1. взаимодействията преди Големия взрив Надя Кискинова наоп, Стара Загора

Разнообразни и привидно различни явления всъщност са подчинени на едина-единствена реалност. Със своята Теория на относителността Айнщайн обединява пространството, времето и гравитацията. До края на живота си той търси една-единствена, всеобхватна рамка, в която да се вместят всички физични закони на многоликия свят на макро- и микрониво. Теорията на обединението на 4-те основни взаимодействия все още предстои да бъде създадена.

• 
  Физичните сили са много, но те могат да се сведат до
  

• 
  На микроскопично ниво взаимодействията се осъществяват
  

Гравитацията обаче се проявява само като привличане между телата. Има ли антигравитация? От съображения за симетрия – да. Айнщайн се опитва да я изрази математически чрез вписване на прословутия ланда-член в уравненията си. Впоследсствие нарича това най-голямата грешка в живота си. Днес има друг аналог на антигравитацията – нещото във вакуума, коета кара Вселената неудържимо да се разширява...

• 
  Частица преносител фотон с нулева маса в покой.
  

• 
  В сравнение с гравитацията, това взаимодействие е изключително мощно – милион милиард милиард милиард милиарда пъти / 10*42/ пъти.
  

• 
  Въздействие, както на макро-, така и на микрониво, проявяващо се като
  

• 
  “Слепва” кварките в протоните и неутроните и “държи” протоните и неутроните в ядрата на атомите.
  

• 
  Частицата му преносител също като фотона е с нулева маса в покой и
  

• 
  Ядрените взаимодействия са около 1000 пъти "по-силни" от електромагнитните, но за разлика от тях са късодействащи, т.е те действат само на разстояния, сравними с размерите на атомните ядра около 10*(-15) m .
  

• 
  Действа във вътрешността на атомните ядра и предизвиква техния бета-разпад.
  

• 
  Частицата му преносител е в две разновидности, наречена
  

W- и Z-частиците са открити експериментално в ускорители

в Германия и Швейцария през 70-80-те години на ХХ век.
Този вид взаимодействие също е късодействащо - радиусът на действие е около 10*(-14) m .
Защо фотоните, глуоните и хипотетичните гравитони нямат маса в покой, а тази на бозоните на слабото взаимодействие е почти 100 пъти повече от масата на протона? Отговорът се крие в самата същност на понятието маса. Засега никой не знае на какво се дължи наличието и на останалите характеристики на елементарните частици – спин, заряд и т.н.
9.

Защо различаваме 4 толкова различни основни взаимодействия? След като светът е един-единствен, не е ли логично да има само едно основно взаимодействие, до което да се свежда всичко, което го кара да изглежда такъв какъвто е и да се развива по определен начин? Защо природата на микро- и макрониво е толкова коренно противоречива сама със себе си, сякаш няма една същност? След като светът все пак е един-единствен, проблемът се крие в непълното ни познание за него!

Областите на приложение на

Квантовата механика и Теорията на относителността са съответно

микро- и макросвета.

Всяка от тези науки описва твърде успешно своята област.

Проблемът възниква, когато се налага да се използват едновременно, а такава е ситуацията, когато обектите са

много масивни и много малки

/в центъра на черна дупка или в момента на Големия взрив/.

веществото се държи като вълна

Квантовомеханичната неопределеност показва, че в микроскопичен мащаб Вселената е

Схващането за гладка геометрия на пространството, основен принцип на относителността, се унищожава от бурните флуктуации в квантовия свят.

Принципните положения са коренно противоположни и несъвместими.

Дали отговорът за единстватото на света не се крие някъде там, в първите мигове от зараждането на Вселената? Тогава плътността на материята, температурата, изобщо условията на ранната Вселена са с екстремни стойности. Ако сега Вселената е доста студена и разграничаваме 4 основни взаимодействия, то някога тя е била доста по-гореща. А колко ли взаимодействия е имало тогава?

15.

ОПИТИ ЗА ОБЕДИНЕНИЕ НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯТА

Отначало физиците се насочват към обединяване на

Квантовата механика и Електродинамиката и го правят успешно – възниква нова област от знанието – КВАНТОВА ЕЛЕКТРОДИНАМИКА или както още я наричат Релативистка квантова теория на полето.
Релативистка, защото учавства и

Специалната теория на относителността.

получават за експерименталното потвърждение на

квантовата електродинамика Нобеловата награда за 1965 г.
16.

После Шелдън Глашоу, Абдус Салам и Стивън Уайнбърг показват, че слабото и електромагнитното взаимодействие естествено се обединяват от тяхното описание в термините на квантовата теория на полето, въпреки, че мащабите в които те се проявяват са толкова различни – от размерите на атома до размерите на Вселената.

Когато Глашоу, Салам и Уайнбърг правят това откритие,

частиците-носители на слабото взаимодействие W и Z бозоните още не са открити експериментално.

Това става през 1978 г., а

през 1979 г. на тримата е присъдена Нобелова награда.
17.

Резултат от обединяването на трите негравитационни взаимодействия са елементарните частици, обединени в семейства и техните характеристики – това, което сега е прието да се смята за

С Нобелова награда за 2004 г. са удостоени

• 
  Конкретно – открито е свойство на силното взаимодействие, което обяснява защо само при високи енергии кварките се държат като почти свободни частици.
  

• 
  И още – направена е важна крачка в усилията да се осигури единно описание на всички природни сили, независимо от пространствения мащаб – от най- малките разстояния вътре в атомните ядра до гигантските разстояния във Вселената.
  

19.

То възниква в 10*/-11/ секунда след Големия взрив.

Предполага се, че на това поле се дължат много от свойствата на елементарните частици
20.

В 10*/-11/ секунда температурата на Вселената спада до 10*15 К и се кондензира полето на Хигс с определена ненулева стойност из цялото пространство,

Тримата работят в бурно развиващата се област на теорията на елементарните частици и откритията им са от фундаментално значение за разбирането на света, по-специално – самия произход и съществуване на материята. Те ни доближават до първите мигове от възникването на Вселената.

Съществуването на Вселената с днешните й структури се дължи именно на нарушената симетрия между материя и антиматерия. Нищожното преимущество на 1 частица вещество в повече на 10 милиарда частици антивещество дава началото на сегашните вселенски форми: елементарни частици, ядра, атоми, химични съединения, планети, звезди, галактики...

Кобаяши и Маскава откриват произхода на нарушение на симетрията, вследствие на което е предсказано съществуването в природата на най-малко 3 семейства кварки.

Понастоящем се предполага, че друг вид спонтанно нарушение, т.н. Хигс механизъм,

Пътят към това откритие е прокаран от Йоичиро Намбу, който пръв въвежда спонтанното нарушение на симетрията във физиката на елементарните частици още през 1960 г.

Намбу има заслуги и за теоретичното описание на свръхпроводимостта, в което се използва също нарушението на симетрията.

Освен това той е един от основоположниците на

Интересно е да се отбележи, че по време на своята специализация в Сорбоната, българският учен академик Асен Дацев формулира физическата идея за

който той нарича субвакуум или под-вакуум, което всъщност е полето на Хигс.

Така че всъщност ние чувстваме полето на Хигс.

Полето на Хигс се съпротивлява само на

ускорителното движение на частиците.

Ако една частица се движи равномерно и праволинейно в далечния Космос няма да бъде забавяна от „триенето”.
25.

ФАЗОВ ПРЕХОД

Образуването на полето на Хигс се разглежда като фазов преход, какъвто е и кондензирането на парата във вода. Резултатът е придобиването на ново качество:

• 
  Безмасовите досега частици фотоните на електромагнетизма и W и Z бозоните на слабото ядрено взаимодействие придобиват различна маса.
  

• 
  Фазовият преход се съпровожда с намаляване на симетрията – ако симетрията преди прехода е била 0 за всички безмасови частици, то след прехода с придобиване на различна маса от различните частици, симетрията между масите вече е загубена.
  

Ако отново си представим, че се увеличи температурата на Вселената, както в онези първи мигове след Големия взрив, полето на Хигс ще изчезне и симетрията между тези две взаимодействия отново ще стане явна, т.е те ще са пак едно-единствено електрослабо взаимодействие.

Именно това доказват

Тъй като частиците-вестоносци на взаимодействията са безмасови преди фазовия преход,

породил полето на Хигс,

електромагнитното и слабото взаимодействия са били

едно-единствено взаимодействие –

електрослабо взаимодействие.
27.

ЧАСТИЦАТА БОГ ?

Продължава търсенето на носителя на

полето на Хигс:

частиците на Хигс.
Тези частици трябва да са много масивни и

изключително краткоживущи –

едва 10*/-22/ секунди!
Преносителят на Хигс полето е тайнствената частица на Хигс, която трябва да е много масивна – от порядъка на Гигаелектронволти или милиард еВ. Тя би трябвало да е изключително краткоживуща – едва 10*/-22/ сек.
28.

Надеждите за откриване на частицата на Хигс се възлагат на по-мощните ускорители в бъдеще, както и на новия в Женева.

Челните сблъсъци на протоните би трябвало да „избият” частица Хигс от океана на Хигс, така както мощни подводни сблъсъци могат да избият водни молекули от земния океан.
Ако океанът на Хигс не бъде открит експериментално, това ще наложи пълно преосмисляне на теоретичния апарат, който се използва от 30 години насам.

Но, ако бъде потвърден, това ще бъде истински триумф на теоретичната физика и твърда стъпка по пътя на

Ако океанът на Хигс не бъде открит експериментално, това ще наложи пълно преосмисляне на теоретичния апарат, който се използва от 30 години насам.

Но, ако бъде потвърден, това ще бъде истински триумф на теоретичната физика и твърда стъпка по пътя на
по-нататъшното обединение.
Откритието ще потвърди интуицията за симетрията на силите в природата и
сегашните възгледи за Вселената.
30.

През 1974 г. Джорджи и Глашоу предлагат следващата стъпка към
по-нататъшното обединение на взаимодействията.

Според тях силното, слабото и електромагнитното взаимодействия са били едно и също, когато температурата е била над 10*28 градуса, и възрастта на Вселената е била 10*/-35/ сек.

а слабото, силното и електромагнитни взаимодействие –

едно-единствено електрослабо взаимодействие.
31.

Образно представяне на обединението на взаимодействията в едно-единствено е “змията на Глашоу”.

Според Джорджи и Глашоу, остатъчното следствие от ранната симетрия би трябвало да се наблюдава и днес с факта, че от време на време протоните трябва да се превръщат в друг вид частици.

Такива разпади все още не са наблюдавани.
Бъдещите сблъсъци на протони в новия ускорител в Женева ще докажат или опровергаят окончателно разпада или устойчивостта им, както и произтичащите оттук пътища за търсене на
Великото обединение на взаимодействията.
33.

Неуловим миг в самото начало на Вселената светът е бил подчинен на единствена сила – суперсилата!

ПОЛЕТО НА Хигс и Големия взрив

През 1979 г. Алън Гут е специализант по физика

В края на 70-те години на ХХ век той заедно с

Гут и Тай си задават въпроса:

какво би станало, ако флуктуиращата стойност на полето на Хигс, когато то още не е било кондензирано в ранните епохи на Вселената, се установи в енергийна яма,
т.е. да се задържи с най-малка енергия.

В този случай говорим за

За преминаване към фазов преход вода-лед са необходими малко примеси, около които да нарастват кристалите.

В чиста от примеси вода този процес не настъпва, въпреки достигнатата температура.
И в този случай говорим за преохладена вода.
38.

Гут и Тай се досещат, че

Гут разбира, че в този случай преохладеното поле на Хигс не само изпълва пространството с енергия, но предизвиква и

!

39.

Та това е антигравитацията, която кара

Оценката на Гут за количеството енергия и отрицателното налягане е число 10*100!

Ако тази колосална антигравитация се съчетае с изключително краткия момент, когато полето на Хигс е било преохладено – това просто значи ...

взрив, и то наистина Голям

Когато Вселената е била невъобразимо плътна, носител на нейната енергия било

10*/-35/ секунди!

Дори първата оценка от 10*30 пъти означава, че ако една молекула на ДНК примерно претърпи такова увеличение, тя би нараснала до размерите на Млечния път и то само за по-малко от 1/милиард, милиард от милиардната от едно мигване с око!

Наблюденията с Уилсоновия спътник WMAP от последните години потвърждават модела на инфлационната Вселена.

Алън Гут дава взрив на

...и още нещо:

евентуален отговор на въпроса
Какво е имало преди Големия взрив?
44.

Представете си фитил, който естествено съществува и преди да е запален:

Големият взрив се случва тогава, когато има необходимите условия за това:
инфлационно поле с отрицателно налягане.
Те му осигуряват огромната енергия, за да се
прояви като взрив.
Какво е имало преди Големия взрив?
Може би нещо като
вселена с незапален фитил?!
45.

Инфлационният взрив дава тласъка

за едно събитие в съществуваща преди това вселена.
Той не я създава!

А може би вселените са много. Те се сблъскват и пъпкуват?...

източници

• 
  „Тъканта на Космоса”, Брайън Грийн
  

• 
  „Елегантната Вселена”, Брайън Грийн
  

• 
  quant.hit.bg/glava3_6.html