Красота физики. Постигая устройство природы

Когда мы переходим от флюидов к соответствующим им субатомным частицам, или квантам, мы осознаем, что существование гравитонов, фотонов, виконов и цветных глюонов – квантов метрического, электромагнитного, сильного и слабого флюидов соответственно – и их свойств является неизбежным и исключительным следствием различных локальных симметрий. Обычный жаргон для этих локальных симметрий в физической литературе таков:

• общая ковариантность – для локальной версии специальной теории относительности;

• калибровочная симметрия U (1) – для локальной версии вращения в пространстве свойств электрического заряда;

• калибровочная симметрия SU (2) – для локальной версии вращения в пространстве свойств слабого заряда;

• калибровочная симметрия SU (3) – для локальной версии вращения в пространстве свойств сильного заряда.

Историческое происхождение термина «калибровочная симметрия» довольно интересно. Оно обсуждается в примечаниях в конце книги.

Мы можем подвести итог нашему обсуждению справедливым образом так, чтобы это запомнилось:

Гравитоны – это воплощения общей ковариантности.

Фотоны – это воплощения калибровочной симметрии 1.0.

Виконы – это воплощения калибровочной симметрии 2.0.

Цветные глюоны – это воплощения калибровочной симметрии 3.0.

Давайте отпразднуем эту выдающуюся плодотворность дуализма

Идеальное ↔ Реальное

подходящим рисунком (вклейка LL). Когда объекты, содержащие симметричные детали, фотографируют с помощью объектива «рыбий глаз», симметрия различных деталей отображается по-разному, в зависимости от пространственного положения. Такие изображения могут передавать дух локальной симметрии в подходящей, странно красивой визуальной форме.

И в заключение (с помощью илл. 33) давайте переключим наше внимание с результатов теорий с локальной симметрией на процесс их создания. Это трехступенчатый процесс. Мы должны выбрать объекты, которые мы хотим изобразить (материя), то, как мы разрешим им выглядеть (преобразования), и среды, которые будут обеспечивать эти преобразования (флюиды). Этот рисунок, показывающий процесс создания анаморфного искусства, является уточненной версией вклеек K и L. Наш современный Мастер – рачительный ремесленник, но теперь мы знаем, что его мысли более изобретательны, его инструменты более разнообразны – и его подход более игрив, – чем у Мастера, которого представлял себе Блейк.

Илл. 33. Процесс создания анаморфного искусства

Где определяет что

Когда частица движется в пространстве свойств, на обычном языке мы бы сказали, что она превращается в частицу другого вида. Скажем, «красный» кварк – т. е. кварк с единицей красного заряда – может превратиться в «синий» кварк. Но теперь у нас есть другой, более глубокий способ рассматривать эту ситуацию. С этой новой точки зрения мы видим, что эти две частицы – красный кварк и синий кварк – на самом деле являются одной и той же сущностью, занимающей разные положения! Таким образом, что это кодируется тем, где оно находится.

Поскольку цветные глюоны реагируют именно на цветовой заряд, то они решают, что им делать, «смотря», где расположены частицы – или, в более общей формулировке, как выглядит распределение волновых функций или полей в пространстве цветовых свойств. Для этих глюонов важно положение и еще раз положение – положение в этом пространстве свойств, равно как и положение в пространстве-времени. И наоборот, когда мы наблюдаем за поведением цветных глюонов, мы получаем информацию из пространства цветового заряда. Пространства свойств, сначала введенные в качестве подспорья воображению, превращаются тем самым в осязаемые элементы действительности.

Часть 2. Сильное взаимодействие более конкретно

Открывая атомные ядра

Основное открытие, которое привело к современным успешным атомным моделям, было сделано Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом в 1911 г. Работая в лаборатории Резерфорда и реализуя его идею, Гейгер и Марсден изучали отклонение тонким слоем золотой фольги альфа-частиц, испускаемых при радиоактивном распаде радия. Они наблюдали случаи сильного отклонения. Резерфорд рассказывал об этом эпизоде так: