Muistsed inimesed arvasid, et me koosneme neljast „elemendist” – veest, maast, tulest ja õhust; mida me nüüd teame, et need ei ole elemendid. Praegu on umbes 118 elementi. Kõik elemendid koosnevad aatomitest, mida kunagi peeti jagamatuteks. Kahekümnenda sajandi alguseks pärast JJ Thompsoni ja Rutherfordi avastusi oli teada, et aatomid koosnevad tuumadest (mis koosnevad prootonitest ja neutronitest) keskel ja elektronidest. orbiidil ümber. 1970. aastateks oli teada, et ka prootonid ja neutronid ei ole fundamentaalsed, vaid koosnevad "üles- ja alamkvarkidest", mistõttu "elektronid", "üles- ja alamkvargid" on kõige kolm kõige olulisemat koostisosa. aastal universum. Kvantfüüsika murranguliste arengutega saime teada, et osakesed on tegelikult tuletised, osakestele viitavate väljade energiakimbud või paketid ei ole põhilised. Põhiline on nende aluseks olev väli. Nüüd võime öelda, et kvantväljad on kõige olulisemad ehitusplokid universum (sealhulgas meiesugused arenenud bioloogilised süsteemid). Me kõik koosneme kvantväljadest. Osakeste omadused, nagu elektrilaeng ja mass, on väited selle kohta, kuidas nende väljad suhtlevad teiste väljadega. Näiteks omadus, mida me nimetame elektroni elektrilaenguks, on väide selle kohta, kuidas elektroniväli interakteerub elektromagnetväljaga. Ja. selle massi omadus on väide selle kohta, kuidas see suhtleb Higgsi väljaga.
Iidsetest aegadest peale on inimesed mõelnud, millest me koosneme? Mis on universum koosnevad? Mis on looduse põhilised ehituskivid? Ja millised on põhilised loodusseadused, mis reguleerivad kõike universum? Standardmudel teadus on teooria, mis vastab neile küsimustele. See on väidetavalt viimaste sajandite jooksul üles ehitatud edukas teadusteooria, üks teooria, mis selgitab enamikku maailma asjadest. universum.
Inimesed teadsid varakult, et me koosneme elementidest. Iga element koosneb omakorda aatomitest. Algselt arvati, et aatomid on jagamatud. 1897. aastal avastas JJ Thompson aga elektronid, kasutades elektronkiiretoru kaudu elektrilahendust. Varsti pärast seda, aastal 1908, tõestas tema järeltulija Rutherford oma kuulsa kuldfooliumikatsega, et aatomi keskel on pisike positiivselt laetud tuum, mille ümber tiirlevad negatiivselt laetud elektronid. orbiidid. Seejärel leiti, et tuumad koosnevad prootonitest ja neutronitest.
1970. aastatel avastati, et neutronid ja prootonid ei ole jagamatud, seega ei ole need fundamentaalsed, kuid iga prooton ja neutron koosneb kolmest väiksemast osakesest, mida nimetatakse kvarkideks ja mida on kahte tüüpi – “üles- ja “alla-kvarkid” (“ üles kvark" ja "alla kvark" on lihtsalt erinevad kvargid Terminid "üles" ja "alla" ei tähenda mingit seost suuna ega ajaga. Prootonid koosnevad kahest "üleskvargist" ja "alla kvargist", samas kui neutron koosneb kahest "alla kvargist" ja "üleskvargist". Seega on "elektronid", "üleskvargid" ja "alla kvargid" kolm kõige olulisemat osakest, mis on kõige ehitusplokid. universum. Kuid teaduse arenguga on ka see arusaam muutunud. Leitakse, et väljad on põhilised, mitte osakesed.
Osakesed ei ole põhilised. Põhiline on nende aluseks olev valdkond. Me kõik koosneme kvantväljadest.
Vastavalt praegusele arusaamale teadusest on kõik universum koosneb nähtamatutest abstraktsetest üksustest, mida nimetatakse "väljadeks", mis esindavad looduse põhilisi ehitusplokke. Väli on miski, mis on laiali laotatud universum ja võtab igas ruumipunktis kindla väärtuse, mis võib aja jooksul muutuda. See on nagu vedeliku lained, mis kõikuvad kogu kehas universumNäiteks magnet- ja elektriväljad on levinud üle universum. Kuigi me ei näe elektri- ega magnetvälju, on need reaalsed ja füüsilised, mida tõendab jõud, mida tunneme kahe magneti lähendamisel. Kvantmehaanika järgi arvatakse, et väljad on pidevad, erinevalt energiast, mis on alati jaotatud mõneks diskreetseks tükkiks.
Kvantväljateooria on idee ühendada kvantmehaanika väljadega. Selle järgi seotakse elektronvedelik (st selle vedeliku lainete lainetus) väikesteks energiakimpudeks. Neid energiakimpe nimetatakse elektronideks. Seega ei ole elektronid fundamentaalsed. Need on sama alusvälja lained. Samamoodi põhjustavad kahe kvargivälja lainetus „üleskvarke“ ja „alla kvarke“. Ja sama kehtib ka kõigi teiste osakeste kohta universum. Väljad on kõige aluseks. See, mida me arvame osakestena, on tegelikult väljade lained, mis on seotud väikesteks energiakimpudeks. Meie põhilised ehitusplokid universum on need vedelikutaolised ained, mida me nimetame väljadeks. Osakesed on vaid nende väljade tuletised. Puhtas vaakumis, kui osakesed on täielikult eemaldatud, on väljad endiselt olemas.
Kolm kõige põhilisemat kvantvälja looduses on "elektron", "üles kvark" ja "alla kvark". On olemas neljas neutriino, kuid need ei moodusta meid, vaid mängivad olulist rolli mujal maailmas universum. Neutriinod on kõikjal, nad voogavad kõikjalt kõike läbi ilma suhtlemata.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Aineväljad: Neli põhilist kvantvälja ja nendega seotud osakesed (st "elektron", "üleskvark", "alla kvark" ja "neutriino" moodustavad selle aluspõhja. universum. Teadmata põhjustel reprodutseerivad need neli põhiosakest end kaks korda rohkem. Elektronid reprodutseerivad "muooni" ja "tau" (mis on vastavalt 200 ja 3000 korda raskemad kui elektronid); üles kvarkid tekitavad “kummaline kvark” ja “põhjakvark”; udukvarkid tekitavad „võlukvarki” ja „tippkvarki”; neutriinod aga tekitavad "muonneutriino" ja "tau neutriino".
Seega on 12 välja, mis tekitavad osakesi, me nimetame neid aineväljad.
Allpool on nimekiri 12 aineväljast, mis moodustavad 12 osakest universum.
Jõuväljad: 12 ainevälja interakteeruvad üksteisega nelja erineva jõu kaudu – raskus, elektromagnetism, tugevad tuumajõud (töötavad ainult väikeses tuumas, hoiavad kvarke koos prootonites ja neutronites) ja nõrgad tuumajõud (töötavad ainult väikeses tuumas, vastutavad radioaktiivse lagunemise ja tuumasünteesi eest). Kõik need jõud on seotud väljaga – elektromagnetiline jõud on seotud väljaga gluooni väli, tugevate ja nõrkade tuumajõududega seotud väljad on W ja Z bosoniväli ja gravitatsiooniga seotud väli on aegruum ise.
Allpool on loetelu neljast jõuväljast, mis on seotud nelja jõuga.
| elektromagnetiline jõud | gluooni väli |
| Tugevad ja nõrgad tuumajõud | w & z bosoniväli |
| raskus | aegruum |
. universum on täidetud nende 16 väljaga (12 ainevälja pluss 4 välja, mis on seotud nelja jõuga). Need väljad suhtlevad omavahel harmooniliselt. Näiteks kui elektronväli (üks aineväljadest) hakkab lainetama üles ja alla (kuna seal on elektron), siis käivitab see ühe teistest väljadest, näiteks elektromagnetvälja, mis omakorda ka võnkuma ja lainetama. Seal on valgus, mis kiirgab, nii et see võngub veidi. Mingil hetkel hakkab see suhtlema kvargiväljaga, mis omakorda hakkab võnkuma ja lainetama. Lõplik pilt, milleni jõuame, on harmooniline tants kõigi nende väljade vahel, mis põimuvad üksteisega.
Higgsi väli
1960. aastatel ennustas Peter Higgs veel üht valdkonda. 1970. aastateks sai sellest meie arusaamise lahutamatu osa universum. Kuid kuni 2012. aastani, mil LHC CERN-i teadlased teatasid selle avastamisest, polnud eksperimentaalseid tõendeid (see tähendab, et kui paneme Higgsi välja lainetama, peaksime nägema seotud osakesi). Osake käitus täpselt nii, nagu mudel ennustas. Higgsi osakeste eluiga on väga lühike, umbes 10-22 sekundit.
See oli selle viimane ehitusplokk universum. See avastus oli oluline, sest see väli vastutab selle eest, mida me massis nimetame universum.
Osakeste omadused (nagu elektrilaeng ja mass) on väited selle kohta, kuidas nende väljad suhtlevad teiste väljadega.
See on süsteemis olevate väljade koostoime universum mis tekitavad meie poolt kogetud erinevate osakeste omadusi, nagu mass, laeng jne. Näiteks omadus, mida me nimetame elektroni elektrilaenguks, on väide selle kohta, kuidas elektroniväli interakteerub elektromagnetväljaga. Samamoodi on selle massi omadus väide selle kohta, kuidas see suhtleb Higgsi väljaga.
Higgsi välja mõistmine oli tõesti vajalik, et saaksime aru massi tähendusest universum. Higgsi valdkonna avastamine oli ühtlasi kinnitus standardmudelile, mis oli kasutusel alates 1970. aastatest.
Kvantväljad ja osakeste füüsika on dünaamilised uurimisvaldkonnad. Pärast Higgsi välja avastamist on toimunud mitmeid arenguid, mis on standardmudeliga seotud. Vastuste otsimine standardmudeli piirangutele jätkub.
***
Allikad:
Kuninglik institutsioon 2017. Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe – koos David Tongiga. Internetis saadaval aadressil https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
