Какая проблема из всего множества вопросов физики твёрдого тела нуждается в дальнейшей экспериментальной и теоретической разработке?

Атом или молекула, входящие в состав твёрдого тела, переведены в возбуждённое энергетическое состояние путём поглощения пришедшего извне света. Каков механизм, с помощью которого происходит разрядка этой концентрации энергии, когда последняя распространяется по твёрдому телу в виде теплоты или колебаний решётки («фононов»)?

Можно ли до биться, успехов в исследовании систем, расстояние между элементарными частицами в которых не очень велико по сравнению с размерами частиц?

Да, в ядерной физике. В ядре расстояния между элементарными частицами составляют величины порядка 10^1^3 см, тогда как установлено, что эффективные размеры нейтрона и протона имеют порядок 10^1 см. Мы располагаем богатейшими данными об энергетических уровнях ядер, о размерах ядер, о несферичности атомных ядер, о радиоактивности ядер, о делении ядер и о ядерных превращениях, вызываемых их бомбардировкой. Многие стороны этих эффектов удаётся точно предсказывать, несмотря на тот факт, что неизвестна природа основных сил, действующих в ядре (это ни электрические, ни гравитационные, но некие «ядерные силы» короткого радиуса действия, убывающие с расстоянием много быстрее, чем обратный квадрат). Другие экспериментальные факты менее понятны или вообще не интерпретированы

Какая из множества проблем ядерной физики представляется созревшей для дальнейшего экспериментального и теоретического исследования в настоящее время?

Механизм деления ядер и, в частности, механизм того, как при делении ядер урана или других тяжёлых ядер иногда образуются наряду с двумя много более массивными осколками также ядра гелия или тяжёлого водорода

Существует ли простой критерий, позволяющий в конкретных условиях указать, какое из взаимодействий является более важным: 1) внутренние взаимодействия, обусловливающие структуру элементарных частиц; 2) ядерное; 3) электромагнитное; 4) гравитационное взаимодействие?

Да. Критерий — количество энергии, связанное с каждым из этих взаимодействий

Каковы сравнительные значения этих четырёх видов энергии для железного шара радиусом 1 м?

1) Внутренняя энергия элементарных частиц (определяемая массами покоя входящих в шар нейтронов и протонов): 3,3·10 кг. 2) Ядерная энергия (определяемая изменением массы при объединении нейтронов и протонов и образовании Fe): 3,1·10^2 кг. 3) Электрическая энергия (определяемая энергией связи электронов в атомах железа и энергией связи атомов железа в кристаллической решётке металлического железа; вся эта энергия даётся в переводе в единицы массы): около 2·10^2 кг. 4) Гравитационная энергия (энергия, требующаяся для удаления атомов железа на бесконечность против сил тяготения, переведённая в единицы массы): около 2·10^1 кг

Какой из этих четырёх видов энергии возрастает быстрее всего при увеличении числа частиц?

Гравитационная энергия, ибо каждая частица гравитационно взаимодействует с любой другой частицей

Существуют ли условия, при которых соотношение между этими четырьмя видами энергии радикально изменяются?

Да, в достаточно массивной звезде (если звезда холодная, то при массе, примерно равной массе Солнца, т.е. 2·10^3 кг; если горячая, то при большей массе, когда плотность оказывается ниже и гравитационные силы должны действовать на больших расстояниях)

Могут ли силы гравитационного притяжения в достаточно массивном или достаточно плотном (или и массивном и плотном одновременно) астрономическом объекте возобладать над силами, обусловливающими внутреннюю структуру элементарных частиц, и вызвать исчезновение этих частиц?

Мы не знаем ответа на этот вопрос, хотя он и возбуждает большой интерес и в настоящее время интенсивно исследуется как «гравитационный коллапс». Внимание было привлечено к этому гипотетическому механизму в январе 1963 г., когда был открыт так называемый «квазизвёздный объект» — часть некой галактики, отстоящей от нас на расстоянии 2·10 световых лет,— выделяющей за короткий по астрономическим масштабам промежуток времени в 10 лет или менее энергию (около 10 дж), эквивалентную той, которая выделилась бы при полном превращении в энергию массы около 10 солнц. Сейчас открыты и продолжают открываться многочисленные другие квазизвёздные источники (это название теперь сокращённо произносится как «квазар»)

Существуют ли какие-либо другие условия, при которых можно ожидать эффектов, аналогичных гравитационному коллапсу, с исчезновением элементарных частиц, или обратных процессов, при которых давление падает и происходит расширение?

Эти условия существовали на ранних этапах расширения Вселенной и должны существовать на поздних этапах, когда Вселенная будет снова сжиматься

Что подтверждает представления о расширении Вселенной?

Разбегание галактик: галактики, находящиеся на вдвое большем расстоянии, убегают вдвое быстрее и т.д., как если бы они вылетели из общего центра с разными скоростями около 14·10 лет назад

Какая сила доминирует в больших масштабах в динамике Вселенной?

Гравитация (кривизна пространства-времени)

4. Решения упражнений

РЕШЕНИЯ УПРАЖНЕНИЙ К ГЛАВЕ 1

1. Пространство и время — подробный пример

Решение дано в тексте.

2. Практическая синхронизация часов

Установите стрелки часов в положение, соответствующее 6^2+8^2+0^2=10 м светового времени. Нажмите кнопку пуска часов в момент прихода опорного сигнала.