Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Соответствует точке в плоскости комплексного переменного: i ALPHA e 3 page
В заключение нужно отметить, что ситуация с пониманием физического вакуума далека от завершения. Введенная Дираком бесконечность энергии вакуума полностью не устранена до сих пор. Большие надежды возлагают на так называемые суперсимметричные теории. в которых энергии бозонных и фермионных вакуумов взаимно компенсируют друг друга так, что суммарная энергия вакуума обращается в нуль. Однако эта весьма красивая и привлекательная идея наталкивается на одну трудность. В наблюдаемом нами мире симметрия между фермионами и бозонами отсутствует. Не обнаружено ни малейшего соответствия между наблюдаемыми совокупностями бозонов и фермионов. Обычно говорят о нарушении суперсимметрии при очень больших энергиях. К сожалению, в настоящее время отсутствует убедительный критерий, определяющий масштаб нарушения суперсимметрии. 6. РАЗДУВАЮЩАЯСЯ ВСЕЛЕННАЯ И РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ ФРИДМАНОВСКОЙ КОСМОЛОГИИ Существование новой формы материи - вакуума открывает широкие возможности для анализа начальных стадий эволюции Метагалактики. Основная идея базируется на реализации в природе космологического решения де Ситтера (62), которое ранее отвергалось из-за характерного для него уравнения состояния (63). Это уравнение состояния не встречается в привычных формах материи (вещество, излучение), но свойственно физическому вакууму. Решение (62) обладает несколькими особенностями: 1) оно несингулярно: при любом t (кроме t = -БЕСК) масштабный фактор не обращается в нуль; 2) масштабный фактор возрастает со временем очень быстро; 3) из-за необычного уравнения состояния (63) экспоненциальное расширение неустойчиво: оно не может продолжаться неограниченно долго. Полезно отметить, что быстрое расширение и уравнение состояния (63) взаимосвязаны. Соотношение (63) означает существование отрицательного давления, т.е. сил, способствующих разбеганию частей системы, в данном случае частей Вселенной. Через сравнительно малый промежуток времени экспоненциальное расширение прекращается, в вакууме происходит перестройка - фазовый переход, в процессе которого энергия вакуума переходит в обычное вещество и кинетическую энергию расширения Метагалактики (или, точнее, метагалактик). Все эти особенности деситтеровского решения, видимо, послужили причиной несколько неожиданных поворотов в истории космологии. На ее заре решение де Ситтера казалось весьма привлекательным вследствие его совершенной симметрии. В данной модели объем, занимаемый "Вселенной", изотропен в четырехмерном пространстве Минковского в отличие от фридмановской модели, в которой изотропия проявляется в трехмерном пространстве. Однако необычное уравнение состояния (63) резко ограничило пределы применимости этой модели. Ее обычно применяли к нереалистическому случаю: p = EPS = 0, т.е. к пустому пространству. Далее, к концу 40-х годов английские астрофизики Х.Бонди и Ф.Хойл выдвинули гипотезу о существовании стационарной Метагалактики, в которой постоянно рождается вещество из "ничего", так что RO = const (t), и выполняется уравнение состояния (63) при p /= 0; EPS /= 0. Однако экспериментальные данные об эволюции звездных объектов и, главное, отсутствие заметного числа античастиц в космическом пространстве (рождающееся вещество должно быть электронейтральным) противоречили теории стационарной Метагалактики, которая постепенно потеряла конкурентоспособность с фридмановской моделью. Очередная переоценка деситтеровской модели была обусловлена прогрессом в понимании физического вакуума и объединения взаимодействий. Зависимость потенциала V(FI), представленная на рис.7, существенно расширила возможности для интерпретации начальных стадий эволюции Метагалактики (Вселенной) на основе модели де Ситтера. Но теперь эта теория не была альтернативной к модели Фридмана, а дополняла ее. Произошел синтез обоих моделей. Успешное развитие этих представлений определилось большим коллективом ученых (А.Гус (США), А.Д.Линде (СССР), А.А.Старобинский (СССР) и многие другие видные физики). Необходимо подчеркнуть, что детали новой модели, вызванной раздувающейся Вселенной, далеки от завершения и различаются у разных авторов, однако сейчас (1986 г.) существует единство взглядов о существенной роли деситтеровского расширения на начальной стадии (<10**-35 с) эволюции Вселенной. Расхождение в деталях не удивительно. Во-первых, потенциал V(FI), представленный на рис.7, далеко не единственный, описывающий вакуум, - в разных вариантах объединенной теории существуют различные формы потенциалов. Зависимость V(FI) - одна из возможностей описания единственного скалярного (бозонного) поля. Можно допустить влияние и других бозонных и фермионных полей, изменяющих зависимость V(FI). Однако, во многих вариациях потенциала, как правило, остаются две его особенности, представленные на рис.7. Во-первых, при T -> 0, кроме минимума при FI=0, в зависимости V(FI) существует один или несколько минимумов при FI.= 0, лежащие ниже минимума при FI=0. И, во-вторых, при T -> БЕСК остается один минимум в зависимости V(FI) при FI=0. Поэтому зависимости, изображенные на рис.7, можно считать типичными. Общим для большинства современных моделей является главное - допущение, что в течение времени от планковского T| до T|~~10**-35 с (время, характерное для большого p u объединения, определяет окончание фазового перехода и имеет грубо оценочное значение) Вселенная развивалась по де Ситтеру и увеличила свои размеры от планковского (l|~~10**-33 см) до гигантского радиуса, существенно p превышающего размеры Метагалактики. В некоторых простых моделях размер пузыря, возникающего на деситтеровской стадии, достигает 10**(10**6) см (эту цифру полезно сравнить с размерами Метагалактики 10**28 см). Именно поэтому к такому пузырю можно применить понятие "Вселенная", которое и в данном случае отражает пределы нашего знания о мире в целом. Заметим, что огромные размеры пузыря определяются значением показателя экспоненты Ht в формуле (62). Действительно, полагая, что величина H определяется фундаментальными постоянными HP, G и c, нетрудно получить из соображений размерности, что H ~ t|**-1 ~~ 10*43 с**-1. p Поэтому оказывается, что произведение Ht >> 1 и в процессе раздувания размеры пузыря становятся невообразимо большими, даже если в начале этого процесса его размеры ~l|. p Итак, в течение t| < 10**-23 с Вселенная развивается по u де Ситтеру. Время этой стадии определяется конкретной формой потенциала V(FI). Приведенная здесь цифра отражает (причем грубо) только порядок величины. Что же происходит с гигантским пузырем при t >~ 10**-23 с? Вследствие неустойчивости системы, которая характеризуется уравнением состояния (63), она распадается на множество малых областей, которые являются зародышами метагалактик, развивающихся в дальнейшем по Фридману. Во время перехода от деситтеровской стадии к фридмановской происходит полная перестройка вакуума. Заключенная в нем огромная энергия переходит в реальные частицы и кинетическую энергию расширения метагалактик. Таким образом, можно представить следующий сценарий (излюбленное слово космологов) эволюции Метагалактики. Флюктуации вакуума в области с планковскими масштабами могут приводить к началу экспоненциального расширения. Ему может предшествовать нагрев вакуума, который в данной области попадает в локальный минимум кривой 2 на рис.7. Далее в течение времени t| ~~ 10**-35 с эти флюктуации развиваются u по экспоненциальному закону до пузыря огромных размеров, который затем распадается на метагалактики, эволюционирующие по Фридману. ===РИС.8 Схема таких переходов представлена на рис.8. Синтез фридмановской и деситтеровской моделей в значительной степени разрешает упомянутые трудности фридмановской космологии. Как упоминалось, в решении (62) отсутствует сингулярность, поэтому можно представить, что Вселенная рождается в планковской области при отсутствии сингулярности. В изложенном сценарии решается также проблема горизонта. Метагалактика - лишь небольшая часть Вселенной, ее расширение на деситтеровской стадии происходило настолько быстро, что причинная связь между различными областями Метагалактики сохраняется вплоть до планковских масштабов, когда весь анализ нужно проводить на совершенно иных, квантовых основаниях. Слияние обеих основных космологических моделей решает и многие другие проблемы фридмановской космологии, о которых здесь не упоминалось. А.Д.Линде в своей статье, опубликованной в журнале "Успехи физических наук" (1984. Т.144, вып.2), называет около десятка таких проблем. 7. ПРИНЦИП ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ Размерность физического пространства N = 3 занимает среди геометродинамических характеристик особое место. Изотропию и однородность физического пространства - его евклидовость (псевдоевклидовость) - можно объяснить его простотой. Эти свойства пространства характеризуют его предельную симметричность. Пространство Евклида единственное максимально симметричное пространство с нулевой (экстремальной) кривизной. Экстремальность симметрии (хотя и в меньшей степени) характеризует и другие космологические пространства (пространство Лобачевского или сферу). Поскольку известно, что природа "любит" симметрию и экстремальность, то кажется естественным, что ее выбор остановился на симметричных пространствах. В рамках модели раздувающейся Вселенной евклидовость пространства Метагалактики естественно интерпретируется в духе основных геометрических идей. Метагалактика - малая часть Вселенной, а малые области достаточно гладкого пространства можно хорошо описать с помощью евклидовой геометрии. Совершенно иная ситуация возникает при попытке подойти к размерности физического пространства с математических позиций. Значение N = 3 практически невыделенное число. В натуральном ряду экстремальную величину имеют значения N = 1 (или при более общем подходе к геометрии N = 0) и N = БЕСК. Тем не менее хорошо известно, что размерность физического пространства в исследованных интервалах 10**-16 ~< r ~< 10**28 см не равна этим значениям. Разумеется, спор о "фундаментальности" тех или иных величин имеет несколько схоластический характер, тем не менее можно привести один аргумент в пользу того, что размерность более фундаментальное понятие, чем, например, изотропия и однородность, и тем более другие характеристики пространств. Действительно, всем симметричным пространствам соответствует свое определенное значение N. Однако любому N >= 3 соответствует множество симметричных пространств, число которых возрастает с N. Число же пространств переменной кривизны для любого N вообще произвольно. Итак, значение размерности N, по-видимому, самая значительная характеристика физического пространства. Но тогда остается вопрос: почему наблюдаемая размерность Метагалактики N=3? На наш взгляд, попытка искать ответ на этот вопрос, оставаясь лишь в пределах математики, обречена на неудачу. Ответ может содержаться, как нам представляется, в одной важной, но малоразработанной области физики, связанной с численными значениями фундаментальных постоянных. С первого взгляда кажется, что обращение к этой области - уход в сторону. Однако хорошо известно, что в физике прямолинейность отнюдь не является синонимом краткости. Итак, будем искать природу размерности нашей Метагалактики в физической (динамической) выделенности размерности N = 3. Разумеется, в подобном подходе мы будем полагать неизменным другое его свойство - евклидовость, которое кажется вполне естественным вследствие его простоты. 8 дальнейшем будем опираться на полузабытую работу П.Эренфеста "Как проявляется трехмерность пространства в фундаментальных законах физики", значение которой можно оценить лишь в настоящее время. Сейчас рассуждения Эренфеста кажутся настолько простыми, что мы ограничимся лишь качественными соображениями`. В этой работе содержатся две взаимосвязанные кардинальные идеи, развитие которых и будет положено в основу нашего анализа природы пространства и физических закономерностей на современном уровне. -----------------------------------------------------------` Подробно труднодоступная работа Эренфеста излагается в кн.: Горелик Г.Е. Почему пространство трехмерно. М.:Наука, 1982 ----------------------------------------------------------- Первая идея заключается в доказательстве отсутствия некоторых основных устойчивых связанных состояний при изменении численного значения фундаментальных постоянных. Вторая - в утверждении: чтобы понять, почему мир устроен так, а не иначе, необходимо варьировать, изменять фундаментальные постоянные. Заметим, что в работе Эренфеста эти утверждения не содержатся в таком явном виде, однако использованный им метод неявно опирается на обе идеи. Подчеркнем исключительную нетривиальность этих идей не только для времени написания этой работы (1917 г.), но даже и для современной эпохи. Физики привыкли к тому, что фундаментальные постоянные в лабораторной физике имеют фиксированные значения, которые в многочисленных таблицах представлены с колоссальной точностью. Поэтому даже мысленные манипуляции с фундаментальными постоянными, к которым в первую очередь следует отнести размерность N, вызывают, как правило, в лучшем случае сомнение, а в худшем - отрицание. Однако автор надеется, что последующая часть его книги поможет убедиться в правомерности подхода Эренфеста. Перейдем далее к изложению его идей. Рассмотрим устойчивость системы, связанной в N-мерном евклидовом пространстве дальнодействующими силами и состоящей из двух тел. Для простоты буем полагать, что одно тело неподвижно, а движется лишь второе. Это означает, что константы взаимодействия первого тела (например, масса) существенно превышают константы взаимодействия второго и первое тело можно полагать неподвижным. В таком случае полная потенциальная энергия U| системы в N-мерном N пространстве определяется выражением -C M**2 U| = ---------- + --------------. (64) N r**(N-2) 2 * m * r**2 В этом соотношении C - константа взаимодействия, r расстояние между двумя телами, член C/r**(N-2) потенциальная энергия, соответствующая статическому взаимодействию. Этот член - обобщение законов Кулона и Ньютона для евклидового пространства с произвольной целочисленной размерностью (см. связь этих законов с евклидовой геометрией в разд.3 гл.2), M - момент количества движения, m - масса движущегося тела, член M**2 / 2mr**2 центробежная энергия системы. Из теории устойчивости следует, что система может находиться в устойчивом состоянии, если энергия U| имеет N минимум при r /= 0 или r /= БЕСК. Мы приведем окончательные результаты исследования выражения (64) на экстремум при различных значениях N. Оказывается, что: при N > 4 минимум существует лишь при r=0, это соответствует падению легкого тела на тяжелое; при N = 4 минимум отсутствует; при N = 2, 3 возможны минимумы при конечном значении r; при N = 1 система абсолютно устойчива, т.е. всегда связана (эта особенность отражает отмеченный ранее факт (см. разд.10 гл.2), что невылетание кварков эффективно определяется одномерной геометрией). Таким образом, устойчивые связанные состояния, определяемые дальнодействующими силами, могут существовать лишь в пространствах с размерностью N =< 3. Эренфест доказал это положение в рамках классической динамики и боровской модели атома. В дальнейшем (Ф.Тангерлини, Л.Э.Гуревич, В.М.Мостепаненко) аналогичное доказательство было проведено в рамках квантовой механики. Таким образом, в многомерных евклидовых пространствах (N >= 4) не могут существовать аналоги атомов или планет. Далее мы приведем аргументы, поясняющие причины того, что пространство Метагалактики имеет размерность N /= 1, 2. Здесь же мы подчеркнем важный вывод из анализа Эренфеста. В многомерных евклидовых пространствах невозможно существование устойчивых связанных состояний, обусловленных дальнодействующими силами. Необходимо отметить, что доказанный факт, изолированный от физической науки как целого, может рассматриваться скорее как курьез. Единичный факт, происхождение которого непонятно и может быть отнесено к компетенции счастливого случая, едва ли может служить убедительной основой для понимания столько глубокой характеристики, как размерность N. Вероятно, поэтому работа Эренфеста была прочно забыта, и о ней вспомнили совсем недавно в связи с развитием космологии и физики элементарных частиц, развитием, воплощенным в принцип целесообразности и антропный принцип, о которых речь пойдет далее. В рамках прогресса физики и космологии последних десятилетий можно оценить по достоинству идеи Эренфеста. Далее мы остановимся на принципе целесообразности, который является развитием основных идей Эренфеста. Принцип целесообразности - это констатация факта, что существование основных устойчивых состояний обусловлено всей совокупностью физических закономерностей, включая размерность пространства и другие численные значения фундаментальных постоянных. Для существования основных устойчивых состояний физические закономерности не только достаточны, но и необходимы. Наш мир устроен очень хрупко, небольшое изменение его законов разрушает его элементы основные связанные устойчивые состояния, к которым можно отнести ядра атомов, атомы, звезды и галактики. Здесь, разумеется, возникает вопрос: что означает слово "небольшое"? С первого взгляда может показаться, что в физике нет количественного критерия "величины" изменения закономерностей. Однако такая точка зрения совершенно неправильна. Оказывается, что в действительности такие критерии существуют и опираются на экспериментально хорошо изученные явления. В этой книге мы ограничимся немногими иллюстрациями`. На наш взгляд, наиболее впечатляющим примером является неустойчивость структуры Метагалактики относительно значения массы m| электрона. Действительно, при e температурах T < 10**10 K атом водорода в Метагалактике абсолютно стабильный элемент. Эта стабильность обеспечивается самым суровым ограничением - законом сохранения энергии, запрещающим реакцию p+e| -> n+v (65) (p, n, e|, v - соответственно протон, нейтрон, электрон и нейтрино). Однако, используя значения превосходно измеренных масс частиц, участвующих в реакции (65), легко убедиться, что при увеличении массы m| более чем в 2.5 раза реакция e (65) осуществлялась бы при сколь угодно малых температурах. А это означало бы, что при увеличении массы m| атом водорода e коллапсировал бы в нейтрон и нейтрино. -----------------------------------------------------------` Полное изложение аргументации неустойчивости физической структуры Метагалактики приводится в кн.: Розенталь И.Л. Элементарные частицы и структура Вселенной. М.: Наука, 1984. ----------------------------------------------------------- Нетрудно очертить сценарий эволюции метагалактик, в которой электрон был бы тяжелей "нашего" в 2.5 раза, а все остальные законы (в том числе и константы) имели бы прежнюю форму. В процессе эволюции Метагалактика при t| ~~ 10**6 лет u существует эра нейтрального водорода, когда формируются галактики, поэтому эта эра играет исключительно важную роль. Однако в метагалактике с утяжеленным электроном почти все вещество в соответствии с реакцией (65) превратилось бы в нейтроны и нейтрино. Это означает, что в таком мире существовали бы исключительно нейтронные звезды и бесмассовые нейтральные частицы. Мир кардинально изменил бы свой лик. Этот факт мы и называем неустойчивостью структуры Метагалактики (в данном случае относительно значения массы m|). e Далее следует задаться вопросом: велико или мало изменение значения массы m| в 2.5 раза? В физике подобная e абстрактная постановка вопроса бессодержательна. Физический смысл имеют лишь относительные величины: велико или мало относительно некоторого эталона. Для значения массы m| мы e обладаем таким эталоном. На ускорителях надежно измерено распределение примерно 300 элементарных частиц по их массам. ===РИС.9 На рис.9 представлено распределение dN / d log (m / m|) p элементарных частиц по массам. Поскольку разброс масс превышает четыре порядка, распределение представлено в логарифмическом масштабе. Из рисунка можно сразу же сделать два вывода. Из спектра масс элементарных частиц выпадают две +- 0 частицы: электрон в сторону малых масс и W|| (Z|)-бозон в +- 0 сторону больших. Выброс, связанный с W|| (Z|)-бозоном, мы рассмотрим далее, а здесь сосредоточим внимание на исключительной малости массы электрона m|. Отношение e m| / m| ~ 1 / 2000 (m| - масса протона, равная примерно e p p средней массе элементарных частиц). Для самой легкой после электрона частицы - мюона это соотношение m| / m| ~ 1 / 10. ю p Именно с этими цифрами и следует сравнивать гипотетическое увеличение массы m| в 2.5 раза. И в этом случае отношение m| / m| ~ 1 / 800, т.е. останется чрезвычайно малым. В e p спектре масс элементарных частиц при практически небольшом (в 2.5 раза) увеличении массы m| ничего не изменится, а e физическая картина мира изменится катастрофически. Таким образом, исключительная малость массы m| e сравнительно с массами других частиц и катастрофа в структуре мироздания вследствие гипотетического увеличения m| свидетельствуют о неустойчивости структуры Метагалактики e относительно значения m| и о флюктуативности (большом e отклонении) фундаментальной постоянной m| в распределении e подобных величин (в данном случае масс элементарных частиц). Аналогичные примеры неустойчивости структуры Метагалактики относительно численного значения фундаментальных констант можно существенно умножить. Мы здесь ограничимся ссылкой на уже упоминавшуюся книгу автора, где подобная аргументация приводится подробно. В пределах приведенных интервалов структура Метагалактики не изменяется. Вне этих интервалов одно или несколько основных устойчивых связанных состояний должны отсутствовать. Ниже в таблице помещены данные о всех постоянных, которые, по нашему мнению, можно считать истинно фундаментальными в том смысле, что остальные можно считать истинно фундаментальными в том смысле, что остальные константы, которые обычно приводятся в таблицах так называемых "фундаментальных постоянных", как правило, выражаются через постоянные, представленные в нашей таблице. Например, характеристики атома водорода, звезд, галактик и даже Метагалактики можно представить через величины, помещенные в таблице (m|, m| - соответственно массы нейтрона N p и протона, ALPHA|, ALPHA|, ALPHA|, ALPHA| - безразмерные e s w g константы электромагнитного, сильного, слабого и гравитационного взаимодействий, f|, f| - максимальное и + минимальное значения факторов, на которые нужно умножить данную константу, чтобы сохранились все основные устойчивые связанные состояния). f| Константа f| - + ? m| 2.5 e 0.4 m| - m| 1.6 N p 0.8 ALPHA| 1.6 e 0.9 ALPHA| 1.1 s 0.1 ALPHA| 10 w ? ALPHA| 10**4 g 1 N 1 Следует сделать несколько пояснений к таблице. 1. Отсутствует предел уменьшения значений m| и ALPHA|. e g Однако представляется, что сама необыкновенная малость обеих величин (m| сравнительно с m| и ALPHA| сравнительно с e p g другими константами ALPHA) ограничивает дальнейшее уменьшение этих величин. 2. Невозможность уменьшения величины размерности N (f| = 1) есть гипотеза, несколько выходящая за пределы принципа целесообразности. Как отмечалось выше, при N = 1, 2 устойчивость связанных состояний возрастает. Однако при N<3 резко уменьшаются возможности реализации сложных геометрических, а следовательно, и физических структур. Почти все реальные основные связанные состояния имеют трехмерную структуру. Уменьшение размерности приводит не только к радикальному изменению строения мира, но и к его значительному упрощению. Едва ли в таком простом пространстве возможно и образование сложных органических структур (антропный принцип, о котором речь пойдет далее). Отметим также, что в рамках идей общей теории относительности при N = 1, 2 отсутствует гравитационное притяжение. 3. В таблице отсутствуют две постоянные, которые безусловно следует отнести к разряду фундаментальных: скорость света c и постоянная планка HP. Однако эти постоянные входят в выражения для безразмерных постоянных ALPHA, поэтому таблица в известном смысле отражает пределы их изменения. Однако, на наш взгляд, ситуация с этими постоянными еще сложнее и интереснее. Константы c и HP определяют две фундаментальные теории: квантовую механику и теорию относительности, в то время как значения m и ALPHA характеризуют общее поведение определенных конкретных систем. В этом смысле постоянные c и HP более "фундаментальные", чем остальные постоянные, приведенные в таблице. Подведем предварительные итоги. Структура Метагалактики устойчива при данных значениях фундаментальных постоянных и неустойчива при иных. Некоторые из этих постоянных (хотя речь шла об ALPHA| и g m|, но в действительности число примеров можно умножить) e являются огромными флюктуациями в ряду подобных себе величин. Физические законы в Метагалактике обуславливают устойчивость состояний, а некоторые вариации законов разрушают устойчивость. В 1937 г. американские физики К.Андерсон и С.Нидермайер открыли в космических лучах мюон. На первых порах к этому открытию отнеслись с недоверием. Было просто неясно, зачем природе нужна частица, копирующая электрон во всех свойствах, кроме массы (в первое время после его открытия мюон называли тяжелым электроном). Сомнения в методической достоверности опытов американских физиков были вскоре устранены, однако поставленный вопрос остался. ЗАчем нужен электрон - ясно; но тяжелый электрон - мюон - явное излишество природы. Этот вопрос с течением времени не только не разрешился, несмотря на многочисленные попытки объяснить место мюона в ряду элементарных частиц, но даже усложнился. В 1977 г. был открыт еще более тяжелый аналог электрона TAU-лептон. Кроме того, были открыты два типа нейтрино (электронное V| и мюонное V|). Никто не сомневался и в e ю существовании третьего типа нейтрино V
Партнера TAU TAU-лептона. В современной трактовке вопрос, зачем нужен мюон, трансформировался в проблему: почему существует три (e, NU, TAU) поколения лептонов? В рамках чисто квантовых подходов не видно никаких путей решения этой проблемы. Однако сочетание теории большого объединения с принципом целесообразности позволяет ответить на поставленный вопрос. Чтобы понять дальнейший ход рассуждений, начнем несколько издалека. Существование основных устойчивых связанных состояний базируется на барионной асимметрии Метагалактики: существование протонов и электронов при почти полном отсутствии антипротонов и позитронов. Действительно, если бы концентрации частиц и античастиц в Метагалактике были бы равными, то произошла бы их аннигиляция, в результате которой остались бы фотоны и нейтрино, неспособные образовывать связанные состояния. Барионная асимметрия обуславливает основные характерные черты Метагалактики. По всеобщему убеждению, для возникновения барионной асимметрии необходимы два условия: распад протона и так называемое СР-нарушение, когда для некоторых каналов распада элементарных частиц нарушается равенство вероятностей распада частиц и античастиц. В рамках теории большого объединения распад протона практически неизбежен, однако число поколений лептонов, вообще говоря, произвольно. Но существует конкретная, хотя и не единственная, схема большого объединения Кобаяши-Маскава, которая предсказывает СР-нарушение при условии, что число поколений лептонов не меньше трех. Поэтому есть все основания полагать, что в нашей Метагалактике реализуется одна из возможных схем большого объединения - модель Кобаяши-Маскава, в которой данное число поколений лептонов играет фундаментальную роль ("целесообразно"). Другая важнейшая не решенная в границах теории проблема - так называемая иерархия масс. Эта проблема сводится к вопросу: почему отношение M / m| ~ 10**2, а m| / m| ~ W,Z p X p +- 0 10**15 (m - масса W||-, Z|-бозонов, m| - масса бозона, W,Z X определяющего большое объединение)? Как указывалось ранее, массы почти всех частиц группируются вокруг значения m|, а +- 0 p W||-, Z|-бозоны значительно отступают от этого правила. И эта проблема, которая не решается в рамках существующих теорий, легко интерпретируется на основе принципа целесообразности. Мы ограничимся для краткости объяснением огромного значения отношения m| / m| ~ 10**15. Аналогичные, но более X p сложные рассуждения можно провести и для отношения m / m|. Мы сформулируем два аргумента в пользу того, что W,Z p отношение m| / m| должно быть очень большим. X p 1. В соответствии с квантовой теорией поля значение постоянных взаимодействий ALPHA должно зависеть от передаваемого во время взаимодействия импульса q или массы m, поэтому величины ALPHA называют бегущими константами. Приводимые обычно значения констант ALPHA, и в частности пределы их изменения, относятся к низкоэнергетической области (q, m ~< m|). При m >> m| константы ALPHA p p изменяются, и это изменение можно с большой точностью вычислить на основе современных теорий. Основные надежды на построение большого объединения базируются на том, что все три бегущие константы, характеризующие сильное и электрослабое взаимодействия, сходятся в одной точке при m| ~ 10**15 (рис.10)`. Если бы такое пересечение X отсутствовало, то большое объединение было бы построить трудно, а может быть, и невозможно. Масса m| соответствует X точке пересечения бегущих констант ALPHA. Уменьшить массы X-бозона m| при сохранении условия пересечения констант X ALPHA| (m), ALPHA| (m) и ALPHA| (m) можно единственным e w s способом: изменить эти константы в низкоэнергетическом пределе m ~< m|. А это сделать невозможно в силу принципа целесообразности (см. только что рассмотренную таблицу). -----------------------------------------------------------` Вследствие структуры электрослабого взаимодействия (оно + передается четырьмя частицами: фотоном и W||-, 0 Z|-бозонами) его следует характеризовать двумя 1 2 константами: ALPHA
И ALPHA. На рис.10 представлены we we зависимости обеих констант от значения m. -----------------------------------------------------------
Date: 2015-07-01; view: 232; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА... |