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

Что говорят о нас отношения с деньгами Что говорят о нас отношения с деньгами

По тому, как человек относится к деньгам, можно определить его образ мышления

Psychologies
Aнджелина Джоли: «Я всегда делаю то, во что верю» Aнджелина Джоли: «Я всегда делаю то, во что верю»

Анджелина Джоли о детях, обостренном чувстве справедливости и крыльях за спиной

Cosmopolitan
Чернобыльское досье КГБ Чернобыльское досье КГБ

Украинская власть за последние годы рассекретила огромный массив документов КГБ

Дилетант
От шоколада до ужасов: чему посвящают праздники в разных странах От шоколада до ужасов: чему посвящают праздники в разных странах

Осенью в мире проходит много интересных и веселых событий

РБК
Тайна гибели академика Легасова Тайна гибели академика Легасова

В апреле 1988 года был обнаружен повесившимся Валерий Легасов

Дилетант
Как спасти космонавтов: комплекс «Синяя птица» Как спасти космонавтов: комплекс «Синяя птица»

Возможности транспортного комплекса «Синяя птица»

Популярная механика
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
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
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
Джон Ньюман: «Именно музыка помогла мне победить опухоль мозга и вернуться на сцену» Джон Ньюман: «Именно музыка помогла мне победить опухоль мозга и вернуться на сцену»

Интервью с британским певцом Джоном Ньюманом

GQ
Miss MAXIM 2019 Miss MAXIM 2019

Марафон красоты длиной в пять месяцев финишировал!

Maxim
Разворот по команде президента. Почему суды начали отпускать бизнесменов? Разворот по команде президента. Почему суды начали отпускать бизнесменов?

Какие меры необходимы, чтобы ослабить давление на бизнес?

Forbes
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Будущее не там, где хайп: почему в e-commerce не приживаются сенсационные новинки Будущее не там, где хайп: почему в e-commerce не приживаются сенсационные новинки

Когда заходит разговор о будущем онлайн-ретейла, непременно говорят о дронах

Forbes
Правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным Правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным

Обманывать так, чтобы другие поверили, — это тоже своего рода искусство

Psychologies
Технологии спасательного круга Технологии спасательного круга

Переход на циклическую экономику позволяет сберегать ресурсы

РБК
Микробы от похмелья Микробы от похмелья

Бактерии, которые способны утилизировать алкогольный токсин в кишечнике

Популярная механика
Свободный полет: как вести себя со взрослыми детьми Свободный полет: как вести себя со взрослыми детьми

Многие родители с трудом отпускают любимых детей во взрослую жизнь

Psychologies
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
10 самых красивых гимнасток России — девушки со стальным характером 10 самых красивых гимнасток России — девушки со стальным характером

Они грациозны, женственны и… очень трудолюбивы!

Cosmopolitan
Металлические подсолнухи на выжженном поле Металлические подсолнухи на выжженном поле

Будущее солнечных батарей будет совсем не таким, как кажется сегодня

Naked Science
Хюррем, подвинься! 10 красавиц из турецких сериалов, о которых ты не знала Хюррем, подвинься! 10 красавиц из турецких сериалов, о которых ты не знала

Подборка турецких актрис, которые еще заявят о себе

Cosmopolitan
Elektra – региональный электрический самолет Elektra – региональный электрический самолет

Можно ли разработать коммерческий электрический региональный самолет

Naked Science
Что такое трудовой гостинг и как распознать призраков среди нас Что такое трудовой гостинг и как распознать призраков среди нас

Компании все чаще сталкиваются с исчезновением сотрудников или соискателей

РБК
Сталин: история болезни Сталин: история болезни

В 2019 году рейтинг отношения к Иосифу Сталину побил все рекорды

Naked Science
Пи Джей Харви Пи Джей Харви

Правила жизни Пи Джей Харви

Esquire
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
Ростов папа Ростов папа

Ростовчане, распознав в тебе приезжего, сходу устроят тебе проверку

Seasons of life
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Как я живу на 17 тысяч в месяц: рассказ библиотекаря из Саранска Как я живу на 17 тысяч в месяц: рассказ библиотекаря из Саранска

Мы продолжаем расспрашивать читательниц об их месячном доходе

Cosmopolitan
Открыть в приложении