Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок Nature.

Физика: объединение спустя 150 лет

Ключевые слова:  бозон Хиггса, теория всего, теория единого поля

Автор(ы): M. MITCHELL WALDROP

Опубликовал(а):  Клюев Павел Геннадиевич

19 марта 2011

В 1861 году Джеймс Кларк Максвелл объединил воедино три теории, на первый взгляд совершенно не связанные друг с другом: электричество, магнетизм и свет. Спустя 150 лет ученые бьются над схожей задачей: "теорией единого поля" или "теорией всего", которая бы позволила объединить все четыре известных фундаментальных взаимодействия во Вселенной: гравитационное, электромагнитне, сильное и слабое.

Целью теории единого поля является объединение всех четырех типов элементарных взаимодействий в рамках красивой единой математической модели. Нужно доказать, что все фундаментальные взаимодействия являются проявлениями одного и того же явления во Вселенной. Считается, что открытие теоретически предсказанной частицы - бозона Хиггса - сможет заполнить пробел в стандартной теории, объединяющей электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия. Бозон Хиггса ответственнен за массу элементарных частиц. Доказательство его существования позволит подтвердить правильность стандартной теории. Однако стандартная теория не учитывает гравитационного взаимодействия частиц. Поэтому, даже если бозон Хиггса будет найден, абсолютного единства в рамках существующей стандартной теории не получится. Но это только в рамках стандартной теории, ведь до сих пор не существует единого мнения о том, как должна выглядеть объединенная "теория всего", и что из себя она должна представлять. Предлагаются экзотические теории "суперсимметрии" и "суперструн" и обнаружение бозона Хиггса позволит подтвердить или опровергнуть эти теории и приблизить грандиозный триумф теории единого поля.

Британский физик Джон Эллис считает, что обнаружить только лишь один бозон Хиггса уж слишком скучно. "Гораздо забавнее будет, если физикам вообще не удастся ничего найти, или будет найдено несколько бозонов Хиггса", - говорит он. "Тогда это станет хорошим знаком в пользу теории суперсимметрии, в которой каждой частице фермиону сопоставлен бозон." Напомним, фермионами называются все элементарные частицы, из которых по современным представлениям состоит вещество (электроны, протоны, нейтроны и др.). Если окажется, что существуют бозоны Хиггса и каждому фермиону можно будет противопоставить бозон, то, грубо говоря, это будет означать возможность взаимного превращения вещества в излучение (поле) и наоборот, так как в теории суперсимметрии возможно взаимное превращение бозонов в фермионы. А это еще один шаг к объединению всех фундаментальных взаимодействий, единству материи и поля. Впервые теорию суперсимметрии предложили в 1973 году австрийский физик Юлиус Весс и итальянский физик Бруно Зумино для описания ядерных частиц. Математический аппарат теории был разработан советскими физиками Ю. А. Гольфандом и Е. П. Лихтманом в коне 60-х годов прошлого века.

Другой экзотичной гипотезой для объяснения единства Вселенной является теория струн. Предполагается, что все частицы и элементарные взаимодействия возникают в результате колебания квантовых струн на масштабах порядка планковской длины волны 10-35 м. Чем больше частота колебаний, тем больше энергия, а значит и масса частицы. Классификация струнных теорий и их физическое и математическое описание довольно сложные. Скажем лишь, что теория струн автоматически включает в себя гравитацию и описывается при помощи 11 измерений, включая время. Мы можем наблюдать только три измерения и время, остальные настолько плотно "сжаты", что увидеть их при обычных условиях невозможно.

Последними сообщениями лент информационных агенств являются уточнения массы бозона. Физикам удалось исключить энергетический диапазон 158-175 ГэВ, и они сузили возможные значения до 114-156 ГэВ и 183-185 ГэВ. БОльшей энергии соответствует бОльшая масса. БОльшие значения массы бозона Хиггса позволят упростить его детектирование на адронном коллайдере в ЦЕРНе. По предположениям ученых тяжелый бозон Хиггса должен распадаться на две другие частицы - пары W- и Z-бозонов, которые легко обнаружить. Легкий бозон Хиггса распадается на b-кварки, и это затрудняет регистрацию бозона Хиггса.

Но все же с какой бы точки зрения мы не рассматривали наш многогранный мир, в итоге может оказаться, что все теории являются сторонами одной медали. Остается только проверять теорию на практике - сложном и тернистом пути, который призван дать ответы на вопросы о мироздании.


В статье использованы материалы: Nature, Корреспондент


Средний балл: 7.0 (голосов 3)

 


Комментарии
Юный максималист, 19 марта 2011 14:55 
До "теории всего", к счастью, еще очень далеко.
Биологи никак не могут согласиться с тем, что
физика и химия полностью описывает
биологические процессы.
Соколов Петр Сергеевич, 23 марта 2011 22:29 
Извиняюсь за офф-топ,
Чего уж мелочиться, давайте уж скажем что "физика" определяет все процессы как в химии так и в биологии, если уж следовать логике твоей фразы.

до теории всего не так уж и далеко как кажется, вопрос только за математическим аппаратом и его переводом в реальные машинные коды для расчетов.
Владимир Владимирович, 23 марта 2011 23:38 
до теории всего не так уж и далеко как кажется, вопрос только за математическим аппаратом и его переводом в реальные машинные коды для расчетов.

Правда?
А мне представляется, что как раз не хватает идей - а математики с аппаратами и программисты с машинными кодами весьма в избытке (почти как аллегорические обезьянки с печатными машинками)...
Мне статья очень понравилась! Интересно, что будет дальше? Может найдутся и ответы на лёгкий распад бозона Хиггса!
Владимир Владимирович, 19 марта 2011 16:24 
Цафт Альберт Рудольфович, 19 марта 2011 15:24
Мне статья очень понравилась! Интересно, что будет дальше? Может найдутся и ответы на лёгкий распад бозона Хиггса!

(Просто хотелось бы оставить на память, когда этот "поток чистого разума" выше опять сотрут)
Про коллайдер и про бозон Хиггса можно прочитать здесь (предварительно зарегистрировавшись), можно совершить и экскурсию .
Огромное спасибо!
Очень убедительно, жаль только,что пришлось долго "потеть" над английским текстом!
Владимир Владимирович, 20 марта 2011 18:00 
ЕГЭ-образованцы и единая теория поля...
Кстати о Сколково (рисунок там просто образовательно-апокалипсический).
Владимир Владимирович!
Подготовка к ЕГЭ в школе - не цель обучения. В школе также , как и раньше ( я пишу о физ- мат классах) идет обучение предмету, теория, решение разнообразных задач, причем не по алгоритму, а по общему подходу к задаче, проводятся лабораторные работы. Олимпиады при вузах ( физтех, бауманка..) никто еще не отменял, а просто готовясь к ЕГЭ, эти олимпиады не решить. Школьники, которые проходят в физ-мат классах обычную базовую физ-матовскую подготовку, решают ЕГЭ запросто! даже уровень С, Им не надо специально готовиться! И , кроме того учителя дают индивидуальные консультации по подготовке к тестам ЕГЭ в рамках учебной нагрузки.
Да, если у школы естественнонаучное направление, то на химию и биологию тоже выделяются дополнительные часы для программы.
А с реформой образования я с вами согласна, года через два при резком падении зарплат учителей , хорошие учителя уйдут из школ,то будет та картинка, на которую вы ссылаетесь.
Ж.В.
Вы совершенно правы, спасибо за поддержку!
Рисуночек вполне соответствует...
Наш мир не может быть устроен бессистемно. В его основе лежат самые
элементарные феномены - движения и поля.
А их комбинации образуют объекты, из которых построены элементарные частицы.
Единая теория поля станет возможной тогда,
когда возникнет понимание феномена поля и
феномена движения. И то и другое порождает
изменения. Есть подход, где движение рассматривается как
реальная компонента эффекта изменения, а
поле - как его комплексная или формальная
часть. Детальнее смотрите в книге "Технологии
будущего" http://www.t...ru/401.html
или в сети на сайте http://inron...d.ru/6.html
Академик Евгений Александров, даже не читая и
не дискутируя, объявил этот подход лженаукой.
А Вы что думаете?
Юный максималист, 24 марта 2011 22:28 
Вообще-то такой подход уже используется в
общей теории относительности (насколько я
понял это из разговоров со специалистами - сам
я в ней не разбираюсь). Только там нет таких
неконкретных, а значит в высокой мере
ненаучных выражений, как "комплексная часть
эффекта изменения". Там говорят про вектора в
четырехмерном пространстве-времени.
Да ладно, у нас любой вектор развития - величина комплексная. Состоит из действительной и мнимой части (x + iy), причем основное движение финансовых потоков происходит по мнимой оси и уходит в область гиперкомплексных чисел. Алгебра таких чисел, естественно, некоммутативна (Гамильтон сказал)
"Целью теории единого поля является объединение
всех четырех типов элементарных взаимодействий в
рамках красивой единой математической модели."

- А где физика?

"Доказательство его существования позволит
подтвердить правильность стандартной теории."

- Или работоспособность?

"Гораздо забавнее будет, если физикам вообще не
удастся ничего найти, или будет найдено
несколько бозонов Хиггса"

- Забавно!

Интересная ссылка: Как понимать квантовую
механику. М. Г. Иванов. http://theor...ivanov.html
Пастух Евфграфович, 25 марта 2011 16:24 
Популярно-научные статьи.
"Пара фраз долетевших оттуда" - из джета от парочки частица-античастица на границе событий: чёрной дыры Лебедь X-1, 6000 световых лет от Солнца.
- Дас, круче Альберта язык не покажешь! А если предположить, что поле "всегда и неразрывно" хвост какой нибудь материи... а за время бесконечности поля накапливаются до состояния "т.н." материи, уф и дас, пока - ничего нового - ждать придётся - долго.
- "Think!" (IBM, Thomas Watson)
- !!! Придумал - все поля на "дальних" дистанциях - "резиновые" (это когда шар уже туда, а поле ещё наоборот), что там будет в "точке покоя"? Как у ящерицы?
- Ещё скажи, что свет от потухшей звезды несёт о ней массу информации, а если ты его увидишь только в следующем году то... ты прав!?
- Но свет - без массы, это что, пустоты - нет?
- Вот-вот, - информация - без массы, да ещё и тёпленькая. Голова не тяжелеет, а человек умнеет!?
- Или наоборот!
- Дас, получается, что в свете-поле можно "спрятать" всю информацию о вселенной? ... Да ещё и хранить её в "чёрных дырах" - ПЗУ вселенных?
(Ну да, как в кошельке у жены. Как магнитом всю зарплату притягивает ,
а один грамм антиводорода стоил 62.5 триллиона долларов ещё 12 лет назад http://scien...p12apr99_1/)
- Т.е. в "безмассовой вселенной" есть "световая запись" прошлого и... будущего?! А стрела времени?
- А что Вечности до Времени? Вечность то - одна! А Времени у неё - Вечность! Каламбур?
- Только не говори мне, что всё вокруг - типа 26-мерная свёртка голограмма-брана из сплющивающихся от вечности полей! Бррр
- Лучи, поля... мон шер, всё карты в руках ... бозона - старой (уже за 50) хитрющей цыганки-удачи!
- "Вижу свет от потухшей звезды - это ты? Это ты? Это ты!", мда, лирика, правда, температурка у тебя... уже 2,73 К, разлетаемся что ли? "Я тебя никогда не увижу?"
- Или ещё 2,7315 К... что ли разлетаемся, у нас "5 минут", "я тебя никогда не забуду-у-у-у!..."
Эпилог
Они встретятся через 13,73 миллиардов лет, но уже в другой вселенной, чтобы объединиться и...
Всё повторяется?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

E. coli на стекле
E. coli на стекле

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Итоги Менделеевского Года
28 ноября в Фундаментальной библиотеке МГУ состоялось торжественное закрытие Международного года Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.