большой взрыв - Самое интересное в блогах

Rewiever

Пространство и время в микромире и в космосе

Четверг, 09 Октября 2003 г. 23:20 (ссылка)

Как пройти из одной вселенной в другую?

«Пункты перехода», возможно, надо искать на субъядерном уровне

Из архива «НГ Наука»

12ngnPetroVag (200x267, 63Kb) Сколько измерений имеет такая странная штука, как «пространство-время»? До какого предела существует понятие «длины» в области малых промежутков? Как происходила эволюция Вселенной от Большого Взрыва до наших дней и вообще - был ли этот самый Большой Взрыв? Какова роль элементарных частиц в космологии и что следует из того недавно экспериментально установленного факта, что реликтовое излучение, оказывается, отнюдь не равномерно пронизывает нашу Вселенную?

Кто-то назовет попытку ответить на эти вопросы теоретической заумью современной физики. Да чего уж там, сам Альберт Эйнштейн, немало поспособствовавший изменению классических представлений о пространственно-временном континууме, как-то заметил: «Нормальный взрослый человек никогда не размышляет о пространстве и времени».

В таком случае нормальных взрослых ученых, собравшихся в Институте физики высоких энергий (Протвино) на международную конференцию «Структура пространства-времени на субъядерном и космологическом масштабах», всех можно было назвать «ненормальными». По крайней мере для этих людей перечисленные выше вопросы стали, пожалуй, частью их обыденного сознания. Недаром в беседе с корреспондентом «НГ» заместитель заведующего Теоретического отдела ИФВЭ, доктор физико-математических наук Владимир Петров подчеркнул: «Идея этой конференции - проблемы, связанные со структурой пространства-времени. Что это такое, если говорить в «нормальных" терминах? Это число измерений пространства-времени, возможность увидеть это новое число измерений, скажем - пятое, шестое и так далее».

Другими словами, современная теоретическая физика пытается объяснить то, что невозможно даже представить. Взять хотя бы эту историю с числом измерений пространства-времени...

Если к привычному нам евклидову пространству (длина - ширина - высота) добавить еще одно измерение - время, получим четырехмерное пространство. Ну, с этим еще как-то наш мозг может справиться. Но «пятое, шестое и так далее» измерение... А ведь, согласно некоторым физическим моделям, существует две четырехмерные вселенные, разделенные пятым измерением. Из одной в другую вселенную может что-то «улетать», скажем, гравитация. В дополнительные измерения могут улетать частицы. И не только частицы, но и вполне макроскопические объекты. Мало того, в принципе любой из нас может в любую минуту нырнуть сквозь пространство-время: вот кто-то стоит рядом с вами, но может в следующее мгновение исчезнуть и в любое же мгновение снова появиться. Удивительно, но современные физические теории этого не запрещают.

«Конечно, это очень маленькая вероятность, но она в принципе не нулевая, - подчеркивает Владимир Петров. - Изучение подобных эффектов требует большой точности и больших энергий, которые будут получены на строящемся сейчас ускорителе LHC (Большой адронный коллайдер) в Европейском центре ядерных исследований в Женеве. Но даже на работающих ускорителях, например в Америке, физики пытаются проверить, существуют ли ограничения на количество дополнительных измерений пространства-времени. Сейчас наступило время, когда философия стала объектом экспериментального изучения. Двадцать лет назад тебя высмеяли бы, заведи ты разговор о визуализации пятого измерения».

Сам Владимир Алексеевич представил на конференции не менее интригующий доклад - «Некоммутативная теория пространства-времени». «Что это такое?» - интересуюсь у Петрова.

«Предположим, что мы производим измерение площади прямоугольника, - поясняет Владимир Петров. - Измерили стороны, перемножили - получили площадь. Причем измерять стороны можно в любой последовательности - площадь будет тот же самой. Но, оказывается, существуют такие наименьшие площади, ниже которых уже не все равно, в каком порядке измерять. Это и называется - некоммутативная геометрия. И все это согласуется с квантовой механикой».

Еще относительно недавно физики думали, что эти эффекты проявляются на так называемом расстоянии планковской длины, порядка 10^-33 см. Но вот в теории многомерной гравитации, о которой тоже шла речь на конференции в Протвино, это расстояние может быть и меньше. Другими словами, основа основ физики, фундаментальная постоянная Планка, оказывается не такой уж и постоянной. А настоящая фундаментальная гравитационная масса - гораздо меньше. Но и она находится уже в пределах досягаемости современных ускорителей элементарных частиц, того же LHC. То есть физики-экспериментаторы готовы проверить самые фантастические модели своих коллег-теоретиков. Ученые подобрались к таким масштабам, где могут наблюдаться эти дополнительные измерения.

И действительно, масса электрона, например, 10^-27 г - казалось бы, меньше не бывает. Оказывается, бывает, вернее, может быть...

В Релятивистской теории гравитации (РТГ), которую активно разрабатывает академик Анатолий Логунов с коллегами, переносчик гравитационного взаимодействия - гипотетический пока - гравитон должен иметь массу... 10^-67 г. Попробуйте представить себе такой объект.

Впрочем, с другим объектом, Вселенной, дело обстоит ничуть не проще. Согласно РТГ, наша Вселенная бесконечна во времени и пространстве, к тому же еще и пульсирует - нынешний цикл расширения должен завершиться, эдак лет через 1000 миллиардов. Но и это еще не все. Вселенная, в которой мы живем, - плоская.

«Это один из базисных постулатов РТГ: Вселенная плоская и бесконечная, - рассказывает Владимир Петров. - Плоская - в геометрическом, самом простом смысле. Если не брать временную координату, то это обычное евклидово пространство. Этот подход может показаться примитивным, но, что самое удивительное, все экспериментальные данные пока согласуются с представлениями о Вселенной как о плоском пространстве».

«А как же тогда быть с известным наблюдением Эддингтона, который в 1919-м экспериментально подтвердил, что лучи света отклоняются, попадая в поле тяготения Солнца? - спрашиваю у Петрова. - И объяснен этот факт был именно тем, что масса искривляет геометрию пространства, что и предсказывалось в общей теории относительности».

/На фото публикатора : В.Петров первый слева, А.Ваганов первый справа во 2-м ряду /

«Это наблюдение ничему не противоречит, - поясняет Владимир Алексеевич. - Ведь на все это можно смотреть по-разному. Например, луч света движется в плоском пространстве и под силовым действием заворачивает. Я вот иду и заворачиваю (меня, допустим, магнит притягивает). Но я же не говорю, что пространство неевклидово. В РТГ, во всем, что не касается распространения самой гравитации, дело обстоит очень похоже с общей теорией относительности. Просто существует двойственность в описании движения вещества: его можно описывать в искривленном римановом пространстве, а можно и в плоском, но под действием сил».

Выходит, прав был известный российский физик Юрий Манин, который однажды заметил: «Геометрия есть консервант скоропортящихся физических идей». Современная теоретическая физика, несмотря на всю свою "замороченность», стремится к наглядности. «Если раньше главный вопрос для физиков был, из чего состоит материя - атомы, ядро и т.д., то теперь главный вопрос: из чего состоит пространство и время? - резюмирует Владимир Петров. - Всё, что раньше было безумным и фантастическим, включая машину времени, сейчас исследуется на абсолютно серьезном уровне».

Опубликовано: Андрей Ваганов, «НГ Наука» №12, 2003

Примечание публикатора: Более полный рассказ о состоявшемся совещании теоретиков см. здесь

Комментарии (0)Комментировать В цитатник или сообщество

rss_habr

Почему мы никогда не сможем заглянуть в самое начало Вселенной

Пятница, 27 Января 2023 г. 12:00 (ссылка)

Наверное, самым интересным и сложным вопросом за всю историю существования людей разумных можно считать вопрос «откуда это всё взялось?» Одни из самых древних мифов связаны с сотворением мира, людей и всего остального. В разных местах мифы эти были разными и рассказывались по-разному. И только с относительно недавнего времени в решении этого вопроса появились проблески – например, идея о том, что можно искать ответ на него, изучая Вселенную. Научные измерения понемногу начали решать загадки, ставившие в тупик философов, теологов и мыслителей всех мастей.

В XX веке появились сразу общая теория относительности (ОТО), квантовая физика и теория Большого взрыва, сопровождавшиеся замечательными успехами как в наблюдениях, так и в экспериментах. Эти платформы позволили нам создать теории, которые мы затем смогли проверить и подтвердить, отвергнув остальные. Однако некоторые особенности – в частности, определённые аспекты теории Большого взрыва – оставались нерешёнными, и нам пришлось идти дальше, исследуя эти проблемы всё глубже. В итоге мы пришли к неутешительному выводу, к которому привыкаем по сей день – в наблюдаемой части космоса уже нет никакой информации о самом начале Вселенной. И вот почему это так.
Читать дальше →

https://habr.com/ru/post/712538/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=712538

Метки: Блог компании RUVDS.com Научно-популярное Физика Астрономия ruvds_статьи вселенная теория относительности большой взрыв космическая инфляция

Комментарии (0)Комментировать В цитатник или сообщество

rss_habr

Как мы узнали возраст Вселенной и так ли это важно

Воскресенье, 18 Декабря 2022 г. 20:00 (ссылка)

Ещё два десятилетия назад ученые предполагали, что возраст Вселенной находится в диапазоне от семи до двадцати миллиардов лет, но сегодня благодаря череде больших открытий и совершенствованию методов исследования мы с точностью заключаем, что Вселенной 13,8 миллиардов лет. Как именно мы выяснили это и так имеет ли это какой-то смысл?

https://habr.com/ru/post/706232/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=706232

Метки: Научно-популярное Физика Астрономия возраст вселенной космология большой взрыв сверхновые астрофизика

Комментарии (0)Комментировать В цитатник или сообщество

rss_habr

Жизнь вселенной

Суббота, 22 Октября 2022 г. 15:53 (ссылка)

В данной статье я хочу поделиться с вами своими мыслями о развитии вселенной. Процесс ее развития от точки сингулярности до тепловой смерти, представляется мне процессом расширения-сжатия, который при многократном повторении, по сути, становится похож на возвратно-поступательное движение метавселенского механизма, где наша вселенная лишь его часть.

Не судите строго, статью, а вносите дополнения, замечания, предложения в комментарии) И мы сделаем ее лучше, вместе!

https://habr.com/ru/post/694884/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=694884

Метки: Физика Астрономия вселенная большой взрыв аналогия жизнь

Комментарии (0)Комментировать В цитатник или сообщество

rss_habr

Может ли наша Вселенная оказаться чьим-то экспериментом?

Воскресенье, 26 Сентября 2022 г. 01:13 (ссылка)

Распределение скоростей межзвёздного газа в скоплении галактик, выполненное при помощи компьютерного симулятора IllustrisTNG. Чёрные области, спокойные галактические нити, имеют малую скорость, белые – сверхмассивные чёрные дыры — имеют скорость более 1000 км/с. Эти чёрные дыры сдувают газ, не давая формироваться звёздам.

Сегодня – уникальное время как для астрофизиков и космологов, так и для философов. В ближайшие годы будут введены в строй новые поколения наземных и космических телескопов. Их передовые технологии вкупе с машинным обучением позволят нам прозондировать самые отдалённые участки космоса. И если нам хоть немного повезёт, мы сможем разрешить наиболее упрямые вопросы о происхождении как жизни, так и всей Вселенной.

К сожалению, один такой вопрос в принципе может вообще остаться без ответа: если Вселенная появилась в результате Большого взрыва, что было до него? Профессор Авраам Леб считает, что ответ на него может быть экзотичнее даже самых странных теорий. По его мнению, нашу Вселенную могла создать в своей лаборатории технологически продвинутая цивилизация.
Читать дальше →

https://habr.com/ru/post/690060/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=690060

Метки: Научно-популярное Физика Астрономия вселенная большой взрыв космология антропный принцип

Комментарии (0)Комментировать В цитатник или сообщество

rss_habr

Как и зачем создавать вселенную в лаборатории

Суббота, 06 Августа 2022 г. 10:49 (ссылка)

Одной из самых живучих и модных околонаучных страшилок нашего времени является гипотетическое «случайное возникновение черной дыры в ускорителе». Якобы безответственные физики-теоретики могут случайно вылепить в очередном «сверхбольшом адронном коллайдере» конгломерат частиц, вокруг которых спонтанно образуется радиус Шварцшильда – и новорожденная черная дыра успешно поглотит сначала ЦЕРН, потом Швейцарию, и далее сколько дотянется.

Из-за спекуляций на эту тему обходят вниманием фундаментальную и значительно более интересную работу, которой с начала 1980-х занимается ныне американский, а ранее советский физик Андрей Дмитриевич Линде, а также его единомышленники. Линде (род. 1948) мечтает создать в лаборатории миниатюрную Вселенную, что позволило бы проверить теорию Большого Взрыва – и найти ответы еще на множество вопросов.

https://habr.com/ru/post/681138/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=681138

Метки: Научно-популярное физика Будущее здесь Астрономия Вселенная Большой взрыв квантовое туннелирование

Комментарии (0)Комментировать В цитатник или сообщество

rss_habr

Цифровая Вселенная

Четверг, 20 Января 2022 г. 16:33 (ссылка)

Вторая часть статьи "Цифровая Вселенная", в которой пойдет речь об изменении некоторых фундаментальных "постоянных" и необходимостью корректировки в связи с этим космологических моделей.

https://habr.com/ru/post/646779/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=646779

Метки: Математика Научно-популярное Физика Квантовые технологии Астрономия кванты фундаментальные постоянные постоянная Планка постоянная Хаббла большой взрыв

Комментарии (0)Комментировать В цитатник или сообщество

Rewiever

В.А. Петров напомнил о теории А.А. Логунова

Среда, 17 Марта 2021 г. 23:47 (ссылка)

Вечная жизнь электрона и поиски суперсимметрии:

чем интересен микромир? /Редакционное название/

petrov_interv2 (198x139, 32Kb) Наш мир, как матрешка: он состоит из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из электронов и ядер, внутри ядра атома — протоны и нейтроны, а внутри них — кварки и глюоны. Все это многообразие описывается Стандартной моделью фундаментальных взаимодействий.

Самые интересные вопросы микромира — такие как невылетание кварков, продолжительность жизни частиц, поиски суперсимметрии и гипотетических частиц, — мы обсудили (см.) с Владимиром ПЕТРОВЫМ из НИЦ «Курчатовский институт» — ИФВЭ (Институт физики высоких энергий им. А.А. Логунова) в Протвино.

/Автор интервью Янина Хужина — с Владимиром Петровым. Фото: Николай Малахин, «Научная Россия»/.

Справка. Владимир Алексеевич Петров — доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, один из наиболее цитируемых российских ученых по версии Scopus, руководитель Отдела теоретической физики в НИЦ «Курчатовский институт» — ИФВЭ.

— В 2012 году на Большом адронном коллайдере был триумфально открыт бозон Хиггса. Группа НИЦ «Курчатовский институт» — ИФВЭ тоже участвовала в этих исследованиях. В чем заключался вклад вашей команды?

— Бозон Хиггса был заявлен двумя из четырех крупных экспериментов в ЦЕРНе. Это эксперименты АТЛАС и КМС. В обоих экспериментах участвовали группы ученых из нашего Института в Протвино. Они являются соавторами открытия бозона Хиггса. Сегодня я не буду останавливаться подробно на вкладе каждого из них, скажу только, что усилия всех специалистов были огромными: это и создание уникального оборудования, и поставка для ЦЕРНа некоторых материалов, которые не всегда можно получить с оптимальным соотношением цены и качества в Европе, а в России они есть; а также дежурство на сеансах и сложная обработка результатов с помощью компьютеров высочайшего уровня и, конечно, соответствующая теоретическая работа — cловом, практически во всех областях проекта наши специалисты принимали активное участие.

— Поле Хиггса придает массу частицам?

— Грубо говоря, да. Это значит, что если бы этого поля не было, то мы бы с вами, очень условно говоря, могли бы быть очень лёгкими, «летали по воздуху». Не было бы массы у элементарных частиц, у кварков, например. То есть это некое поле, которое как бы разлито по всей Вселенной, и через него протискиваются частицы и тем самым в каком-то смысле приобретают свою массу, инерцию. Но это относится не ко всем частицам. Например, фотон пока что этой участи избежал и остается без массы.

— Бозон Хиггса — это как бы мельчайшая часть, квант этого поля?

— На этот счет есть как минимум несколько версий. Одна из простейших заключается в том, что бозон Хиггса — есть один квант этого поля, один тип. Такая гипотеза пока что находится в согласии со всеми экспериментами. Однако те данные о свойствах этого бозона, которыми мы располагаем, не исключают и других возможностей: например, наличия других типов бозонов такого рода, а также того, что, возможно, этот бозон не является элементарной частицей, а составлен из каких-то других более элементарных. Такая возможность вполне всерьез рассматривается, и в этом смысле вопросов еще достаточно много.

Стандартная модель фундаментальных взаимодействий (см.) — это модель квантовой теории калибровочных полей, описывающая кварки и лептоны и три фундаментальных взаимодействия: слабое, сильное, электромагнитное.

/Схема всего сущего - "Стандартная модель" - из презентации В.А. Петрова/

— Можно ли сказать, что бозон Хиггса в каком-то смысле завершает Стандартную модель, которая описывает весь наш сегодняшний мир?

— Что касается бозона Хиггса, то, да. В той части, которая называется электрослабой частью Стандартной модели (описывает слабое и электромагнитное взаимодействие), а также в рамках сильного взаимодействия, бозон Хиггса стал действительно завершающим элементом. В этом смысле его обнаружение играло центральную роль, поскольку, как мы уже говорили, поле Хиггса дает массы кваркам и другим частицам. Но, если смотреть шире, то для завершения Стандартной модели нам не хватает кванта гравитации — гипотетической частицы под названием гравитон.

Несколько лет назад были открыты гравитационные волны, и в этом эксперименте, кстати, российские ученые тоже участвовали. Но пока что говорить определенно о том, что эти волны проквантованы, мы не можем, какие у них свойства — мы тоже пока не знаем. Этап открытия гравитационных волн я бы мог назвать предпоследним, если включать в Стандартную модель гравитацию, а последним должен стать гравитон.

— Мы с вами сейчас говорим о гравитации как о взаимодействии, а может ли гравитация быть материей, например?

— Гравитация, собственно говоря, всегда рассматривалась как поле. Это сложно объяснить, но гравитацию сейчас большинство физиков общей теории относительности рассматривают по-другому: это даже и не поле, а геометрия — то есть некие функции, которые описывают метрические свойства пространства-времени. И в этом смысле гравитация стоит особняком по отношению ко всей остальной материи.

Создателем и первым директором нашего Института физики высоких энергий был А.А. Логунов. Поскольку по роду деятельности он был теоретиком, то в своё время выдвинул и развил собственную, новую теорию гравитации (РТГ - релятивистскую теорию гравитации), где гравитация была обычным физическим полем и, соответственно, стала альтернативой общей теории относительности.

— Правильно ли я понимаю, что в современной картине мира вся Вселенная состоит из неких полей. Причем какие-то из них являются фундаментальными, а какие-то нет. А сколько всего этих полей существует?

— Дело в том, что основой современной физики элементарных частиц является квантовая теория поля, а в ней разделение на поля и частицы довольно условно. Например: мы привыкли считать, что электромагнитное взаимодействие осуществляется путем обмена фотонами — это то, что является силой. Но, с другой стороны, и сами фотоны могут друг с другом взаимодействовать путем обмена электронами и позитронами (позитрон — античастица электрона), и здесь уже электроны и позитроны выступают в качестве полей, переносчиков взаимодействия. Поэтому разделение на частицы и поля довольно условное на самом деле, но оно нисколько не противоречит математическому аппарату квантовой теории поля — там все находится в полной гармонии. Причем в некоторых условиях какие-то свойства частиц могут проявляться корпускулярно: частица может вести себя как точечный объект, а может проявлять свойства волны. Это, впрочем, уже давно известно из квантовой механики.

В сферу главных научных интересов Владимира Петрова входят квантовая хромодинамика, процессы с участием тяжелых кварков, эффекты квантовой гравитации, дифракционные процессы. Работа ученого тесно связана с экспериментами в SLAC (США), HERA (Германия), а в последнее время преимущественно с экспериментами на Большом адронном коллайдере CERN (Швейцария).

— Поговорим об Институте физики высоких энергий. В советские годы здесь был запущен легендарный «Серпуховский синхротрон». Расскажите об этом проекте подробнее..

— В 1967-м году наш Институт запустил ускоритель протонов У-70. На тот момент это был крупнейший ускоритель в мире. Энергия протонного синхротрона составляла 70 ГэВ (1 ГэВ = 10⁹ электронвольт). Это был юбилейный год, пятидесятилетие революции. Я не скажу, что строительство ускорителя подгоняли специально под эту дату, но открытие его на тот момент пришлось очень кстати.

Представьте себе 70 миллиардов электронвольт – это значит, что электрон пролетает зазор с напряжением 70 миллиардов вольт. Поверьте, это чудовищное напряжение, это огромная энергия! И тогда это был лидирующий в мире по энергии ускоритель. В течение последующих пяти лет он оставался таковым, и за это время мы успели сделать здесь несколько интересных открытий, таких как, например, возрастание полных сечений и радиуса сильных взаимодействий с ростом энергии столкновений или эффект масштабной инвариантности в процессах множественной генерации адронов. Я думаю, что У-70 сыграл важную роль и внес довольно существенный вклад в мировую физику частиц.

/В ускорительном комплексе У-70, фото из архива ИФВЭ/

— А сейчас он по-прежнему работает?

— Да, он работает. На нем ведется ряд экспериментов по разным направлениям, таким как, например, поиск редких распадов К-мезонов или исследование механизмов сильного взаимодействия в столкновениях протонов с атомными ядрами. Но, к сожалению, сейчас его работа по разным причинам сильно затруднена. Если в прошлые годы, не говоря уже о советском времени, на У-70 проводилось несколько сеансов в год, то есть он в это время был «включен» и на нем можно было работать, «набирать статистику», то сейчас это — один раз в год или даже реже. Накапливать необходимую статистику, позволяющую осуществлять надежный физический анализ данных, в таких условиях очень трудно.

— Изначально ускоритель создавался для поиска кварков — неделимых составляющих протонов и нейтронов?

— Да. Кварки были введены в обиход где-то в 1964-м году, в течение последующих нескольких лет они были у всех на слуху, и ученые задавались вопросом: а где эти кварки, как их искать, что они из себя представляют? Поэтому одним из первых экспериментов на нашем ускорителе У-70 как раз и стал поиск частиц с дробным электрическим зарядом — у кварков имеется дробный электрический заряд, кратный 1/3 от заряда электрона. Результат поисков был отрицательным. То есть даже при тех высоких энергиях, которые у нас были, кварки не удалось увидеть. И это стало первым шагом к пониманию феномена, который сегодня называется «невылетанием кварков». Сейчас уже известно, что при существующих в мире энергиях кварки увидеть невозможно, об их существовании мы можем говорить лишь по косвенным признакам. Кварк в эксперименте можно наблюдать как некий шлейф, некий «хвост» из обычных частиц, который тянется за кварками, но конкретно сами кварки мы не видим.

/Слово «кварк» было заимствовано из романа Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану». Слова «три кварка для мистера Марка!» в романе выкрикивали чайки. Кварк в немецком языке — это творог, в английском — имитация крика чаек, чепуха. Американский физик-теоретик Мюррей Гелл-Ман предложил использовать слово кварк для обозначения новых элементарных частиц - из презентации В.Петрова/.

Все последующие мировые эксперименты на более мощных ускорителях тоже давали неизменно отрицательные результаты, и в итоге вызрела гипотеза, что кварки вообще невозможно выделить в чистом виде, сфотографировать, грубо говоря. Тривиальный пример, который часто приводится, это пример с полюсами магнитов: если существующие частицы — протоны, пи-мезоны и т.д. — уподобить магниту, а составляющие их — полюсам магнитов, то получается, что вы не можете один полюс отрезать. Вы порежете магнит, а у вас опять появятся два полюса — и так до бесконечности.

— То есть они между собой неразрывно связаны?

— Да. И в этом смысле возникала как раз проблема, которая сейчас сформулирована как одна из выдающихся загадок Стандартной модели — это теория, или проблема невылетания кварков; или quark confinement (пленение кварков), если брать аналогию из английского языка.

На нашем ускорителе У-70 в экспериментальном плане был совершен первый шаг к становлению этой гипотезы, которая сейчас является важнейшей проблемой.

— Эта связь кварков обеспечивается неким «склеивающим», глюонным полем? Прим.: от английского glue (клей).

— Да, согласно современной физической теории, кварки связаны между собой этим глюонным полем. Но свойства этих полей на больших расстояниях несколько необычны: скажем, если электромагнитное поле на больших расстояниях падает, когда вы разводите электрические заряды, то здесь, напротив, сила возрастает: чем больше вы разводите частицы, тем выше сила «натяжения», поэтому кваркам вылететь нельзя. Глюонная «струна», связывающая кварки, может только где-то порваться, родить пару кварк-антикварк, но, опять же, у вас тогда появится не два отдельных кварка, а две пары кварк-антикварк.

— Глюонная связь — основная причина невылетания кварков или это лишь средство?

— Трудно сказать. На вопрос о невылетании кварков, как я уже упоминал, пока не найдено однозначного ответа.

Если говорить о полях, то есть опять возвращаться к теоретической науке, то проблема невылетания кварков — это чисто теоретическая проблема. Экспериментаторы вам говорят, что кварков в свободном виде нет — и точка. Однако строение протонов, пи-мезонов, их масса, свойства — словом, все сообщает о том, что внутри ядра, внутри протонов и нейтронов они есть. И тогда возникает проблема: а почему их нельзя вырвать? И вот эта проблема сейчас уже четко сформулирована и входит в число задач, которые до сих пор никто не может решить. Это интереснейший вызов для теоретика. Подходов много. Люди работают над этим интенсивно, проходят научные конференции, семинары и т.д. В нашем Институте в Протвино в конце года тоже планируется провести онлайн-конференцию на эту тему.

— Считается, что время жизни электрона бесконечно. В какой форме электрон продолжают свою вечную жизнь, скажем, после смерти человека?

— Ну, электроны все равно в наших атомах так и остаются, неважно живы мы или умерли. Атомы ведь никуда не деваются... просто происходит распад. Химические вещества, составлявшие основу нашего тела, распадаются на молекулы, на более простые элементы, – попадают в землю и возвращаются обратно. Поэтому электроны никуда не пропадают.

К нашей с вами биологической жизни жизнь электрона, к счастью или к сожалению, отношения особо не имеет. В этом смысле электроны так и продолжают жить дальше; считается, что бесконечно, так как мы пока не видели их распадов, а значит, время их жизни превышает космологическое время — известный нам возраст Вселенной (около 14 млрд. лет), поэтому электроны и принято считать вечными. Что касается других элементарных частиц, а их сотни, то почти все они распадаются, причем многие из них распадаются довольно быстро. А вот электрон, фотон, протон, электронное нейтрино, похоже, и правда живут вечно — по крайней мере пока что их распада никто не видел.

— За рамками Стандартной модели существуют гипотетические частицы, такие как тахион (якобы превышающий скорость света), гравитон (квант гравитации), магнитный монополь (имеющий один полюс) и многие другие. Какие из гипотетических частиц ученые больше всего хотят найти?

— Если начать с тахионов, то это наименее востребованная в плане поиска элементарная частица. Конечно, есть энтузиасты, которые занимаются поисками тахиона, и в этом смысле здесь даже могут быть вполне согласованные теории, но как это все воплотить в жизнь, как и где их искать — непонятно. Так что пока поиск тахионов находится вне рамок экспериментальных исследований.

Есть много экспериментов по поиску такой гипотетической частицы, как аксион, который, грубо говоря, является реакцией Природы на нарушение некоторой симметрии. Некоторые считают, что именно из аксионов может состоять темная материя. Но это тоже вызывает много вопросов. Сейчас ощущение такое, что часто ищут «сами не знают что», поскольку мы до сих так и не выяснили, из чего состоит эта темная материя, как она взаимодействует — помимо того, что «не светится», и т.д. Поэтому все, что пока можно сделать, это взять для описания темной материи какие-то доступные нашему пониманию модели: скажем, тот же аксион или, например, так называемый темный фотон — короткоживущая тяжелая частица, которая может распадаться на другие частицы.

Но добрая половина экспериментов, которые сейчас проводятся на коллайдере в ЦЕРН, зациклена на поиске частиц, обладающих суперсимметрией, или иной экзотики. Однако за более чем десятилетнюю историю БАКа все эти эксперименты заканчивались словами о том, что в данной области энергии таких частиц не обнаружено.

— Можете рассказать подробнее о суперсимметрии?

— Ученые очень сильно хотят найти её. Дело в том, что до введения в строй Большого адронного коллайдера (БАК) в теоретическом сообществе было полное убеждение, что когда БАК заработает, сразу же будут найдены частицы, обладающие суперсимметрией, а также суперструны, и посыплется на нас как из рога изобилия вся эта красивая физическая теория — но не тут-то было! То, что суперсимметрия не была найдена, стало шоком для многих теоретиков, и в состоянии замешательства они пребывали последующие несколько лет. «Не может быть, чтобы Природа не обладала таким красивым свойством, как суперсимметрия!», — говорили они… а оказалось, что на ускорителях мы этого не видим.

СУПЕРСИММЕТРИЯ — это симметрия между частицами материи (фермионами, коими являются кварки и лептоны) и частицами-переносчиками сил (то есть бозонами: глюоны, фотоны и др.).

Согласно этой модели, у каждой элементарной частицы есть свой суперпартнер, то есть элементарные частицы материи и переносчики взаимодействий (сильного, слабого, электромагнитного) могут взаимно превращаться друг в друга. Но мы не наблюдаем этого в природе, поэтому, возможно, в какой-то момент существования Вселенной суперсимметрия была нарушена. Открытие суперсимметрии в эксперименте означало бы открытие новой физики за пределами Стандартной модели.

— Есть гипотеза, что наша Вселенная была суперсимметричной на ранних стадиях своего существования?.

— Да, есть такое предположение, но я бы не сказал, что оно разделяется большинством ученых. Сторонники гипотезы считают, что в начале рождения Вселенной симметрия могла быть максимальной, но потом она постепенно начала нарушаться и пришла в то состояние, которое мы имеем сейчас. То есть получается, что в каком-то смысле мы были очень идеальные в начале (хотя физически нас с вами там не было), но потом что-то пошло «не так».

Сейчас концепция ранней суперсимметрии приняла несколько иной вид. Большой взрыв, как космологическая гипотеза, больше не является доминирующей точкой зрения. Есть другие идеи, и они предполагают, например, непрерывное пульсирование Вселенной: сжатие-растяжение; то есть в такой концепции не было никакого великого начала в виде Большого взрыва.

/так в теории РТГ, которую развивал академик А. Логунов (1926-2015), фото - «Научная Россия»/

— Могут ли в природе рождаться элементарные новые частицы? Или те, что возникли после условного Большого взрыва, так и остались, причем с теми же свойствами?

— А это очень интересный вопрос! В общем-то, считается, что не могут. Аргументируется это тем, что мы нашли некую фундаментальную теорию (Стандартная модель), вечную — по смыслу вашего вопроса, которая лежит в основе всего, и с неё-то, собственно, Большой взрыв и начинался. Это очень интересная мысль — появление новых видов частиц со временем — это ваша гипотеза. Но пока что все остается так, как было, а новые частицы рождаются только в чисто механическом смысле, когда у вас энергия переходит в массу.

— Владимир Алексеевич, какие научные вопросы, кроме упомянутых нами сегодня, вас интересуют больше всего?

— Сейчас я много работаю над многомерными теориями, когда мы предполагаем, что наше пространство не трехмерное, а, скажем, пятимерное. Меня интересуют, в частности, физические следствия, которые мы можем из этого получить. Такая тенденция в целом не нова: в 1980-х годах был настоящий бум, связанный с поиском дополнительных измерений пространства-времени. Сейчас все успокоилось, «мода» не стоит на месте, но в этой области исследований по-прежнему остается много интересных возможностей.

— Получается, в физике тоже есть своя мода? Мода на идеи?

— Еще бы! Вспомнить хотя бы 1980-е, 90-е годы. Тогда только теория струн всех интересовала, а вся остальная физика считалась чуть ли не чепухой. По этому поводу развился бешеный математический аппарат, однако какого-то более-менее адекватного приближения теории струн к физической реальности мы так и не увидели. С одной стороны, каждая новая мода на физические идеи иногда полезна, потому что она возбуждает энтузиазм, будит какие-то творческие порывы. Хотя с другой стороны, может оказаться и вредной. Я себя отношу скорее к консерваторам и к энтузиастам «старой» Стандартной модели, ведь там до сих пор остается множество нерешенных вопросов.

Беседовала Янина Хужина.

Опубликовано: «Научная Россия», 15 марта 2021, там же видеоролик

/При републикации здесь изменены визуальная подача текста и порядок иллюстрирования (с некоторым добавлением)/

Метки: А.Логунов В.Петров ИФВЭ НИЦ «КИ» Стандартная модель «Серпуховский синхротрон» ЦЕРН БАК Я.Хужина Г.Дерновой

Комментарии (0)Комментировать В цитатник или сообщество

rss_habr

Теория вселенной, плотность пространства, вселенная как жидкость (Liquid Universe)

Вторник, 09 Марта 2021 г. 17:19 (ссылка)

Пространство — это своего рода жидкость, волны в этой жидкости это энергия, частицы можно представить как снежинки, черные дыры это лёд (айсберги и желе переходное состояние от воды ко льду), темная материя — это более плотные области пространства, скорость света — это температура кипения пространства, примерно как 100 градусов для воды, после чего пространство переходит из жидкого состояния в газообразное, и процесс конденсации обратно в жидкость. А главное, что все это формы одного и того же, энергия материя и пространство могут меняться и переходит из одного состояния в другое.
Читать дальше →