Фрэнк Вильчек - Красота физики. Постигая устройство природы

Примечательно, что самые глубокие достижения в понимании мира, такие как Главная теория, включают в себя такие концептуальные понятия, как относительность, локальная симметрияи основы квантовой теории, которые абстрактны по форме и универсальны по возможности применения. Эти принципы совсем не выглядят похожими на антропный принцип! Очевидно, что в мире происходят вещи, которые выходят за рамки его желания произвести «меня».

В целом антропные аргументы по своей природе смещают центр дискуссии от объяснения к допущению. Так как они компрометируют объяснительную силу, их в принципе следует избегать. Но в подходящих, очень специальных обстоятельствах аргументы в духе антропных могут быть одновременно правомерными и полезными [91] Антропный принцип часто применяется в космологии. Теории, в которых Вселенная может возникать вновь после коллапса (циклические Вселенные), но с другими свойствами или в которых многочисленные части Вселенной могут иметь разные физические законы (мультивселенная, Мультиверс, Омниверс, Поливерсум) имеют существенное преимущество при объяснении существования жизни именно благодаря антропному принципу. – Прим. науч. ред. . Для ознакомления с примерами, которые могут оказаться интересными, см. Темная энергия, Темная материя.

Существует шесть различных видов, или ароматов, кварков. В порядке возрастания массы они обозначаются u (от английского up – верхний), d (down – нижний), s (strange – странный), c (charm – очарованный), b (bottom или beauty – прелестный), t (top – топ-кварк). Каждый из них «обитает» в трехмерном цветовом пространстве свойств, и (следовательно) все они ведут себя одинаково, если говорить о сильном взаимодействии. Кварки u, c и t имеют электрический заряд, равный 2/3 заряда протона, тогда как d, s и b имеют электрический заряд, равный –1/3 заряда протона. Они по-разному и немного сложно ведут себя относительно слабого взаимодействия – см. Семейство.

Глубокое значение этого избытка видов кварков если и существует, то на настоящий момент неясно. Из всех кварков только u и d играют большую роль в современном природном мире, поскольку обильно представлены в протонахи нейтронах.

Также есть аналогичный избыток лептонов; в этом случае говорят о различных ароматах лептонов.

Сильное взаимодействиемежду двумя кваркамиизменяется под действием непрерывной спонтанной активности квантовых полей, которыми пронизано пространство. Сила взаимодействия ослабевает при сближении кварков и увеличивается при их удалении друг от друга. Это называется асимптотической свободой .

У асимптотической свободы есть множество следствий и применений, которые подробно изложены в тексте.

См. также Конфайнменти Перенормировка (ренормализационная группа.)

Атомное число ядра – это число протонов, которое оно содержит. Атомное число ядра определяет его электрическийзаряд и, таким образом, его влияние на электроны, а следовательно, его роль в химии тех атомов и молекул, где оно фигурирует. Ядра, которые имеют одинаковые атомные числа, но разное число нейтронов, называются изотопамиодного и того же химического элемента.

Пример: ядра углерода-12 (12C) содержат 6 протонов и 6 нейтронов, в то время как ядра углерода-14 (14C) содержат 6 протонов и 8 нейтронов. У этих ядер практически одинаковые химические свойства, поэтому и те и другие называются «углеродом», – но разная масса. Ядра углерода-14 нестабильны, и их распады можно использовать для датирования биологических образцов. (Когда организм умирает, он перестает получать извне новый углерод; следовательно, отношение количества углерода-14 к количеству углерода-12 в останках постепенно уменьшается. В атмосфере углерод-14 возобновляется благодаря столкновениям с космическими лучами.)

См. Адрон.

См. Стоячая волна и бегущая волна.

В современной физике и математике мы определяем такие величины, как скоростьи ускорение,с помощью операции взятия предела. Чтобы определить скорость частицы, мы рассматриваем перемещение за короткий промежуток времени, берем отношение и рассматриваем его предельное значение, беря все меньшие и меньшие интервалы. Это предельное значение по определению является скоростью.

В ранний период развития исчисления у его основоположников не было прочных оснований и четких определений. Они руководствовались интуицией и догадками. Лейбницу, в частности, очень нравилась идея о том, что вместо взятия предела можно рассматривать просто «бесконечно малое» приращение времени и соответствующее ему перемещение и брать отношение этих бесконечно малых . Однако ни Лейбниц, ни его последователи не сформулировали эту идею достаточно отчетливо. Она лежала без дела и была практически забыта многие десятилетия, пока математики XX в. не показали, что ее можно строгоописать несколькими способами.

Идея о бесконечно малых похожа по духу – хотя и противоположна по направлению – на идею, приводящую нас к бесконечно удаленным точкамв проективной геометрии. В обоих случаях мы заменяем процедуру взятия предела конечными объектами.

Бесконечно малые предоставляют нам новый способ воплощения Идеального. Они пока еще не сыграли значительной роли в описании физического мира, но являются красивой идеей и поэтому заслуживают ее сыграть.

Если мы встанем вертикально на плоской поверхности и посмотрим на две параллельные линии на этой плоскости, простирающиеся вдаль от нас, то увидим, что кажется, будто они сходятся, приближаясь к горизонту. Если мы мысленно нарисуем то, что видим, или если спроецируемгеометрически эти линии на холст, естественно будет добавить как элемент изображения ограничивающую точку, где они действительно сходятся. Это будет бесконечно удаленная точка, или точка схода. Мы изображаем, углубляем и размышляем о приложениях этой конструкции в основном тексте.