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

25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины 25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины

Эта статья поможет тебе прожить чуть более счастливую и долгую жизнь

Maxim, сентябрь'19
Сергей Сафронов: «После развода моя семья стала только больше» Сергей Сафронов: «После развода моя семья стала только больше»

Иллюзионист признался, почему не обращается к ясновидящим

StarHit, сентябрь'19
Мастера такуми Мастера такуми

Кого в Японии называют мастерами такуми

Популярная механика, сентябрь'19
Поставили на место Поставили на место

Эксперты рассказали, как сделать гостиную максимально комфортной и эстетичной

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

В 2019 году рейтинг отношения к Иосифу Сталину побил все рекорды

Naked Science, август'19
Три товарища: во что инвестируют друг Путина, экс-заместитель Сечина и бывший следователь из Петербурга Три товарища: во что инвестируют друг Путина, экс-заместитель Сечина и бывший следователь из Петербурга

Маттиас Варниг владеет собственным инвестиционным бизнесом

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

Можно ли разработать коммерческий электрический региональный самолет

Naked Science, август'19
«Не понимаю, как я до сих пор не надоела» «Не понимаю, как я до сих пор не надоела»

Мерил Стрип поделилась новым опытом перевоплощения

Огонёк, сентябрь'19
«Все выдумки не стоят естества…» «Все выдумки не стоят естества…»

На свете есть немало людей, уверенных, что небо над нами бороздят НЛО

Наука и жизнь, июль'19
Всем Римом Всем Римом

Grazia рекомендует изучить новые районы Вечного города и его окрестности

Grazia, сентябрь'19
Третий путь атомной энергетики Третий путь атомной энергетики

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика, сентябрь'19
Ростов папа Ростов папа

Ростовчане, распознав в тебе приезжего, сходу устроят тебе проверку

Seasons of life, июль'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
Обретенное время Обретенное время

Брэд Питт как последний адмирал мужского экранного мироощущения

Men’s Health, октябрь'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
Выбираем квадрокоптер с камерой: 8 моделей для дома и улицы Выбираем квадрокоптер с камерой: 8 моделей для дома и улицы

Делимся советами по выбору квадрокоптера с камерой

CHIP, сентябрь'19
Глобальный Рейх Глобальный Рейх

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

Naked Science, август'19
«Друзья знали об измене мужа, но не предупредили меня» «Друзья знали об измене мужа, но не предупредили меня»

Развод — всегда болезненный процесс, особенно если сопряжен с изменой партнера

Psychologies, 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
Invest AG покидает «Самолет» на высоте Invest AG покидает «Самолет» на высоте

Совладельцы Evraz вышли из капитала крупной девелоперской группы

РБК, сентябрь'19
Лот да Винчи Лот да Винчи

Как картина да Винчи погубила китайского разведчика

GQ, май'18
50 основных фактов из 5-го рейтинга РБК 500 50 основных фактов из 5-го рейтинга РБК 500

Основные факты из свежего рейтинга

РБК, октябрь'19
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика, январь'18
Скончался академик Ивантер Скончался академик Ивантер

Пятнадцатого сентября в Москве скоропостижно скончался Виктор Викторович Ивантер

Эксперт, сентябрь'19
Ли Кайфу: «Люди оказались на земле не для рутинной работы» Ли Кайфу: «Люди оказались на земле не для рутинной работы»

Как искусственный интеллект повлияет на нашу жизнь в ближайшем будущем

РБК, сентябрь'19
Россию накрыла волна поддельных номеров. Чем это грозит? Россию накрыла волна поддельных номеров. Чем это грозит?

На автомобилей-двойников из разных регионов жалуются водители

РБК, 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
Марго Робби Марго Робби

Правила жизни Марго Робби

Esquire, октябрь'19
«В удачу я не верю» «В удачу я не верю»

Александра Устюгова в октябре будет можно увидеть на сцене «Вегас Сити Холла»

Добрые советы, октябрь'19
Кошелек для экономных: как выходец из Mail.ru и совладелец «Кидзании» заработали четверть миллиарда на заправках Кошелек для экономных: как выходец из Mail.ru и совладелец «Кидзании» заработали четверть миллиарда на заправках

За полгода сервис подключил 750 заправок сетей «Газпром нефть» и ЕКА

Forbes, сентябрь'19