Интернет-ларек

Программные среды и виртуальные лаборатории
для учебы и творчества

8(905)589-02-23    8(495)221-26-45
Email: i-larek@int-edu.ru
Институт новых технологий
ул. Мытная, 50. 115162 Москва,

Введение в современную физику

Перед тем как я введу в вас в самые непонятные с первого взгляда определения, давайте разберемся, каковы задачи современных физиков на данный момент времени. Для чего вообще нужно самое обсуждаемое изобретение предыдущих двух 2-3 лет Адронный колайдер и почему мы о нем давно уже не слышим? Что за "частица Бога", от которой все новости телеканалов разрывались? Что за квантовая физика и почему ей все так интересуются? Какую связь здесь играет гравитация и свет из Теории Относительности Эйнштейна? На самом деле все это связано крепкими цепями, и все, о чем было сейчас сказано, непосредственно дает нам возможность ответить на вопрос о самом раннем состоянии Вселенной. Другими словами, что было все-таки сначала?

А в начале нашей Вселенной был так называемый "Большой Взрыв" - состояние сингулярности. Иными словами, состояние, когда бесконечно огромная энергия была собрана в бесконечно малом размере, то есть в точке. Именно это физики называют началом начал. Понятие "взрыв" довольно таки абстрактно. В действительности никакого взрыва не было, но давайте по порядку.

Если вы хотя бы иногда пытались вникнуть в науку, то, скорее всего, сталкивались с именем ученого - Стивеном Хокингом. Его признали лауреатом премии Эйнштейна, премии Вольфа, так же он удостоен медалью Альберта. Он считал, что в момент Большого взрыва, действовала квантовая физика, чьи законы отличны от нынешнего восприятия. Сейчас мы привыкли к нашим трем измерениям, а именно: длинна, ширина, высота. Четвертым измерением физики привыкли считать время. Точно так же переходя из точки А в точку Б, мы двигаемся, предположим, по длине, ширине. Так же одновременно мы двигаемся в измерении времени, ведь этот участок мы прошли за определенное время. В момент Большого взрыва, время обладало 4-ым пространственным измерением! Это сложно представить, но ваше время не было постоянно изменяющейся величиной! То есть не было никаких 60 секунд, минут и часов.

Если вы хотя бы иногда пытались вникнуть в науку, то, скорее всего, сталкивались с именем ученого - Стивеном Хокингом. Его признали лауреатом премии Эйнштейна, премии Вольфа, так же он удостоен медалью Альберта. Он считал, что в момент Большого взрыва, действовала квантовая физика, чьи законы отличны от нынешнего восприятия. Сейчас мы привыкли к нашим трем измерениям, а именно: длинна, ширина, высота. Четвертым измерением физики привыкли считать время. Точно так же переходя из точки А в точку Б, мы двигаемся, предположим, по длине, ширине. Так же одновременно мы двигаемся в измерении времени, ведь этот участок мы прошли за определенное время. В момент Большого взрыва, время обладало 4-ым пространственным измерением! Это сложно представить, но ваше время не было постоянно изменяющейся величиной! То есть не было никаких 60 секунд, минут и часов.

Давайте поговорим о времени. Вы удивитесь, когда я скажу, что если вы полетите со скоростью близкой скоростью света, то есть 300 000 км/c ваше время будет стремиться к нулю, а скорость на Земле будет идти в том же духе. Таким образом, полетев в галактику Альфа-Центавра, побыв не много, а там, а потом, вернувшись, вы не узнаете вашу планету, поскольку, скорее всего ваши родители, дети и внуки умерли от старости. Это кажется чем-то невероятным, не правда ли? Многие скажут, что это чушь, и как же ученые это поняли?

В атмосфере была обнаружена частица, которая двигается со скоростью близкой к скорости света. Ее время жизни в состоянии покоя равно примерно 2 мкс, но двигаясь со столько большой скоростью, частица существовала на много дольше чем 2 мкс. Это явление замедления времени называется Специальной Теорией Относительности Эйнштейна (СТО). Наша планета двигается с определенной скоростью в нашей галактике, а галактика тем временем двигается со своей скоростью, но другие галактики имеют совсем другие скорости, и получается, что время везде непостоянно? Именно так и гласит первый постулат СТО. Находясь в разных местах Вселенной, время относительно Земли будет восприниматься по-разному.

Второй постулат говорит о постоянстве скорости света, т.е. нельзя превысить скорость большую 300 000 км/с. А это почему так, спросите вы? Но давайте вернемся к нашей первой теме. Что было при Большом взрыве? Время как пространственное измерение? Да, все фактически замерло в момент сингулярности, и работала только квантовая механика. Квантовая механика изучает взаимодействие очень маленьких частиц, таких как свет, электрон. ("Квант" - свет, фотон). Здесь вас удивят еще несколько вещей. Например, то, что вы не можете в точности определить одновременно скорость и положение, предположим, электрона. Об этом говорит Принцип Неопределенности Гейзенберга. Чем с большой точностью вы пытаетесь определить скорость частицы, тем непостояннее его координаты. То же самое и про определение положения.

Чтобы в вкратце объяснить, на сколько квантовая механика, то есть физика сверхмалых частиц, интересна и необычна, обратимся к "коту Шредингера". Шредингер предложил представить ситуацию: вы засовывайте в коробку с ядом кота; при этом вероятность, что кот выпьет яд, равна 50%. Закрыв коробку, вы не сможете узнать, жив ли кот, пока не проверите коробку. А теперь представим, что таких коробок с ядом и котами две, и того вы имеете 4 ситуации: оба кота умерли, оба кота живы, один жив, другой мертв и наоборот. В квантовой механике, вы в принципе не можете этого узнать никак! Нет таких ситуаций, то есть не может быть, что оба кота живы и одновременно мертвы. Эти ситуации исключены. Квантовая механика непостоянна, однако, это механика частиц, а мы состоим из частиц. Получается, все физические явления не постоянны и непредсказуемы, исходя даже из Принципа Неопределённости Гейзенберга. На микроуровне да, но не на макроуровне, то есть на размерах больших (характеристики уходящие далеко от постоянной Планка), чем размер молекулы.

Опять же таки давайте вернемся к Большому Взрыву. В момент сингулярности действовали законы квантовой механики. Исходя из этого, мы получаем, что наша Вселенная получилась такой какой она является сейчас абсолютно случайно. Шанс нашей Вселенной один на бесконечность. Вспомните, частицы в квантовой механике непредсказуемы. Очень многие ученые верят в "теорию Мульти вселенной", которая гласит, что существует множество других Вселенных, получившиеся по другим законам, которые были созданы в момент сингулярности. А мы знаем, что шанс появление разумной жизни в нашей Вселенной ничтожно мал, а на сколько же он мал в других Вселенных? Физики, которые верят в Мульти вселенные склонны думать, что из всех Вселенных, скорее всего, наша Вселенная единственная, которая имеет хоть какую-то жизнь.

В какой-то же момент жизнь стала на нашей Вселенной такой, какой мы ее сейчас видим. После сингулярности наша Вселенная начала расширяться в 10000000000...0000 разы за 0.00000000....01 секунды. Изначально всю нашу Вселенную заполняла высокая температура с момента Большого Взрыва. Постепенно все начало остывать; сначала везде был распространён водород и по мере остывания начали появляться другие вещества. Некоторые газы начали собираться в планеты, звезды. Появилась Земля, которая оказалась на очень благоприятном состоянии от Солнца для повеления жизни. На данный момент физики склонны думать, что нашей Вселенной 13.7 млрд. лет и она постоянно расширяется. Это понял еще Хаббл, который увидел через телескоп, что галактики удаляются каждый раз все дальше и дальше с большей скоростью.

Физика невозможна существовать без математики, а математика гласит, что по тому ускорению, с которым галактики отдаляются, галактик в принципе быть не должно. То есть из-за большой скорости они не могут существовать в своем состоянии. По расчётом, галактика должна рассыпаться на системы, а те в свою очередь на планеты, которые, разумеется, без звезды существовать не могут. Поэтому ввели такие понятия как Темная Материя, которая сдерживает наши галактики от саморазрыва из-за расширения Вселенной. Так же ввели понятие Темной Энергии. Именно она в первую очередь распространяется по мере расширения нашей Вселенной и тянет за собой все остальное.

Вот когда Вселенная остыла до нынешней температуры, появились другие вещества, которые мы можем видеть в таблице Менделеева, на Земле появились организмы и, собственно, появился человек, который смог дожить до 21 века. И вот в Швейцарии, частично захватывая территорию Франции, заканчивается строительство Большого Адронного Коллайдера (БАК). Главная его задача - столкновение элементарных частиц, а чаще всего это оказываются протоны (положительно заряженные частицы).

Особенное внимание уделяется античастицам и, предсказанному еще 50 лет назад, бозону Хиггсу. Мы знаем, что существует электрон (отрицательно заряженная частица "-"), протон (положительно заряженная "-") и нейтрон (нейтрально заряженная). Существуют также античастица, то есть частицы противоположенные электрону, протону, нейтрону, которые имеют одинаковые характеристики(массу, спин), но отличаются зарядом. То есть для, предположим, для электрона античастица - позитрон(электрон со знаком "+"). Ученых, прежде всего, интересует явление аннигиляции, то есть явление, которое наблюдается при соприкосновении электрона и позитрона. Это явление взаимоуничтожения двух частиц, сопровождающие светом. Интересно это тем, что с момента создания Вселенной количество электронов, протонов и нейтронов не изменилось. То есть мы состоим из частиц, которым уже 13.7 млрд. лет, но вот где-то на Земле эти электроны пропадают навсегда!

А что же такое бозон Хиггса? Бозоны - это частицы, которые образуют силовые взаимодействия. Например, когда вы прикрепляете магнит на холодильник, вы действуете на холодильник силами магнита. Вы и сами, собственно, постоянно давите на пол, действуя на него с некоторой силой. Бозоны - это частицы, которые вызывают эту силу, и они не имеют массы. Бозон Хиггса - это не просто бозон, который создает силу. Это бозон, который вызывает деформацию в пространство-времени, что вызывает за собой появление новых частиц. Иными словами бозон Хиггса создает новые частицы. Только представьте! С момента создания Вселенной не было создано ни одной новой частицы, но вот в БАКе появляется бозон, который готов создать что-то новое. Проблема состоит в том, что на коллайдере ученые не смогли создать условия для поддержания существования бозона, из-за чего он пропал. По его уникальным свойствам бозон Хиггса так же называют "частицей бога". А об адрооном коллайдере мы не слышали только потому, что на данные момент он находится в состоянии реконструкции. Совсем скоро мы будем слышать о новых открытиях, и поражать свое воображения. Вникайте в науку, будьте в курсе споров ученых.