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

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

Топ-20 проектов, которые позволят сделать наш мир лучше

Naked Science
Светлана Миронюк: «Через что мы чувствуем чужую боль? Через свою» Светлана Миронюк: «Через что мы чувствуем чужую боль? Через свою»

Почему важно помогать системно и чем миллениалы лучше старших поколений

РБК
Травма поколений: психологические последствия Великой Отечественной войны Травма поколений: психологические последствия Великой Отечественной войны

О подвигах военных лет сегодня говорят громко

Naked Science
Для чего изобрели робота-«летучую рыбу»: видео Для чего изобрели робота-«летучую рыбу»: видео

Этот робот может брать пробы воды, не взирая на льдины или волны

National Geographic
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
Что вы не знали о Брижит Бардо Что вы не знали о Брижит Бардо

Не только талантливая актриса и секс-символ шестидесятых

GQ
Неистощимый гений Леонардо Неистощимый гений Леонардо

И через пять столетий после смерти Леонардо не спешит раскрывать свои тайны

National Geographic
В США запустили процедуру импичмента Трампа. Что будет дальше? В США запустили процедуру импичмента Трампа. Что будет дальше?

Палата представителей США запустила процедуру импичмента президента США

Forbes
TERA – марсианский дом на Земле TERA – марсианский дом на Земле

Компания AI SpaceFactory известна своими технологиями 3D-печати

Naked Science
Медведь облюбовал заброшенную машину: видео из «Земли леопарда» Медведь облюбовал заброшенную машину: видео из «Земли леопарда»

Фотоловушка запечатлела необычную сцену

National Geographic
Пиковые дамы Пиковые дамы

Комичные и нелепые ситуации, в которые известные мужчины попадали из-за женщин

Playboy
Пугачева vs Ротару: история многолетней «вражды» певиц Пугачева vs Ротару: история многолетней «вражды» певиц

С чего началась «холодная война» между Аллой Пугачевой и Софией Ротару

Cosmopolitan
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Проблемы с концентрацией? Учимся фокусироваться Проблемы с концентрацией? Учимся фокусироваться

Три простые практики для тренировки ума и концентрации внимания

Psychologies
Miss MAXIM 2019 Miss MAXIM 2019

Марафон красоты длиной в пять месяцев финишировал!

Maxim
Российский ученый открыл новый вид бабочек на Тянь-Шане и Памире Российский ученый открыл новый вид бабочек на Тянь-Шане и Памире

Здесь редко находят новые виды живых существ

National Geographic
Interstellar Lab планирует построить «марсианскую деревню» в пустыне Мохаве Interstellar Lab планирует построить «марсианскую деревню» в пустыне Мохаве

Добраться до Марса – это одно, а жить там – совсем другое

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
Лайк и репост: вместо тысячи слов Лайк и репост: вместо тысячи слов

Что нас побуждает ставить лайки и делать репосты и как развивается зависимость

Naked Science
15 вопросов к Дэвиду Харбору 15 вопросов к Дэвиду Харбору

Звезда «Очень странных дел» говорит о психических расстройствах

Playboy
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Сказка – ложь Сказка – ложь

Нелли Якимова комментирует самые распространенные «правила» в сексе и отношениях

Cosmopolitan
Elektra – региональный электрический самолет Elektra – региональный электрический самолет

Можно ли разработать коммерческий электрический региональный самолет

Naked Science
Жених принцессы Беатрис бросил из-за нее гражданскую жену с ребенком Жених принцессы Беатрис бросил из-за нее гражданскую жену с ребенком

31-летняя внучка британской королевы готовится выйти замуж

Cosmopolitan
«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
Ах, какая женщина! Ах, какая женщина!

20 сентября исполнилось 85 лет Софи Лорен

Лиза
100 самых сексуальных женщин страны 100 самых сексуальных женщин страны

100 самых сексуальных женщин страны

Maxim
9 лайфхаков с пищевой пленкой, которые пригодятся каждому 9 лайфхаков с пищевой пленкой, которые пригодятся каждому

А вы знали, что с пищевой пленкой можно сделать еще и это?

Популярная механика
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
Миллиард взаймы: как построить успешную компанию на микрозаймах для Индии и Африки Миллиард взаймы: как построить успешную компанию на микрозаймах для Индии и Африки

Гендиректор Tala Шивани Сироя превратила стартап в компанию из 600 человек

Forbes
Открыть в приложении