Perbualan dengan klasik

Perbualan dengan klasik

Alexey Levin
"Mekanik Popular" №1, 2013

Di dunia fizik moden, seorang profesor di University of Texas di Austin, Stephen Weinberg, telah lama menjadi legenda hidup. Salah satu pencipta model Standard of Elementary Particles, pemenang Hadiah Nobel dan American National Medal for Research Scientific, ahli Akademi Sains Negara Amerika Syarikat dan British Royal Society – dan ini bukan senarai lengkap tajuk dan tajuk. Artikelnya "Model Leptons," di mana teori interaksi elektroweak dirumuskan dalam hanya dua setengah muka surat, betul dianggap salah satu penerbitan paling bermaklumat dalam keseluruhan sejarah fisika teoritis. Mekanik Popular meminta Professor Weinberg untuk berkongsi pendapatnya mengenai mengukur teori.

– Adakah kerja klasik Amy Noether dan Hermann Weyl muncul pada masa yang sama?

"Ia bukan satu kebetulan." Pada tahun 1905, Einstein mencipta teori relativiti khas, yang bertujuan untuk menjelaskan akibat-akibat yang menyebabkan ketepatan kelajuan membawa cahaya. Fizik, termasuk Hendrik Anton Lorenz dan Max Abraham, cuba menyelesaikan masalah ini dengan membangunkan teori elektron.

Tetapi Einstein melakukan sebaliknya. Dia menyamaratakan simetri undang-undang alam, yang kini dipanggil invarian Lorentz. Bagi Einstein, ia bertindak sebagai asas fizik asas, yang mana kesimpulan yang sangat mendalam diambil.

Kebaharuan idea ini sukar ditaksir. Sudah tentu, ahli fizik telah menangani berbagai simetri sebelum dan menggunakannya sebagai alat bantu berguna. Walau bagaimanapun, Einstein adalah yang pertama untuk menyedari bahawa simetri boleh digunakan sebagai asas untuk membina teori fizikal dan ia harus menjadi subjek penyelidikan fizikal bebas. Dia menggunakan pendekatan baru ini untuk mencipta GR, dengan perubahan lancar sewenang-wenang koordinat ruang-waktu, persamaannya tidak berubah bentuk. Ini juga simetri, dan sangat kuat.

Cuba untuk menggabungkan graviti dan elektromagnetisme, Weyl mengekalkan semua simetri GR, menambah kepada mereka simetri mengenai perubahan skala. Tidak seperti Weyl, Emmy Noether tidak cuba untuk menyelesaikan sebarang masalah fizikal konkrit, tetapi dia mendedahkan sambungan yang mendalam antara symmetries dan undang-undang pemuliharaan.Oleh itu, kedua-dua dia dan Weil mengembangkan pendekatan Einstein, yang meletakkan simetri di tengah-tengah undang-undang alam.

Nama Pertama: Steven Weinberg.

Dilahirkan3 Mei 1933 di New York.

Pendidikan: Universiti Cornell (Ijazah Sarjana Muda, 1954), Princeton University (ijazah kedoktoran, 1957).
Tempat kerja: Universiti Columbia, University of California, Berkeley, MIT, Universiti Harvard. Sejak 1982 – Profesor Fizik di Universiti Texas di Austin.
Kepentingan Penyelidikan: teori bidang kuantum, fizik zarah, graviti, kosmologi, teori superstring, kromodinamik kuantum.
Agama: atheist yang konsisten. Salah satu kenyataan: "Dengan agama atau tanpa itu, orang baik boleh berbuat baik, dan orang jahat dapat melakukan kejahatan, tetapi untuk membuat orang baik melakukan kejahatan, ini memerlukan agama."
Anugerah Sains: Hadiah Nobel dalam Fizik (1979), Pingat Kebangsaan untuk Pencapaian dalam Sains (1991), Anugerah Lewis Thomas untuk Karya Sastera Sains (1999), Pingat Benjamin Franklin untuk Pencapaian Cemerlang dalam Sains (2004), Tajuk "Humanist of the Year" ) Persatuan Kemanusiaan Amerika, gelaran kehormat lebih daripada sedozen universiti, masyarakat saintifik dan akademi.

– Siapa yang merit utama dalam pembangunan teori tolok?

– Weil dianggap sebagai bapa pengasas trend ini dan pengarang istilah, tetapi dia tidak datang dengan pendekatan penentukuran. Dalam karya-karyanya, persamaan mengukur hanya mempunyai persamaan formal dengan tafsiran bahawa pada tahun 1954 dia diberikan kepada Young and Mills. Para saintis ini adalah yang pertama menunjukkan bahawa penggunaan simetri tolok setempat membolehkan meramalkan kesan fizikal yang tidak remeh.

Penilaian saya mungkin kelihatan terlalu ketat, tetapi pada prinsipnya, adalah mungkin untuk bekerja dengan persamaan Maxwell dalam bentuk di mana mereka pada asalnya ditulis. Tetapi teori kuantum tingkah laku zarah yang dikenakan dalam medan elektromagnet tanpa potensi adalah mustahil untuk dirumuskan. Oleh itu, mana-mana teori ini mesti dibuat invarian.

Walau bagaimanapun, pada tahun 1920-an, ahli fizik menganggap simetri tolok tidak lebih daripada akibat formal peralihan kepada penerangan kuantum gerakan zarah yang dikenakan. Suatu masa yang lama terpaksa dilalui sebelum saintis menyaksikan pencerobohan ukuran prinsip asas yang jauh lebih banyak diperoleh,bukannya undang-undang elektrodinamika kuantum. Ini adalah pemahaman yang benar-benar baru untuk mengukur simetri, secara bersejarah menaikkan kepada artikel oleh Yang dan Mills. Mereka menunjukkan untuk pertama kalinya bahawa sifat dinamik asas teori fizikal mengikuti dari simetri ini.

– Kenapa anda membuat keputusan untuk mengambil topik ini?

– Saya membaca artikel oleh Young dan Mills semasa belajar di sekolah siswazah pada tahun 1950-an dan secara harfiah terpesona. Kerja mereka dicirikan oleh keindahan yang sama seperti GTR, di mana dinamik juga berasal dari sifat-sifat simetri. Sudah tentu, banyak ahli fizik teori melihat ini.

Walau bagaimanapun, untuk teori fizikal, keanggunan matematik sahaja tidak mencukupi. Masalah utama model Young dan Mills adalah bahawa tiada siapa yang dapat memahami bagaimana ia berkaitan dengan fizik sebenar. Bidang Yang dan Mills mempunyai kuantiti sifar, dan peneliti tidak pernah melihat apa-apa seperti itu. Seluruhnya adalah keghairahan ini. Katakan anda mempunyai teori yang meramalkan zarah baru, tetapi tidak memungkinkan untuk mengira massanya.

Sekiranya zarah tidak dapat dikesan secara eksperimen, ia boleh diandaikan bahawa terlalu berat untuk dilahirkan dalam pemecut sedia ada – tidak ada tenaga yang mencukupi.Tetapi bagi zarah-zarah hipotetikal dengan jisim sifar tegas, alasan seperti itu tidak lulus, dan penjelasan lain diperlukan mengapa mereka tidak dapat dijumpai. Untuk Yang dan Mills, tidak ada alasan sedemikian, dan oleh itu dia tidak membangkitkan minat untuk jangka masa yang panjang, walaupun ramai ahli teori sudah mengenalinya.

– Tetapi masih model ini telah diiktiraf?

– Ya, tentu saja. Pada separuh kedua tahun 1960-an, Abdus Salam dan saya secara bebas mendapati aplikasi fizikal pertama model Young dan Mills. Kerja saya diterbitkan pada tahun 1967, Salama – pada tahun 1968. Kami berdua menggunakan mekanisme Higgs yang disebut, yang menjelaskan bagaimana pelanggaran spontan mengukur simetri menghasilkan generasi zarah besar-besaran. Dengan itu, kami berjaya membina teori tolok interaksi elektroweak yang membawa foton dan tiga boson vektor berat.

Sheldon Glashow mengembangkan teori yang serupa beberapa tahun sebelum ini, tetapi dia tidak dapat mengatasi masalah massa boson ini.

Tetapi kami berjaya mengiranya, dan, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen, sangat tepat. Ini adalah bagaimana ia mula-mula membuktikan bahawa mengukur teori-teori interaksi asas mempunyai kuasa ramalan yang nyata.Penggunaan mekanisme Higgs juga menjadikan teori tolok ukur interaksi elektroweak secara konsisten secara matematik – dalam arti bahawa ia membolehkan kita membersihkannya dari infiniti yang tidak dikeluarkan dari model Glashow.

Apakah moral cerita ini? Young dan Mills membina model matematik yang sangat cantik, yang dalam bentuk aslinya tidak mempunyai aplikasi sebenar. Salam dan saya meletakkannya sebagai asas teori fizikal yang sebenar, yang dengan masa berlalu ujian eksperimen yang ketat. Boson vektor berat telah didaftarkan, jisim mereka diukur, teori itu telah disahkan.

Beberapa bulan yang lalu ia diumumkan bahawa boson Higgs akan ditemui. Teori kami tidak dapat meramalkan jisim zarah ini, ia akan ditentukan oleh penguji.

Pemenang Hadiah Nobel.
Pada tahun 1979, Weinberg dianugerahkan Hadiah Nobel dalam Fizik "atas sumbangannya kepada teori bersatu antara interaksi lemah dan elektromagnetik antara zarah-zarah asas, termasuk ramalan arus neutral yang lemah."

Seorang atheis.
Pada tahun 1999, dalam satu persidangan mengenai kosmologi, Weinberg berkata: "Saya mengalu-alukan dialog antara sains dan agama, tetapi ia tidak boleh membina.Salah satu pencapaian sains paling besar adalah, jika tidak mustahil bagi orang pintar menjadi orang percaya, maka sekurang-kurangnya peluang bagi mereka untuk menjadi orang yang tidak percaya. "

Popularizer.
Sebagai tambahan kepada lebih daripada 300 penerbitan saintifik semata-mata, Stephen Weinberg telah menulis beberapa buku sains popular yang telah menjadi klasik popularisasi sains asas. Kebanyakan karyanya diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia, yang paling terkenal ialah "The Three Minutes Pertama. A Look Modern pada Asal Alam Semesta" dan "Impian Teori Akhir: Fizik dalam Mencari Undang-Undang Kebanyakan Kebanyakan Alam".

– Adakah kerja anda dan karya Salam merupakan perkembangan langsung model Young and Mills?

– Tidak, saya tidak akan mengatakannya. Young dan Mills tidak berfikir tentang interaksi yang lemah. Dengan bantuan medan tolok, mereka ingin menjelaskan interaksi yang kuat yang menghubungkan proton dan neutron dalam nukleus atom. Tetapi ini hanya dilakukan pada tahun 1970-an.

– Bagaimana keadaan ini berlaku?

– Kemudian chromodinamik kuantum dicipta, menerangkan sifat dan struktur hadrons, zarah komposit, yang mengambil bahagian dalam interaksi yang kuat. Mereka terdiri daripada quark yang diikat di antara mereka sendiri dengan medan tolok dengan quanta – gluons tanpa massal.Dan di sini, bekas pertanyaan itu timbul lagi: jika gluon tidak mempunyai massa, mengapa kita tidak memerhatikan mereka dalam bentuk murni mereka?

Gluons

Tidak seperti foton, gluon berinteraksi bukan sahaja dengan quarks, tetapi juga antara satu sama lain, kerana medan gluon mematuhi sejenis simetri tolok daripada elektromagnetik.

Ini adalah interaksi antara gluon yang menyebabkan kelemahan ikatan antara gluon dan quark pada tenaga yang tinggi, iaitu, pada jarak yang sangat kecil (kesan ini disebut kebebasan asimtotik). Interaksi semacam itu, kemungkinan besar, menjelaskan penguatan bon pada jarak yang jauh, akibatnya kuark dan gluon tidak dapat wujud sebagai zarah terpencil, tetapi hanya sebagai sebahagian daripada hadrons (ini disebut kurungan).

Banyak ahli teori telah menganggap bahawa gluon masih mendapat massa disebabkan oleh pemecahan spontan simetri simetri – seperti vektor vektor, yang membawa interaksi yang lemah. Seperti yang saya katakan, dengan cara ini mereka tidak dapat diamati boleh dikaitkan dengan orang ramai yang terlalu besar. Walau bagaimanapun, tidak ada sebab yang munasabah untuk kelahiran gluon berat itu.

Teka-teki ini diselesaikan dengan cara yang tidak dijangka,yang sekali lagi menunjukkan kuasa mengukur model dan mengakibatkan penciptaan Model Piawai Elemen Zarah, yang memungkinkan untuk menerangkan hampir semua hasil percubaan. Kasar, Wilczek dan Politzer mendapati harta yang luar biasa dari pelbagai bidang Yang-Mills yang bekerja dalam kromodiin kuantum. Ternyata ketika tenaga meningkat, pemantauan interaksi yang efektif akan berkurang. Selepas itu, Gross dengan Wilczek dan saya menyedari bahawa dalam kes ini, apabila tenaga berkurangan, pemalar ini perlu meningkat.

Ia tidak boleh dikatakan bahawa mengukur teori adalah kebenaran mutlak.

Model standard, seperti mana-mana teori saintifik, mempunyai hadnya. Contohnya, dia berpendapat bahawa neutrinos tidak sepatutnya mempunyai massa. Walau bagaimanapun, massa zarah-zarah ini masih wujud, walaupun sangat kecil, berdasarkan urutan jisim elektron satu juta.

Di samping itu, dalam Model Standard tiada tempat untuk zarah-zarah gelap, sama ada sifat mereka. Dan tentunya kelemahan utamanya ialah ia tidak menggambarkan graviti.

Ini bermakna bahawa interaksi jarak pendek antara kuark dan gluon jauh lebih lemah daripada yang jauh.Dari sini kita dapat membuat kesimpulan bahawa quark dan gluon sangat tertarik kepada satu sama lain pada jarak yang jauh sehingga mustahil untuk melihatnya secara berasingan.

– Apakah kelebihan dan kelemahan utama teori tolok interaksi asas?

– Soalan yang baik. Kami, ahli fizik teori, mengambil pelajaran yang diajarkan kepada kami oleh Einstein pada tahun 1905 dengan penuh kesungguhan. Dia sedar bahawa alam semula jadi di peringkat paling asas adalah tertakluk kepada prinsip simetri yang kuat. Simetri ini memberikan undang-undang sifat kesederhanaan yang telah lama dicari para saintis.

Saya pernah mengatakan bahawa jika undang-undang asas alam tidak dibezakan oleh perpaduan, kesederhanaan dan keanggunan, saya hanya akan tidak tertarik untuk menangani mereka.

Sekarang hampir semua orang melihat dalam Model Standard tidak lebih daripada anggaran yang sangat baik dari teori yang lebih dalam, yang belum tersedia.

Dan saya mengakui sepenuhnya bahawa pada tahap asas ini, mengukur simetri tidak akan memasuki teori ini. Sebagai contoh, dalam struktur teori rentetan tidak ada medan tolok, walaupun analog mereka muncul dalam perjalanan penyelesaian persamaannya. Sebaliknya, kita masih tidak tahu sama ada teori ini relevan dengan dunia sebenar.Ternyata masa depan teori mengukur masih belum jelas, tetapi mereka bekerja dengan sempurna di kawasan penerapannya.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: