Фрэнк Вильчек - Тонкая физика. Масса, эфир и объединение всемирных сил

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.

Мера беспорядка. См. книгу по термодинамике или статью в «Википедии».

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.

Небольшая центральная часть атома, в которой сосредоточены весь положительный заряд и почти вся масса.

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.

С. 24.Классический анализ основ классической механики представлен в книге Эрнста Маха «Механика. Историко-критический очерк ее развития» (издательство «Регулярная и хаотическая динамика», 2000). Эйнштейн внимательно читал эту книгу в студенческие годы, и изложенная в ней критика ньютоновских концепций абсолютного пространства и времени помогла ему сформулировать концепцию относительности. Он писал: «Даже [Джеймс Клерк] Максвелл и [Генрих] Герц, которые в ретроспективе предстают теми, кто уничтожил веру в механику как предельную основу всего физического мышления, в своих рассуждениях всегда обращались к механике как к надежной основе физики. Именно Эрнст Мах в своей истории механики (Geschichte der Mechanik) пошатнул эту догматическую веру. Когда я был студентом, эта книга оказала на меня глубокое влияние в этом отношении. Я вижу величие Маха в его неподкупном скептицизме и независимости». Взгляды Ньютона, выраженные его собственными словами, можно найти, в частности, в книге Newton’s Philosophy of Nature (Hafner). О других исторических и философских перспективах можно узнать в книге Макса Джеммера «Понятие массы» (издательство «Прогресс», 1967).

Книга «Принцип относительности» (издательство «Книга по Требованию», 2012) — это незаменимый сборник классических работ по теории относительности. Он содержит работы Лоренца, Эйнштейна, Минковского и Вейля. В него включены две оригинальные статьи Эйнштейна, посвященные специальной теории относительности, а также его основополагающая работа по общей теории относительности. Первая половина первой работы Эйнштейна по специальной теории относительности практически не содержит уравнений и очень легко читается. Начальные части его первой презентации общей теории относительности также являются вдохновляющими и доступными для понимания. (Для студентов, изучающих физику: на мой взгляд, эта статья в целом остается лучшим введением в общую теорию относительности). Книга «Эволюция физики», написанная Эйнштейном и Леопольдом Инфельдом (издательство «Амфора», 2013), представляет собой очень доступное популярное изложение не только самой идеи относительности, но и ее интеллектуальных основ в электромагнетизме и основ физики полей. Два доступных современных введения в теорию относительности — это «Физика пространства-времени» (Эдвин Тейлор и Джон Уилер, издательство «Книга по Требованию», 2012) и It’s About Time: Understanding Einstein’s Relativity (David Mermin, Princeton).

С. 38.«95 % массы»: как нам предстоит убедиться, большая часть массы обычной материи легко вычисляется в рамках такой теории, первоэлементами которой считаются безмассовые глюоны, безмассовые u − и d −кварки — и все (такую теорию я называю КХД-лайт). В КХД-лайт действительно возникает «безмассовая масса». Однако это неполная теория природы. Она не учитывает многих явлений: электромагнетизма, гравитации, электронов, минимальных масс u − и d −кварков, которыми те все-таки обладают. К счастью, можно оценить, каким образом эти феномены, исключенные из такой идеализированной картины, могут влиять на массу обычной материи. Проверить эти оценки можно с помощью расчетов, описанных в главе 9. Не буду томить: остаточные эффекты меняют общую картину менее чем на 5 %. (Для тех, кто в теме: основной эффект проистекает от s −кварка. Он очень тяжелый, чтобы считать его безмассовым, однако для точного интегрирования его масса слишком мала.)