Пошук остаточних законів природи
Цей сайт присвячений великій інтелектуальній пригоді - пошуку остаточних законів природи. Мрія про остаточну теорію багато в чому надихає роботи в області фізики високих енергій. Хоча ми й не знаємо, як можуть виглядати остаточні закони або скільки років пройде, перш ніж вони будуть відкриті, все-таки ми думаємо, що вже в сучасних теоріях уловлюються проблиски контурів остаточної теорії.
Сама ідея остаточної теорії суперечлива і є в наші дні предметом інтенсивних суперечок. Це протиріччя вже досягло комітетських кабінетів конгресу США: фізика високих енергій стає усе більше дорогою наукою й обіг учених за суспільною підтримкою частково обґрунтовується історичною місією відкриття остаточних законів
Із самого початку в наміри входив виклад тих питань, які виникають у зв'язку із самою ідеєю остаточної теорії як частини інтелектуальної історії нашого часу, розраховане на людей без спеціальної підготовки по фізиці й вищій математиці. Мова йде про ключові ідеї, що лежать в основі сучасних фундаментальних досліджень по фізиці. Але це не підручник по фізиці, і Ви не зустрінете окремих глав, повністю присвячених часткам, взаємодіям, симетріям і струнам. Навпроти, тут уплетені поняття сучасної фізики в обговорення того, що таке остаточна теорія і як ми збираємося неї шукатися
Остаточна теорія
як і атоми, може існувати тільки в певних квантових станах з певною енергією. Наприклад,
червоно-жовтогаряче світло довжиною хвилі 0,62 напівтемних може існувати тільки в станах з енергіями, рівними нулю або 2,
4, 6 і т.д. еВ, які ми інтерпретуємо як стану без фотонів або утримуючі один, два, три й т.д. фотони, енергія
кожного з яких дорівнює 2 еВ.
Чому? Чому рівняння квантової механіки, що визначають поводження часток в атомах, такі, які вони є?
Чому речовина складається із цих часток, електронів і атомних ядер? Чому в цій речовині виникає випромінювання світла?
Більша частина цих питань була досить загадкової й в 1920-е, і в 1930-е рр., коли квантова механіка була вперше
застосована для опису атомів і світла. Достатнє розуміння прийшло лише біля п'ятнадцяти років тому4) у зв'язку з
успішним розвитком так званої стандартної моделі елементарних часток і сил. Ключовим попереднім
умовою цього нового розуміння було об'єднання в 1940-х рр. квантової механіки з іншою революційною теорією в
фізиці ХХ в. - эйнштейновской теорією відносності. Принципи теорії відносності й квантової механіки майже
несумісні один з одним і можуть співіснувати лише в рамках дуже вузького класу теорій. У рамках нерелятивістської
квантової механіки 1920-х рр. можна було уявити майже будь-який характер сил, що діють між електронами й
ядрами, але в релятивістській теорії, як ми побачимо, це не так: сили, що діють між частками, можуть виникати
тільки за рахунок обміну іншими частками. Більше того, взагалі всі частки являють собою сгустки енергії або кванти
полів різного сорту. Поле, наприклад електричне або магнітне, є якийсь вид напруги в просторі,
напоминающий різні види напруг, можливі у твердому тілі, з тією різницею, що поле є напруга самого
простору. Кожному сорту елементарних часток відповідає свій тип поля: у рамках стандартної моделі є
електронне поле, квантами якого є електрони; електромагнітне поле ( щоскладається з електричного й
магнітного полів), квантами якого є фотони; однак не існує поля, що відповідає атомним ядрам або
часткам (протонам і нейтронам), з яких ядра складені, але є поля різних типів часток, називаних кварками, з
яким складаються протони й нейтрони; є й ще кілька полів, на яких ми зараз зупинятися не будемо.
Рівняння польової теорії типу стандартної моделі описують поводження не часток, а полів; частки виникають як
прояву цих полів. Звичайна матерія складається з електронів, протонів і нейтронів просто з тієї причини, що всі
інші масивні частки дивовижно нестабільні. Уважається, що
4) Мова йде про події кінця 1970-х рр. - Прим. з.
25
стандартна модель щось пояснює не тому, що вона являє собою набір якихось зібраних у купу обривків,
[...]
Початок
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127]
У світі фізики
Наука та техніка