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

Энтропия

Мера беспорядка. См. книгу по термодинамике или статью в «Википедии».

Эфир

Заполняющее пространство вещество. До того, как физики приняли концепцию полей как фундаментальных компонентов реальности, они пытались создать механические модели электрических и магнитных полей. Они предположили, что электрические и магнитные поля описывают взаиморасположения элементарных частицеподобных объектов, вроде того как плотность и поля потока жидкостей описывают расположение и перегруппировку атомов. Эти модели были сложными и никогда не работали достаточно хорошо, в связи с чем понятие «эфир» получило плохую репутацию. Однако в современной физике заполняющая пространство среда является первичной реальностью. Свойства этой среды очень отличаются от свойств классического эфира, поэтому я дал ей новое название — Сетка.

Ядро

Небольшая центральная часть атома, в которой сосредоточены весь положительный заряд и почти вся масса.

Краткое и очень доступное, хотя отчасти устаревшее, введение в физику от гроссмейстера Ричарда Фейнмана называется «Характер физических законов» (издательства АСТ, Астрель, Neoclassic, 2011). «Фейнмановские лекции по физике» (три тома) (Ричард Фейнман, Роберт Лейтон и Мэтью Сэндс, издательство «Мир», 1967) были подготовлены для студентов старших курсов Калифорнийского технологического института, однако начальные части каждой книги и многие отдельные главы концептуальны, доступны для понимания и часто блестяще написаны.

С. 24. Классический анализ основ классической механики представлен в книге Эрнста Маха «Механика. Историко-критический очерк ее развития» (издательство «Регулярная и хаотическая динамика», 2000). Эйнштейн внимательно читал эту книгу в студенческие годы, и изложенная в ней критика ньютоновских концепций абсолютного пространства и времени помогла ему сформулировать концепцию относительности. Он писал: «Даже [Джеймс Клерк] Максвелл и [Генрих] Герц, которые в ретроспективе предстают теми, кто уничтожил веру в механику как предельную основу всего физического мышления, в своих рассуждениях всегда обращались к механике как к надежной основе физики. Именно Эрнст Мах в своей истории механики (Geschichte der Mechanik) пошатнул эту догматическую веру. Когда я был студентом, эта книга оказала на меня глубокое влияние в этом отношении. Я вижу величие Маха в его неподкупном скептицизме и независимости». Взгляды Ньютона, выраженные его собственными словами, можно найти, в частности, в книге Newton’s Philosophy of Nature (Hafner). О других исторических и философских перспективах можно узнать в книге Макса Джеммера «Понятие массы» (издательство «Прогресс», 1967).

Книга «Принцип относительности» (издательство «Книга по Требованию», 2012) — это незаменимый сборник классических работ по теории относительности. Он содержит работы Лоренца, Эйнштейна, Минковского и Вейля. В него включены две оригинальные статьи Эйнштейна, посвященные специальной теории относительности, а также его основополагающая работа по общей теории относительности. Первая половина первой работы Эйнштейна по специальной теории относительности практически не содержит уравнений и очень легко читается. Начальные части его первой презентации общей теории относительности также являются вдохновляющими и доступными для понимания. (Для студентов, изучающих физику: на мой взгляд, эта статья в целом остается лучшим введением в общую теорию относительности). Книга «Эволюция физики», написанная Эйнштейном и Леопольдом Инфельдом (издательство «Амфора», 2013), представляет собой очень доступное популярное изложение не только самой идеи относительности, но и ее интеллектуальных основ в электромагнетизме и основ физики полей. Два доступных современных введения в теорию относительности — это «Физика пространства-времени» (Эдвин Тейлор и Джон Уилер, издательство «Книга по Требованию», 2012) и It’s About Time: Understanding Einstein’s Relativity (David Mermin, Princeton).

С. 38. «95 % массы»: как нам предстоит убедиться, большая часть массы обычной материи легко вычисляется в рамках такой теории, первоэлементами которой считаются безмассовые глюоны, безмассовые u- и d-кварки — и все (такую теорию я называю КХД-лайт). В КХД-лайт действительно возникает «безмассовая масса». Однако это неполная теория природы. Она не учитывает многих явлений: электромагнетизма, гравитации, электронов, минимальных масс u- и d-кварков, которыми те все-таки обладают. К счастью, можно оценить, каким образом эти феномены, исключенные из такой идеализированной картины, могут влиять на массу обычной материи. Проверить эти оценки можно с помощью расчетов, описанных в главе 9. Не буду томить: остаточные эффекты меняют общую картину менее чем на 5 %. (Для тех, кто в теме: основной эффект проистекает от s-кварка. Он очень тяжелый, чтобы считать его безмассовым, однако для точного интегрирования его масса слишком мала.)

Книга The Making of the Atomic Bomb (Richard Rhodes, Simon and Schuster) — это не только шедевр истории и литературы, но и еще и отличное введение в ядерную физику.

Яркий исторический отчет об идеях и экспериментах, приведших к КХД, можно найти в книге The Hunting of the Quark (Michael Riordan, Touchstone). Двумя хорошими, доступными для понимания отчетами о физике КХД и стандартной модели электрослабых взаимодействий являются The Theory of Almost Everything (Robert Oerter, Pi Press) и The New Cosmic Onion (Frank Close, Taylor and Francis). Уникальным и обязательным для прочтения является представление о КЭД, написанное Ричардом Фейнманом: «КЭД — странная теория света и вещества» (издательства «Полиграфиздат», Neoclassic, «Астрель», 2012).

С. 51. Книга 50 Years of Yang-Mills Theory (G.’t Hooft, World Scientific) представляет собой важное собрание статей ведущих специалистов по физике, основанной на уравнениях Янга — Миллса.

С. 52. «Без необходимости представлять образцы или делать какие-либо измерения» — это (на удивление, небольшое) преувеличение. Оно было бы верно, если бы все кварки имели либо нулевую, либо бесконечную массу. Конечные ненулевые значения их масс могут быть получены только в результате проведения измерений или из образцов. В природе u- и d-кварки имеют почти нулевую массу относительно массы протонов или нейтронов; в то же время кварки c, b и t являются настолько тяжелыми, что играют очень незначительную роль в структуре протонов и нейтронов, даже в качестве виртуальных частиц. Странный кварк s является промежуточным, он играет определенную роль в структуре протонов и нейтронов, хотя и небольшую. Мы можем получить хорошую приближенную теорию протонов и нейтронов, сделав вид, будто u- и d-кварки имеют нулевую массу, в то время как другие имеют бесконечную массу и поэтому могут быть проигнорированы. Я называю эту приближенную теорию «облегченной КХД». В ней вам на самом деле не нужно производить измерения или предоставлять какие-либо образцы.