Джордж и Большой взрыв

Теория всего

На протяжении всей истории люди смотрели на то поразительное и чудесное, что нас окружает, и задавались вопросами: «Что это за объекты? Почему они так движутся и так меняются? Всегда ли они были? Что они говорят нам о нашем происхождении?» Только в последние несколько столетий человечество начало находить научные ответы на эти вопросы.

Классическая теория

В 1687 году Исаак Ньютон в своей книге «Математические начала натуральной философии» впервые сформулировал три закона классической механики, описывающие влияние сил на движение предметов, и закон всемирного тяготения, гласящий, что любые два тела во Вселенной притягиваются друг к другу благодаря гравитации. Именно благодаря этой силе мы не падаем с поверхности Земли, а Земля обращается вокруг Солнца, и именно благодаря этой силе образовались планеты и звёзды. На уровне планет, звёзд и галактик сила гравитационного притяжения – это архитектор грандиозного здания Вселенной. Законы Ньютона позволяют выводить на орбиту искусственные спутники Земли и отправлять космические аппараты на другие планеты. Однако, когда речь идёт о телах с очень большой массой или очень быстро движущихся, необходимы более современные классические теории, а именно – теория относительности Эйнштейна.

Законы Ньютона

Законы движения

1. Всякое тело остается в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.

2. Изменение количества движения тела пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

3. Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе говоря – воздействия двух тел друг на друга равны и направлены в противоположные стороны.

Закон всемирного тяготения

Каждое тело во Вселенной притягивает каждое другое тело с силой (направленной вдоль прямой, соединяющей эти тела), прямо пропорциональной произведению масс этих тел и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Квантовая теория

Классическая теория годится для крупных объектов, будь то галактики, звёзды или даже бактерии, но поведение атомов она не объясняет. Более того, согласно этой теории, атомы вообще не могут существовать! В начале XX века физики осознали, что им требуется абсолютно новая теория, которая объясняла бы свойства очень малых объектов, таких, как атомы или, скажем, электроны, – квантовая теория. Вариант этой теории, суммирующий все современные знания об элементарных частицах и фундаментальных взаимодействиях, носит название Стандартной модели. Она описывает частицы, из которых состоит вещество (кварки и лептоны), частицы – переносчики взаимодействий (глюон, фотон, бозоны W и Z) и хиггсов бозон (который труднее всего обнаружить), необходимый для объяснения некоторой части масс остальных частиц. Многие учёные считают, что это чересчур сложно, и ищут модель попроще. К тому же где в этой модели тёмная материя, открытая астрономами? И как быть с гравитацией? Частица – переносчик гравитационного взаимодействия называется «гравитон», но её трудно включить в Стандартную модель, потому что гравитационное взаимодействие особое: оно изменяет форму пространства– времени.

В поисках теории всего

Теория, объясняющая все взаимодействия и все частицы, – «теория всего» – может оказаться не похожей на все известные теории, потому что от неё требуется объяснить не только гравитацию, но и пространство-время. Но если такая теория возможна, она должна объяснять физические процессы во всей Вселенной, включая чёрные дыры, Большой взрыв и далёкое будущее космоса. Появление такой теории стало бы великой научной победой.