რისგან ვართ საბოლოოდ შედგენილი? რა არის სამყაროს ძირითადი სამშენებლო ბლოკები?

უძველესი ხალხი ფიქრობდა, რომ ჩვენ ოთხი "ელემენტისგან" შედგებოდა - წყალი, მიწა, ცეცხლი და ჰაერი; რომლებიც ახლა ვიცით, რომ არ არის ელემენტები. ამჟამად 118 ელემენტია. ყველა ელემენტი შედგება ატომებისგან, რომლებიც ოდესღაც განუყოფლად ითვლებოდა. მეოცე საუკუნის დასაწყისში ჯეჯეი ტომპსონისა და რეზერფორდის აღმოჩენების შემდეგ, ცნობილი იყო, რომ ატომები შედგებოდა ბირთვებისგან (პროტონებისა და ნეიტრონებისგან) ცენტრში და ელექტრონებისაგან. ორბიტაზე ირგვლივ. 1970-იანი წლებისთვის ცნობილი იყო, რომ პროტონები და ნეიტრონები არ არიან ფუნდამენტური, მაგრამ შედგებიან "ზემო კვარკებისგან" და "ქვემოთ კვარკებისგან", რითაც "ელექტრონები", "ზემო კვარკები" და "ქვემო კვარკები" ყველაფრის სამი ყველაზე ფუნდამენტური შემადგენელი გახდა. წელს სამყარო. კვანტური ფიზიკის გზამკვლევი განვითარებით, ჩვენ ვისწავლეთ, რომ ნაწილაკები რეალურად წარმოებულები არიან, ენერგიის შეკვრა ან პაკეტები ველებში, რომლებიც გულისხმობს ნაწილაკებს, არ არის ფუნდამენტური. ფუნდამენტურია სფერო, რომელიც მათ საფუძვლად უდევს. ახლა შეგვიძლია ვთქვათ, რომ კვანტური ველები არის ყველაფრის ფუნდამენტური სამშენებლო ბლოკები სამყარო (მათ შორის ჩვენნაირი მოწინავე ბიოლოგიური სისტემები). ჩვენ ყველანი შედგება კვანტური ველებისგან. ნაწილაკების თვისებები, როგორიცაა ელექტრული მუხტი და მასა, არის განცხადებები იმის შესახებ, თუ როგორ ურთიერთქმედებენ მათი ველები სხვა ველებთან. მაგალითად, თვისება, რომელსაც ჩვენ ვუწოდებთ ელექტრონის ელექტრულ მუხტს, არის განცხადება იმის შესახებ, თუ როგორ ურთიერთქმედებს ელექტრონული ველი ელექტრომაგნიტურ ველთან. და. მისი მასის თვისება არის განცხადება იმის შესახებ, თუ როგორ ურთიერთქმედებს იგი ჰიგსის ველთან.  

უძველესი დროიდან ხალხს აინტერესებდა რისგან ვართ შედგენილი? Რა არის სამყარო შედგება? რა არის ბუნების ძირითადი სამშენებლო ბლოკები? და რა არის ბუნების ძირითადი კანონები, რომლებიც არეგულირებენ ყველაფერს სამყარო? სტანდარტული მოდელი მეცნიერება არის თეორია, რომელიც პასუხობს ამ კითხვებს. ნათქვამია, რომ ეს არის მეცნიერების წარმატებული თეორია, რომელიც ოდესმე შეიქმნა ბოლო საუკუნეების განმავლობაში, ერთი თეორია, რომელიც ხსნის ბევრ რამეს სამყარო.  

ხალხმა ადრე იცოდა, რომ ჩვენ ელემენტებისაგან შედგებოდა. თითოეული ელემენტი, თავის მხრივ, შედგება ატომებისგან. თავდაპირველად ითვლებოდა, რომ ატომები განუყოფელია. თუმცა, 1897 წელს ჯ.ჯ. ტომპსონმა აღმოაჩინა ელექტრონები კათოდური სხივის მილის ელექტრული გამონადენის გამოყენებით. მალევე, 1908 წელს, მისმა მემკვიდრემ რეზერფორდმა თავისი ცნობილი ოქროს ფოლგის ექსპერიმენტით დაამტკიცა, რომ ატომს აქვს პატარა დადებითად დამუხტული ბირთვი ცენტრში, რომლის გარშემოც ტრიალებს უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები. ორბიტაზე. შემდგომში გაირკვა, რომ ბირთვები პროტონებისა და ნეიტრონებისგან შედგება.  

1970-იან წლებში აღმოაჩინეს, რომ ნეიტრონები და პროტონები განუყოფელი არ არის, შესაბამისად, არ არის ფუნდამენტური, მაგრამ თითოეული პროტონი და ნეიტრონი შედგება სამი პატარა ნაწილაკისგან, რომელსაც ეწოდება კვარკები, რომლებიც ორი ტიპისაა - "ზემო კვარკები" და "ქვედა კვარკები" (" ზევით კვარკი“ და „ქვევით კვარკი“ უბრალოდ განსხვავებული კვარკებია ტერმინები „ზემო“ და „ქვემო“ არ ნიშნავს რაიმე კავშირს მიმართულებასთან ან დროსთან). პროტონები შედგება ორი "ქვემო კვარკისგან" და "ქვემო კვარკისგან", ხოლო ნეიტრონი შედგება ორი "ქვემო კვარკისგან" და "ქვემო კვარკისგან". ამრიგად, "ელექტრონები", "ზემო კვარკები" და "ქვემოთ კვარკები" არის სამი ყველაზე ფუნდამენტური ნაწილაკი, რომლებიც ქმნიან ყველაფრის აგებულებას. სამყარო. თუმცა, მეცნიერების მიღწევებთან ერთად, ეს გაგებაც შეიცვალა. აღმოჩნდა, რომ ველები ფუნდამენტურია და არა ნაწილაკები.  

ნაწილაკები ფუნდამენტური არ არის. ფუნდამენტურია ის სფერო, რომელიც მათ საფუძვლად უდევს. ჩვენ ყველანი შედგება კვანტური ველებისგან. 

მეცნიერების ამჟამინდელი გაგების მიხედვით, ყველაფერი სამყარო შედგება უხილავი აბსტრაქტული ერთეულებისგან, სახელწოდებით „ველები“, რომლებიც წარმოადგენენ ბუნების ფუნდამენტურ სამშენებლო ბლოკებს. ველი არის ის, რაც მთელს ტერიტორიაზეა გავრცელებული სამყარო და იღებს კონკრეტულ მნიშვნელობას სივრცის ყველა წერტილში, რომელიც შეიძლება შეიცვალოს დროთა განმავლობაში. ის სითხის ტალღებს ჰგავს, რომელიც მთელს მოძრაობს სამყარომაგალითად, მაგნიტური და ელექტრული ველები გავრცელებულია მთელს სამყარო. მიუხედავად იმისა, რომ ჩვენ ვერ ვხედავთ ელექტრულ ან მაგნიტურ ველებს, ისინი რეალური და ფიზიკურია, რასაც მოწმობს ძალა, რომელსაც ვგრძნობთ ორი მაგნიტის მიახლოებისას. კვანტური მექანიკის მიხედვით, მიჩნეულია, რომ ველები უწყვეტია ენერგიისგან განსხვავებით, რომელიც ყოველთვის ნაწილდება ზოგიერთ დისკრეტულ ერთობლიობაში.

ველის კვანტური თეორია არის კვანტური მექანიკის ველებთან გაერთიანების იდეა. ამის მიხედვით, ელექტრონული სითხე (მაგ. ამ სითხის ტალღების ტალღები) იკვრება ენერგიის პატარა შეკვრაში. ენერგიის ეს შეკვრა არის ის, რასაც ჩვენ ელექტრონებს ვუწოდებთ. ამრიგად, ელექტრონები არ არის ფუნდამენტური. ისინი ერთი და იგივე ველის ტალღებია. ანალოგიურად, ორი კვარკული ველის ტალღები წარმოშობს "ზემო კვარკებს" და "ქვემოთ კვარკებს". და იგივე ეხება ყველა სხვა ნაწილაკს სამყარო. ველები ყველაფრის საფუძველშია. ის, რასაც ჩვენ ნაწილაკებად მივიჩნევთ, სინამდვილეში არის ველების ტალღები, რომლებიც მიბმული არიან ენერგიის პატარა შეკვრაში. ჩვენი ძირითადი ფუნდამენტური სამშენებლო ბლოკები სამყარო არის ეს სითხის მსგავსი ნივთიერებები, რომლებსაც ჩვენ ველებს ვუწოდებთ. ნაწილაკები მხოლოდ ამ ველების წარმოებულებია. სუფთა ვაკუუმში, როდესაც ნაწილაკები მთლიანად ამოღებულია, ველები მაინც არსებობს.   

ბუნებაში სამი ყველაზე ძირითადი კვანტური ველია "ელექტრონი", "ზემო კვარკი" და "ქვემო კვარკი". არის მეოთხე, რომელსაც ეწოდება ნეიტრინო, თუმცა, ისინი არ წარმოადგენენ ჩვენ, მაგრამ მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ სხვაგან. სამყარო. ნეიტრინოები ყველგან არიან, ისინი ყველგან მოძრაობენ ყველაფერში ურთიერთქმედების გარეშე.

https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/მატერიის ველები: ოთხი ძირითადი კვანტური ველი და მათთან დაკავშირებული ნაწილაკები (მაგ., "ელექტრონი", "ზემო კვარკი", "ქვემო კვარკი" და "ნეიტრინო") ქმნიან ქვის ძირს. სამყარო. გაურკვეველი მიზეზების გამო, ეს ოთხი ფუნდამენტური ნაწილაკი ორჯერ მრავლდება. ელექტრონები ამრავლებენ „მიონს“ და „ტაუს“ (რომლებიც ელექტრონებზე 200-ჯერ და 3000-ჯერ უფრო მძიმეა, შესაბამისად); ზემო კვარკები წარმოშობენ „უცნაურ კვარკს“ და „ქვედა კვარკს“; ქვემოთ კვარკები წარმოშობენ „ხიბლის კვარკს“ და „ტოპ კვარკს“; ხოლო ნეიტრინო წარმოშობს "მიონ ნეიტრინოს" და "ტაუ ნეიტრინოს".  

ამრიგად, არსებობს 12 ველი, რომლებიც წარმოქმნიან ნაწილაკებს, ჩვენ მათ ვუწოდებთ მატერიის ველები.

ქვემოთ მოცემულია 12 მატერიის ველის სია, რომლებიც ქმნიან 12 ნაწილაკს სამყარო.  

ძალის ველები12 მატერიის ველი ურთიერთქმედებს ერთმანეთთან ოთხი განსხვავებული ძალის მეშვეობით - სიმძიმის, ელექტრომაგნიტური, ძლიერი ბირთვული ძალები (მოქმედებენ მხოლოდ ბირთვების მცირე მასშტაბით, ატარებენ კვარკებს პროტონებისა და ნეიტრონების შიგნით) და სუსტი ბირთვული ძალები (მუშაობს მხოლოდ მცირე ზომის ბირთვზე, რომელიც პასუხისმგებელია რადიოაქტიურ დაშლაზე და იწყებს ბირთვული შერწყმას). თითოეული ეს ძალა ასოცირდება ველთან - ელექტრომაგნიტური ძალა ასოცირდება გლუონის ველიძლიერ და სუსტ ბირთვულ ძალებთან დაკავშირებული ველებია W და Z ბოზონის ველი და გრავიტაციასთან დაკავშირებული ველი არის სივრცე-დრო თავად.

ქვემოთ მოცემულია ოთხი ძალის ველის სია, რომლებიც დაკავშირებულია ოთხ ძალასთან.    

ის სამყარო ივსება ამ 16 ველით (12 მატერიის ველი პლუს 4 ველი ასოცირებული ოთხ ძალასთან). ეს ველები ერთმანეთთან ურთიერთქმედებენ ჰარმონიულად. მაგალითად, როდესაც ელექტრონული ველი (მატერიის ერთ-ერთი ველი) იწყებს ტალღას მაღლა და ქვევით (რადგან იქ არის ელექტრონი), რომელიც იწყებს ერთ-ერთ სხვა ველს, ვთქვათ ელექტრომაგნიტურ ველს, რომელიც თავის მხრივ ასევე რხევა და ტალღოვანი. იქნება სინათლე, რომელიც გამოიყოფა ისე, რომ ოდნავ ირხევა. რაღაც მომენტში ის დაიწყებს კვარკის ველთან ურთიერთქმედებას, რომელიც თავის მხრივ ირხევა და ტალღოვანი. საბოლოო სურათი, რომელსაც ჩვენ ვასრულებთ, არის ჰარმონიული ცეკვა ყველა ამ ველს შორის, რომლებიც ერთმანეთს ერწყმის.  

ჰიგსის ველი

1960-იან წლებში კიდევ ერთი სფერო იწინასწარმეტყველა პიტერ ჰიგსმა. 1970-იანი წლებისთვის ეს გახდა ჩვენი გაგების განუყოფელი ნაწილი სამყარო. მაგრამ არ არსებობდა ექსპერიმენტული მტკიცებულება (იგულისხმება, თუ ჰიგსის ველის ტალღებს ვაქცევთ, ჩვენ უნდა დავინახოთ დაკავშირებული ნაწილაკი) 2012 წლამდე, როდესაც CERN-ის მკვლევარებმა LHC-ში განაცხადეს მისი აღმოჩენა. ნაწილაკი მოიქცა ზუსტად ისე, როგორც მოდელის მიერ იყო ნაწინასწარმეტყველები. ჰიგსის ნაწილაკს აქვს ძალიან მოკლე სიცოცხლე, დაახლოებით 10^-22 წამში.  

ეს იყო ბოლო სამშენებლო ბლოკი სამყარო. ეს აღმოჩენა მნიშვნელოვანი იყო, რადგან ეს ველი პასუხისმგებელია იმაზე, რასაც ჩვენ მასას ვუწოდებთ სამყარო.  

ნაწილაკების თვისებები (როგორიცაა ელექტრული მუხტი და მასა) არის განცხადებები იმის შესახებ, თუ როგორ ურთიერთქმედებენ მათი ველები სხვა ველებთან.  

ეს არის ველების ურთიერთქმედება სამყარო რაც წარმოშობს ჩვენს მიერ გამოცდილ სხვადასხვა ნაწილაკების თვისებებს, როგორიცაა მასა, მუხტი და ა.შ. მაგალითად, თვისება, რომელსაც ჩვენ ვუწოდებთ ელექტრონის ელექტრულ მუხტს, არის განცხადება იმის შესახებ, თუ როგორ ურთიერთქმედებს ელექტრონული ველი ელექტრომაგნიტურ ველთან. ანალოგიურად, მისი მასის თვისება არის განცხადება იმის შესახებ, თუ როგორ ურთიერთქმედებს იგი ჰიგსის ველთან.

ჰიგსის ველის გაგება ნამდვილად იყო საჭირო იმისათვის, რომ გაგვეგო მასის მნიშვნელობა სამყარო. ჰიგსის ველის აღმოჩენა ასევე იყო სტანდარტული მოდელის დადასტურება, რომელიც არსებობდა 1970 წლიდან.

კვანტური ველები და ნაწილაკების ფიზიკა კვლევის დინამიური სფეროებია. ჰიგსის ველის აღმოჩენის შემდეგ მოხდა რამდენიმე განვითარება, რომელიც დაკავშირებულია სტანდარტულ მოდელთან. სტანდარტული მოდელის შეზღუდვებზე პასუხების ძიება გრძელდება.

*** 

წყაროები:  

სამეფო ინსტიტუტი 2017. Quantum Fields: The Real Building Blocks of Universe – დევიდ ტონგთან ერთად. ხელმისაწვდომია ონლაინ მისამართზე https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg  

***