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

10 примет времени, изменивших наш быт 10 примет времени, изменивших наш быт

Forbes представляет 10 самых ярких примет нашего времени

Forbes
Опыт читателя: как я апгрейдил компьютер без интернета в 90-х годах Опыт читателя: как я апгрейдил компьютер без интернета в 90-х годах

Насколько сложно было провести апгрейд компьютера в конце прошлого века

CHIP
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
«Манускрипт Войнича»: таинственная книга на неизвестном языке «Манускрипт Войнича»: таинственная книга на неизвестном языке

Что было написано сумасшедшим средневековым алхимиком?

Популярная механика
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
«Все думают, что у меня сделаны скулы»: Светлана Лобода рассказала о своем лице «Все думают, что у меня сделаны скулы»: Светлана Лобода рассказала о своем лице

36-летняя певица Лобода ответила на утверждения о пластических операциях

Cosmopolitan
Психология нот: как мы воспринимаем музыку Психология нот: как мы воспринимаем музыку

От чего зависит музыкальное восприятие

Naked Science
Почему тебе холодно: 6 объяснений, не затрагивающих погоду Почему тебе холодно: 6 объяснений, не затрагивающих погоду

Что, если все вокруг в футболках, а ты опять потянулся за свитером

Playboy
«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

Евгений Петросян заявил, что Елена Степаненко закрыла ему доступ в их квартиру

Cosmopolitan
Сила воли: что мешает нам добиваться цели Сила воли: что мешает нам добиваться цели

Проблема отсутствия силы воли – в образе жизни, который ее ослабляет

Psychologies
Лука Балди: «Интерьер, как женщина, нуждается в украшениях» Лука Балди: «Интерьер, как женщина, нуждается в украшениях»

Лука Балди стоит у руля семейной компании Baldi и лично курирует всё

SALON-Interior
Судьба разведчика Судьба разведчика

Под покровом секретности на Урале в 1962 году случился международный скандал

Популярная механика
Психологический эксперимент: что произойдет, если смотреть другому человеку в глаза 10 минут Психологический эксперимент: что произойдет, если смотреть другому человеку в глаза 10 минут

Очередная загадка человеческого разума

National Geographic
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
«Есть новая потребность — в вечной жизни»: Марина Мелия и Борис Ким о том, что могут коучи, шарлатанах и Тони Роббинсе «Есть новая потребность — в вечной жизни»: Марина Мелия и Борис Ким о том, что могут коучи, шарлатанах и Тони Роббинсе

Стало ли со времен Кашпировского меньше шарлатанов

Forbes
Miss MAXIM 2019 Miss MAXIM 2019

Марафон красоты длиной в пять месяцев финишировал!

Maxim
Когда я ем, я глух и нем: как музыка влияет на наш аппетит и решения о покупках Когда я ем, я глух и нем: как музыка влияет на наш аппетит и решения о покупках

Как музыка в ресторанах и магазинах влияет на то, что и когда мы покупаем?

Psychologies
20 инноваций, которые спасут нашу планету 20 инноваций, которые спасут нашу планету

Топ-20 проектов, которые позволят сделать наш мир лучше

Naked Science
Хейли Бибер повеселилась со звездными подругами на развратном девичнике Хейли Бибер повеселилась со звездными подругами на развратном девичнике

Хейли Бибер устроила зажигательный «женский вечер» с подругами

Cosmopolitan
Глобальный Рейх Глобальный Рейх

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

Naked Science
«Я пытаюсь поймать за хвост безрассудство молодости»: Уилл Смит о новом фильме «Гемини» и лучшем времени своей жизни «Я пытаюсь поймать за хвост безрассудство молодости»: Уилл Смит о новом фильме «Гемини» и лучшем времени своей жизни

10 октября в российский прокат выходит фантастический боевик «Гемини»

Forbes
Elektra – региональный электрический самолет Elektra – региональный электрический самолет

Можно ли разработать коммерческий электрический региональный самолет

Naked Science
Кейт Миддлтон нечаянно вынудила американку потратить целое состояние на гардероб Кейт Миддлтон нечаянно вынудила американку потратить целое состояние на гардероб

Девушка копирует известные выходы 37-летней Кейт Миддлтон

Cosmopolitan
Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика
Сбой программы Сбой программы

Как распознать гормольный дисбаланс?

Лиза
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Первый в мире клонированный кот оказался совершенно не похож на оригинал Первый в мире клонированный кот оказался совершенно не похож на оригинал

В биотехнологической компании Sinogene объяснили это издержками производства

National Geographic
«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
«Столкновение цивилизаций»: фильм студии Барака Обамы о китайской фабрике в США вызвал дискуссии в соцсетях «Столкновение цивилизаций»: фильм студии Барака Обамы о китайской фабрике в США вызвал дискуссии в соцсетях

Документальный фильм «Американский завод» вызвал дискуссию в соцсетях КНР

Forbes
Открыть в приложении