Теория относительности
Экспериментальные доказательства общей теории относительности
Эксперименты, подтвердившие ОТО Объяснение перцессии орбиты Меркурия Предсказание искривления луча света в гравитационном поле Солнца Изменение частоты света при его распространении в гравитационном поле Замедление времени в гравитационном поле Поведение элементарных частиц в современных ускорителях
Экспериментальная проверка ОТО В 1859 г. была открыта перцессия орбиты Меркурия Она не объяснялась из теории Ньютона. Предполагали влияние каких-то неизвестных тел.
Первое применение ОТО показало, что орбита Меркурия должна отклоняться именно на такую величину
Экспериментальная проверка ОТО предсказывала, что в поле тяготения луч света тоже будет двигаться не по прямой, а по кривой
Экспериментальная проверка ОТО Искривление лучей света в гравитационном поле
Это предсказание ОТО было проверенно экспериментально английским астрофизиком А. Эддингтоном 29 мая 1919 году во время солнечного затмения. 7 ноября 1919 г. заголовок «Таймс» Революция в науке! Новая теория мироздания! Идеи Ньютона низвергнуты!
Экспериментальная проверка ОТО Искривление лучей света в гравитационном поле Гравитационное линзирование
Экспериментальная проверка ОТО Гравитационное линзирование
Гравитационное линзирование Белые – Оранжевые – ОДНА галактика, удаленная на 11 млрд св. лет 3 галактики, удаленные на 7 млрд св. лет
Экспериментальная проверка ОТО Изменение частоты света в гравитационном поле (красное смещение) Фотоны теряют часть энергии на преодоление гравитации Меньше энергия – меньше частота и больше длина волны
Изменение частоты света в гравитационном поле (красное смещение) Экспериментально подтверждено в 1960 г. Р. Паундом и Г. Ребке Гамма лучи направлялись вверх и вниз в башне Гарвардской лаборатории
Экспериментальная проверка ОТО Замедление хода часов в гравитационном поле Очень точные атомные часы были помещены на самолет, который непрерывно летал в течение 14 ч. Окончательная разница в ходе часов была 45 нс, что подтверждало ОТО с точностью до 1%.
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ Предсказания ОТО
Светящееся небесное тело, обладающее плотностью, равной плотности Земли, и диаметром, в двести пятьдесят раз превосходящим диаметр Солнца, из-за силы своего притяжения не даст своему свету достигнуть нас. Таким образом, возможно, что самые большие светящиеся тела во Вселенной именно по причине своей величины остаются невидимыми. Пьер Симон Лаплас. Изложение системы мира. 1796
Вторая космическая скорость Минимальная скорость, с которой должно двигаться тело, чтобы оторваться от поверхности планеты и улететь в пространство на бесконечность
Горизонт событий – сфера радиуса Шварцшильда r = rg. Ничто, даже свет, не может выйти вовне из этой сферы. Черная дыра – тело, радиус которого меньше радиуса Шварцшильда, т. е. поверхность находится за горизонтом событий. Сингулярность – точка в пр-ве-времени, через которую невозможно гладко продолжить входящую в неё геодезическую линию. Такими свойствами обладает центр черной дыры. Перестают выполняться физические законы.
Фотонная сфера Горизонт событий Свет движется по круговой орбите 1. 5 rg rg r = 0 Сингулярность
Горизонт событий rg r = 0 Сингулярность Пенроуз: космическая цензура – нет «голой сингулярности» , она отделена от нас горизонтом событий
У черной дыры нет волос внешние характеристики: Масса Заряд Спин (момента импульса)
Steven Hawking Черная дыра Излучает Испаряется Краткая история времени: от Большого Взрыва до черных дыр
Почему излучает черная дыра? Рождение пары виртуальных частиц из вакуума в силу квантовых флуктуаций Излучает не сама черная дыра, а области пространства возле нее
Если античастица падает за горизонт событий, то частица перестает быть виртуальной и уходит в другую сторону
Испарение черной дыры ct Частица, падающая в дыру, имеет отрицательную энергию – поэтому масса дыры уменьшается
Протон Масса: 1031 кг Радиус: 20 км Время испарения: 1067 лет Низкая t˚ Масса: 10– 23 кг Радиус: 10– 19 м Высокая t˚ Время испарения: 10– 26 сек
1. Откуда следует, что А. что скорость света – конечна, Б. что с – постоянна во всех инерциальных СО, В. что с – максимальная скорость движения физических объектов и информации. 2. Что можно сказать о теле, движущемся со скоростью с ? 3. Какой принцип положен в основу общей теории относительности? Является он чисто теоретическим или следует из экспериментов?
Квантовая механика и строение атома
За что Эйнштейн получил Нобелевскую премию в 1921 г. ?
Фундаментальные физические теории Механика Электродинамика Теория относительности высокие скорости и гравитация Квантовая механика физика микромира
В основании квантовой механики лежит несколько новых принципов Принцип квантования энергии Планка Принцип дополнительности (корпускулярно-волновой дуализм) де Бройля и Бора Принцип неопределенности Гейзенберга
Философские следствия квантовой механики Эйнштейн ввел в теорию наблюдателя. В результате пришлось отказаться от абсолютности и независимости пространства и времени Квантовая механика вводит и воздействие наблюдателя на объект: в результате наблюдения объект меняется. Итогом стал отказ от причинности в форме детерминизма и переход к вероятностной модели мира.
Было время, когда газеты сообщали, что только двенадцать человек понимают теорию относительности. Я не верю, что такое время когда-либо было. С другой стороны, я думаю, что могу совершенно спокойно сказать, что квантовую механику не понимает никто Ричард Фейнман
Новые теории возникают, когда есть противоречия Между двумя старыми теориями Между теорией и экспериментами
Кризис физики на рубеже веков 19 – 20 Противоречие между предсказанием электромагнетизма в задаче об излучении тел и здравым смыслом вкупе с экспериментальными данными
С чего все началось Задача об излучении тел Была важна для исследования звезд
Тепловое излучение – это электромагнитное излучение испускаемое телами за счет своей внутренней энергии. Возникает за счет столкновений молекул при движении пропорционально температуре
Формула Вина Совпадение на коротких волнах И н т е н с и в н о с т ь и з л у ч е н и я Ультрафиолетовая катастрофа Е = ∞ Формула Релея. Джинса Совпадение на длинных волнах Длина волны (мкм)
Разрешенные волны: укладываются по длине печки целое число раз Выводы термодинамики: На каждую из разрешенных волн приходится некоторое количество энергии, зависящее от Т˚. Разрешенных волн бесконечное число. Суммарная Е = ∞
Макс Планк 1858 – 1947 1900
Существует минимальная порция энергии для каждой длины волны Чем больше энергия волны, тем больше эта порция Квант энергии большой Если энергия, которая должна излучаться на данной длине, окажется меньше этой порции, то излучение волн такой длины невозможно Квант энергии маленький
Постоянная Планка Частота Видимый свет Квант энергии ~1014 с– 1 ~10– 18 Дж Можно поднять на 1 сантиметр массу в 10– 13 грамма (1011 нейтронов) γ-лучи – энергия кванта в миллион раз больше
Определение Квантованными называются физические величины, которые могут принимать лишь определенные дискретные значения
Это подобно тому, как если бы природа разрешала либо пить целый литр пива, либо не пить совсем, не допуская никаких промежуточных доз Георгий Гамов Почему это так, никто не знал
Дискретность в истории физики Дискретность вещества – атомистика Демокрита 5 в. до н. э. Дискретность света 1 – Ньютон Дискретность электрического заряда – Томсон 17 в. конец 19 в. Дискретность энергии – Планк 1900 Дискретность света 2 – Эйнштейн 1905
Дискретность электрического заряда – открытие электрона 1870 -80 -е годы Дж. Стони и Г. Гельмгольц высказывают идею об «атомах электричества» . Термин электрон 1897 Джозеф Томсон в Кавендишской лаборатории (основана Максвеллом) открывает минимальный электрический заряд и его носителя – электрон
Джозеф Джон Томсон
Катод Вакуумная трубка – Анод + Поток электронов
Выводы Томсона 1. Атомы делимы, так как из них могут быть вырваны отрицательно заряженные частицы под действием электрических сил, удара быстро движущихся частиц, УФ лучей или тепла.
Выводы Томсона 2. Эти эти частицы все одинаковой массы, несут одинаковый заряд отрицательного электричества, от какого бы рода атомов они ни происходили, и являются компонентами всех атомов. 3. Масса этих частиц меньше, чем одна тысячная массы атома водорода. «Я вначале назвал эти частицы корпускулами, но они теперь называются более подходящим именем «электрон» . Дж. Томсон, 1897
Заряд электрона е = 1. 6· 10 -19 Кл. Любой другой заряд равен целому числу элементарных зарядов e. q = ± ne Таким образом, заряд дискретен Примечание. Дробный электрический заряд (⅓, ⅔) приписывают кваркам – элементарным частицам, тройки которых образуют протоны и нейтроны
Дискретные свойства электромагнитных волн – открытие фотона 1905 Эйнштейн свет ē металл Фотоэффект – выбивание электронов из металла светом
Увеличиваем яркость свет Увеличиваем частоту света Уменьшаем частоту света ↑ число ē, но не их скорость ē ↑ скорость ē металл ē перестают вылетать совсем Вывод: энергию вылетевших ē определяет не полная энергия облучения, а его цвет
Вывод Эйнштейна Энергия не только излучается, но и поглощается квантами Корпускулярная модель света Свет состоит из частиц – фотонов Уравнение фотоэффекта: Энергия фотона с частотой ν Энергия выхода ē из металла
Нобелевскую премию в 1921 Эйнштейн получил именно за фотоэффект!
Модели период от Переходныйстроения атома классической физики к квантовой
Открытие радиоактивности 1896 Антуан Беккерель 1898 уран Пьер и Мария Кюри
Радиоактивный распад – это распад ядер атомов с превращением их в другие элементы -частицы – ядра гелия 2 p + 2 n -частицы – электроны -лучи – коротковолновое электромагнитное излучение <10– 10 м
Модель атома Томсона 1903 «Пудинг с изюмом» 10– 10 м = 1 Å
1911 Модель атома Резерфорда По модели Томсона (+) заряд на весь атом По модели Резерфорда (+) заряд в центре
Модель атома Резерфорда 99. 99% массы атома – в ядре ρ ≈ 1015 г/см 3 Атом 10– 10 м Ядро 10– 15 м
Проблема с атомом Резерфорда Электроны движутся с ускорением должны излучать энергию когда она кончится, упадут на ядро
Модель атома Бора 1913 квантовый принцип разрешенных орбит Нильс Бор 1885 – 1962 Институт теоретической физики Бора при Копенгагенском университете
Постулаты Бора 1. В атоме существуют стационарные состояния, не меняющиеся без внешних воздействий. В них атом не излучает энергию. Энергии стационарных состояний образуют дискретный спектр Е 1, Е 2, Е 3 … Противоречие с классической механикой. Е может быть любой
Постулаты Бора 2. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое им испускается или поглощается один квант энергии. Энергия этого кванта равна разности энергий стационарных состояний: Противоречие с электродинамикой. Частота волны должна определяться характером движения заряда
Испускание кванта света Поглощение кванта света
Атом Бора и спектры излучения т ле о и ь Ул аф р т вет ый с Видим n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 Инф рак рас ный
Планетарная модель атома Бора
Устойчивость атомов – это макроскопический эффект квантовой механики
Недостатки теории Бора По понедельникам, средам и пятницам она применяла классические законы, а по вторникам и четвергам – квантовые Г. Брэгг Непоследовательность: Квантовый принцип противоречил классической механике. Но для расчета орбит использовалась именно она. Электродинамика считалась неприменимой (нет излучения)
Недостатки теории Бора Квантовый принцип не получил физического объяснения – он «просто работал и все» Теория была «полуклассической» и «полуквантовой» Переходный этап от классики к квантовой механике
Принципы квантовой механики 1. Квантования энергии Планка 2. Дополнительности (корпускулярно-волновой дуализм) де Бройля и Бора 3. Неопределенности Гейзенберга
Энергия испускается и поглощается порциями (принцип квантования) Электромагнитная волна обладает дискретными свойствами и ведет себя, как частица – фотон
Второй принцип квантовой механики: Корпускулярно-волновой дуализм (принцип дополнительности)
1923 Луи-де. Бройль
Корпускулярно-волновой дуализм Не только фотоны, но любые тела являются одновременно частицей и волной Распространение свойств волны на тела, обладающие массой
Как зависит длина волны от импульса При v << c Бегущий человек Длина волны На порядок меньше планковской длины – наименьшей, которую можно теоретически измерить.
Гипотеза де Бройля объясняла, почему орбиты электронов в атоме квантованы. Должно укладываться целое число длин волн.
Как может быть электрон (и фотон, и любой другой объект) одновременно и частицей, и волной?
Нильс Бор Принцип дополнительности
Принцип дополнительности Бора Волновое и корпускулярное описание квантового объекта не исключают и не заменяют, а взаимно дополняют друга Это связано с тем, что мы вынуждены описывать в классических понятиях объекты, к которым эти понятия неприменимы
Принцип дополнительности в общей формулировке Многие явления природы не могут быть определены однозначно с помощью слов нашего языка и требуют для своего определения, по крайней мере, двух взаимоисключающих дополнительных понятий
Принцип соответствия Всякая неклассическая теория в соответствующем предельном случае переходит в классическую
Принцип соответствия Квантовая механика переходит в классическую при больших значениях квантовых чисел Здесь начинается «накладывание» орбит друг на друга (прницип неопределенности)
Доказательство волновых свойств частиц, имеющих массу Дифракция электронов К. Девиссон и Л. Джермер, 1927
Дифракция – изменение структуры любой волны при огибании препятствий. Если за препятствием установить датчик (экран), то на нем появится картинка, отражающая интенсивность попадающих волн. Ее называют картиной интерференции – результата взаимодействия всех волн приходящих на экран.
Поведение частиц Экран Источник пуль Пули
Поведение волн
Поведение волн и … электронов Интерференционные полосы на экране
длительная экспозиция короткая экспозиция Картина дифракции электронов. В случае (b) видны точки попадания отдельных электронов (частицы!) на фотопластинку. Такая картина получается даже если поток электронов так слаб, что одновременно через перегородку проходит только одна частица.
Электроны ведут себя как пули Измерительный прибор (источник света) Наличие прибора влияет на результат опыта! Интерференция исчезает
Но если в этом опыте уменьшить энергию фотонов? Чтобы они не сбивали электрон с траектории? Тогда длина волны станет очень большой. А точность определения координаты – не более, чем длина волны Чем меньше энергия волны Тем больше длина
1927 Вернер Гейзенберг Соотношение неопределенностей
Соотношение неопределенностей При любых измерениях любыми сверхточными приборами невозможно одновременно точно определить координату и скорость частицы. Чем точнее вы измеряете координату – тем больше будет погрешность в скорости и наоборот: Δx – погрешность в измерении координаты Δp – погрешность в измерении импульса
Соотношение неопределенностей Аналогично для энергии частицы и времени ее измерения Невозможно сказать, что частица имеет такую-то энергию в такой-то точный момент времени
Классический мяч Квантовый мяч Туннельны й эффект
Квантовый объект – это объект, который не встречается в классической физике В макромире он проявляет себя либо частицей, либо волной, однако теряя при этом часть свойств квантового объекта. Поэтому классические понятия в применении к квантовому объекту теряют свой смысл, но используются за неимением других, а также потому, что квантовый объект является нам всегда в такой ситуации, когда эти понятия имеют (приблизительно) привычный смысл.
Нильс Бор в Нобелевской лекции: Квантовые объекты не помнят свою историю Все в атоме определяется лишь числом электронов и зарядом ядра. Сравните с планетными системами – они все разные. А атом водорода или железа здесь и на другом конце Вселенной – один и тот же
Между 1925– 27 было создано три варианта квантовой механики Вернер Гейзенберг Werner Heisenberg Матричная механика Эрвин Шрёдингер Поль Дирак Erwin Schroedinger Paul Dirac Волновая механика Квантовая алгебра Оказались математически эквивалентны !
Эрвин Шрёдингер 1928 Нерелятивистская квантовая механика
Строение атома Современная квантовая модель
Квантовая механика дала теоретическое обоснование таблицы Менделеева – почему она именно такая
He - + N N + 2 Номер элемента 4 Масса элемента Число протонов и нейтронов Число электронов = числу протонов
Если бы протоны и нейтроны были Ø 10 см, то электрон – 0, 1 мм, а атом – 10 км
Спектры излучения атомов – это переходы между энергетическими уровнями т ле ио аф тр ль У n=2 n=3 n=4 n=5 Спектр водорода n=1 све имый ид В Инф рак рас т ный
Линейные спектры – у раскаленных газов (атомы не взаимодействуют друг с другом) Гелий Ртуть Азот
Квантовые числа Состояние электрона в атоме полностью задается 4 квантовыми числами Квантовые числа – это собственные значения операторов энергии и импульса электрона
n – главное квантовое число Физический смысл: Собственные значения гамильтониана (оператора энергии) Размер орбиты
n – главное квантовое число n = 1, 2, 3 … 7 Теоретически может принимать целые значения до ∞ В реальности же при n > 7 электроны уже не удерживаются возле ядра
В периодической системе n определяет период
l – орбитальное квантовое число l = 0, 1, … n– 1 Физический смысл: Собственные значения оператора момента импульса, энергетические подуровни Форма орбитали s p d f
m – магнитное квантовое число m = –l, … 0, … +l Физический смысл: Магнитный момент, ориентация орбиталей в пространстве px py pz
s – спин Физический смысл: Магнитный момент, «вращение» электрона относительно собственной оси Вольфганг Паули
s – спин К изумлению Паули, открывшего это число, спин оказался дробным
Спин = 1 / число оборотов, чтобы частица вернулась в прежнее состояние Электрон надо повернуть дважды!
Классификация частиц по спину 1 оборот ½ оборота 2 оборота мезоны Спин = 0 Спин = 1 Спин = 2 Спин = ½ Бозоны целый спин Фермионы Взаимодействие (кванты полей) Вещество
Возможные значения квантовых чисел Название Символ Возможные значения Главное квантовое число n 1, 2, 3, 4, . . . Орбитальное квантовое число ℓ 0, 1, 2, . . . (n-1) Магнитное квантовое число m -ℓ, . . . -1, 0, +1, . . . +ℓ Спиновое квантовое число S
Принцип запрета Паули В атоме или молекуле два электрона никогда НЕ находятся в одном и том же квантовом состоянии. у каждого электрона свой набор квантовых чисел
Принцип минимума энергии В первую очередь электроны занимают орбитали, имеющие наименьшую энергию
Элементарные частицы
История открытия 1897 – е, электрон, Томпсон 1919 – р, протон, Резерфорд 1932 – n, нейтрон, Джеймс Чедвик 1936 – μ, мюон – первая частица, не встречающаяся в атомах, «тяжелый электрон» (~200 me), Карл Андерсон На сегодня известно более 400
Характеристики элементарной частицы: масса заряд спин стабильность Стабильны всего 4 частицы – электрон, протон, нейтрино, фотон Нейтрон вне ядра распадается за 12 мин.
1960 -е – протоны и нейтроны имеют внутреннюю структуру – кварки Элементарные частицы Фундаментальные Не имеют внутренней структуры Составные Адроны Состоят из фундаментальных, но разделить их на части невозможно
Фундаментальные частицы 3 семейства (поколения) В каждом поколении – Два кварка u Электрон (или его аналог) Нейтрино (или его аналог) d – 1 0
Квантовая хромодинамика Сильное взаимодействие Удерживает кварки вместе Переносчик – глюон (8 типов)
Квантовая хромодинамика ◦ Каждый кварк имеет один из трех цветов красный синий зеленый ◦ Антикварки имеют анти-цвета анти-красный анти-синий анти-зеленый
Частицы из 3 кварков – протон, нейтрон Стабильны только бесцветные комбинации Синий + зеленый + красный = белый Нейтрон Протон u u d u 1 барион = 3 кварка d d qqq
Частицы из 2 кварков – мезоны Переносят сильное взаимодействие между протонами и нейтронами qq 1 мезон = 1 кварк + 1 антикварк π– d синий π+ мезон u антисиний u зеленый мезон d антизеленый Синий + антисиний = белый
3 поколения кварков I II u up – верхний d down – нижний III c charm – очарованный s strange – странный t truth (top) истинный b beauty (bottom) прелестный
Вопросы, на которые пока нет от Почему ровно три цвета? Почему ровно три поколения кварков? Случайно ли совпадение числа цветов и числа поколений? Случайно ли совпадение этого числа с размерностью пространства в нашем мире? Из чего состоят кварки?
Два кварка Нейтрино 0 Электрон Мюон – 1 Тау
Семейство 1 Семейство 2 Семейство 3 Частица Масса Частиц Масс а а а Электро 0, 00054 Мюон 0, 11 Тау 1, 9 н <0, 033 Электро < 10– 8 Мюонно <0, 0003 Таун-ное е нейтрин но о о и-кварк 0, 0047 с-кварк 1, 6 t-кварк 189, 0 d-кварк 0, 0074 s-кварк 0, 16 b-кварк Фундаментальные частицы и их массы в массах протона. 5, 2
I II III
Взаимопревращения частиц
Поль Дирак – предсказание античастиц Античастица – те же масса и спин, Отличается знаками характеристик взаимодействия (электрический и цветовой заряд). e– +mc 2 0 Для каждой частицы – 1 анти Анти-электрон = позитрон Открыт Андерсоном в 1932 - mc 2 e+
Е > 2 mc 2 e– e– +mc 2 0 0 - mc 2 e+ Рождение пары частица-античастица e+ Аннигиляция пары частица-античастица
Аннигиляция частиц и рождение частиц с массой из безмассовых квантов поля означали взаимопревращение вещества и энергии, их эквивалентность
Фундаментальные взаимодействия и квантовая теория поля
Развитие физических теорий в 20 веке электромагнетизм Галилеевский принцип относительности термодинамика Теория гравитации Ньютона Специальная теория относительности Общая теория относительности Квантовая механика Квантовая теория поля
Квантовая механика СТО НЕрелятивистская Движение частиц – дискретность Эл-магн. поле – непрерывность (ур-я Максвелла) Не описывает превращения частиц 30 - 40 -е годы Квантовая теория поля релятивистская дискретность поля (любого) Поле – это тоже частицы – переносчики взаимодействия
Новые взаимодействия, открытые в 20 в. Что удерживает протоны в ядре? Сильное В 100 раз сильнее эл-магнитного Но с очень малым радиусом действия – диаметр ядра
Новые взаимодействия, открытые в 20 в. Слабое Если бы его не было, то очень много частиц были бы стабильны В 104 раз слабее эл-магнитного Радиус – в тысячу раз меньше чем у сильного
Бэта-распад Нейтрон Протон u d d u W Электрон e Анти-электронное нейтрино ne
Фундаментальные взаимодействия Между какими Сила для Е~1 Гэ. В частицами Сильное Кварки, нуклоны 1 Электромагнитное Имеющие заряд 10– 2 Слабое Гравитация уменьшение силы Все 10– 6 Все 10– 39 Кванты поля глюон 0 фотон 0 бозоны 86, 97 g γ W+ W– Z Гравитон G 0
Радиус действия Сильно е До 10 -15 м (Ø ядра) Электро магнит ное Не ограничен Слабое ~10 -18 м (0. 1% Ø протона) Гравита ционно Не ограничен Время протекан ия*) Где Связь нуклонов в ~10 -23 с ядре и кварков в нуклонах Между ~ 10 -20 с. любыми зарядами ~ 10 -10 с β-распад Не ограниче Между любыми
1967 Абдус Салам Шелдон Глэшоу Стивен Вайнберг Теория единого электрослабого взаимодействия
Как возможно объединение взаимодействий и их теорий? Энергия X, Y бозоны? 1015 Гэ. В глюон 102 Гэ. В W+ бозоны W– Z фотон Eсвязи ē ≈10– 8 Гэ. В глюон Eсвязи ядер ≈10– 2 Гэ. В
Гравитация Сильное Е = 100 Гэ. В T = 1016 К R = 10– 16 см Слабое Е = 1015 Гэ. В T = 1029 К R = 10– 29 см Единое суперсимметрич ное взаимодействие Великое объединение Электрослабое Электромагнитное Е = 1019 Гэ. В T = 1033 К R = 10– 33 см Планковская энергия Планковская длина
Теории фундаментальных взаимодействий Классические Квантовые Электро. Максвелл КЭД магнитное Слабое Сильное Гравитация нет Ньютон Электрослабого взаимодействия Квантовая хромодинамика ОТО Великое Объединение Стандартная модель Теория всего? = струны?
Квантовая механика является предельным случаем квантовой теории поля при низких значениях энергии, когда ее недостаточно для взаимопревращений частиц
Фермионы вещество Бозоны кванты поля массовые Фундаментальные частицы безмассовые
Бозон Хиггса Частица, отвечающая за появление массы у W± и Z бозонов Питер Хиггс придумал этот бозон в 1965 НЕ ОТКРЫТА Если слабое и электромагнитное взаимодействия – одно и то же, то эти бозоны не должны иметь массы, как и фотон Спонтанное нарушение электрослабой симметрии при понижении уровня энергии
Large Hadron Collider 8. 5 км
Квантовая космология
Квантовая космология Почему частицы и взаимодействия именно такие? Моделирование возможных сценариев (множественные Вселенные) Мир без слабого взаимодействия возможен. В нем возможно существование звезд и возникновение тяжелых элементов, а значит жизни Roni Harnik, Graham D. Kribs, Gilad Peres. A universe without weak interactions // Physical Review D, 74, 035006, 2006
Физический вакуум
Вакуум Состояние поля с минимальной энергией (не нулевой!) Виртуальные частицы
Квантовый вакуум Заполнен полями, соответствующими каждому типу частиц. Поле – потенциальная возможность рождения частицы. Квантовые флуктуации поля, даже в отсутствие частиц означают, что вакуум – это море «вриртуальных частиц»
Планковская система единиц ≈ 10– 33 см длина ≈ 10− 5 г масса ≈ 10– 43 с время ≈ 1019 Гэ. В энергия
Планковская черная дыра ≈ 10– 33 см Радиус Шварцшильда для частицы с Планковской массой длина ≈ 10− 5 г масса ≈ 1019 Гэ. В энергия
Планковская длина ~ 10– 33 см Противоречие с ОТО, для которой важно, что пространство – гладкое
Разрешить это противоречие должна «теория всего» Один из вариантов – отказаться от бесконечной делимости пространства и предположить, что любые объекты имеют протяженность – теория струн
Кванты поля частица mc 2 (Ge. V) фотон 0 0 1 W± векторные бозоны 79. 8 ± 1 1 91. 2 0 1 глюоны 0* 0 1 сильное гравитон 0 0 2 гравитация Z 0 g q спин взаимодействие электромагн. слабое
Теодор Калуца Theodor Kaluza
Скачать презентацию Теория относительности Экспериментальные доказательства общей теории относительности
05_теория относительности_черные дыры.ppt