Стародавні люди вважали, що ми складаємося з чотирьох «елементів» – води, землі, вогню та повітря; які ми тепер знаємо, не є елементами. На даний момент їх близько 118 елементів. Усі елементи складаються з атомів, які колись вважалися неподільними. На початку двадцятого століття після відкриттів Дж. Дж. Томпсона та Резерфорда було відомо, що атоми складаються з ядер (з протонів і нейтронів) у центрі та електронів орбітальний навколо. До 1970-х років було відомо, що протони та нейтрони також не є фундаментальними, а складаються з «верхніх кварків» і «низших кварків», отже, «електрони», «верхні кварки» і «нижні кварки» є трьома найбільш фундаментальними складовими всього в всесвіт. З новаторськими розробками в квантовій фізиці ми дізналися, що частинки насправді є похідними, пучки або пакети енергії в полях, які передбачають частинки, не є фундаментальними. Фундаментальним є поле, яке лежить в їх основі. Тепер ми можемо сказати, що квантові поля є фундаментальними будівельними блоками всього в всесвіт (включаючи передові біологічні системи, такі як ми). Ми всі складаємося з квантових полів. Такі властивості частинок, як електричний заряд і маса, є твердженнями про те, як їхні поля взаємодіють з іншими полями. Наприклад, властивість, яку ми називаємо електричним зарядом електрона, є твердженням про те, як поле електронів взаємодіє з електромагнітним полем. І. властивістю його маси є твердження про те, як він взаємодіє з полем Хіггса.
З давніх часів люди задавалися питанням, з чого ми складаємося? Що всесвіт зроблено з? Які основні будівельні блоки природи? І які основні закони природи керують усім у світі всесвіт? Стандартна модель науки є теорія, яка відповідає на ці питання. Кажуть, що це успішна теорія науки, створена протягом останніх століть, єдина теорія, яка пояснює більшість речей у всесвіт.
Люди рано зрозуміли, що ми складаємося з елементів. Кожен елемент, у свою чергу, складається з атомів. Спочатку вважалося, що атоми неподільні. Однак у 1897 році Дж. Дж. Томпсон відкрив електрони за допомогою електричного розряду через електронно-променеву трубку. Невдовзі, у 1908 році, його наступник Резерфорд довів своїм знаменитим експериментом із золотою фольгою, що атом має крихітне позитивно заряджене ядро в центрі, навколо якого обертаються негативно заряджені електрони. орбіти. Згодом було встановлено, що ядра складаються з протонів і нейтронів.
У 1970-х роках було виявлено, що нейтрони та протони не є неподільними, отже, не фундаментальними, але кожен протон і нейтрон складаються з трьох менших частинок, званих кварками, які бувають двох типів – «верхні кварки» та «нижні кварки» (« кварк вгору» і «кварк вниз» — це просто різні терміни «вгору» і «вниз» не мають на увазі жодного зв’язку з напрямком або часом). Протони складаються з двох «верхніх кварків» і «нижнього кварка», тоді як нейтрон складається з двох «низших кварків» і «верхнього кварка». Таким чином, «електрони», «верхні кварки» і «нижні кварки» є трьома найбільш фундаментальними частинками, які є будівельними блоками всього в всесвіт. Проте з розвитком науки це розуміння також змінилося. Встановлено, що поля є фундаментальними, а не частинками.
Частинки не фундаментальні. Фундаментальним є поле, яке лежить в їх основі. Ми всі складаємося з квантових полів.
Згідно з сучасним розумінням науки, все в всесвіт складається з невидимих абстрактних сутностей, які називаються «полями», які представляють фундаментальні будівельні блоки природи. Поле - це те, що розкидано всесвіт і приймає певне значення в кожній точці простору, яке може змінюватися з часом. Це як брижі рідини, що коливаються по всьому всесвіт, наприклад, магнітні та електричні поля поширюються по всьому всесвіт. Хоча ми не можемо бачити електричні чи магнітні поля, вони реальні та фізичні, про що свідчить сила, яку ми відчуваємо, коли два магніти наближаємося. Відповідно до квантової механіки, поля вважаються безперервними, на відміну від енергії, яка завжди розбита на деякі дискретні грудки.
Квантова теорія поля — це ідея поєднання квантової механіки з полями. Відповідно до цього електронна рідина (тобто брижі хвиль цієї рідини) зв’язуються в маленькі пучки енергії. Ці пучки енергії ми називаємо електронами. Таким чином, електрони не є фундаментальними. Вони є хвилями одного і того ж основного поля. Подібним чином брижі двох кваркових полів породжують «верхні кварки» та «нижні кварки». І те саме стосується будь-якої іншої частинки в всесвіт. Поля лежать в основі всього. Те, що ми вважаємо частинками, насправді є хвилями полів, зв’язаних у маленькі пучки енергії. Основні фундаментальні будівельні блоки нашого всесвіт це рідиноподібні речовини, які ми називаємо полями. Частинки є просто похідними цих полів. У чистому вакуумі, коли частинки повністю видалені, поля все ще існують.
Три найпростіші квантові поля в природі: «електрон», «верхній кварк» і «низовий кварк». Існує четверте, яке називається нейтрино, однак воно не є нами, а відіграє важливу роль деінде в всесвіт. Нейтрино є скрізь, вони проходять крізь усе, не взаємодіючи.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Поля матерії: Чотири основні квантові поля та пов’язані з ними частинки (а саме «електрон», «верхній кварк», «низовий кварк» і «нейтрино») утворюють основу всесвіт. З невідомих причин ці чотири фундаментальні частинки відтворюють себе двічі. Електрони відтворюють «мюон» і «тау» (які в 200 і 3000 разів важчі за електрони відповідно); верхні кварки породжують «дивний кварк» і «нижній кварк»; нижні кварки породжують «кварк чарівності» і «топ-кварк»; тоді як нейтрино породжують «мюонне нейтрино» і «тау-нейтрино».
Отже, існує 12 полів, які породжують частинки, ми їх називаємо поля матерії.
Нижче наведено список із 12 полів матерії, які утворюють 12 частинок всесвіт.
Силові поля: 12 полів матерії взаємодіють одне з одним через чотири різні сили – вага, електромагнетизм, сильні ядерні сили (працюють лише в малому масштабі ядра, утримують кварки разом всередині протонів і нейтронів) і слабкі ядерні сили (працюють лише в невеликому масштабі ядра, відповідального за радіоактивний розпад і ініціюють ядерний синтез). Кожна з цих сил пов’язана з полем – з яким пов’язана електромагнітна сила глюонного поля, поля, пов'язані з сильними і слабкими ядерними силами W і Z бозонне поле і поле, пов’язане з силою тяжіння простір-час себе.
Нижче наведено список із чотирьох силових полів, пов’язаних із чотирма силами.
| електромагнітна сила | глюонного поля |
| Сильні і слабкі ядерні сили | бозонне поле w & z |
| вага | простір час |
Команда всесвіт заповнений цими 16 полями (12 полів матерії плюс 4 поля, пов’язані з чотирма силами). Ці поля гармонійно взаємодіють між собою. Наприклад, коли поле електрона (одне з полів матерії) починає коливатися вгору-вниз (оскільки там є електрон), це запускає одне з інших полів, скажімо, електромагнітне поле, яке, у свою чергу, буде також коливаються і пульсують. Буде випромінюване світло, яке буде трохи коливатися. У якийсь момент він почне взаємодіяти з полем кварка, яке, у свою чергу, коливатиметься та коливатиметься. Остаточна картина, яку ми отримуємо, — це гармонійний танець між усіма цими полями, які переплітаються одне з одним.
поле Хіггса
У 1960-х роках Пітер Хіггс передбачив ще одне поле. До 1970-х років це стало невід’ємною частиною нашого розуміння всесвіт. Але не було ніяких експериментальних доказів (тобто, якщо ми змусимо поле Хіггса хвилюватися, ми побачимо пов’язану частинку) до 2012 року, коли дослідники CERN з LHC повідомили про його відкриття. Частинка поводилася саме так, як передбачила модель. Частинка Хіггса має дуже коротке життя, приблизно 10-22 секунд.
Це був останній будівельний блок всесвіт. Це відкриття було важливим, оскільки це поле відповідає за те, що ми називаємо масою всесвіт.
Властивості частинок (наприклад, електричний заряд і маса) — це твердження про те, як їхні поля взаємодіють з іншими полями.
Це взаємодія полів, присутніх у всесвіт які породжують такі властивості, як маса, заряд тощо різних частинок, які ми відчуваємо. Наприклад, властивість, яку ми називаємо електричним зарядом електрона, є твердженням про те, як поле електронів взаємодіє з електромагнітним полем. Подібним чином властивість його маси є твердженням про те, як він взаємодіє з полем Хіггса.
Розуміння поля Хіггса було дійсно необхідне, щоб ми зрозуміли значення маси в всесвіт. Відкриття поля Хіггса також стало підтвердженням Стандартної моделі, яка діяла з 1970-х років.
Квантові поля та фізика елементарних частинок є динамічними галузями дослідження. З моменту відкриття поля Хіггса відбулося кілька подій, які мають відношення до Стандартної моделі. Пошуки відповідей на обмеження стандартної моделі тривають.
***
джерела:
Королівський інститут 2017. Квантові поля: реальні будівельні блоки Всесвіту – з Девідом Тонгом. Доступно онлайн за адресою https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
