Ötödik ereje mítosz vagy valóság
A szakadék szélén az ismeretlen
V.K.Milyukov
És megpróbáljuk kitalálni, hogyan kísérleti adatok és elméleti megközelítések, amelyek a lehetőségét, hogy egy új együttműködést.
Milyen volt a „felfedezés” ötödik erő
A korai 80-as évek E.Fishbah kollégákkal dolgozik értelmezése a nagyon bonyolult kísérleti eredmények a laboratóriumban. Fermi a tanulmány a részecske szétesés, az úgynevezett semleges K nagy energiákon. Ennek oka az a „támadás” hagyományos fizika volt az a tény, hogy számos alapvető paramétereket a rendszer semleges K-mezonoknak voltak, ezek szerint a kísérleti adatok, az energiától függően, hogy elpusztult a szent a Lorentz invariancia fizikusok.
A másik meg a kísérleti adatok, amelyek alapján kétségbe vonja a jelenlegi fizika törvényei, geofizikai méréseket Ausztráliában. A több éves, F. Stacy és kollégái a University of Cleveland végre gravitációs mérésekkel mély bányákban és fúrások. Ha a gravitáció szerint változik Newton gravitáció, egy gömbszimmetrikus test a gravitációs erő egy r távolság a központtól a test ez csak attól függ, a teljes tömeg belsejében egy r sugarú gömb, és fordítottan arányos az R 2 (inverz négyzetes törvény). A tömegek kívül szféra nem okoznak az eredő erő.
F. Stacey és csoportja mért értéket precíziós gravimeter gravitáció különböző mélységben aknákban. Egyidejűleg méréseket alapos fűrészmalmok sűrűsége a tengely körül (mint a mélység, valamint a felületen). Természetesen, az értéke a mért gravitációs erő változik a mélységgel, mivel a megváltozott távolság a központtól a Föld és megváltozott ezen belül tömeg-tartományban (föld nem egységes!). Mert tudták, hogy a gravitációs erő egy adott mélységben, valamint a sűrűsége a környező kőzet, így tudták megjósolni a megfelelő erő egy kicsit magasabban, vagy egy kicsit alacsonyabb ez sloya.Mnogochislennye által elvégzett mérések a csoport megmutatta, hogy a változás a mélységben a mért gravitáció eltér a várt értékekkel . A mért érték az a gravitációs erő a felületen mintegy 1% -kal alacsonyabb, mint a várt mérésekből a mélységet. Ezt az eltérést magyarázhatja azt feltételezve, hogy létezik egy ismeretlen gyenge taszító erő.
Fischbach azt javasolta, hogy a természet az észlelt egy teljesen más kísérletek - geofizikai mérések és a rendszer semleges K-mezonok - egy és ugyanaz, és felajánlotta, hogy elmagyarázzák nekik, hogy létezik egy új taszító erő, ami a kölcsönhatás hypercharges (a közönséges anyag hypercharge egyenlő tömegek összege protonok és neutronok, azaz körülbelül egyenlő tömegű, és ez egyenlő a kvantum számát, az úgynevezett „furcsa”) a K-mezonoknak. Hogy megértsük a kölcsönhatás mechanizmusa, menjünk egy kicsit az oldalon, és próbálja meg kitalálni, hogyan kell leírni minden fizikai kölcsönhatások nyelvén kvantummechanika.
Kvantummechanika és fizikai kölcsönhatás
Maga az ötlet, hogy létezik egy új erő, kifejezve Fischbach, nem volt semmi különös szenzációs (érzékelés volt kísérleti adat támasztja ezt az elképzelést). Az a tény, hogy minden modern kísérlet, hogy egyesítse a gravitáció a többi alapvető kölcsönhatások egységes, koherens kvantum elmélet létezését új interakció természetes ereje hasonló a gravitáció, ami várhatóan számos új hatásokat.
A kvantummechanikai reprezentációk alapvetően megváltoztatta a mező elmélet. Egy klasszikus szempontból az energia és a lendület át a területen. Szerint kvantummechanika, az energia és az impulzus kerül átvitelre diszkrét adagokban, úgynevezett fotonokat, amelyek leírása például a részecskék. Következésképpen, az erők az a csere eredményeként az ilyen részecskék a szakterületen kvantumelmélet. Ezek a részecskék fajlagos súlya és a többi centrifugálás (intrinsic perdület), amely venni egész vagy fél-egész értékek. Minden ismert kölcsönhatások - gravitációs, elektromágneses, gyenge (elsősorban felelős bizonyos típusú radioaktív bomlás) és erős (amely összeköti a komponensek atommagok) - szállítása részecskék egész spin és energia előállítására, amelynek terjedelme fordítottan arányos a tömegek ezek a részecskék. Az elektromágneses kölcsönhatás ilyen közbülső részecske, az úgynevezett egy fotont, és a gravitációs kölcsönhatás - a graviton. Elméletileg, mind ezek a részecskék nem rendelkezik nyugalmi tömegét, és így ezek a kölcsönhatások végtelen tartományban. Az erőssége a kölcsönhatás a két elektromos töltéseinek két tömege vagy csökkenést fordított arányban a tér a távolság közöttük.
A másik két erő, erős és gyenge nukleáris kölcsönhatás csak akkor hatásosak, nagyon rövid hatótávolságon belül. Méretük, amellett, hogy a szokásos R -2 függőséget exponenciálisan csökken a távolsággal a jellemző a kölcsönhatás régió, amelyet (potencia sugár). Matematikailag, ezek az erők változik arányosan. Ezért minden ilyen kölcsönhatások továbbítjuk masszív részecskék. A gyenge kölcsönhatás van az úgynevezett W +. A W - és a Z 0 bozonok (nyitott 1983-ban), és az erős kölcsönhatás - „gluonok.” Ezek mindegyike egy körülbelül 100-szor nagyobb, mint egy proton, és kötve őket erők jellegzetes körét 10 és 15 cm-es (kevesebb nukleont méretben).
Ma már tudjuk, hogy a spin a kapcsolódó területen a természet erői: a mező páratlan centrifuga okozhat mind vonzó és taszító erők mező a páros spin - skalár (spin 0) vagy tenzor (spin 2) - okoz csak a gravitáció. Elektromágneses interferencia, például, lehet leírni, mint egy vektor mező centrifuga 1 (azaz, az erő által hordozott egy foton, amely centrifugálás 1). Az erőssége ezen a területen is vonzódik az ellentétes töltésű részecskék és visszataszító a hasonló díjakat.
Úgy tűnik, az elmélet a gravitáció kell építeni kizárólag a skalár és tenzor mezők által hordozott részecskék egyenletes spin. Kísérletek azonban, hogy kvantálja általános relativitáselmélet formájában tenzor területen már bizonyos matematikai nehézségek (a számítások tűnik végtelenül nagy érték). Ez arra kényszerítette a fizikusok keresni a módját, hogy fokozza a kvantum gravitáció.
A Grand egyesített elmélet Ötödik Erő
Egy előnyös megközelítés kvantumgravitációt elmélet osztály alapul egy bizonyos típusú belső szimmetriája és ismert mérőeszköz elméleteket. Ezek már széles körben használják, hogy leírja az erős és elektrogyenge kölcsönhatás (fizikusok képes kialakítani a kielégítő elmélet, hogy egyesíti a két kölcsönhatások), és „jelölt” a az úgynevezett nagy egyesített elmélet, amely egyesíteni az összes ismert kölcsönhatások.
nyomtáv elméletek sikere ad reményt, hogy a matematikai nehézségek kvantálási az általános relativitáselmélet (GTR) ki lehet küszöbölni bevezetése úgynevezett helyi SUSY. A legtöbb változatai ezek a modellek azt sugallják, hogy egy részecske félig beépített spin-egy partner minden részecske egész spin, és fordítva. Így egy kaleidoszkóp új részecskék: graviton spin-2 egy partner spin 3/2, ami viszont a partner a centrifuga 1 (graviphoton), annak partnere - spin 1/2, amely egy spin-0 partner (gravi-skalár) . (Néhány partnerei minden centrifugálás értékeket ismertetünk néhány modellnél).
Ezek a partnerek hasonló, új kvantum sverhsostoyaniyam graviton, és feltehetően, létezésük biztosítja, hogy supergravitation elmélet tartalmaznak egészen elfogadható (első közelítésben) az tulajdonságait kvantum mező. Különben is, minden most úgy a mértéktérelmélet kvantumgravitációs tartoznak szuperszimmetrikus állapotban.
Egyrészt, részecskéket fél-egész spin ezek az úgynevezett supergravitation elméletek valószínűleg nagyon masszív. Az energia megfelelő saját nyugalmi tömege, nem lehet kevesebb, mint 10 12 eV (1000-szer nagyobb, mint az a tömeg egy proton).
Másrészt, a részecske egész centrifuga, mint graviton, át erőt és ne okozzon hatásokat, amelyek a mennyiség kevésbé valószínű gravitatsionnyh.Po látszólag is graviphoton és gravi-skalár érzékelhető nyugalmi tömege, így a körét kell véges. Azonban, csak akkor hoz létre vonzás gravi-skalár, míg graviphoton hatások attól függ, hogy a kölcsönható részecskék azonos vagy különböző. Graviphoton csere az anyag és az anyag (vagy antianyag antianyag) hatására taszítás graviphoton közötti anyag és antianyag oka attrakció.
Érdekes, hogy hasonló hatást jósoltak különböző elméletek, amelyben a gravitáció problémája ítélték más szempontból. Néhány modern metrikus elmélete magasabb dimenziók, mint a hagyományos 4-dimenziós téridő is megjósolni a megjelenése új részecskéket. Ez a megközelítés visszavisz minket a munka több mint 60 évvel ezelőtt készült T. Kaluza és O. Klein, aki létrehozott egy modellt a gravitáció a sokdimenziós tér-idő, majd a „tervezett” a megszokott tér-idő, abban a reményben, hogy egy egységes elmélete a gravitáció és az elektromágnesesség . Fél évszázad a Kaluza-Klein modell maradt feledésbe, de az utóbbi évtizedekben néhány elméleti fizikusok fordult ismét neki, kérve, hogy mi történne, ha ő fogja bővíteni Yeshe magasabb dimenzióba. Azt találtuk, hogy a többváltozós graviton (spin 2) során transzfer a szokásos négy mérést kell több komponensek: 4-mer graviton (spin 2) kétdimenziós vektorral mező (spin 1) megfelelő graviphoton, és egy egydimenziós skaláris mező (spin 0) megfelelő gravi-skalár. Mint szupergravitáció, egyes modellekben, több partnerrel azonos spin. Így a nem-metrikus elmélete szupergravitáció és metrikus elmélete magasabb dimenziók meglepően hasonlóak következményekkel jár.
Jelenleg van egy viszonylag széles osztályát más elméleti modellek előre létezését új gyenge makroszkopikus erők.
Ezek az új erők hajtjuk új masszív részecskék (például graviphoton és gravi-skalár) lehet összefoglalni a koncepció egy ötödik erő, vagy, szem előtt tartva a taszító vagy vonzó komponenseket - az ötödik és hatodik hatványával.
Csakúgy, mint a nukleáris energia, változnak arányosan. Ezért, egy ötödik erő a kölcsönhatás a két anyag részecskék felírható
Itt, Q1 és Q2 jelzik „díjak” (forrás) az ötödik ereje egyes darabjainak, és f 2 - kölcsönhatás állandó.
Ezért új hatások kölcsönhatásának két makroszkopikus testek hozzátéve, hogy a szokásos newtoni erő tag (vagy több tag!) A forma (1). A mennyiség az új erő jellemzi az úgynevezett effektív csatolási állandó, általában jelzi, ami azt jelzi, hogy milyen arányban, az új erő a gravitáció. Így a teljes erejét a kölcsönhatás a két tömegek m1 és m2 lehet írva, mint (az egyszerűség kedvéért, csak egy mellék tag)
Itt GM1 m2 / R 2 - a szokásos newtoni erő (G - a gravitációs állandó), és egy, a jól látható, az aránya
Szerint Fischbach, hatálya ötödik erő kell lennie a sorrendben több száz méter, ezért, a tömeg-hordozó részecskéket kell lennie a sorrendben 10 -9 eV (azaz a 10 -14 elektron tömeg).
Kísérletek amely kimutatható egy ötödik erő
Általában, a fizikai elméletek a forrás skalár interakció (valamint a tenzor) egy tömeg (energia) részecskék. Ezért, ha egy hordozó ötödik erő - skalár részecske (például, gravi-skalár), majd az ötödik töltés teljesítmény, valamint a gravitációs, hogy tömeg (energia). Következésképpen, ebben az esetben, ahogy a (3) képlet, az effektív kölcsönhatás állandó valóban állandó, független a kölcsönható szervek.
Ezzel szemben, a tömeg (energia) nem egy díj egy vektor kölcsönhatást. Ezért, a felelős az új vektor a területen, ahogy azt Fischbach lehet hypercharge barion Y vagy B, amely ugyanaz a makroszkopikus testek. (Emlékezzünk arra, hogy a hagyományos barion test egy teljes száma protonok és a neutronok Z N, foglalt atomjai a test). Baryon felelős kb, de nem egészen pontosan arányos a tömeg az atomok. Közel a központ a periódusos rendszer, ahol a nukleáris energia erősebb, száma barionok súlyegységenként csak lehetséges, és ez csökken a elején és végén a táblázat. Ezáltal az effektív kölcsönhatás konstans ebben az esetben már nem állandó, hanem függ a kémiai összetétele a szervezetben.
Kísérleti igazolását létezésének új erőket, új köztes részecskék, akkor kap a mért hatását kétféle fizikai kísérletek:
- közvetlen gyártási új részecskék;
- felfedezés, egy új gravitációs erő makroszkopikus kísérletekben.
Nyilvánvaló, hogy míg az első pálya nem elfogadható, mert várható, hogy a legtöbb hatások okozta új részecskék fordulnak elő igen nagy energiák (október 14 GeV és magasabb). A modern gyorsítók közötti kölcsönhatás két részecske valósítható meg sokkal alacsonyabb energia szinten. Úgy, hogy csak a második út a belátható jövőben.
Két csoportot lehet megkülönböztetni a klasszikus gravitációs kísérletekben, amelyekben az új erők is kimutatható.
1. Ellenőrzés az inverz négyzetes törvény kísérletekben az ilyen típusú keresett rendellenes erő (nincsenek alárendelve az inverz négyzetes törvény) a vizsgált test és a forrás massoy- kölcsönhatások mérve függése ható erő a mintadarab a távolból. Ezek a kísérletek is lehet tekinteni, mint a mérés a gravitációs állandó G, attól függően, hogy a távolság. Valóban, a kifejezés (2) felírható a szokásos formáját Newton
de az effektív gravitációs állandó G (r), amely attól függ, hogy a távolság
Ebben a kifejezésben jelentése gravitációs állandó jellemző a kölcsönhatás nagyon nagy távolságokra. Magától értetődő, hogy az ezekben a kísérletekben észlelhető, mint egy skalár erő (vonzása és annak célja, valamint a gravitáció) és a vektor (taszító). Ha van két erő ugyanakkor, úgy kell nyilvántartásba az összegük. Vegye figyelembe, hogy mivel a feltételezett erő jellegzetes hatósugár, akkor mutasd meg magad is csak kisebb távolságok. Ezért, ha a forrás egy hosszúkás testet, amelynek méretei nagyobbak, a hozzájárulása ezt az új erőt ad csak a tömeg forrás, amely belül fekszenek sugarú gömb középpontja a vizsgálati testet.
Attól függően, hogy a skála a távolság szkennelt az ilyen típusú kísérletek kölcsönható testek lehet használni: a két test laboratóriumi (laboratóriumi tartományban néhány mm 10 m-ig); Land és gravimeter (geofizikai távolság 10 m több km); Land és keringő műhold (műholdas távolságok 100 km 1000 km); égi test és az űrjármű (csillagászati távolságok 10-10 3 km 8 km).