Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил

Современная теория, описывающая слабые и электромагнитные взаимодействия. Ее также иногда называют стандартной моделью. В электрослабой теории существует две главные идеи. Первая заключается в том, что уравнения управляются локальной симметрией; это приводит к уравнениям Максвелла и Янга — Миллса. Другая идея заключается в том, что пространство представляет собой необычный вид сверхпроводника, который, грубо говоря, замыкает некоторые взаимодействия, скрывая их эффекты. (Еще одна важная идея заключается в том, что взаимодействия являются хиральными. Она более техническая, и я не буду пытаться описать ее здесь. Наиболее впечатляющим следствием этой идеи является то, что слабые взаимодействия нарушают четность, то есть симметрию между левым и правым). Иногда говорят, что электрослабая теория объединяет КЭД и слабые взаимодействия, но было бы правильнее сказать, что она их смешивает. См. также: Слабое взаимодействие.

Энергия

Центральное понятие в физике. Учитывая его важность, удивительно, каким невыразительным и малообещающим на первый взгляд кажется определение энергии. Действительно, только в середине XIX века появилась современная концепция энергии и ее сохранения. Первоначальной и наиболее очевидной формой энергии является кинетическая энергия, связанная с движением частиц (в дорелятивистской механике кинетическая энергия тела определялась как половина его массы, умноженная на квадрат его скорости; релятивистские формулы, включающие энергию покоя, обсуждаются в приложении А.)

Кинетическая энергия тела обычно изменяется, когда на нее действуют силы, но для определенных видов сил (так называемых консервативных сил) можно определить функцию потенциальной энергии, зависящую только от положения тела, так что сумма кинетической и потенциальной энергий будет постоянной. В более общем плане для систем тел и определенного класса сил сохраняется сумма всех их кинетических энергий и потенциальной энергии, зависящей от их положения. Первый закон термодинамики утверждает, что энергия сохраняется, хотя она может быть скрыта в качестве тепла, которое есть проявление очень мелкомасштабного, труднонаблюдаемого движения внутри тел. По сути, первый закон термодинамики утверждает, что фундаментальные силы природы всегда будут считаться консервативными. Это смелая гипотеза, выдвинутая задолго до того, как природа фундаментальных сил была понята и оправдана успехом термодинамики. См. также: Кредо иезуитов.

В современных физических теориях энергия предстает в качестве первичной концепции на том же основании, что и время, с которым она тесно связана. Например, время T, необходимое для того, чтобы осциллирующие электрические возмущения, связанные с фотоном, прошли один полный цикл, связано с энергией фотона E соотношением ET = h, где h — это постоянная Планка. В рамках этих теорий сохранение энергии следует из симметрии уравнений относительно трансляции времени, или, выражаясь простым языком, из того факта, что законы с течением времени не меняются.

Вы можете спросить: «Если фундаментальные законы физики обеспечивают сохранение энергии, почему люди должны принимать меры по ее экономии? В конце концов, законы физики должны быть самоисполняющимися!» Дело в том, что некоторые формы энергии более полезны, чем другие; в частности, случайное движение (тепло) не всегда доступно для выполнения полезной работы. Было бы лучше попросить людей, чтобы они минимизировали свое производство энтропии. См. также: Энтропия.

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.

Примечания

Глава 1

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.

Глава 2