Hány a fizikai állandók
Valószínű, akkor azonnal úgy gondolja, hogy a fény sebessége, Planck-állandó, a gravitációs állandó - ezek a fő alapvető fizikai állandók.
Valóban, az alapvető fizikai állandók ezek annyira fontos, hogy sok ember használja a rendszer egységek, amelyeknek értéke 1. Az a tény, hogy tudunk választani a hosszegységekben, idő és tömeg önkényes. Mindhárom függetlenek. Ez nem annyira szerencse, tehetünk mi kedvenc 3 állandók értéke 1. Az első felhívta a figyelmet rá, Planck, és ez a három egység az úgynevezett „Planck egységek”.
Planck egységek kiválóan alkalmas kvantum gravitáció, de nem annyira hasznos más célra. Például, Planck hossza nevetségesen kicsi: körülbelül 2 x 10 -35 méter. Planck idő még rosszabb: körülbelül 5 x 10 -44 másodperc. Planck-tömeg egyenlő 2 x 10 -8 kg. A hétköznapi életben, és még a nukleáris fizika, Planck egységekhez akadályt képeznek.
Szerencsére a méretek nem olyan fontos. Elindultak az emberek a kinevezést. Mindaddig, amíg használja a rendszer egység, vagy a másik, minden rendben lesz.
Sok állandók dimenzióban tartalmazza a hosszát, az idő, tömeg, hőmérséklet, töltés, stb A számértéke állandó függ az egységek a rendszer. Numerikus értékek megváltoztatásához, ha az általunk használt más egységek. Ezért annak ellenére, hogy mondjon valamit a természet, hogy bizonyos mértékig, ezek az állandók függ a személy.
Másrészt, vannak olyan állandók, amelyek nem függnek a használt egységek. Ez egy „dimenzió” állandók. Némelyikük - ez a szám, például a pi szám, e és az aranymetszés. Ez egy tisztán matematikai állandók, hogy bárki ki tudja számítani a számítógép a kívánt számú számjeggyel. De mások már csak kísérleti úton határozható meg. Azt mondják nekünk, a természet olyan tényt, amely nem függ a választott rendszer egység.
A leghíresebb ezek állandók - a „finom szerkezetű állandó” e 2 / hbar c. Amennyiben e - az elektron töltése, hbar - Planck-állandó, c - a fény sebessége. Ha a fő dimenzió, látni fogja, hogy ez egy dimenzió nélküli mennyiség. A kísérlet azt mutatja, hogy körülbelül egyenlő 1 / 137,03599. Senki sem tudja pontosan, hogy miért ezt a számot. Ma - ez a rejtély, a nyers tény az univerzumban.
Abból lehet kiindulni, hogy a háromdimenziós állandók csatlakozni egydimenziós egységek másokkal. Például a fénysebesség hosszmérete osztva az időt. Ezt fel lehet használni a fordítást egységei (év) az egység hossza (fényév), vagy fordítva. Általában azok, akik érdeklődnek az alapvető fizikai állandók, hajtsa végre az ilyen átalakításokat, ahol csak lehetséges, ami minden érdekünk, hogy dimenzió állandók.
Mennyi az összes alapvető dimenzió állandók? Attól függ, hogy a véleménye néhány új felfedezések. Véleményem - 26. Minden egyéb dimenzió állandók (kivéve azokat, amelyek a kezdeti feltételek) elvileg származhatnak ezek, ha csak a legjobb fizikai elméleteket. Úgy értem, az általános relativitáselmélet, amely ismerteti a gravitáció és a Standard Modell, amely leírja az összes többi erők. Természetesen „elvben” azt jelenti, hogy ezt a következtetést lehet szükség szimuláció az egész univerzumot!
Az általános relativitáselmélet, kvantummechanika és a klasszikus ne használjon dimenzió állandók, mint a fény sebessége, a gravitációs állandó, és a Planck-állandó egyszerűen csak meg az egységnyi tömeg, hosszúság és idő. Következésképpen minden dimenzió állandók jönnek a mi csodálatos, bizarr elmélet minden erő eltérő gravitációs - a Standard Modell.
Először is hatalmas részecskéket. Jelenleg 6 kvarkok. Egy pozitív és egy negatív töltésű minden osztályban: max. le; varázsát. furcsa; felső és alsó. A tömegek ezeknek kvarkok, osztva a Planck-tömeg, így 6 dimenziómentes állandók. Még van 3 féle hatalmas leptonok: elektron, müon, tau-lepton. W és Z bozonok is tömege. Ott van a Higgs részecske, amely bár nem fedezték fel, de nagyon fontos, hogy az elmélet. Ez ad nekünk egy tömeg.
Tehát mi, van 6 + 3 + 2 + 1 = 12 dimenziómentes állandók.
Ezután adjuk hozzá a két állandóit kölcsönhatások: az elektromágneses és erős. Állandó elektromágneses kölcsönhatás is csak egy nevet a finom struktúra állandó. Ez határozza meg az erejét az elektromágneses mezőt. Hasonlóképpen, az erős kölcsönhatás állandó meghatározza az erejét a nukleáris erő, által továbbított gluonok, amelyek kötődnek a kvarkok be barionok és mezonoknak.
Talán kíváncsi, hogy miért nem beszélve a gyenge kölcsönhatás állandó. Az a tény, hogy ez lehet kiszámítani a felsorolt állandók.
Szeretném figyelmeztetni, hogy vannak különböző módon a vágás a pite. Ahelyett, hogy egy állandó elektromágneses csatolás és a részecske tömegek W, Z és Higgs, tudtuk használni a többi négy állandók: kapcsolási állandó U (1), az állandó kölcsönhatását SU (2), a tömeg a Higgs és Higgs várható érték mezőben. Ezek a számok szerepelnek a alapvető egyenlet a standard modell, amelyben egy foton, W és Z bozonok által leírt két kapcsolási állandókat kalibrációs elmélet U (1) x SU (2). Figyelemre méltó szimmetria ez az elmélet, és el van rejtve a módját interakció a Higgs-részecske. A leírás ezt a kölcsönhatást igényel további két állandó - Higgs részecskék tömegét, valamint a várható értéke a Higgs mező. Összesen 4. Ha tudtuk, hogy a 4-es számú, akkor kiszámítja a száma a másik, amely már mérhető a kísérletben: a részecskék tömege W és a Z, az állandó elektromágneses kölcsönhatás és a tömeg a Higgs-részecske. Ezért általában beszélnek a konstansok, hogy könnyebb mérni, akkor azonosítani több alapvető állandók.
Bármilyen módszerrel vágás a torta, most már van 12 + 2 = 14 alapvető állandók.
Sajnos, ez nem olyan egyszerű. W részecske kölcsönhat túró megtévesztő módon sok paraméterek úgynevezett mátrix Cabibbo-Kobayashi-Maskawa. Az a tény, hogy a W-bozon a töltés, és minden kvark egy pozitív töltést kibocsátása W + válhat negatív töltésű kvarkok, és nem feltétlenül azonos típusú. (Top viszont egy alsó. Fura vagy lefelé, annyira félénk egzotikus hadronokat a pusztulás alakulnak unalmas körülöttünk, mely csak a kvarkok fel és le.), Hogy leírja az amplitúdó átalakulás mindegyik pozitív kvarkok negatív, szükségünk van egy mátrix számok 3x3 . Azonban, van némi teret egyszerűsítésére ez a mátrix révén elmozdulás a túró mezők fázisban, és vannak bizonyos korlátozások, hogy ki kell elégíteni ezen a mátrixon. Ezért továbbra is valóban nem 9 független állandók, és csak 4.
Haladunk egy új fajta kérdés - neutrínó. Korábban a standard modell neutrínók tartották tömegtelen, és különbözött 3 fajta elektron, müon és a tau, ami nem alakítható át egymást. Így elméletileg voltak problémák. Például, azt látjuk, csak egy harmadik elektron neutrínó, hogy jöjjön a nap! A legújabb kísérletek egyre határozottan rámutatni arra, hogy talán neutrínók van tömege és lehet alakítani egymást. Egyelőre nem bizonyított, hogy van egy tömeg, mint a kísérletek elsősorban különbséget méri a tömegek. A tömege neutrinó még néhány lehet nulla. De ha mind a három fajta neutrínó van tömege, akkor van még legalább 3 alapvető állandók. Összesen 21 állandó.
A legtöbb fizikus úgy tűnik, hogy úgy vélik, hogy a neutrínók, mint kvarkok van tömege miatt a kölcsönhatás a Higgs-részecske. Ha igen, akkor szükség van egy 3 x 3 mátrix a neutrínó, mint a mátrix kvarkok. Ez az úgynevezett mátrix Maki-Nakagawa-Sakata, és annak meghatározása szükségessé mérési komponenst. Ami a túró, csak 4 9 független.
Ha egy ilyen kiterjesztése a Standard Modell érvényes, és az összes neutrínók nem nulla tömegű, növeli a számos alapvető állandók akár 25!
A standard modell rendelkezik egy paraméter, amely szabályozza, hogy a erős nukleáris erő árthatnak a paritás - szimmetria között jobb és bal. Néha ez az úgynevezett „theta”. Azonban, amint lehet bízni kísérletet, amíg ez a paraméter értéke nulla. És már azt mondta, hogy nem veszik figyelembe a „nulla” vagy bármely más számot, amely lehet navertet egy hozzátéve gép alapvető fizikai állandók. Tehát, bár mi csak utal az a tény, hogy ez az opció nem lehet nulla, és mi nem kell számolni.
Eddig beszéltem a konstans, ami segítségével mérni lehet egy részecskegyorsító. De a legújabb csillagászati megfigyelések eredményei azt sugallják, néhány más alapvető állandók. Például úgy tűnik, hogy az univerzum tágul gyorsabban és gyorsabban, és a leggondosabb magyarázata az a tény is elismeri, hogy a vákuum energia sűrűsége nem nulla. Ez az energia sűrűsége az úgynevezett „kozmológiai állandó”, és ez növeli az összes alapvető állandók 26.
Ezen kívül vannak olyan csillagászati adatokat, amelyekből kiderül, hogy a világegyetem tele van egy titokzatos „sötét anyag”. Ha egy olyan új típusú részecske, több szükséges alapvető állandók leírására azok tulajdonságait. De amíg nem tudjuk, hogy annyira a sötét anyag beszélni vonatkozó új alapvető állandók.
26 állandók nem olyan sok, de a legtöbb fizikus inkább, hogy nem voltak ott. A kihívás az, hogy dolgozzon ki egy elméletet, amely lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk ezek az állandók, ami után megszűnik alapvetőnek. Eddig azonban - ez csak egy álom.
Szóval, mik ezek 26 alapvető állandók? Az elméleti szakemberek inkább a következő:
- up kvark tömeg
- down kvark tömege
- gyönyörűen túró
- furcsa kvark tömege
- top kvark tömeg
- alsó kvark tömeg
- 4. a mátrix Kobayashi Masakava
- elektron tömeg
- A elektron tömege neutrínó
- müon tömege
- a tömeg a müon neutrínó
- a tömeg a tau-lepton
- súly tau-neutrínó
- 4. A mátrix Maki-Nakagawa-Sakata
- a tömeg a Higgs-bozon
- várható érték mező Higgs
- kapcsolási állandó U (1)
- kapcsolási állandó SU (2)
- az erős kölcsönhatást konstans
- kozmológiai állandó
Többségük - a tömegek. Ezért egyértelmű, hogy meg kell értenünk, hogy a részecskéket hogyan kap a tömeg! A szabványos modell elő van készítve tömeges való kölcsönhatás miatt Higgs. Kiderült, hogy mind a súly, valamint a mátrixot Cabibbo-Kobayashi-Maskawa és Maki-Nakagawa-Sakata magyarázzuk, ha megértjük, hogy a részecskék kölcsönhatásba a Higgs-bozon.
Ez részecske nincs óra, egyébként, nincs meggyőző bizonyíték, hanem azért, mert az alapvető természeti állandók 26 22 leírni, vagy kölcsönhatás más részecskékkel! Hát nem egy rejtély.
Azt hiszem, meg fogjuk találni sok érdekes és váratlan.
Mindezek mögött van elrejtve annyira egyszerű és nagyszerű ötlet, hogy mi fogja érteni, 10 vagy 100 vagy 1000 éve, mindenki azt fogja mondani, hogy egyébként nem. Meddig voltunk ostobák! (John Archibald Wheeler)