Красота физики. Постигая устройство природы

В сверхпроводниках фотоны ведут себя так, будто у них есть ненулевая масса. Уравнения, которые описывают эту ситуацию, по сути такие же, как и уравнения, которые мы используем в Главной теории, чтобы придать ненулевую массу виконам в механизме Хиггса. Я думаю, что будет справедливо и поэтично сказать, что большой урок, который мы можем извлечь из открытия частицы Хиггса, состоит в том, что мы живем внутри космического сверхпроводника. (Но это сверхпроводимость для потока слабого заряда, а не электрического заряда.)

Семейство, поколение

Family

Частицы вещества в Главной теории – т. е. кварки и лептоны – имеют одну интересную особенность – трехкратное повторение. Говорят, что они образуют три семейства (по-русски их также называют поколениями). В каждом семействе насчитывается 16 частиц, образующих схожие структуры из сильных, слабых и электромагнитных зарядов, которые подробно описываются в основном тексте. Представители трех семейств перечислены в нижеследующей таблице.

По-другому, пользуясь геометрическим языком главы «Квантовая красота III», мы можем сказать, что каждое из трех семейств содержит шесть сущностей, занимающих в каждом случае одни и те же пространства свойств.

Переходы, связанные со слабым взаимодействием, которые превращают единицу желтого слабого заряда в единицу фиолетового слабого заряда, превращают (левый) u-кварк в (левый) d-кварк, как мы обсудили в основном тексте. Там я ссылался на некоторые сложности и здесь расскажу об этом подробнее. Сложность состоит в том, что переходы слабого цвета могут сопровождаться переходами между семействами. Таким образом, кроме u → d, мы имеем также u → s и u → b. Чтобы описать относительные вероятности таких переходов, необходимо ввести в Главную теорию новые параметры. Угол Кабиббо, например, является мерой того, как соотносятся вероятности второго и первого. Существует множество дополнительных переходов между кварками, которые нужно учесть (например, c → d), и еще больше, если вспомнить о лептонах. Чтобы описать их все в рамках Главной теории, необходимо ввести около дюжины новых параметров. Величины этих «углов смешивания» были измерены экспериментально, но нет никакой убедительной теории, объясняющей, почему они именно такие.

Ну и уж коли на то пошло, нет убедительной теории, которая бы объясняла, почему вообще Природа позволила себе это трехкратное повторение семейств.

Сила, взаимодействие

Force

В физике и в нашей медитации термин сила может употребляться двумя различными способами.

В ньютоновской механике сила – это мера влияния одного тела на другое. Сила, с которой действует тело, – это его способность вызывать ускорение других тел. См. Ускорение.

В другом варианте употребления (который часто встречается, но менее точен) мы говорим о силах Природы, имея в виду те механизмы, которые действуют в Природе. В нашей Главной теории мы выделяем в Природе четыре фундаментальные силы: гравитация, электромагнетизм, а также сильная и слабая сила. Также в этом случае часто говорят о взаимодействиях вместо сил (и следовательно, об электромагнитном взаимодействии, сильном взаимодействии и т. д.). Я решил повсюду использовать слово «сила», поскольку это звучит сильнее[113].

Силовые линии

Lines of force

Под влиянием стержневого магнита железные опилки на листе бумаги образуют кривые линии, идущие от одного полюса магнита к другому, как изображено на илл. 35. Это красивое явление и другие подобные вдохновили воображение Фарадея. Он пришел к предположению, что эти линии существуют сами по себе, заранее, и железные опилки их лишь проявляют, а не создают. Эти интуитивные догадки привели его к новым экспериментальным открытиям. Максвелл развил эти результаты в точно сформулированные математические идеи. Современная физика с ее флюидами, заполняющими пространство, появилась из этих идей. Они вытеснили идею дальнодействия как модель фундаментального понимания устройства мира.

Сильное взаимодействие

Strong force

Сильное взаимодействие наряду с гравитацией, электромагнетизмом и слабым взаимодействием – это один из четырех основных механизмов, через которые действует Природа.

Сильное взаимодействие – самая мощная сила в Природе. Оно отвечает за стабильность атомных ядер и управляет большей частью того, что происходит при столкновениях, которые изучаются на ускорителях высоких энергий, таких как Большой адронный коллайдер.