Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса - [98]

Шрифт
Интервал

Симметрия замещения тождественных частиц — все измеримые количества в системе останутся неизменными, если заменить одну частицу другой того же типа и в том же состоянии. Сложность в том, что если поменять местами два фермиона, волновая функция умножится на — 1, однако впрямую это зарегистрировать невозможно.

Непрерывные симметрии в физике

Симметрия трансляции времени (инвариантность времени). Все законы физики ведут себя одинаково в разные моменты времени. По теореме Нётер из этого следует закон сохранения энергии.

Трансляционная симметрия (инвариантность пространства). Законы физики совершенно одинаковы в любом месте во вселенной. На крупных масштабах это отражается в однородности вселенной и в космологическом принципе. По теореме Нётер из этого следует закон сохранения импульса.

Вращательная симметрия (инвариантность вращения). Законы физики не меняются, если повернуть систему в целом. На крупных масштабах это отражается в изотропии вселенной, а кроме того, входит в систему предположений, на которых основан космологический принцип. Это приводит к сохранению момента импульса.

Лоренц-инвариантность. Законы физики одинаково справедливы для любого наблюдателя, который движется равномерно и прямолинейно. Кроме того, это основа специальной теории относительности.

Слабый принцип эквивалентности. Частицы в состоянии свободного падения локально неотличимы от инерциальных систем отсчета. Это основа общей теории относительности.

Калибровочные симметрии (со страшными математическими названиями)

Фазовая симметрия, она же U (1). Фаза поля может меняться, и при этом никаких измеримых последствий наблюдаться не будет.

Симметрия электронов-нейтрино, она же SU (2) L. Слабое взаимодействие происходит совершенно так же, если заменить все нейтрино электронами и наоборот, если все они леворукие.

Симметрия цвета, она же SU (3). Сильное взаимодействие ведет себя совершенно одинаково с зелеными, синими и красными кварками. Если подменить один цвет другим (главное — проявить последовательность), и взаимодействие окажется прежним.

SU (5). Одна из первых и самых испытанных теорий Великого объединения. Она предсказывает существование дополнительных частиц, что приводит к распаду протонов. Измеренное время жизни протона противоречит ей, поэтому от нее пришлось отказаться.

SO (10). Популярная в наши дни теория Великого объединения, которая предсказывает долгий срок жизни протонов, а также очень массивное праворукое нейтрино.

E>8. Спекулятивная Теория Всего, которая претендует на объяснение масс разных поколений частиц и количества этих поколений (три), а заодно и гравитации.

SUSY. Прозвище суперсимметрии, согласно которой у каждого фермиона есть партнер-бозон, а у каждого бозона — свой фермион. Результаты первых экспериментов особых успехов не сулят.

Дополнительная литература

Научно-популярные сочинения о физике и симметрии, которые должен прочитать каждый ботаник

Abbott, Edwin. Flatland: A Romance of Many Dimensions. New York: Dover, 1992. Приключения «Квадрата» в строго иерархической геометрической вселенной.

Bryson, Bill. A Short History of Nearly Everything. New York: Broadway Books, 2003. Чудесная экскурсия в историю науки с интереснейшими историческими зарисовками.

«Desperately Seeking Symmetry». Radiolab. WNYC Radio, 18 апреля 2011 года.

Du Sautoy, Marcus. Symmetry: A Journey into the Patterns of Nature. New York: Harper, 2008. Сочинение скорее автобиографическое, однако оно закладывает солидную основу для понимания симметрии в природе и математике.

Gardner, Martin. The New Ambidextrous Universe: Symmetry and Asymmetry from Mirror Reflections to Superstrings. 3rd rev. ed. Mineola, NY: Dover, 2005. Классическая (полупрофессиональная) книга о симметрии в математике, природе и законах физики.

Goldberg, Dave, and Jeff Blomquist. A User’s Guide to the Universe: Surviving the Perils of Black Holes, Time Paradoxes, and Quantum Uncertainty. Hoboken, NJ: Wiley, 2009. Забавное путешествие по времени и пространству, к описанию которого приложил руку ваш покорный слуга.

Lederman, Leon M., and Christopher T. Hill. Symmetry and the Beautiful Universe. Amherst, NY: Prometheus Books, 2004. Великолепный рассказ о роли симметрии в фундаментальной физике.

Stewart, Ian. Why Beauty Is Truth: the History of Symmetry. New York: Basic Books, 2007.

Weyl, Hermann. Symmetry. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1952. Вейль сделал самый большой вклад в понимание роли симметрии в физике. Это классическая работа, где говорится не только о физике, но и о мозаиках, истории и философии.

Литература

Введение

Anderson, P. W. «More Is Different». Science 177, no. 4047 (1972): 393–396. Цитата из введения.

Feynman, Richard Phillips, Robert B. Leighton, and Matthew L. Sands. «Basic Physics». В кн.: the Feynman Lectures on Physics. Redwood City, CA: Addison-Wesley, 1989, p. 2–2. Фейнман прибегает к шахматной аналогии несколько раз, однако есть и более удачные способы проиллюстрировать, что пытается показать нам физика.

Feynman, Richard P., Robert B. Leighton, and Matthew L. Sands. «Symmetry in Physical Laws». In


Еще от автора Дэйв Голдберг
Вселенная. Руководство по эксплуатации

Книга «Вселенная. Руководство по эксплуатации» — идеальный путеводитель по самым важным — и, конечно, самым упоительным — вопросам современной физики: «Возможны ли путешествия во времени?», «Существуют ли параллельные вселенные?», «Если вселенная расширяется, то куда она расширяется?», «Что будет, если, разогнавшись до скорости света, посмотреть на себя в зеркало?», «Зачем нужны коллайдеры частиц и почему они должны работать постоянно? Разве в них не повторяют без конца одни и те же эксперименты?».


Рекомендуем почитать
Орбита жизни

Вам, конечно, кажется, что вы знаете буквально все о первом космонавте планеты Земля? Вы ошибаетесь. В этом вы сможете убедиться, прочитав новую книгу молодого писателя Олега Куденко «Орбита жизни», ярко, по-новому раскрывающую подвиг советского народа и его славного сына — Героя Советского Союза Ю. А. Гагарина. Вы знаете, как курсант Гагарин тушил пожар? Как получил он свое первое и единственное взыскание? Как он едва не разбился в ночном полете над морем? Да и сам полет в космосе!.. Вы еще очень мало знаете о нем! Работая над рукописью, О. Куденко побывал в местах, связанных с судьбой его героя, встретился со множеством людей, прошел основные космические тренировки.


Геологи изучают планеты

В популярной форме изложены последние данные по геологии Луны, Марса, Венеры; описаны материки и океаны на этих космических телах, процессы оледенения, пыльные бури, гигантские трещины и т. д. Подчеркивается, что знание геологии других планет помогает исследователю разобраться в некоторых сложных проблемах геологического развития Земли, особенно ее ранних стадий.


Самые первые

Летчик-космонавт СССР, командир космического корабля «Союз-6» рассказывает о том, как создавался первый отряд космонавтов, о сложном и требовательном отборе, через который пришлось пройти каждому, но далеко не каждому удалось успешно выдержать все испытания и слетать в космос. О судьбах этих людей откровенно и глубоко повествует книга. Читатели узнают интересные подробности о полетах первых советских космонавтов. Книга посвящается пятнадцатилетию первого старта человека в космос.


Стойкость. Мой год в космосе

Американский астронавт Скотт Келли совершил четыре полета в космос, дважды был членом многодневной американской миссии на Международной космической станции и провел на орбите в общей сложности более 500 суток. О его необычайном опыте много писали в прессе, а теперь есть возможность узнать подробности от него самого. Искренний рассказ о себе, своем детстве, взрослении рисует точный психологический портрет человека, выбирающего путь астронавта, помогает увидеть бесстрашных героев с необычного ракурса и лучше понять их мотивацию и личностные особенности.


Серебристые облака и их наблюдение

В книге рассказывается о самых высоких облаках земной атмосферы — серебристых, или мезосферных облаках. В первой главе рассказано об условиях видимости, структуре, оптических свойствах, природе и происхождении серебристых облаков, об исследованиях их из космоса. Во второй главе даны указания к наблюдениям серебристых облаков средствами любителя астрономии.


Верхом на ракете. Возмутительные истории астронавта шаттла

Воспоминания американского астронавта Майкла Маллейна посвящены одной из наиболее ярких и драматичных страниц покорения космоса – программе многоразовых полетов Space Shuttle. Опередившая время и не использованная даже на четверть своих возможностей система оказалась и самым опасным среди всех пилотируемых средств в истории космонавтики. За 30 лет было совершено 135 полетов. Два корабля из пяти построенных погибли, унеся 14 жизней. Как такое могло случиться? Почему великие научно-технические достижения несли не только победы, но и поражения? Маллейн подробно описывает период подготовки и первое десятилетие эксплуатации шаттлов.


Почему Вселенная не может существовать без Бога?

Существует ли Бог? Согласны ли вы с Ричардом Докинзом, который считает, что Бог – это просто иллюзия? И возможно, пора уже забыть о Боге? Ведь понятие Бога противоречит здравому смыслу, открытиям современной науки в области биологии, эволюции, физике, астрономии…Нет! Именно сегодня на фоне достижений науки, когда человечество получает все больше знаний о микромире, исследует дальний космос, проводит операции на генах, понятия «вера», «Бог» актуальны как никогда. Мир намного сложнее, чем на стерильной картинке Докинза.


Наука о мозге и миф о своем Я. Тоннель эго

Эта книга одного из ведущих европейских философов-когнитивистов основана на последних научных исследованиях и посвящена радикальному переосмыслению природы человеческого сознания. Она объясняет, почему все наши интуитивные представления о собственном разуме неверны и почему человеческой личности просто не существует. Что такое сознание? Обладаем ли мы свободой воли? Можно ли научиться управлять снами? Как общество может измениться под воздействием последних открытий в нейрологии и какие опасности могут грозить нам в будущем? Обо всем этом и многом другом вы узнаете из этой книги, настоящего путеводителя по новой эпохе научных открытий в области человеческого разума, которые заставляют полностью пересмотреть наш взгляд на человеческое сознание, на то, кто мы такие и как взаимодействуем с миром.Перевод выполнен по дополненному и расширенному изданию 2014 года.


φ – Число Бога. Золотое сечение – формула мироздания

Как только не называли это загадочное число, которое математики обозначают буквой φ: и золотым сечением, и числом Бога, и божественной пропорцией. Оно играет важнейшую роль и в геометрии живой природы, и в творениях человека, его закладывают в основу произведений живописи, скульптуры и архитектуры, мало того – ему посвящают приключенческие романы! Но заслужена ли подобная слава? Что здесь правда, а что не совсем, какова история Золотого сечения в науке и культуре, и чем вызван такой интерес к простому геометрическому соотношению, решил выяснить известный американский астрофизик и популяризатор науки Марио Ливио.


Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности

Нил Деграсс Тайсон – известный американский астрофизик и популяризатор науки, обладающий особым даром рассказывать о самых сложных научных вопросах понятно, захватывающе и с юмором. В этой книге вы найдете ответы на самые интересные вопросы о Вселенной: «Что будет, если упасть в черную дыру?», «Какие ошибки допускают создатели голливудских фильмов о космосе?», «Зачем построили Стоунхендж?», «Наступит ли когда-нибудь конец света?», «Как могут выглядеть инопланетяне?» и многие другие.Эта книга будет интересна и школьникам, и взрослым, интересующимся наукой.