1.1 История возникновения и становления квантовой физики
В основе современной физики лежат две теории – теория относительности и квантовая физика. Первая с высокой достоверностью объясняет физические процессы, происходящие в макромире, а вторая в микромире. А все началось с того, что в начале XX века в результате экспериментальных работ накопилось очень много вопросов, на которые классическая физика не могла ответить. Для этого требовались теоретические разработки на принципиально новых концепциях.
По общему признанию на современном этапе своего развития квантовая физика состоит из двух разделов – квантовой теории поля и квантовой механики, которая включает в себя квантовую электродинамику. Основателем квантовой физики считается немецкий ученый Макс Планк. Он проводил наблюдения за излучением абсолютно черного тела и пришел к выводу, что энергия излучается дискретно, порциями – квантами. Энергия кванта определяется частотой электромагнитной волны. У истоков квантовой физики также стояли Эрвин Шредингер, Поль Дирак и Нильс Бор. Квантовую идею поддержал и Альберт Эйнштейн на примере распространения световых волн. Он достоверно доказал, что распространение света происходит не непрерывно, а порциями квантами, так называемыми фотонами. Из чего следовало, что свет имеет корпускулярно – волновую природу.
В настоящее время физиками теоретиками создана Стандартная модель элементарных частиц. Её основы были заложены в 1960 году Шелдоном Глэшоу, который работал над объединением электромагнитного и слабого взаимодействий. Это квантовая теория. Она объединяет знания в области физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий. Описывает 61 элементарную частицу и двенадцать фундаментальных квантовых полей. Их квантами являются фундаментальные частицы фермионы: шесть лептонов и шесть кварков. У всех фермионов имеются соответствующие им античастицы. Стандартная модель это теоретическая конструкция и включает в себя три взаимодействия: электромагнитное, сильное и слабое взаимодействие элементарных частиц. Электромагнитное взаимодействие удерживает электроны внутри атома и атомы внутри молекул, переносчиком его является фотон. Сильное взаимодействие удерживает протоны и нейтроны в ядрах атомов химических элементов, а также кварки внутри протонов, нейтронов. Переносчиком сильного взаимодействия являются глюоны. Слабое взаимодействие проявляется при β-распадном процессе, в котором протон превращается в нейтрон и наоборот. В этом взаимодействии участвуют лептоны и кварки, а также нейтрино. При этом взаимодействии лептоны и кварки могут превращаться друг в друга. Переносчиками слабого взаимодействия являются W- и Z-бозоны Стандартная модель не является теорией всего, потому что не описывает темную материю и темную энергию, а также не включает гравитационное взаимодействие. В рамках стандартной модели все фундаментальные процессы взаимодействия сводятся, в конечном счете, к процессам рождения и уничтожения частиц. Стандартная модель основана на надежных принципах. Все её предсказания и всё, что она предсказывает, проверены и подтверждены наблюдениями. Яркое подтверждение её предсказаний произошло в 2012 году, когда на Большом адронном коллайдере был открыт бозон Хиггса. В настоящее время на нем ведутся поиски суперсимметричных частиц и других альтернатив Стандартной модели, модели Хиггса, механизмы возникновения массы. Поиски эффектов за рамками Стандартной модели, хотя ведутся активно, но пока безуспешно. Среди заметных достижений квантовой физики особенно выделяется положение о физическом вакууме. В настоящее время господствует точка зрения, что пространство заполнено физическим вакуумом“, наделенным физическими свойствами. И главный смысл этих утверждений заключается в том, что он присутствует всюду, пронизывая все пространство и материю. Даже внутри твердого массивного тела вакуумного пространства неизмеримо больше, чем вещества. Общепринято считать, что у физического вакуума самая высокая плотность энергии и он является неисчерпаемым резервуаром экологически чистой энергии. По расчетам Дж. Уиллера „в вакууме, заключенном в объеме обыкновенной электрической лампочки,
