Старажытныя людзі думалі, што мы складаемся з чатырох "элементаў" - вады, зямлі, агню і паветра; якія мы цяпер ведаем, не з'яўляюцца элементамі. У цяперашні час налічваецца каля 118 элементаў. Усе элементы складаюцца з атамаў, якія калісьці лічыліся непадзельнымі. У пачатку дваццатага стагоддзя пасля адкрыццяў Дж. Дж. Томпсана і Рэзерфорда было вядома, што атамы складаюцца з ядраў (з пратонаў і нейтронаў) у цэнтры і электронаў на арбіце вакол. У 1970-х гадах было вядома, што пратоны і нейтроны таксама не з'яўляюцца фундаментальнымі, але складаюцца з "верхніх кваркаў" і "ніжніх кваркаў", што робіць "электроны", "верхнія кваркі" і "нізкія кваркі" трыма найбольш фундаментальнымі складнікамі ўсяго у сусвет. Дзякуючы наватарскім распрацоўкам квантавай фізікі мы даведаліся, што часціцы насамрэч з'яўляюцца вытворнымі, звязкі або пакеты энергіі ў палях, якія азначаюць часціцы, не з'яўляюцца фундаментальнымі. Фундаментальна поле, якое ляжыць у іх аснове. Цяпер мы можам сказаць, што квантавыя палі з'яўляюцца фундаментальнымі будаўнічымі блокамі ўсяго ў сусвет (уключаючы перадавыя біялагічныя сістэмы, такія як мы). Усе мы складаемся з квантавых палёў. Такія ўласцівасці часціц, як электрычны зарад і маса, з'яўляюцца сцвярджэннямі аб тым, як іх палі ўзаемадзейнічаюць з іншымі палямі. Напрыклад, уласцівасць, якую мы называем электрычным зарадам электрона, з'яўляецца сцвярджэннем таго, як поле электронаў узаемадзейнічае з электрамагнітным полем. І. уласцівасць яго масы - гэта сцвярджэнне аб тым, як ён узаемадзейнічае з полем Хігса.
Са старажытных часоў людзі задаваліся пытаннем, з чаго мы складаецца? Што такое сусвет складаецца з? Якія асноўныя будаўнічыя блокі прыроды? І якія асноўныя законы прыроды рэгулююць усё ў сусвет? Стандартная мадэль навукі - гэта тэорыя, якая адказвае на гэтыя пытанні. Кажуць, што гэта паспяховая тэорыя навукі, створаная за апошнія стагоддзі, адзіная тэорыя, якая тлумачыць большасць рэчаў у сусвет.
Людзі рана зразумелі, што мы складаемся з элементаў. Кожны элемент, у сваю чаргу, складаецца з атамаў. Першапачаткова лічылася, што атамы непадзельныя. Аднак у 1897 годзе Дж.Дж.Томпсан адкрыў электроны з дапамогай электрычнага разраду праз электронна-прамянёвую трубку. Неўзабаве пасля гэтага, у 1908 годзе, яго пераемнік Рэзерфорд даказаў сваім знакамітым эксперыментам з залатой фальгой, што атам мае малюсенькае станоўча зараджанае ядро ў цэнтры, вакол якога кружацца адмоўна зараджаныя электроны. арбіт. Пазней высветлілася, што ядра складаюцца з пратонаў і нейтронаў.
У 1970-х гадах было выяўлена, што нейтроны і пратоны не з'яўляюцца непадзельнымі, таму не фундаментальныя, але кожны пратон і нейтрон складаюцца з трох больш дробных часціц, званых кваркамі, якія бываюць двух тыпаў - «верхніх кваркаў» і «ніжніх кваркаў» (« кварк уверх» і «кварк уніз» - гэта проста розныя тэрміны «ўверх» і «ўніз» не азначаюць ніякай сувязі з напрамкам або часам). Пратоны складаюцца з двух «ўверх» кваркаў і «ўверх кварка», а нейтрон складаецца з двух «ўверх» кваркаў і «ўверх кварка». Такім чынам, «электроны», «верхнія кваркі» і «нізкія кваркі» - гэта тры найбольш фундаментальныя часціцы, якія з'яўляюцца будаўнічымі блокамі ўсяго ў сусвет. Аднак з развіццём навукі гэта разуменне таксама змянілася. Палі апынуліся фундаментальнымі, а не часціцамі.
Часціцы не з'яўляюцца фундаментальнымі. Прынцыповым з'яўляецца поле, якое ляжыць у іх аснове. Усе мы складаемся з квантавых палёў.
Згодна з сучасным разуменне навукі, усё ў сусвет складаецца з нябачных абстрактных сутнасцяў, званых «палямі», якія ўяўляюць сабой асноўныя будаўнічыя блокі прыроды. Поле - гэта тое, што раскінута сусвет і прымае пэўнае значэнне ў кожнай кропцы прасторы, якое можа змяняцца з часам. Гэта як рабізна вадкасці, якая хістаецца па ўсім сусвет, напрыклад, магнітныя і электрычныя палі распаўсюджваюцца па ўсім сусвет. Нягледзячы на тое, што мы не можам бачыць электрычныя або магнітныя палі, яны рэальныя і фізічныя, пра што сведчыць сіла, якую мы адчуваем, калі два магніты набліжаюцца. Згодна з квантавай механікай палі лічацца бесперапыннымі, у адрозненне ад энергіі, якая заўсёды разбіта ў нейкія дыскрэтныя кавалкі.
Квантавая тэорыя поля - гэта ідэя аб'яднання квантавай механікі з палямі. У адпаведнасці з гэтым, электронная вадкасць (г. зн. рабізна хваль гэтай вадкасці) звязваецца ў маленькія пучкі энергіі. Гэтыя згусткі энергіі мы называем электронамі. Такім чынам, электроны не фундаментальныя. Гэта хвалі аднаго асноўнага поля. Аналагічным чынам, рабізна двух кваркавых палёў прыводзіць да ўзнікнення «кваркаў уверх» і «кваркаў уніз». І тое ж самае тычыцца любой іншай часціцы ў сусвет. Палі ляжаць у аснове ўсяго. Тое, што мы лічым часціцамі, насамрэч - гэта хвалі палёў, звязаныя ў маленькія пучкі энергіі. Асноўныя фундаментальныя будаўнічыя блокі нашага сусвет гэта рэчывы, падобныя на вадкасць, якія мы называем палямі. Часціцы з'яўляюцца проста вытворнымі гэтых палёў. У чыстым вакууме, калі часціцы цалкам выдалены, палі ўсё яшчэ існуюць.
Тры асноўныя квантавыя палі ў прыродзе - гэта "электрон", "кварк" і "кварк". Ёсць і чацвёртае, якое называецца нейтрына, але яно не з'яўляецца намі, але адыгрывае важную ролю ў іншым месцы сусвет. Нейтрына ўсюды, яны цякуць праз усё ўсюды, не ўзаемадзейнічаючы.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Палі матэрыі: Чатыры асноўныя квантавыя палі і звязаныя з імі часціцы (а менавіта, «электрон», «верхні кварк», «ніжэйшы кварк» і «нейтрына») складаюць аснову сусвет. Па невядомых прычынах гэтыя чатыры фундаментальныя часціцы прайграваюць сябе двойчы. Электроны ўзнаўляюць «мюон» і «таў» (якія ў 200 разоў і 3000 разоў цяжэйшыя за электроны адпаведна); верхнія кваркі спараджаюць «дзіўны кварк» і «ніжні кварк»; паніжаныя кваркі даюць пачатак «кварку зачаравання» і «топ-кварку»; у той час як нейтрына даюць пачатак «мюонным нейтрына» і «таў-нейтрына».
Такім чынам, ёсць 12 палёў, якія спараджаюць часціцы, мы іх называем матэрыя палёў.
Ніжэй прыведзены спіс з 12 палёў матэрыі, якія складаюць 12 часціц у сусвет.
Сілавыя палі: 12 палёў матэрыі ўзаемадзейнічаюць адно з адным праз чатыры розныя сілы - вага, электрамагнетызм, моцныя ядзерныя сілы (дзейнічаюць толькі ў малым маштабе ядра, утрымліваюць кваркі разам унутры пратонаў і нейтронаў) і слабыя ядзерныя сілы (дзейнічаюць толькі ў малым маштабе ядра, адказваюць за радыеактыўны распад і ініцыююць ядзерны сінтэз). Кожная з гэтых сіл звязана з полем - з ім звязана электрамагнітная сіла глюоннае поле, палі, звязаныя з моцнымі і слабымі ядзернымі сіламі W і Z базоннае поле і поле, звязанае з гравітацыяй прастора-час сябе.
Ніжэй прыведзены спіс з чатырох сілавых палёў, звязаных з чатырма сіламі.
| электрамагнітная сіла | глюоннае поле |
| Моцныя і слабыя ядзерныя сілы | w & z базоннае поле |
| вага | прастора-час |
,en сусвет запоўнена гэтымі 16 палямі (12 палёў матэрыі плюс 4 палі, звязаныя з чатырма сіламі). Гэтыя палі гарманічна ўзаемадзейнічаюць паміж сабой. Напрыклад, калі электроннае поле (адно з палёў матэрыі) пачынае вагацца ўверх і ўніз (таму што там ёсць электрон), гэта выклікае адно з іншых палёў, скажам, электрамагнітнае поле, якое, у сваю чаргу, будзе таксама вагаюцца і пульсуюць. Будзе святло, якое выпраменьваецца так, што будзе крыху вагацца. У нейкі момант ён пачне ўзаемадзейнічаць з полем кварка, якое, у сваю чаргу, будзе вагацца і пульсаваць. Канчатковая карціна, якую мы атрымліваем, - гэта гарманічны танец паміж усімі гэтымі палямі, якія пераплятаюцца адно з адным.
Поле Хігса
У 1960-я гады Пітэр Хігс прадказаў яшчэ адно поле. Да 1970-х гадоў гэта стала неад'емнай часткай нашага разумення сусвет. Але не было ніякіх эксперыментальных доказаў (гэта значыць, калі мы прымусім поле Хігса пульсаваць, мы павінны ўбачыць звязаную часціцу) да 2012 года, калі даследчыкі CERN з LHC паведамілі аб сваім адкрыцці. Часціца паводзіла сябе менавіта так, як прадказвала мадэль. Часціца Хігса мае вельмі кароткае жыццё, каля 10-22 секунд.
Гэта быў апошні будаўнічы блок сусвет. Гэта адкрыццё было важным, таму што гэта поле адказвае за тое, што мы называем масай у сусвет.
Уласцівасці часціц (напрыклад, электрычны зарад і маса) - гэта выказванні аб тым, як іх палі ўзаемадзейнічаюць з іншымі палямі.
Гэта ўзаемадзеянне палёў, прысутных у сусвет якія выклікаюць такія ўласцівасці, як маса, зарад і г.д. розных часціц, якія мы адчуваем. Напрыклад, уласцівасць, якую мы называем электрычным зарадам электрона, з'яўляецца сцвярджэннем таго, як поле электронаў узаемадзейнічае з электрамагнітным полем. Падобным чынам, уласцівасць яго масы - гэта сцвярджэнне аб тым, як ён узаемадзейнічае з полем Хігса.
Разуменне поля Хігса было сапраўды неабходна, каб мы зразумелі значэнне масы ў сусвет. Адкрыццё поля Хігса таксама пацвердзіла стандартную мадэль, якая дзейнічала з 1970-х гадоў.
Квантавыя палі і фізіка часціц з'яўляюцца дынамічнымі галінамі даследавання. З моманту адкрыцця поля Хігса адбылося некалькі распрацовак, якія маюць дачыненне да стандартнай мадэлі. Пошукі адказаў на абмежаванні стандартнай мадэлі працягваюцца.
***
Крыніцы:
Каралеўскі інстытут 2017. Квантавыя палі: рэальныя будаўнічыя блокі Сусвету - з Дэвідам Тонгам. Даступны ў Інтэрнэце па адрасе https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
