Введение в Теорию всего: просто – о главной цели современной физики

В основе слова «физика» – древнегреческое φύσις, что означает «природа»

Naked ScienceНаука

Введение в Теорию всего: просто – о главной цели современной физики

Сергей Соболь

0:00 /
1088.013

В основе слова «физика» – древнегреческое φύσις, что означает «природа». Изучение природы, объяснение наблюдаемых в ней явлений и предсказание еще не известных событий – цели физики.

Еще в IV веке до нашей эры Аристотель заложил основы физики как науки в своем трактате «Физика». С тех пор нам открылись многие тайны природы. Но чем больше мы узнавали, тем больше у нас возникало вопросов. И, пожалуй, главный из них: как найти общее объяснение всем явлениям? Чтобы ответить на него, нужно создать Теорию всего.

Стандартная модель и ее сводная сестра

Пробираясь вглубь вещества и пытаясь найти самые фундаментальные, неделимые на составные элементы частицы, лежащие в основе материи, ученые в итоге обнаружили кварки и лептоны. Из кварков строятся адроны (потому Большой адронный коллайдер так называется), к которым относятся, в частности, составляющие ядро атома, ранее считавшегося неделимым, – протоны и нейтроны. Самый известный представитель лептонов – электрон, движущийся в электронном облаке вокруг этого самого ядра.

На сегодня мы знаем, что все эти частицы взаимодействуют за счет четырех типов сил, четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного ядерного и слабого ядерного. Хотя, возможно, их больше, но другие нам пока не известны.

Гравитация – сила притяжения между объектами, обладающими массой. Электромагнетизм отвечает за взаимодействие между телами, имеющими электрические заряды. Сильные ядерные силы удерживают вместе протоны и нейтроны в ядре атома, а также кварки в самих протонах и нейтронах, а слабые управляют такими процессами, как радиоактивный распад.

Действие каждой из этих сил можно представить как обмен частицами-квантами этого взаимодействия. Сильное взаимодействие осуществляется глюонами. Они, можно сказать, «склеивают» кварки, создавая из них протоны и нейтроны. Свое название они получили не просто так: в английском языке glue означает «клей».

Переносчиками слабого взаимодействия являются W- и Z-бозоны. За хорошо известное нам электромагнитное взаимодействие отвечают не менее известные фотоны. Кроме того, все взаимодействия имеют свою теорию, описывающую эти самые взаимодействия.

На этом так называемая Стандартная модель – теоретическая конструкция в физике элементарных частиц – прерывается. Что же с гравитацией? Есть ли у нее своя частица-квант?

Если для моделирования основных взаимодействий используются элементарные частицы, то по аналогии можно предположить, что за гравитационное взаимодействие должна отвечать некая элементарная частица.

Эту частицу пока не нашли, она значится как гипотетическая, но название уже предложили – гравитон. Квантовую теорию гравитации еще не построили. Для описания гравитации сегодня мы используем Общую теорию относительности Эйнштейна. Вот только она так не похожа на все остальные теории, что стоит особняком. Объединить все четыре взаимодействия в одной теоретической модели, то есть создать единую Теорию всего, – давняя мечта физиков.

Обнаруженный в 2012 году бозон Хиггса был единственным не открытым до последнего времени элементом Стандартной модели

От Ньютона – до Эйнштейна, от яблок – до черных дыр

Яблоня в саду дома, где жил Исаак Ньютон, больше века была музейным экспонатом, к ней водили экскурсии. Но, скорее всего, история о том, как Ньютон открыл свой знаменитый Закон всемирного тяготения после того, как ему на голову упало яблоко, – безобидная придумка. Рассказ о падающем яблоке великий ученый сочинил для своей любимой племянницы, чтобы доступно изложить суть закона. Тем не менее можно сказать, что именно с постулирования этого закона начались попытки системно объяснить окружающий нас мир на языке физики.

Сама идея всеобщей силы тяготения неоднократно высказывалась и до Ньютона. Но ранее никто не мог ясно и математически убедительно связать Закон тяготения и Законы движения небесных тел. Открытие Ньютона позволило объединить небесную и земную сферы, а ведь прежде они считались несовместимыми.

Долгое время ньютоновская Теория тяготения полностью подтверждалась наблюдениями. Закон всемирного тяготения подходил для того, чтобы описать траекторию падения яблока, а также чтобы предсказать орбиту движения планет вокруг Солнца. Но, как оказалось, кроме одной.

Обнаруженное в 1859 году аномальное смещение перигелия Меркурия поставило физиков перед фактом, что ближайшая к Солнцу планета не хотела подчиняться Закону всемирного тяготения. И пусть это было только едва заметное отклонение в движении Меркурия, ему нужно было найти объяснение. Но для этого потребовалось новое понимание гравитации.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Перехватчик МиГ-41: «Лисья гончая» XXI века Перехватчик МиГ-41: «Лисья гончая» XXI века

Программа ПАК ДП привлекает к себе все больше внимания

Naked Science, октябрь'19
9 выставок, которые стоит посетить в октябре 9 выставок, которые стоит посетить в октябре

Почему в музеях стало так много текстиля

GQ, сентябрь'19
«Артемида»: как США хотят закрепиться на Луне «Артемида»: как США хотят закрепиться на Луне

Соединенные Штаты и их союзники твердо нацелились высадиться на Луну в 2020-х.

Naked Science, декабрь'19
Станьте хозяином своей жизни — установите личные границы Станьте хозяином своей жизни — установите личные границы

О важности установления границ сказано немало, но что это значит на практике

Psychologies, сентябрь'19
Тайна гибели академика Легасова Тайна гибели академика Легасова

В апреле 1988 года был обнаружен повесившимся Валерий Легасов

Дилетант, сентябрь'19
Какой получилась экранизация «Щегла» Донны Тартт, если не сравнивать ее с книгой Какой получилась экранизация «Щегла» Донны Тартт, если не сравнивать ее с книгой

12 сентября 2019 года в российский прокат выходит «Щегол»

Esquire, сентябрь'19
Что такое гипотеза симуляции Что такое гипотеза симуляции

Возможно ли, что весь наш мир - не более чем компьютерная симуляция?

Naked Science, февраль'19
Почему потеют фары, и как это исправить Почему потеют фары, и как это исправить

Что делать, если фары всё-таки начали запотевать?

Популярная механика, сентябрь'19
Каким был последний день жизни динозавров на Земле? Каким был последний день жизни динозавров на Земле?

Учёные воссоздали хронологию столкновения планеты с гигантским метеоритом

National Geographic, сентябрь'19
Мушкетеры XXI века Мушкетеры XXI века

Одесские «куликовцы» Долженков и Мефедов на свободе после пяти лет заключения

Русский репортер, сентябрь'19
Mars 2020: есть ли жизнь после Curiosity Mars 2020: есть ли жизнь после Curiosity

Близкая и далекая Красная планета может стать для нас более понятной

Naked Science, август'19
На реконструкции На реконструкции

Выясняем, какой кератин на самом деле нужен волосам

Glamour, октябрь'19
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика, декабрь'19
Купить машину на будущее Купить машину на будущее

Как сделать современный автомобиль раритетным

Maxim, октябрь'19
Глобальный Рейх Глобальный Рейх

Что, если бы страны «оси» победили во Второй мировой войне

Naked Science, август'19
Легенда Легенда

Писатель Людмила Петрушевская и ее сын художник Федор Павлов-Андреевич

Собака.ru, сентябрь'19
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика, сентябрь'19
Нужно ли говорить коллегам, что ты ищешь новую работу? Сначала ответь на эти 5 вопросов Нужно ли говорить коллегам, что ты ищешь новую работу? Сначала ответь на эти 5 вопросов

Молчать или сказать? Вот уж действительно — палка о двух концах

Playboy, сентябрь'19
Анна Седокова Анна Седокова

Наверное, она уже привыкла к эпитетам «горячая», «аппетитная», «сочная»

Playboy, сентябрь'19
Восьмое чудо света: российский радар Восьмое чудо света: российский радар

За внешний вид и характеристики военные часто называют его восьмым чудом света

Популярная механика, сентябрь'19
100 самых сексуальных женщин страны: 52-1 100 самых сексуальных женщин страны: 52-1

Итоговый рейтинг «100 самых сексуальных женщин страны – 2019»

Maxim, декабрь'19
Дерматолог — о лечение акне и причинах облысения и других проблемах, которые волнуют всех Дерматолог — о лечение акне и причинах облысения и других проблемах, которые волнуют всех

В чем причины облысения и чем отличается мужская кожа от женской

Esquire, сентябрь'19
Гипотеза Лавлока: что, если Земля – живой организм? Гипотеза Лавлока: что, если Земля – живой организм?

Гипотеза Геи, предлагающая нам взглянуть на Землю как на живой организм

Naked Science, декабрь'19
Человек, который решил стать триллионером и жить вечно: чем известен основатель WeWork Человек, который решил стать триллионером и жить вечно: чем известен основатель WeWork

Нетипичный руководитель компании WeWork — Адам Нойманн

Forbes, сентябрь'19
«Ратник» и «Сотник»: экипировка, которая должна уметь все «Ратник» и «Сотник»: экипировка, которая должна уметь все

В России может появиться военная экипировка, но хватит ли на нее денег

Naked Science, август'19
Красота-2019: почему миллениалов больше не интересует внешний лоск Красота-2019: почему миллениалов больше не интересует внешний лоск

Разбираемся, как изменилась бьюти-индустрия благодаря поколению Y

Forbes, сентябрь'19
Elektra – региональный электрический самолет Elektra – региональный электрический самолет

Можно ли разработать коммерческий электрический региональный самолет

Naked Science, август'19
Нападения, подкуп, принуждение: какие нарушения зафиксировали наблюдатели на последних выборах Нападения, подкуп, принуждение: какие нарушения зафиксировали наблюдатели на последних выборах

Избирательная кампания с самого начала сопровождалась чередой громких скандалов

Forbes, сентябрь'19
Сталин: история болезни Сталин: история болезни

В 2019 году рейтинг отношения к Иосифу Сталину побил все рекорды

Naked Science, август'19
Куда идти на шопинг в Нью-Йорке. Гид по неочевидным местам Куда идти на шопинг в Нью-Йорке. Гид по неочевидным местам

Почему многие ньюйоркцы выглядят так классно и самобытно

РБК, сентябрь'19