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

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 и читайте статьи из популярных журналов

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы

Но что мы видим на полученном изображении чёрной дыры

Наука и жизнь, май'19
Как я живу на 20 тысяч в месяц: студентка МГУ из Норильска Как я живу на 20 тысяч в месяц: студентка МГУ из Норильска

Как студентке четвертого курса удается прожить на 20 тысяч в месяц

Cosmopolitan, сентябрь'19
Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика, сентябрь'19
Вся соль Межева Вся соль Межева

Главная гастрономическая достопримечательность французских Альп — деревня Межев

Robb Report, октябрь'19
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy, март'19
Девушка с обложки Девушка с обложки

20-летняя Оксана Плечко, рассказала о том, кем мечтала стать в детстве

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

Можно ли разработать коммерческий электрический региональный самолет

Naked Science, август'19
Неравный брак: Ксения Собчак зарабатывает в девять раз больше своего нового мужа Неравный брак: Ксения Собчак зарабатывает в девять раз больше своего нового мужа

Ксения Собчак значительно обошла по доходам Константина Богомолова

Cosmopolitan, сентябрь'19
Травма поколений: психологические последствия Великой Отечественной войны Травма поколений: психологические последствия Великой Отечественной войны

О подвигах военных лет сегодня говорят громко

Naked Science, август'19
Кибер-ДНК Кибер-ДНК

Что можно узнать о человеке по его электронному следу

Русский репортер, сентябрь'19
Загородный автомобиль для 2030 года Загородный автомобиль для 2030 года

Передвижной дом-кемпер, способный стать частью современного сельского жилища

Naked Science, октябрь'19
Пептиды — тёмная материя биологии? Пептиды — тёмная материя биологии?

Вадим Тихонович Иванов о химии живого

Наука и жизнь, сентябрь'19
Сталин: история болезни Сталин: история болезни

В 2019 году рейтинг отношения к Иосифу Сталину побил все рекорды

Naked Science, август'19
Одна вокруг света. Чем опасны для туристов эфиопские дети Одна вокруг света. Чем опасны для туристов эфиопские дети

Маленькие разбойники на большой дороге и неизвестная инфекция

Forbes, сентябрь'19
Анна Седокова Анна Седокова

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

Playboy, сентябрь'19
Замужем, но все равно мать-одиночка? Замужем, но все равно мать-одиночка?

Многие замужние женщины эмоционально привязаны к своему статусу

Psychologies, 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
Как сделать лицо более худым с помощью макияжа Как сделать лицо более худым с помощью макияжа

Рассказываем, как пользоваться косметикой, чтобы лицо выглядело худым

Women’s Health, 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
«Яндекс» и ВТБ запустят сервис для неопытных инвесторов «Яндекс» и ВТБ запустят сервис для неопытных инвесторов

«Яндекс» в партнерстве с банком ВТБ запускает свой финтех-сервис

Forbes, сентябрь'19
Глобальный Рейх Глобальный Рейх

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

Naked Science, август'19
И их осталось 10 И их осталось 10

Часть российской делегации не попала на Генассамблею ООН из-за проблем с визами

РБК, сентябрь'19
Жатва Гиппократа Жатва Гиппократа

Что нового в медицине в последние 20 лет начавшегося века

Maxim, июнь'19
Несчастные случаи в аквапарках, которые закончились трагедией Несчастные случаи в аквапарках, которые закончились трагедией

Жуткие трагедии, которые произошли в аквапарках за последние несколько лет

Cosmopolitan, сентябрь'19
Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке Памяти 11 сентября: очерк «Падающий человек» о самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

О самом известном снимке теракта в башнях-близнецах в Нью-Йорке

Esquire, сентябрь'19
«Я выпустил Франкенштейна». Кто такие лабрадудли, и почему их ненавидит их создатель «Я выпустил Франкенштейна». Кто такие лабрадудли, и почему их ненавидит их создатель

Помесь лабрадора и пуделя стала необыкновенно популярной

National Geographic, сентябрь'19
Танки против крепостей Танки против крепостей

Миф об уничтоженных танковых армиях на улицах Берлина

Популярная механика, май'18
В Европе тестируют аэротакси: видео В Европе тестируют аэротакси: видео

Испытания впервые были проведены в небе над населенным пунктом

National Geographic, сентябрь'19
20 инноваций, которые спасут нашу планету 20 инноваций, которые спасут нашу планету

Топ-20 проектов, которые позволят сделать наш мир лучше

Naked Science, октябрь'19
Новая волна снижения ставок: ипотека продолжит дешеветь Новая волна снижения ставок: ипотека продолжит дешеветь

До конца года банки готовятся к новому снижению ставок по ипотеке

Forbes, сентябрь'19