Брайан Грин - Брайан Грин. Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности

7. В описании в тексте величина Хиггсова поля задана его расстоянием от центра чаши, так что вы можете удивиться, сколько точек на круговой впадине чаши, – которые находятся на таком же расстоянии от центра чаши, – дают любую, но одинаковую величину Хиггсова поля. Ответ, для склонного к математике читателя, в том, что различные точки во впадине представляют величины Хиггсова поля с одним и тем же значением, но с различными фазами (величина Хиггсова поля является комплексным числом).

8. В принципе, имеется две концепции массы, которые водятся в физике. Одна концепция описана в тексте: масса есть свойство объекта, которое сопротивляется ускорению. Иногда это понятие массы называют инертной массой. Вторая концепция массы имеет отношение к гравитации: масса как такое свойство объекта, которое определяет, насколько сильно он будет притягиваться гравитационным полем выбранной величины (такой как земная). Иногда это понятие массы называется гравитационной массой. На первый взгляд, Хиггсово поле имеет отношение только к пониманию инертной массы. Однако принцип эквивалентности ОТО декларирует, что силы, ощущаемые от ускоренного движения и от гравитационного поля неразличимы – они эквивалентны. А это означает эквивалентность между концепциями инертной и гравитационной массы. Таким образом, Хиггсово поле имеет отношение к обоим видам массы, которые мы упомянули, поскольку, согласно Эйнштейну, они одинаковы.

9. Я благодарю Рафаэля Каспера за указание, что это описание является вариацией призовой метафоры профессора Дэвида Миллера, предъявленной в ответ на требование Британского министра науки Вильяма Вальдеграве Британскому физическому обществу в 1993 объяснить, почему деньги налогоплательщиков должны быть использованы на поиски частицы Хиггса.

10. Склонный к математике читатель должен отметить, что фотоны, и W, и Z бозоны описываются в электрослабой теории как лежащие в присоединенном представлении группы SU(2) x U(1) , а потому обмениваются под действием преобразований этой группы. Более того, уравнения электрослабой теории обладают полной симметрией относительно преобразований этой группы, что является в этом смысле тем, что мы описываем частицы сил как взаимосвязанные. Более точно, в электрослабой теории фотон является особой смесью калибровочного бозона, проявляющего U(1) симметрию, и U(1) подгруппы SU(2) ; таким образом, он тесно связан со слабым калибровочным бозоном. Однако, вследствие структуры произведения групп симметрии четыре бозона (на самом деле два W-бозона с противоположными электрическими зарядами) не полностью смешиваются под ее действием. Тогда в этом смысле слабое и электромагнитное взаимодействия являются частью единой математической схемы, но такой, которая не столь полно унифицирована, как могло бы быть. Если включить сильные взаимодействия, группа пополнится путем включения SU(3) фактора – "цвета" SU(3) – и эта группа, имея три независимых фактора, SU(3) х SU(2) x U(1) , только подчеркивает дальше отсутствие полного единства. Такова часть мотивировки великого объединения, обсужденного в следующей секции: великое объединение обращается к единственной, полупростой группе (Ли), – группе с единственным фактором, – которая описывает силы на больших масштабах энергии.

11. Склонный к математике читатель должен заметить, что великая теория объединения Джорджи и Глэшоу базировалась на группе SU(5) , которая включала SU(3) , группу ассоциирующуюся с сильным ядерным взаимодействием, а также SU(2) x U(1) , группу, ассоциирующуюся с электрослабым взаимодействием. В дальнейшем физики изучали следствия других потенциальных групп великого объединения, таких как SO(10) и Е 6 .

Глава 10

1. Как мы видим, взрыв Большого взрыва не был взрывом, который имел место в одной точке существовавшего ранее пространственного простора, и поэтому мы также не ищем, где он взорвался. Шутливое описание неполноценности Большого взрыва, которое мы использовали, следует Алану Гуту; см., например, его книгу The Inflationary Universe (Reading, Eng.; Perseus Books, 1997), p. xiii.

2. Термин Большой взрыв иногда используется для обозначения события, которое само произошло в момент времени нуль, приведя вселенную к существованию. Но поскольку, как мы будем обсуждать в следующей главе, уравнения ОТО не действуют в момент нуль, никто не имеет никакого понятия, чем на самом деле было это событие. Этот пробел мы имеем в виду, когда говорим, что теория Большого взрыва не включает в себя Большой взрыв. В этой главе мы ограничимся областями, в которых уравнения не отказывают. Инфляционная космология использует такие хорошо себя ведущие уравнения, чтобы обнаружить короткое взрывное разрастание пространства, которое мы обычно относим к взрыву в теории Большого взрыва. Определенно, однако, что этот подход оставляет без ответа вопрос о том, что происходило в начальный момент времени создания вселенной – если там на самом деле был такой момент.

3. Abraham Pais, Subtle Is the Lord (Oxford: Oxford University Press, 1982), p. 253.

4. Для склонного к математике читателя: Энштейн заменил оригинальное уравнение G μν= (8πG/c 4)T μν на G μν+ Λg μν= (8πG/c 4)T μν , где Λ есть число, обозначающее величину космологической постоянной.

5. Когда я обращаюсь к массе объекта в этом контексте, я ссылаюсь на сумму полных масс его отдельных составляющих. Если, скажем, куб состоит из 1 000 атомов золота, я ссылаюсь на 1 000 масс одного такого атома. Это определение согласуется с точкой зрения Ньютона. Законы Ньютона говорят, что такой куб будет иметь массу в 1 000 раз больше массы отдельного атома золота, и что он будет весить в 1 000 раз больше, чем отдельный атом золота. В соответствии с Эйнштейном, однако, вес куба также зависит от кинетической энергии атомов (так же, как и всех других вкладов в энергию куба). Это следует из E = mc 2 : большая энергия ( Е ), безотносительно к источнику, транслируется в большую массу ( m ). Таким образом, эквивалентный способ выражения сути в том, что поскольку Ньютон не знал о E = mc 2 , его закон гравитации использует определение массы, которое не учитывает различные вклады в энергию, такие как энергия, связанная с движением.

6. Обсуждение здесь намекает на лежащую в основе физику, но не ухватывает ее полностью. Давление, оказываемое сжатой пружиной, влияет на полную энергию ящика и, как обсуждалось в предыдущем параграфе, в соответствии с ОТО, к делу имеет отношение полная энергия. Однако, момент, который я здесь объясняю, заключается в том, что само давление – не только через вклад, который оно вносит в полную энергию, – генерирует гравитацию, почти как это делают масса и энергия. В соответствии с ОТО давление гравитирует. Также заметим, что отталкивательная гравитация, на которую мы ссылаемся, является внутренним гравитационным полем, ощущаемым внутри области пространства, заполненного чем-то, что имеет отрицательное давление вместо положительного. В такой ситуации отрицательное давление будет давать вклад в отталкивательное гравитационное поле, действующее внутри области.