Когда физики строят картину мира, они пытаются создать теорию, которая будет непротиворечиво увязывать между собой все накопленные к моменту ее создания экспериментальные данные. При этом теория является набором сугубо человеческих мысленных конструкций, которые могут в какой-то мере отражать известную объективную реальность, но никогда не будут истинными, поскольку всегда что-то останется неучтенным. Человек просто не может все понимать и обо всем знать – это божественная прерогатива.
Конечная цель любой полноценной научной теории заключается в вычленении максимально небольшого числа базовых предположений, аксиом, из которых можно непротиворечивым образом логически вывести все известные взаимосвязи в экспериментальных данных, после чего сделать достоверное предсказание о неизвестных свойствах Природы. Из этого тезиса следует два вывода: во-первых, для одного и того же набора экспериментальных данных можно построить множество теорий, во-вторых, критерием отбора рабочих теорий будет их предсказательная сила. Поэтому в «горячих» областях физики обычно конкурируют несколько теорий, которые отмирают или изменяются с появлением новых экспериментальных данных.
Современные представления о том, как должны выглядеть аксиомы теории в физике, сформулировала в 1918 году немецкий математик Эмми Нётер, которая доказала, что каждой симметрии физической системы соответствует некоторый закон сохранения. В данном случае под симметрией относительно какого-либо преобразования подразумевают способность математических выражений, описывающих физические системы, сохранить свою форму, когда переменные в них подвергнут этим преобразованиям. Более широкое определение симметрии в физике может звучать как способность системы сохранять какое-то свое свойство после проведения преобразований.
На сегодняшний день ученые выделяют шесть фундаментальных симметрий, обязательных для всех устоявшихся физических теорий. Но так как существуют экспериментальные данные, не укладывающиеся ни в одну из этих теорий, для всех физиков очевидно, что этот список не окончательный. В качестве примера тут можно привести закон сохранения барионного заряда, который не следует из уже известных симметрий, невозможность проквантовать гравитацию, что, вероятно, потребует пересмотра концепции пространства-времени и квантовой механики, проблема преобладания материи (барионная асимметрия) над антиматерией во Вселенной, вынуждающая ученых искать пути расширения Стандартной Модели элементарных частиц. Вот на последней я и остановлюсь сегодня.
Почему барионная асимметрия – это проблема? Ответ простой: согласно Стандартной Модели частицы и античастицы равноправны, а значит, в окружающем мире мы должны их наблюдать в равной пропорции. А этого нет. Исходя из этого, логично предположить, что Стандартная Модель ошибочна, что все физики и делают. Но есть нюанс – до сего дня все проводимые эксперименты показывают правильность Стандартной Модели. Все, кроме прямого наблюдения за Природой, где материи несравнимо больше антиматерии. И поэтому ученые знают о проблеме, но не знают, где искать ответ.
Общепринятое предположение увязывает проблему барионной асимметрии с так называемыми C-, P- и T-симметриями, которые в физике могут нарушаться по отдельности, но вместе образуют всегда выполняющуюся CPT-симметрию, когда физическая система остается неизменной при одновременном изменении знака электрических зарядов (С), координат (P) и обращении времени (T). По современным представлениям барионная асимметрия может являться следствием нарушения CP-симметрии, что эквивалентно нарушению T-симметрии в предположении о сохранении CPT-симметрии, и поэтому подробное исследование нарушения T-симметрии жизненно важно для развития физической картины мира.
О том как обнаружить нарушения T-симметрии читайте в СЛЕДУЮЩЕЙ ЧАСТИ.
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.