De-a lungul secolelor, omenirea a mușcat granitul științei, încercând să descopere compoziția exactă a universului. Vechii greci au fost primii care sugerează existența atomilor, care, în opinia lor, erau cele mai mici particule - # xAB; blocuri de construcție # xBB; toate lucrurile. Timp de 1500 de ani a fost tot ce am știut despre materie. În 1897, descoperirea unui electron a distrus lumea științifică, spre ruine. Sa dovedit că, așa cum moleculele au constat din atomi, atomii constau din componente.
Și cu cât am privi mai adânc, cu atât mai multe răspunsuri păreau să treacă prin degetele noastre. Chiar și protonii și neutronii - blocuri de atomi - sunt făcute chiar din particule mai mici - cuarci. Fiecare descoperire a generat mai multe întrebări. Timpul și spațiul constau în zgârieturi de particule care nu pot fi nici măcar văzute? Poate. Înainte de a fi zece particule teoretice care pot explica totul. Dacă le găsim.
Să începem cu ceva apropiat de ceea ce deja știm - quarks. Există șase tipuri de cuarci. # xAB; Superior # xBB; și # xAB; partea de jos # xBB; cuarcurile sunt mai frecvente, dintre care protonii și neutronii sunt compuși. # xAB; ciudat # xBB; cuarcile, pe de altă parte, nu sunt atât de frecvente. Atunci când cuarcurile ciudate se combină cu quark-urile superioare și inferioare în cantități egale, ele creează o particulă numită # xAB; brățară # xBB; (de la # xAB; ciudat # xBB; și # xAB; picătură # xBB;). Tulpinile sunt cele mai fine fragmente din care se compune materie ciudată.
Conform teoriei materiei ciudat, strangelet format în natură, atunci când o stea neutronică masiv - colaps greu stele - produce presiune atât de mult încât electronii și protonii din nucleu îmbinare, și apoi colaps în continuare într-un fel de bule quark dens, pe care o numim o chestiune ciudată. Și, deși spini mari pot exista teoretic în afara centrelor de stele de înaltă presiune, probabil că au plutit departe de astfel de stele către alte sisteme solare - inclusiv ale noastre.
Dar din nou: dacă există, un duho mare poate transforma nucleul unui atom într-un alt escroc, dacă îl întâlnește. Noua capsă se va ciocni cu alte nuclee, ceea ce va provoca o reacție în lanț, până când toată materia de pe Pământ nu va deveni materie ciudată. De fapt, astfel de temeri au fost cauzate de lucrarea Coordonatorului Large Hadron Collider, ale cărui reprezentanți au reușit să convingă oamenii de fictivitatea acestui fapt. Este puțin probabil ca ei să creeze accidental o resturi care ar distruge planeta.
Teoria supersimetriei spune că fiecare particulă din univers are o particulă gemene opusă, cunoscută sub numele de particulă supersimetrică, superpartner sau particulă. Astfel, fiecare cuarcă are un squark care împarte cu prima simetrie ideală. Fiecare foton are un foton. Și așa mai departe, până când nici una dintre cele 61 de particule elementare cunoscute nu este lasată nesupravegheată. Ei bine, dacă sunt atât de mulți, de ce nu am găsit unul?
Există o astfel de teorie: în fizica particulelor elementare, particulele mai grele se descompun mai repede decât cele mai ușoare. Dacă se formează o particulă destul de grea, se va rupe aproape imediat după creație. Dacă presupunem că particulele sunt incredibil de grele, trebuie să se prăbușească în clipi de ochi, în timp ce supraviețuitorii - particulele pe care le observăm - trăiesc. Acest lucru poate explica de ce Universul are un astfel de avantaj al materiei întunecate - particulele pot conține materie întunecată și există într-un câmp care este departe și nevăzut pentru noi.
Materia constă în particule - și în același mod, antimateria constă în antiparticule. În acest sens există un bun simț. Antiparticulele au aceeași masă ca particulele normale, dar încărcătura opusă și impulsul unghiular opus (spin). Similar cu supersimetria, dar spre deosebire de particule, antiparticulele se comportă la fel ca particulele, chiar participă la crearea de anti-elemente ca antihidrogenul. În principiu, există antimaterie în orice problemă.
În orice caz, trebuie să fiu. Aceasta este problema - există o mulțime de materie în jurul valorii de, și antimaterie nu a fost găsit nicăieri. A creat doar un mod artificial. În afara Coordonatorului de Large Hadron, antimateria liberă nu există nici teoretic.
Conform teoriei Big Bang-ului, inițial a existat un număr egal de particule și antiparticule. Toată materia din univers a fost creată în momentul exploziei. În mod implicit, antimateria ar fi trebuit să fie creată în același timp. O altă teorie este că antimateria predomină în alte părți ale universului. Tot ceea ce vedem, cele mai îndepărtate stele, constă în materie. Dar universul nostru vizibil nu poate fi decât o mică parte a universului, undeva ar putea exista sisteme intregi de stele ale antimateriei.
În prezent, antiparticulele reprezintă o mare problemă în fizica teoretică modernă a particulelor elementare. O altă problemă este gravitatea. În comparație cu alte forțe, de exemplu, electromagnetism, gravitatea este o forță extrem de slabă. În plus, funcționează bine la nivel planetar - cu ajutorul gravitației este ușor de observat alte stele și planete, dar la nivel molecular, este aproape imposibil de a prinde și în cazul în care se creează lucruri absurde. În plus față de orice altceva, gravitatea nu are particule care să o poarte, cum ar fi fotoni care poartă lumină.
Apoi apare un graviton. Aceasta este o particulă teoretică care trebuie să se potrivească cu gravitatea în același model ca orice altă forță observată. Deoarece gravitatea are o atracție slabă la fiecare obiect, indiferent de distanță, trebuie să fie fără masă. Dar aceasta nu este o problemă - fotonii nu au masă și sunt peste tot. Am mers atât de departe încât putem determina chiar și parametrii exacți care trebuie îndeplinite de către graviton, așa că, dacă vom găsi particula - orice particulă - satisfacerea acestor parametri, vom avea un graviton.
Găsiți un graviton este foarte important, deoarece acum teoria generală a relativității și a fizicii cuantice este incompatibilă. Cu toate acestea, la anumite niveluri de energie, cunoscut sub numele de scara Planck, gravitatea încetează să urmeze regulile relativității și alunecă regulilor cuantice. Prin urmare, rezolvarea problemei gravității poate fi cheia unei teorii unificate.
Există o altă particulă gravitațională teoretică și este frumoasă puțin mai puțin decât complet. Graviphotonul este o particulă care este creată atunci când câmpul gravitațional se manifestă în a cincea dimensiune. Ea provine din Kaluza - Klein, care își propune să combine gravitația și electromagnetismul într-o singură forță, cu condiția ca spatiu-timp, există mai mult de cinci dimensiuni. Graviphoton ar avea caracteristicile unui graviton, dar ar lua de asemenea proprietățile unui foton și va crea ceea ce numesc fizicienii # xAB; forța a cincea # xBB; (bine, în general, există doar patru forțe fundamentale).
Alte teorii susțin că un graviton ar putea fi un superpartner al unui graviton, dar ele ar fi respinse și atrase simultan. În teorie, acest lucru ar putea crea un efect anti-gravitațional. Și aceasta este doar în cea de-a cincea dimensiune. Teoria supergravității postulează și existența gravitonilor, dar oferă să extindă numărul de măsurători la ... unsprezece.
De ce sunt compuse cuarcile? Mai întâi, să ne familiarizăm cu scara. Există șaptezeci și nouă de protoni în nucleul atomului de aur. Fiecare proton constă din trei cuarci. Lățimea nucleului atomului de aur este de aproximativ opt femtometre în diametru. Aceasta este de opt milioane de nanometri, iar un nanometru este de o miliardime de metru. Quark-urile sunt foarte mici, iar preonii, în acest caz, trebuie să fie atât de neglijenți, încât pur și simplu nu pot fi măsurați prin metode moderne.
Există și alte cuvinte care sunt folosite pentru a descrie blocurile teoretice ale unor cuarci, inclusiv prioni, subquarks, quinte și tweeds, dar # xAB; preon # xBB; acceptat cel mai bun. Și preonii sunt o parte foarte importantă a fizicii teoretice, deoarece în acest moment quarks rămân particulă fundamentală. Dacă se dovedește că ele constau din alte părți, aceasta va deschide calea către mii de noi teorii. De exemplu, o teorie este că antimateria evaziv în univers este, de fapt conținută în preons, deci totul are particule de antimaterie, care este blocat în toate astea. Conform acestei teorii, sunteți și un purtător al antimateriei - pur și simplu nu îl puteți vedea, deoarece materia este compusă din blocuri mai mari.
Nimic nu se apropie de încălcarea legilor cunoscute ale relativității mai aproape decât tahionul. Această particulă se mișcă mai repede decât lumina, iar dacă ar exista, limita de viteză fundamentală nu se va mai limita la viteza luminii. De fapt, aceasta ar însemna că viteza luminii va deveni un punct central - și pe fiecare parte a acestui punct va fi particulele care se mișcă încet infinit (nu se misca deloc), și tahioni, care se pot deplasa la infinit rapid.
Destul de ciudat, relația lor cu viteza luminii ar fi o oglindă. Aproximativ, atunci când o particulă obișnuită se accelerează, necesarul său de energie crește. Pentru a rupe bariera vitezei luminii, aveți nevoie de o cantitate infinită de energie. În cazul tahionului, cu cât se deplasează mai lent, cu atât mai multă energie necesită. Când încetinește și se apropie de viteza luminii de la celălalt capăt, cerințele sale de energie se apropie de infinit. Dar când viteza crește și nevoia de energie scade - nu are nevoie de energie pentru a se mișca cu viteză infinită.
Imaginați-vă ca un magnet - un magnet este lipit de perete, iar celălalt este în mână. Când atingi aceiași poli de magneți, magnetul tău respinge. Cu cât apropieți magnetul, cu atât este mai dificil să apăsați. Acum, imaginați-vă că există un alt magnet pe cealaltă parte a peretelui care face același lucru. Un magnet pe perete este viteza luminii, iar ceilalți doi magneți sunt tahioni și particule obișnuite. Dacă ar exista chiar și un tahion, ele ar fi întotdeauna închise dincolo de capcană, pe care noi înșine nu le putem depăși. Deși din punct de vedere tehnic pot fi folosite pentru a trimite mesaje către trecut.
Aproape toate particulele, pe care le-au fost spuse sunt numite particule punctiforme: cuarci și fotoni există ca un singur punct - mic mic flyspeck - cu zero dimensiuni. Teoria corzilor sugereaza ca aceste particule elementare - nu este punctul, si siruri de caractere, unidimensional firul de particule. La baza ei, teoria corzilor este un fel de # xAB; teoria tuturor xBB; care vrea să reconcilieze gravitatea și fizica cuantică. În teoria corzilor există o mulțime de teorii separate, și chiar teorii șir sunt multe. Din ceea ce știm acum, gravitația și mecanica cuantică nu pot coexista fizic într-un singur spațiu - gravitatea nu funcționează la nivelul cuantic.
Astfel, într-un sens larg, teoria corzilor este de fapt o teorie cuantică a gravitației. Pentru comparație, șirurile pot înlocui preonii ca blocuri de construcție pentru cuarci, deși la niveluri superioare totul va rămâne același. Și în teoria corzilor, un șir poate deveni orice, în funcție de forma în care este îndoit. Dacă șirul rămâne deschis, acesta devine un foton. Dacă capetele unui șir sunt închise într-o buclă, devine un graviton. Aproximativ același copac poate deveni o colibă sau un flaut întreg.
Așa cum am observat, teoria corzilor sunt multe, iar fiecare dintre ele prezice un număr diferit de măsurători. Cele mai multe dintre aceste teorii susține că există zece sau unsprezece dimensiuni și teoria bosonul-string (sau teoria corzilor) susține că măsurătoarea nu este mai mică de douăzeci și șase. Aceste alte dimensiuni gravitația are o putere egală sau mai mare în raport cu alte forțe fundamentale, ceea ce explică slăbiciunea gravitației în trei dimensiuni spațiale noastre.
Dacă vreți să obțineți o explicație a gravitației, trebuie să mergeți mai adânc în teoria M sau în teoria membranelor. Membranele sau branele - sunt particule care pot rula în mai multe dimensiuni. De exemplu, 0-brana este o branza tip punct, care exista in dimensiuni zero ca un quark. 1-brane are o dimensiune - este un șir. 2-brane - o membrană bidimensională și așa mai departe. Brandele multidimensionale pot avea orice dimensiune, ceea ce duce la teoria că universul nostru este o mare brancă cu patru dimensiuni. Această brană - universul nostru - este doar o bucată de spațiu multidimensional.
În ceea ce privește gravitatea, branza noastră tridimensională pur și simplu nu o poate conține, astfel încât energia gravitației se evaporă în alte porții, într-un spațiu multidimensional; doar ne mulțumim cu ceea ce a mai rămas, deci gravitatea pare atât de slabă în comparație cu alte forțe.
Desigur, nu este greu să ne imaginăm că există multe branuri care se deplasează prin spațiu - branele infinite prin spațiul infinit. Acest lucru dă naștere teoriilor universului multivers și ciclic. Conform celor din urmă, universul se supune ciclurilor: se extinde din cauza energiei Big Bang-ului, apoi gravitatea trage totul într-un singur punct. Această constricție generează o nouă Explozie, și așa mai departe ad infinitum.
Bozonul Higgs sa născut din câmpul Higgs și a fost sugerat ca o explicație pentru motivul pentru care unele particule care ar trebui să aibă masa nu au de fapt. Câmpul Higgs - pe care nimeni nu l-a observat vreodată - trebuie să existe în tot universul și să ofere forța necesară particulelor pentru a dobândi masa. Bozonul Higgs trebuie să umple golurile uriașe din modelul standard, care este foarte popular și explică aproape tot (cu excepția gravitației, desigur).
Bozonul Higgs este important deoarece demonstrează existența câmpului Higgs și explică modul în care energia din câmpul Higgs se poate manifesta ca o masă. Este, de asemenea, important, deoarece creează un precedent. Înainte de descoperirea sa, era o teorie obișnuită. Avea un model matematic, proprietăți fizice, spin - totul. Era nevoie doar de o dovadă a existenței sale. Și am găsit-o.
Și dacă o putem face o dată, cine poate argumenta că oricare dintre aceste particule nu poate fi reală? Tahionii, strangelet, gravitonii - aceste particule se pot transforma complet imaginea noastră a lumii și să ne aducă mai aproape de o înțelegere a fundamentelor lumii în care trăim.
Articole similare
-
Câți, fără oprire, pot funcționa ventilatoarele interne care vor permite
-
15 consilii de auto-apărare care ar putea fi de folos pentru dumneavoastră
Trimiteți-le prietenilor: