Универсальные теории

Все силы в природе — это различные проявления единой силы.

В природе действуют четыре фундаментальные силы, и все физические явления происходят в результате взаимодействий между физическими объектами, которые обусловлены одной или несколькими из этих сил. Четыре вида взаимодействий в порядке убывания их силы это:

  • сильное взаимодействие, удерживающее кварки в составе адронов и нуклоны в составе атомного ядра;
  • электромагнитное взаимодействие между электрическими зарядами и магнитами;
  • слабое взаимодействие, которым обусловлены некоторые типы реакций радиоактивного распада; и
  • гравитационное взаимодействие.

В классической механике Ньютона любая сила — это всего лишь сила притяжения или отталкивания, вызывающая изменение характера движения физического тела. В современных квантовых теориях, однако, понятие силы (трактуемое теперь как взаимодействие между элементарными частицами) интерпретируется несколько иначе. Силовое взаимодействие теперь считается результатом обмена частицей-носителем взаимодействия между двумя взаимодействующими частицами. При таком подходе электромагнитное взаимодействие между, например, двумя электронами, обусловлено обменом фотоном между ними, и аналогичным образом обмен другими частицами-посредниками приводит к возникновению трех прочих видов взаимодействий. (Подробнее см. Стандартная модель.)

Более того, характер взаимодействия обусловлен физическими свойствами частиц-носителей. В частности, закон всемирного тяготения Ньютона и закон Кулона имеют одинаковую математическую формулировку именно потому, что в обоих случаях переносчиками взаимодействия являются частицы, лишенные массы покоя. Слабые взаимодействия проявляются лишь на исключительно малых расстояниях (по сути, лишь внутри атомного ядра), поскольку их носители — калибровочные бозоны — являются очень тяжелыми частицами. Сильные взаимодействия также проявляются лишь на микроскопических расстояниях, но по иной причине: здесь всё дело в «пленении кварков» внутри адронов и фермионов (см. Стандартная модель).

Оптимистичные ярлыки «универсальная теория», «теория всего сущего», «теория великого объединения», «окончательная теория» сегодня используются в отношении любой теории, пытающейся объединить все четыре взаимодействия, рассматривая их в качестве различных проявлений некоей единой и великой силы. Если бы это удалось, картина устройства мира упростилась бы до предела. Вся материя состояла бы лишь из кварков и лептонов (см. Стандартная модель), и между всеми этими частицами действовали бы силы единой природы. Уравнения, описывающие базовые взаимодействия между ними, были бы столь короткими и ясными, что уместились бы на почтовой открытке, описывая при этом, по сути, основу всех без исключения процессов, наблюдаемых во Вселенной. По словам нобелевского лауреата, американского физика-теоретика Стивена Вайнберга (Steven Weinberg, 1933–1996) «это была бы глубинная теория, от которой во все стороны стрелами расходилась интерференционная картина устройства мироздания, и более глубоких теоретических основ в дальнейшем не потребовалось бы». Как видно из сплошных сослагательных наклонений в цитате, такой теории до сих пор не существует. Нам остается лишь очертить примерные контуры процесса, который может привести к разработке столь всеобъемлющей теории.

Путь от четырех взаимодействий к одному весьма справедливо называют объединением. Чтобы понять, как оно происходит, представьте себе две пары фигуристов на открытом катке при температуре воздуха несколько ниже 0°С (точка замерзания воды). Одна пара обменивается ведром этилового спирта, который при такой температуре не замерзает и находится в жидком состоянии, а вторая — ведром превратившейся в лед воды. Может показаться, что между ними действуют две силы разной природы — одна передается путем обмена жидкостью, другая — путем обмена твердым телом. Но стоит температуре поднять выше нуля, как вода во втором ведре растает — и мы увидим, что на самом деле между фигуристами действовала одна и та же сила, ставшая следствием обмена жидкостью. Нам только казалось, что это были две разные силы.

Аналогичным образом все теории объединения исходят из того, что при достаточно высоких энергиях взаимодействия между частицами (когда они имеют скорость, близкую к предельной скорости света), «лед тает», грань между различными видами взаимодействий стирается, и все силы начинают действовать одинаково. При этом теории предсказывают, что происходит это не одновременно для всех четырех сил, а поэтапно, по мере увеличения энергий взаимодействия.

Самый нижний энергетический порог, при котором может произойти первое слияние сил разных типов, крайне высок, однако находится уже в пределах досягаемости самых современных ускорителей. Энергии частиц на ранней стадии Большого взрыва были крайне высоки (см. также Ранняя Вселенная). В первые 10–10 с они обеспечивали объединение слабых ядерных и электромагнитных сил в электрослабое взаимодействие. Лишь начиная с этого момента окончательно разделились все четыре известных нам силы. До этого момента существовали всего три фундаментальные силы: сильного, электрослабого и гравитационного взаимодействий.

Следующее объединение происходит при энергиях далеко за пределами достижимых в условиях земных лабораторий — они существовали во Вселенной в первые 10–35 c ее существования. Начиная с этих энергий электрослабое взаимодействие объединяется с сильным. Теории, описывающие процесс такого объединения, называются теориями большого объединения (ТБО). Проверить их на экспериментальных установках невозможно, но они хорошо прогнозируют течение целого ряда процессов, протекающих при более низких энергиях, и это служит косвенным подтверждением их истинности. Однако на уровне ТБО наши возможности в плане проверки универсальных теорий исчерпываются. Далее начинается область теорий суперобъединения (ТСО) или всеобщих теорий — и при одном упоминании о них в глазах у физиков-теоретиков загорается блеск. Непротиворечивая ТСО позволила бы объединить гравитацию с единым сильно-электрослабым взаимодействием, и строение Вселенной получило бы простейшее из возможных объяснений.

См. также:
Квантовая хромодинамика
Ранняя Вселенная
Инфляционная стадия расширения Вселенной

8
Показать комментарии (8)
Свернуть комментарии (8)

  • пароль  | 12.02.2006 | 19:51 Ответить
    Кому;Dr. Avramenko, Finland
    В физике не обойтись без эфира ! вся суть моих высказываний (идей) , состоит в том что во Вселенной существует минимальный предел для сжатия вещества в единице объема и гравитационная постоянная является этой ограничивающей величиной .Любой объем Вселенной' работает', как 'сжатая пружина ',а теория ,что Вселенную можно сжать в точку ,это бред!(извиняюсь за самоуверенность '-издержки профессии).Вселенная 'построена' из одного сорта(вида) частиц!!! а то что она состоит из частиц ,это понятно и :.,а все остальные открытые и неоткрытые частицы ,это всего лишь их бесчисленные комбинации. Выражение что ,поле-это особый вид материи,то же ерунда , так как вещество и поле ,это единое целое и отделить поле от вещества ,а вещество от поля, это бессмыслица ! 'Поле'(эфир- неделимые частицы ,частицы одного вида !!!!! )сжимаются и превращается в вещество , но сжатие сопровождается излучением и происходит обратный 'выброс', и вещество превращается в поле .Так что .вакуум это тоже фантазии!, его просто нет !и не может быть. А функция у= -1\х -всегда возрастающая .
    Ответить
  • пароль  | 12.02.2006 | 20:10 Ответить
    Dr. Avramenko, Finland
    Все во Вселенной состоит из неделимых частиц,но подчеркиваю(чтобы не понять,что вода водянистая),что из частиц только одного вида,которые конечно дальше не делятся.Но любая самая малая частица имеет размер!,так вот тогда будет иметь место миниманльное расстояния во Вселенной и соответственно при сближении на это расстояние ,энергия будет минимальной, а силы отталкивания разумеется мах.А Планковское время это так просто для примера ,такой плотности не существует реально ,это тоже фантазии.Реалльная критическая плотность согласно тех формул =10 в одинадцатоя степень кг/м3,после этого вещество в единице объема распадается (взрыв -отталкивание..все равно ),сжатие вещества не беспредельно существует предел,этим пределом минимумом энергии и мах плотности в единице объема и является гравитационная постоянная,которая "ограничивает " беспредельное сжатие.
    Ответить
    • Agetsly > пароль | 01.10.2008 | 19:01 Ответить
      Прошу воспринимать меня сдержанно. Я не профессиональный физик, а думаю над этими вопросами по призванию. Считаю, что все высказавшиеся здесь отчасти правы - в каждом рассуждении есть здравое зерно. Олнако воз и ныне там потому, что никто не может серьезно отказаться от привычных представлений. Во-первых, потенциальной энергии тела нет как таковой. Легко представить себе эксперимент, при котором скачки потенциальной энергии, сообщенной телу не сопровождаются эффектами сохранения ее. Во-вторых - неизвестно, делимы частицы далее, или нет, в третьих - я считаю, что кварки, гравитоны и др. могут быть лишь свидетелями, маркерами процессов взаимодействия, а не его "исполнителями". Какого процесса? Это вопрос не минутного обсуждения. Есть, вероятно, третий "свидетель" одного взаимодействия. (Господь Бог в расчет не взят :)). Его понимание может открыть необъятное пространство для творчества!. В противном случае дверь захлопнута надолго.
      Ответить
      • nookosmizm > Agetsly | 18.08.2009 | 08:53 Ответить
        Вся материя, в том числе и частицы, состоят из свободной энергии космоса (СЭК). То есть вся материя делима на атомы, которые в свою очередь состоят из СЭК. В частности свет является видимой СЭК. СЭК - это электромагнитные колебания, которые не имеют магнитной составляющей (она равна Нулю), а следовательно не имеет массы и веса, следовательно не имеет потенциальной и кинетической энергии.
        Взаимодействие материи происходит из-за магнитной составляющей каждого ее атома. Всё довольно просто как и всё гениальное. А природа и космос - это гениальная простота. Только ученые всё запутали.
        Ответить
  • nookosmizm  | 18.08.2009 | 08:13 Ответить
    Из чего всё состоит или Что первично во Вселенной
    Каскад новейших научных открытий нобелевских лауреатов Пола Дэвиса, Дэвида Бома и Ильи Пригожина показал, что, углубляясь в материю, сталкиваешься с фактами полного ее исчезновения. Швейцарские ученые из Европейского центра ядерных исследований (CERN) пошли еще дальше: им удалось смоделировать "момент творения" материи из нематериального мира. Специалисты экспериментально доказали, что порция (квант) виртуальных волн при определенных условиях образует некие частицы, а при другом взаимодействии этих же волн частицы полностью исчезают. То есть материя формируется в виде квантов энергии и состоит из энергии, которая и проявляется в виде спектра энергии, излучаемого материей, а не наоборот - энергия не может состоять из материи, так как меньшее не может состоять из большего.
    Волновая теория материи была создана очень давно. В те времена казалось необычным представление частиц в виде возбужденных состояний поля и волновая теория критиковалась за то, что сегодня становится очевидным. Свойства элементарных частиц, обнаруженные за прошедшее время, совпали с предсказаниями волновой теории. Если взять А. Эйнштейна (Собрание научных трудов. М.:Наука. 1966. Т.2. С.154.) '... согласно последовательной теории поля весомую материю или составляющие ее элементарные частицы также следовало бы рассматривать как особого рода "поля". Таким образом, теперь мы фактически вынуждены различать "материю" и "поля", хотя и можем надеяться на то, что грядущие поколения преодолеют это дуалистическое представление и заменят его единым понятием, как это тщетно пыталась сделать теория поля наших дней.'
    Сама постановка вопроса о происхождении Вселенной некорректна, так как Вселенная существует изначально. Как изначально существует энергия, материя. Поэтому также некорректно выяснять, что первично - сознание или материя, так как сознание есть атрибут живой материи. Вопрос о первичности состоит в следующем - из чего состоит вселенная, космос, материя, атомы и клетки и само сознание. Чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо определится с терминами и понятиями.
    1. Вселенная - это неограниченное в пространстве и времени существование энергии космоса в виде свободной энергии космоса¸ элементарных частиц космоса, материализованных объектов в виде звезд, планет.
    2. Пространство Вселенной - это ничем не ограниченное пространство, так как любой безграничный объем, безграничное пространство должны находится в другом, более безграничном пространстве.
    3. Время существования или возникновения Вселенной - это не имеющий начального момента процесс существования вселенной.
    4. Энергия космоса (свободная энергия - в дальнейшем 'энергия') - согласно закона о сохранении энергии она не исчезает и не возникает из ничего. А переходит из одного состояния в другое. Материя - один из видов существования энергии космоса. То есть материя - это материализованная энергия космоса.
    5. Энергия космоса в свободном нематериализованном состоянии не имеет веса и массы, дуальна, скорость распространения ее равна скорости света - свет является видимой энергией космоса.
    6. Дуальность энергии заключается в то, что она состоит из несущей энергии и информационной энергии. Энергия несущей волны имеет изменяющийся разнонаправленный магнитный вектор, в результате чего происходит компенсация общей магнитной составляющей. Что является причиной отсутствия энергии притяжения - веса. На несущей частоте находятся импульсы информации, в том числе и программы формирования материи.
    7. Материя, в том числе и элементарные частицы, сформированные из квантов движущейся в замкнутом пространстве энергии космоса, приобретают магнитную ось, получая энергию притяжения, следовательно, вес и массу, то есть обладает кинетической и потенциальной энергиями, в том числе материя также может иметь энергию покоя. Формула Е=МС2 относится лишь к материи.
    8. Формирование атомов и клеток материи из энергии космоса происходит по программам космоса, записанным на энергии, из которой и формируется данный элемент (атом, клетка) материи. При этом каждому атому одного и того же элемента таблицы Менделеева соответствует энергия определенной длины волны (частоты) и единая программа формирования данного элемента. Это свидетельствует о дискретности энергии. Формирование бесчисленного количества элементов с одинаковыми свойствами невозможно без единой программы их формирования.
    9. Формирование планет, звезд и иных космических объектов вселенной происходит индивидуально по законам гравитации из распространяющихся в космосе материальных объектов после взрывов сверхмощных звезд. Поэтому планеты и иные космические объекты имею индивидуальные составы материи, в результате чего каждый космический объект имеет свой индивидуальный спектр излучения, являющийся суммарным излучением всех атомов и молекул данного объекта. В частности индивидуальность излучения каждого объекта известны под названием 'Знаки Зодиака'.
    10. Изменение климата на Земле, предсказываемое многими, происходит потому, что по мере продвижения нашей Солнечной системы в космосе мы постепенно входим в энергоинформационное поле Созвездия Водолея. Так как Земля имеет магнитную ось, то в результате ее переориентации на магнитное поле этого созвездия магнитная, а, следовательно, и ось вращения Земли изменяет наклон по отношению к нашему Солнцу. Это и приведет к изменению климата на всей планете.
    11. Взрывы сверхмощных звезд происходят во вселенной регулярно в различных ее частях, и эти взрывы являются изначальными для данной части вселенной. Никакого изначального взрыва для всей вселенной не существовало.
    12. Жизнь на Земле возникла в результате возникновения необходимых и достаточных условий и развивалась в соответствии с теорией развития видов Дарвина на основании соответствующих программ космоса. Сами программы космоса по созданию атомов, живых клеток и их дальнейшего роста и размножения формируются также в результате эволюционного процесса - неработающие программы отмирают, а работающие продолжают свое развитие и свою деятельность по принципу обратной связи.
    13. Сознание - это способность осознавать, выбирать, присущая некоему материальному живому объекту. Вместе с этим в связи с переходом в новую энергоинформационную систему Водолея будет меняться информационное воздействие на сознание человечества, что приведет к формированию нового мировоззрения.
    Более подробно см. http://nookosmizm.ya.ru/?ncrnd=575
    Ответить
    • vlad9486 > nookosmizm | 10.01.2010 | 01:00 Ответить
      1. Из ОТО следует, что Вселенная ограниченная в пространстве и времени.
      2. "любой безграничный объем, безграничное пространство должны находится в другом, более безграничном пространстве" это не правда, почитай сферическую геометрию Римана.
      3. Согласен.
      4. Согласен.
      5. Свет - это електро-магнитная волна. Энергия не может распространятся, энергия - это (количество движения), говоря народным язиком.
      6. Энергия не может иметь на какого магнитного вектора, это совершенно разние понятия. Вес - это не энергия притяжения, это сила действия на опору. Программы формирования материи не существует.
      7. Не поддается критике. Куча елементарних ошибок. Складивается впечатление, что писавший не знает даже школьний курс физмки.
      8. На энергии ничиго не может бить записанным. Формирование бесчисленного количества элементов с одинаковыми свойствами возможно без программы. Читай Физику и химию.
      9. Планети, звезд и иные космические объекты - это "застывшие" квантовие флуктуации. Читай А. Д. Линде, "Многоликая Вселенная" на етом сайте. "Знаки Зодиака" придумали древние люди, которие ничиго ни знали о индивидуальних излучениях космических объектов.
      10. Энергоинформационного поля не существует. Полей только четире: гравитационное, електро-магнитное, сильное, слабое.
      11. Для этой вселенной взрыв существовал Читай упомянутую статью.
      12. Жизнь на Земле возникла в результате возникновения только достаточных условий. Програм космоса не существует. Нет доказательств. В результате введения этого понятия возникает больше вопросов, чем ответов.
      13. Сознание - это отражение действительности в мозгу. Мировоззрения - это союз знания и установок. Читай психологию.
      PS извини за возможние граматические ошибки, я еще плохо знаю русский.
      Ответить
  • ela-yalta  | 28.01.2010 | 23:57 Ответить
    В статье про объединение читаем следующее:
    Вся материя состояла бы лишь из кварков и лептонов... Уравнения, описывающие базовые взаимодействия между ними, были бы столь короткими и ясными, что уместились бы на почтовой открытке, описывая при этом, по сути, основу всех без исключения процессов, наблюдаемых во Вселенной.

    Вопрос: а что собственно мешает теоретической физике построить внутренне непротиворечивую теорию объединения уже сейчас, если прогнозируемое ее содержание так просто. Иными словами строим простую теорию, объединения, которая не противоречит наблюдаемым явлениям и начинаем выводить из нее следствия, проверяя их опытами, по мере появления технических возможностей для постановки экспериментов.
    Ответить
    • vlad9486 > ela-yalta | 07.03.2010 | 10:38 Ответить
      квантовая механика и теория относительности (обшая) не объединяются.
      Ответить
Написать комментарий

1948
1961
1968
XXI в. ?
Универсальные теории
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»