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