболочки. Основную массу ресничного тела образуют ресничная мышца и строма ресничного тела, состоящая из рыхлой, богатой пигментными клетками соединительной ткани и большого количества сосудов. В ресничном теле различают: ресничную мышцу, ресничный венчик, ресничный кружок. Ресничная мышца, занимает наружный отдел ресничного тела и непосредственно прилегает к склере. Ресничная мышца образована гладкими мышечными волокнами, среди которых различают меридиональные и круговые волокна. Меридиональные волокна сильно развиты и образуют мышцу, натягивающую собственно сосудистую оболочку; волокна ее начинаются от угла передней камеры глаза и от склеры и, направляясь кзади, теряются в сосудистой оболочке. Сокращение этой мышцы подтягивает вперед переднюю часть собственно сосудистой оболочки и заднюю часть ресничного тела, уменьшая тем самым натяжение ресничного пояска. Круговые волокна принимают участие в образовании круговой мышцы, сокращение которой уменьшает просвет кольца, образуемого ресничным телом, и тем самым приближает место фиксации ресничного пояска к экватору хрусталика. Последнее вызывает расслабление указанного пояска и увеличение кривизны хрусталика, благодаря чему круговая часть ресничной мышцы получила название, мышцы, сжимающей хрусталик. Ресничный кружок, представляет задневнутренний отдел ресничного тела; он имеет дугообразную форму, неровную поверхность и без резких границ продолжается кзади в собственно сосудистую оболочку. Ресничный венчик занимает передневнутренний отдел ресничного тела. В нем различают радиально идущие небольшие ресничные складки, которые кпереди переходят в ресничные отростки. Последние в количестве около 70 свободно свисают в полость задней камеры глазного яблока. Место перехода поверхности ресничного кружка в ресничный венчик образует закругленный край, являющийся местом прикрепления ресничного пояска фиксирующего хрусталик.

Радужная оболочка, или радужка, представляет самый передний отдел сосудистой оболочки, в отличие от остальных отделов непосредственно не прилегает к волокнистой оболочке (глазного) яблока, а, являясь продолжением переднего отдела ресничного тела, располагается во фронтальной плоскости на некотором отдалении от роговицы. В центре радужной оболочки имеется круглое отверстие – зрачок. Зрачок ограничен свободным, или зрачковым, краем радужной оболочки. Противоположный край радужной оболочки, идущий по всей ее окружности, носит название ресничного края. Он фиксирован у волокнистой оболочки посредством гребенчатой связки радужно-роговичного угла, в толще которой находится щелевидное пространство радужно-роговичного угла. Толща радужной оболочки состоит из рыхлой соединительной ткани, сосудов, гладких мышц и большого количества нервных волокон. Клетки задней поверхности радужной оболочки содержат пигмент, который обусловливает „цвет» глаза. Гладкие мышцы радужной оболочки располагаются в двух направлениях: круговом и радиальном. Круговой слой залегает в окружности зрачка и образует мышцу, суживающую зрачок; радиально расположенные мышечные волокна образуют мышцу, расширяющую зрачок. Передняя поверхность радужной оболочки, несколько выпукла кпереди, задняя соответственно вогнута. На передней поверхности радужной оболочки в окружности зрачка выделяют внутреннее малое кольцо радужной оболочки, как зрачковую часть (или зрачковый пояс). Ширина этой части радужной оболочки достигает 1 мм. Малое кольцо радужной оболочки снаружи ограничено циркулярно идущей неправильной зубчатой линией, называемой малым кругом радужной оболочки. Остальная часть передней поверхности радужной оболочки имеет ширину 3—4 мм и относится к наружному большому кольцу радужной оболочки или ресничной части. На поверхности этой части радужной оболочки имеются непостоянные углубления – крипты радужной оболочки, ряд радиальных складок и по периферии небольшое количество круговых складок радужной оболочки.

Внутренняя оболочка глазного яблока. Сетчатой оболочкой, или сетчаткой называется внутренняя оболочка глаза, она имеет сложное строение. Своей наружной поверхностью она на всем протяжении прилегает к сосудистой оболочке, а внутренней – к стекловидному телу. В сетчатой оболочке различают две неравные части. Задняя, большая, воспринимающая световые раздражения, – зрительная часть сетчатки – простирается до ресничного тела и оканчивается зубчатым краем сетчатки. Другая, передняя часть сетчатки, не содержит светочувствительных элементов и называется слепой частью сетчатки, она делится соответственно частям сосудистой оболочки делится на ресничную часть и радужную часть сетчатки. Зрительная часть сетчатки состоит из слоев, различимых лишь микроскопически: пигментного слоя сетчатки, богатого пигментом; прилегает к внутренней поверхности сосудистой оболочки и мозгового, или нервного слоя. Нервный слой прилегает к стекловидному телу и состоит в свою очередь из следующих слоев: невроэпителиального слоя, содержащего палочки и колбочки, свето- и цветовоспринимающие элементы сетчатки; наружной пограничной пластинки глии; наружного зернистого слоя, образованного теми частями колбочек и палочек, в которых залегают ядра; наружного сплетениевидного слоя; внутреннего зернистого слоя; внутреннего сплетениевидного слоя; мультиполярных нервных (узловых) клеток; слоя волокон зрительного нерва; внутренней пограничной пластинки глии. Самый наружный слой зрительной части сетчатой оболочки — пигментный слой, анатомически более тесно связан с сосудистой оболочкой и рыхло с остальной частью сетчатки. По задней поверхности зрительной части сетчатой оболочки заметно хорошо выраженное овальной формы возвышение – диск зрительного нерва. Здесь собираются аксоны мультиполярных нервных узловых клеток сетчатки, которые, пронизывая склеру, образуют ствол зрительного нерва. Далее эти волокна проходят в составе зрительного нерва, зрительного перекреста и далее до коркового конца зрительного анализатора. В центре диска зрительного нерва имеется углубление диска, являющееся местом входа и выхода сосудов, кровоснабжаюших сетчатую оболочку. В области диска находится участок сетчатки, лишенный светочувствительных элементов (так называемое слепое пятно). В 3-4 мм от зрительного нерва в сетчатой оболочке имеется пятно, macla, являющееся местом наилучшего видения (ранее его называли „желтым пятном»). Оно имеет округлую или овальную форму с небольшим углублением в центре, центральной ямкой. В области пятна располагаются только колбочки. Задние отделы зрительной части сетчатой оболочки содержат большое количество колбочек и палочек; кпереди число палочек уменьшается и у зубчатого края сетчатки они отсутствуют.
Та часть сетчатой оболочки, которая выстилает внутреннюю поверхность ресничного тела и заднюю поверхность радужной оболочки, состоит из двух слоев: наружного, пигментного, являющегося продолжением пигментного слоя, и внутреннего, состоящего из эпителиальных клеток, содержащего в области радужной оболочки пигмент. Указанные слои сетчатки здесь соединены более прочно, чем это имеется в области зрительной части сетчатки.

Стекловидная камера глазного яблока. В состав стекловидной камеры глазного яблока входит стекловидное тело и хрусталик.

Стекловидное тело покрыто снаружи тонкой прозрачной стекловидной перепонкой и занимает большую часть полости (глазного) яблока. Стекловидноe тело состоит из совершенно прозрачной студенистой массы, лишенной сосудов и нервов. В состав его входят нежная есть переплетающихся волоконец и богатая белками жидкость — стекловидная влага. Передняя поверхность стекловидного тела обращена к задней поверхности хрусталика, несет на себе соответственно ее форме чашеобразную стекловидную ямку. Остальная часть стекловидного тела прилегает к внутренней поверхности сетчатой оболочки и приближается к шаровидной форме.

Хрусталик имеет форму двояковыпуклой линзы. Задняя поверхность хрусталика, более выпуклая, прилегает к стекловидному телу; передняя обращена к радужке. Различают передний и задний полюсы хрусталика – центральные точки передней и задней его поверхностей. Линия, соединяющая передний и задний полюсы хрусталика, носит название оси хрусталика и равна в среднем 3,6 мм. Вещество хрусталика совершенно прозрачно и, так же как стекловидное тело, не содержит сосудов и нервов. Основная масса хрусталика состоит из волокон хрусталика, представляющих собой вытянутые в длину шестисторонние эпителиальные клетки. Периферические отделы хрусталика покрыты со стороны его передней и задней поверхностей капсулой хрусталика. Последняя представляет собой гомогенную прозрачную оболочку, более толстую на передней поверхности хрусталика, где под ней располагается слой эпителиальных клеток. Вещество хрусталика имеет неодинаковую плотность: в центре оно более плотное и носит название ядра хрусталика, а по периферии менее плотное – кора хрусталика. Хрусталик, располагаясь между стекловидным телом и радужной оболочкой, фиксируется своим периферическим, закругленным краем, называемым экватором хрусталика, к ресничному телу посредством натянутых тонких поясковых волокон. Последние внутренним концом вплетаются в капсулу хрусталика, а наружным – начинаются от ресничного тела. Совокупность указанных волокон образует вокруг хрусталика связку – ресничный поясок. Между волокнами ресничной связки находятся лимфатические поясковые пространства. Водянистая влага, прозрачная, бесцветная жидкость, заполняет переднюю и заднюю камеры глазного яблока. Они представляют собой щелевидные полости, располагающиеся впереди и позади радужной оболочки.
Задняя камера глазного яблока ограничена сзади передней поверхностью хрусталика, ресничным пояском и ресничным телом; впереди – задней поверхностью радужной оболочки. В полость задней камеры свободно свисают ресничные отростки. Задняя камера сообщается с поясковыми пространствами. Передняя камера глазного яблока ограничена спереди задней, вогнутой поверхностью роговицы, сзади – передней поверхностью радужной оболочки. Передняя и задняя камеры глазного яблока сообщаются между собой через зрачок. Водянистая влага продуцируется сосудами ресничного тела и радужной оболочкой. Отток водянистой влаги осуществляется по следующим путям: из задней камеры водянистая влага поступает в переднюю, откуда оттекает в систему извитых водоворотных вен.

Элементарные частицы на эпизодических ролях

Главную роль в жизни видимой части Вселенной играют протоны и нейтроны, составляющие так называемую барионную материю. Из барионной материи состоят все наблюдаемые нами объекты — от мельчайших бактерий до галактик. В этой статье мы поговорим об исполнителях эпизодических ролей.

Помимо протонов и нейтронов, образующих атомные ядра, из которых состоит видимый нами мир, есть еще три стабильные частицы: электрон, квант электромагнитного излучения и нейтрино. Все они, родившись в тех или иных процессах, существуют бесконечно долго. Во всяком случае, ни в одном эксперименте не удалось пока обнаружить их самопроизвольного распада. Остальные элементарные частицы нестабильны и распадаются. Дольше всех живут мюоны — две миллионные доли секунды. Срок жизни других частиц (общее число их разновидностей достигает нескольких тысяч) как минимум в 100 раз меньше, чем у мюонов (это π- и К-мезоны), а у подавляющего большинства он еще короче. Типичное время жизни так называемых частиц-резонансов — 10 -22 секунды. Это во столько же раз короче жизни мюона, во сколько один час меньше возраста Вселенной. Поэтому мюо-ны в ядерной физике считаются частицами почти стабильными. Помимо уже известных частиц, предполагается существование других, еще не открытых, например магнитных монополей, гравитонов и бозонов Хиггса.

Электроны

Электроны образуют оболочку атомов, определяя их химические свойства. Электрический заряд электронов отрицателен, и их кулоновское взаимодействие с положительными ядрами придает атомам стабильность, удерживая их от распада. Число электронов в атомной оболочке всегда равно числу протонов в ядре, что делает атом электрически нейтральным. Масса электрона примерно в 2000 раз меньше массы нуклона (протона или нейтрона), поэтому электроны не вносят заметного вклада в массу наблюдаемого нами вещества. Последняя почти целиком определяется количеством составляющих его нуклонов.

Идея атомов — мельчайших кирпичиков материи — одна из самых старых физических идей. Она была сформулирована греческим философом Демокритом двадцать пять столетий назад. Несмотря на наивность взглядов Демокрита (учил, например, что огонь обжигает потому, что его атомы остры, а вода способна течь, поскольку атомы у нее гладкие), он правильно понял основное: разные вещества состоят из разных атомов и особенности атомов формируют свойства тех или иных веществ.

Первым существование электрона как отдельной частицы зафиксировал в 1897 году английский физик, руководитель Кавендишской лаборатории Джозеф Джон Томсон. Он исследовал катодные лучи, отклоняющиеся в магнитном и электрическом полях, и доказал, что они представляют собой поток отрицательно заряженных частиц — электронов. Его сын Джордж Томсон в 1926—1927 годах обнаружил, что пучок электронов, рассеиваясь на тонкой пленке, дает дифракционную картину. То есть частица — электрон — ведет себя так же, как электромагнитная волна. Это было совершенно неожиданно с точки зрения классической физики. Эксперименты Томсонов с электронами сыграли важную роль в становлении квантовой механики.

Значение этих элементарных частиц в жизни людей трудно переоценить не только потому, что они определяют ход химических реакций, без которых жизнь была бы невозможна. Движение электронов в проводящих веществах под воздействием разницы потенциалов — электрический ток — технологическая основа современной цивилизации.

Эти же элементарные частицы способны донести до нас вести из глубин Вселенной: электромагнитное излучение, рождаемое при движении электронов в магнитном поле, называется синхротронным. Синхротронное излучение, приходящее от остатков сверхновых, пульсаров, активных ядер галактик или квазаров, несет информацию о процессах, протекающих в этих объектах.

Фотоны

Фотон — элементарная частица, переносящая электромагнитное взаимодействие, квант электромагнитного поля. Чаще всего фотонами называют частицы света, видимого человеческим глазом (длины волн от 3,5 до 6,5 микрон). Для обозначения переносчиков коротковолнового излучения (фотонов более высоких энергий) часто используют понятие «гамма-квант». В действительности термины «гамма-квант» и «фотон» — синонимы, их можно использовать применительно к кванту электромагнитного излучения с любой длиной волны. Макс Планк в 1900 году для объяснения свойств теплового излучения постулировал, что энергия электромагнитного поля излучается и поглощается отдельными порциями, квантами, а сам термин «фотон» предложил Гилберт Льюис в 1926 году. Свет состоит из фотонов. Электрическая лампочка мощностью в 100 Вт излучает примерно сто миллиардов миллиардов (10 20 ) фотонов в секунду.

Основная функция фотонов в современной Вселенной — переносить энергию, которая выделяется в процессах, происходящих в звездах, активных ядрах галактик, квазарах и других «активных» объектах. Например, энергию, образующуюся в результате термоядерного синтеза в ядрах звезд, уносят фотоны и нейтрино, о которых будет рассказано чуть ниже. Эта энергия рассеивается в межзвездном и межгалактическом пространстве. Часть ее идет (за счет поглощения фотонов атомами) на нагрев планет у звезд с планетными системами, благодаря чему на некоторых из них могут (по крайней мере в теории) возникнуть условия для зарождения жизни. Единственная известная нам сейчас планета, на которой жизнь действительно возникла, — это наша Земля. Все попытки обнаружить внеземную жизнь, хотя бы и неразумную, пока ни к чему не привели — может быть, к сожалению, а может быть, к счастью.

Для нас, людей, фотоны служат одним из самых мощных инструментов познания окружающего мира: 90% информации, получаемой нами, поступает через органы зрения — глаза. Наши представления о Вселенной почти полностью сформированы наблюдением и исследованием электромагнитного излучения, поступающего из космоса. До середины XVII века, когда Галилео Галилей первым догадался направить на небо подзорную трубу, небесные объекты изучали с помощью глаз. Но и этот простой способ позволил прийти к гелиоцентрической модели мира. Наблюдение неба с помощью фотонов, регистрируемых оптическими телескопами, привело к настоящей революции: к середине XX века стала известна крупномасштабная структура Вселенной, а также природа планет и звезд. Сейчас астрономы изучают космос практически во всех диапазонах длин электромагнитных волн, от радиоволн до гамма-излучения. Вместе с тем бурно развиваются и «нефотонные» методы — регистрация протонов и легких ядер, входящих в состав космических лучей, а также нейтрино.

Нейтрино

История этой частицы началась 4 декабря 1930 года, когда великий Вольфганг Паули в письме участникам физического семинара в немецком городе Тюбингене с горечью написал: «Я сделал сегодня что-то ужасное. Физику-теоретику никогда не следует делать ничего подобного. Я ввел в теорию нечто, что никогда не сможет быть проверено экспериментально». Речь шла о гипотетической в то время частице, название для которой появилось только спустя два года. Крестным отцом стал итальянский физик Энрико Ферми. Он предложил назвать электрически нейтральную безмассовую частицу «маленькое нейтральное», или, по-итальянски, «neutrino». Паули же сокрушался потому, что в отчаянной попытке спасти закон сохранения энергии он был вынужден нарушить основополагающий научный принцип, предложенный в XIV веке Уильямом Оккамом: «Entia non sunt multiplicianda praeter necessitatem» («Сущности не следует умножать без необходимости»). Но у Паули не было другого выхода. Впрочем, давайте по порядку.

В 1914 году английский физик Джеймс Чедвик обнаружил, что электроны, испускаемые при β-распаде атомных ядер, имеют непрерывный энергетический спектр. Другими словами, при измерении энергии электронов, родившихся в разных распадах, каждый раз получался разный результат. Суть β-распада состоит в том, что атомные ядра самопроизвольно испускают отрицательные электроны (е — ), при этом нейтрон превращается в протон и заряд ядра увеличивается на единицу: Z →(Z+1) + e —

Предполагая, что распадающееся ядро находится в покое (то есть имеет нулевой импульс), и исходя из законов сохранения импульса и энергии, можно было ожидать, что образовавшееся при распаде ядро и электрон всегда вылетают в диаметрально противоположных направлениях с равным абсолютным значением импульса. Следовательно, энергия электрона всегда одна и та же. Эксперимент же показывал другое. Ситуация усугублялась тем, что в известных уже к тому времени α- и γ-pacnaдах (Z →(Z-2) + 4 He и Z →Z + γ соответственно) энергия вылетающих ядра гелия (α-частицы) и γ-кванта была фиксированной. Неожиданный разброс в энергиях вылетающей частицы наблюдался только в β-распаде. Радикально мыслящий Нильс Бор предположил, что в β-распаде не соблюдается закон сохранения энергии. Более осторожный Паули предложил гипотезу, в соответствии с которой вместе с электроном из ядра вылетает еще одна частица, уносящая часть энергии. Экспериментаторы не видят ее, поскольку она электрически нейтральна и очень слабо взаимодействует с веществом. Ее-то и окрестили нейтрино v. По версии Паули β-распад выглядел следующим образом: Z →(Z+1) + е — + v.

Закон сохранения энергии оказался спасенным, но взамен пришлось мириться с существованием гипотетической слабовзаимодействующей частицы, которую никто не надеялся обнаружить экспериментально. Однако уже через 26 лет предположение Паули подтвердилось. В экспериментах на атомных реакторах, проведенных в 1953—1956 годах, группа американского физика Фредерика Рейнеса надежно зарегистрировала нейтрино.

Вселенная наполнена нейтрино. На каждый нуклон их приходится около миллиарда. Вероятность взаимодействия с веществом для них чрезвычайно мала — почти все нейтрино, рожденные в центре Солнца, проходят до его поверхности и затем сквозь Землю, не испытывая взаимодействия. Поэтому эксперименты по обнаружению нейтрино очень сложны.

С одной стороны, нейтрино почти не определяют свойств нашего мира. С другой стороны, именно эти частицы несут информацию, которую другим путем получить невозможно. Протоны электрически заряжены, траекторию их полета искривляют галактические и межгалактические магнитные поля; в результате невозможно определить объект, в котором они были ускорены. Нейтроны в свободном состоянии подвержены распаду и «не доживают» до Земли, если рождены в удаленных объектах. Хотя γ-кванты стабильны и нейтральны, их поглощает межзвездная среда. Только стабильные, электрически нейтральные и слабовзаимодействующие нейтрино проходят расстояния в миллиарды световых лет или пробиваются из ядра Солнца, не изменяя своих свойств и храня информацию о физических условиях, в которых они образовались. Загадка происхождения космических лучей сверхвысоких энергий, подтверждение модели взрыва сверхновых звезд, изучение механизма термоядерного горения в ядре Солнца — эти и многие другие физические проблемы решены или решаются именно посредством детектирования нейтрино в сложнейших экспериментах. Рассказ об этих экспериментах и о том, что физики узнали и еще надеются узнать с их помощью — в следующих статьях нашего цикла.

Другие известные частицы

Как мы уже говорили, помимо стабильных частиц есть короткоживущие, время жизни которых — от 10 -22 до 10 -6 секунды: мюоны, τ-лептоны, π-мезоны, К-мезоны, Ω- и ρ-гипероны и многие другие. Они рождаются в столкновениях стабильных частиц — например, в столкновениях протонов космических лучей с атомами земной атмосферы — и распадаются на другие стабильные частицы. Изучение короткоживущих частиц привело ко многим серьезным открытиям, но существенной роли в жизни нашего мира они не играют именно в силу своей нестабильности.

На самом деле далеко не все элементарные частицы действительно элементарны. Есть элементарные лептоны (электрон е, электронное нейтрино v e , мюон μ, мюонное нейтрино v μ , τ-лептон τ и τ-нейтрино v τ со своими античастицами) и шесть элементарных кварков (плюс шесть антикварков): верхний u, нижний d, странный s, очарованный с, прекрасный b и правдивый t. Кварки, соединяясь по два или по три, образуют все остальные частицы, кроме лептонов, переносчиков взаимодействий — фотонов, W- и Z-бозонов (ответственных за слабое взаимодействие, которое приводит, например, к обсуждавшемуся уже здесь β-распаду ядер), глюонов (соединяющих кварки за счет сильного взаимодействия) и гравитонов (не открытых пока экспериментально частиц, ответственных за гравитацию) — и некоторых других частиц (о них чуть ниже). Например, комбинация uud соответствует протону, a ddu — нейтрону. Кварки, естественно, никто не видел в свободном состоянии из-за конфайнмента, то есть удержания (считается, что по мере удаления кварков друг от друга связывающая их сила не убывает, а возрастает, и поэтому их невозможно оторвать друг от друга). Но эксперименты по рассеянию электронов на нуклонах ясно показывают наличие трех рассеивающих центров — партонов, которые и есть кварки.

Основная задача современной физики — поиск простых законов, способных объединить все четыре известных взаимодействия в одно-единственное, проявляющееся в разных формах. При этом лептоны, кварки и переносчики взаимодействий описывались бы теорией как разные состояния одних и тех же частиц. Фундаментальным понятием в таких теориях объединения выступают различные формы симметрии. Этот путь, начатый в середине XIX века Джеймсом Максвеллом, который объединил магнитное и электрическое взаимодействия, пока далеко не пройден и требует еще многих усилий как теоретиков, так и экспериментаторов.

Симметрия в самом общем виде — это неизменность свойств системы при каком-либо ее преобразовании. Простейшая геометрическая симметрия известна из школьного курса. Например, круг не меняется как при зеркальном отражении относительно оси, проходящей по его диаметру (зеркальная симметрия) или при повороте вокруг центра на любой угол (поворотная симметрия). Пример более сложной симметрии -почти полная независимость уравнений электродинамики относительно замены электрического поля на магнитное, и наоборот. Поиском таких (и еще более сложных) симметрии и занята современная физика в попытках построить единую теорию взаимодействий.

Неоткрытые частицы: магнитные монополи и бозоны Хиггса

Физическая теория предсказывает несколько частиц, которые до сих пор не открыты, но физики продолжают верить в их существование, поскольку оно следует из теорий, более или менее точно предсказывающих наблюдаемые факты. W- и Z-бозоны — переносчики слабого взаимодействия, — долгое время также были гипотетическими частицами, но в 1983 году их экспериментально обнаружила группа Карло Руббиана на ускорителе в Европейском центре ядерных исследований. Причем с теми в точности свойствами (включая массу), какие предсказывала теория! Здесь мы расскажем о двух частицах: магнитном монополе и бозоне Хиггса, хотя на самом деле гипотетических частиц, предсказанных «на кончике пера», но пока не открытых, гораздо больше.

Итак, магнитный монополь. Электрические и магнитные силы известны с глубокой древности. В начале XIX века между ними была обнаружена глубокая связь. Ханс Кристиан Эрстед открыл, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле, а Майкл Фарадей показал, что переменное магнитное поле индуцирует в проводнике электрический ток. В 60-х годах XIX века Джеймс Клерк Максвелл построил первую теорию, объединяющую два взаимодействия, которые до тех пор рассматривались как две совершенно независимые силы. На основе этих уравнений были предсказаны электромагнитные волны. Уравнения Максвелла почти симметричны — замена в них электрического поля (Е или D) на магнитное поле (Н или В) почти не изменяет систему. Именно это придает им ту красоту и элегантность, которая вот уже полтораста лет восхищает физиков.

Мудрость, заключенная в уравнениях, вполне поддается переводу на общечеловеческий язык. Первые два гласят, что вихрь магнитного поля порождается электрическим током, а вихрь электрического — изменением магнитного поля. Третье — что источником электрического поля служит заряд, а четвертое — что у магнитного поля источника нет.

Теория Максвелла демонстрирует колоссальные возможности математики в описании мира, а также роль симметрии как путеводного научного принципа. Почему уравнения «почти» не полностью симметричны? Потому, что частицы с электрическими зарядами (положительными и отрицательными) существуют, тогда как магнитные заряды никогда не наблюдают по отдельности. У магнита всегда два полюса на двух его концах — положительный и отрицательный, и магнитное поле вокруг него есть результирующее поле обоих полюсов. Невозможно отделить от магнита один полюс: любой магнит, разделенный на две части, становится не двумя магнитными полюсами, а двумя новыми магнитами. Эта асимметрия уравнений Максвелла отражает результаты наблюдений.

В 1931 году английский физик Поль Дирак обратил внимание, что уравнения Максвелла обладали бы абсолютной симметрией, если предположить существование магнитного заряда, который создавал бы радиальное магнитное поле, аналогично тому, как электрический заряд создает электрическое поле. Дирак показал также, что существование хотя бы одного магнитного заряда во Вселенной автоматически ведет к требованию квантования электрического заряда — это естественным образом объяснило бы, почему все наблюдаемые электрические заряды кратны элементарному заряду, равному заряду электрона. Итак, Дирак постулировал существование частицы с магнитным зарядом, которая получила название «магнитный монополь», а ее поисками физики заняты уже 75 лет. Важно, что предсказание Дирака не опиралось на результаты наблюдений, а было продиктовано исключительно эстетическими соображениями. Природа, по убеждению Дирака, должна быть устроена красиво, а основа любой красоты — симметрия.

Из теории Дирака отнюдь не следует, что магнитные монополи непременно существуют. Она просто показывает, как красиво был бы устроен мир, будь в нем хоть один монополь. И вот в середине 70-х годов XX века идеи Дирака получили второе дыхание. Голландец Герард ‘т Хоофт и советский физик Александр Поляков независимо друг от друга показали, что магнитные монополи должны существовать в природе, они возникают как естественное решение в уравнениях теории объединения взаимодействий. Монополь ‘т Хоофта—Полякова должен быть очень массивным (около 10 16 масс протона, то есть достигать массы амебы!) и обладать сложной внутренней структурой.

За 75 лет, прошедших с опубликования работы Дирака, были поставлены сотни сложнейших экспериментов по поиску монополей, однако ни один из них пока не привел к успеху. Монополи искали в экспериментах на ускорителях, в космических лучах, в лунном грунте, в океанических донных отложениях, в древних образцах слюды, но, увы, безуспешно. Тем не менее физики не теряют надежды обнаружить эту частицу.

Одна из сложностей современной теории элементарных частиц в том, что до сих пор не объяснено, откуда у частиц берется масса. В 1964 году Питер Хиггс предложил механизм, в котором масса материи формируется так называемыми бозонами Хиггса. Есть неплохое шуточное объяснение этого механизма, которое предложил Дэвид Миллер. Вот оно: «Представьте коктейльную вечеринку, на которой гости равномерно заполнили зал. Входит Маргарет Тэтчер. Все хотят приблизиться к ней. При дальнейшем своем движении она притягивает стоящих перед ней. Те, кто остался позади, снова равномерно заполняют зал. Группа вокруг нее имеет большую массу, чем обычно». Бозоны Хиггса до сих пор не обнаружены в экспериментах. Физики надеются, что это будет сделано в ближайшие годы на LHC — громадном ускорителе элементарных частиц в Женеве, который вступит в строй в 2007 году.

Вызывает восхищение изощренность природы, которая умудрилась из относительно небольшого количества элементарных сущностей (кварки, лептоны, переносчики взаимодействий и некоторые другие) построить все наблюдаемое многообразие Вселенной, включающее и мир небесных тел, и мир человеческих чувств и эмоций. Поиск законов, по которым происходило это строительство, — увлекательное творческое занятие, дающее физикам ни с чем не сравнимое ощущение красоты и гармонии окружающего нас мира.

И.А.СОКАЛЬСКИЙ, кандидат физико-математических наук