Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил - Фрэнк Вильчек

Вследствие этого, изучая физическое поведение исключительно в замкнутой изолированной системе, невозможно измерить, насколько быстро она движется.

БЭПК

Сокращенное название Большого электрон-позитронного коллайдера. Этот ускоритель работал в европейской лаборатории ЦЕРН близ Женевы в 1990-х годах. Грубо говоря, он делал снимки пустого пространства с еще более высоким разрешением, чем коллайдер Стэнфордского центра линейного ускорителя. Для этого электроны и их античастицы (позитроны) ускорялись до огромных энергий, затем они аннигилировали, производя интенсивный выброс энергии в чрезвычайно малом объеме. БЭПК представлял собой машину для творческого разрушения. Эксперименты, проводимые на этом ускорителе, протестировали и доказали положения Центральной теории с необычайной количественной точностью. См. также: СЦЛУ.

Вершина

См.: Узел.

Виртуальная частица

Спонтанная флуктуация в квантовом поле. Реальные частицы представляют собой возбуждения в квантовых полях, которые относительно устойчивы и доступны для наблюдения. Виртуальные частицы мимолетны, они присутствуют в наших уравнениях, но не фиксируются экспериментальными детекторами. Поставляя в систему энергию, можно усилить спонтанные флуктуации так, чтобы они превысили пороговое значение, что фактически превратит (потенциальные) виртуальные частицы в реальные.

Волновая функция

В квантовой теории состояние частицы не определяется положением или конкретным направлением спина; вместо этого первичное описание состояния включает его волновую функцию. Волновая функция определяет для каждого возможного положения и направления спина комплексное число — так называемую амплитуду

вероятности. Квадрат абсолютного значения амплитуды вероятности сообщает вероятность нахождения частицы в конкретном положении с конкретным направлением спина. Для систем, состоящих из большого количества частиц или полей, волновая функция аналогичным образом задает амплитуды для всех возможных физических характеристик, которые вы могли бы обнаружить после проведения измерения. Простой, но не упрощенный, пример работы волновых функций обсуждается в главе 9.

Гиперзаряд

Средний электрический заряд нескольких частиц, связанных симметрией. В контексте единых теорий гиперзаряд является более фундаментальным по сравнению с электрическим зарядом; тем не менее это различие проявляется на более тонком уровне технических подробностей, чем я попытался изложить в большей части этой книги.

Глюон

Любой из набора восьми частиц-посредников сильного взаимодействия. Глюоны обладают свойствами, подобными свойствам фотонов, однако реагируют на (и изменяют) цветные заряды, а не на электрический заряд. Уравнения для глюонов обладают колоссальной локальной симметрией, которая во многом определяет их форму. См. также: Хромодинамика, Локальная симметрия, Уравнения Янга — Миллса.

Диаграммы Фейнмана

Диаграммы Фейнмана — это наглядные представления процессов, описываемых квантовой теорией поля. Они состоят из линий, соединенных в узлах (также называемых вершинами). Линии представляют собой свободное движение частиц через пространство-время; узлы представляют собой взаимодействия. В свете этой интерпретации диаграмма Фейнмана отображает возможный процесс в пространстве-времени — некоторые (реальные или виртуальные) частицы взаимодействуют, в результате чего может измениться их квантовое состояние. Существуют четкие правила распределения амплитуд

вероятности для процесса, изображенного на диаграмме Фейнмана. Согласно правилам квантовой теории квадрат абсолютного значения амплитуды соответствует вероятности процесса.

Замедление времени

Эффект, который, если смотреть со стороны, проявляется как замедление течения времени в движущейся системе. Замедление времени является следствием специальной теории относительности.

Единая теория

Различные компоненты Центральной теории основаны на общих принципах — квантовой механике, относительности и локальной симметрии, однако в рамках Центральной теории они остаются разделенными и отличными друг от друга. Существуют отдельные преобразования симметрии для цветных зарядов КХД, слабых цветных зарядов стандартной электрослабой теории и гиперзаряда. При этих преобразованиях кварки и лептоны делятся на шесть не связанных между собой классов (на самом деле на 18, учитывая наличие трех ароматов). Вся эта структура побуждает нас рассмотреть возможность большей, всеохватывающей симметрии. Изучив математические возможности, можно обнаружить, что многие вещи вписываются в нее довольно хорошо. Относительно небольшое расширение уравнений позволяет рассматривать все известные симметрии как части удовлетворяющего целого, а также сводить вместе разрозненные кварки и лептоны. Дополнительным преимуществом является то, что гравитация, которая казалась безнадежно слабее других фундаментальных сил, также находит свое место. Вероятно, для количественного подтверждения идей мы также должны включить суперсимметрию. Расширенные уравнения предсказывают существование многих новых частиц и явлений. Как говорилось в главах 17–21, эти теории представлены на суд присяжных и некоторые приговоры должны быть оглашены уже в скором будущем.

Закон сохранения

Величина сохраняется, если ее значение для изолированной системы не меняется со временем. Заряд, энергия и импульс являются важными примерами сохраняющихся величин. Законы сохранения чрезвычайно важны, поскольку они обеспечивают устойчивые ориентиры среди непрекращающихся колебаний квантовой Сетки.

Заряд

В электродинамике заряд представляет собой физическое свойство, на которое реагируют электрические и магнитные поля (магнитные поля реагируют только на движущиеся заряды). В ее квантовой версии, КЭД, мы можем просто сказать, что заряд — это то, о чем заботятся фотоны (они обеспечивают взаимодействие зарядов). Заряд может быть как положительным, так и отрицательным. Частицы с одинаковым электрическим зарядом (обе заряжены положительно или обе заряжены отрицательно) отталкиваются, в то время как частицы с противоположными зарядами притягиваются. Важным свойством заряда является то, что он сохраняется. Каждый вид фундаментальной частицы несет некоторый заряд, в том числе нулевой; заряд является стабильной характеристикой частиц соответствующего типа. Например, все электроны имеют одинаковое количество заряда, обычно обозначаемое –e (сбивает с толку то, что некоторые авторы используют обозначение e без знака «минус»; насколько мне известно, соглашение по этому поводу не достигнуто). Протоны обладают зарядом e, противоположным заряду электронов. Полный заряд системы — это просто сумма зарядов всех ее элементов. Таким образом, атомы, которые содержат равное количество протонов и электронов, имеют в целом нулевой заряд. В теории сильного взаимодействия центральную роль играют три дополнительных вида зарядов, называемых цветными зарядами или просто цветами. Цветные заряды имеют схожие свойства с электрическим зарядом,