Всем привет, народ!
Это подкаст Звездануло, в котором я перевожу науку на человеческий язык. Я решил поэкспериментировать с представлением подкаста, так что старожилы – не удивляйтесь) Как и обещал, не будет никакого когда-нибудь, так что это – второй нерешительный выпуск, в котором мы разберём открытые пока что проблемы квантовой физики. В прошлом выпуске я предупреждал, что стоит послушать наш экскурс по квантовому миру, так что если вы этого не сделали – лучше остановить этот подкаст и послушать-таки эту историю. (А вот вам начало экскурса в Дзене) В этом выпуске информации довольно много, так что объяснять некоторые понятия у меня тупо времени не хватит.
Вот вам как обычно ютубчик:
И ЯМ:
Ладно, давайте начинать.
Мы знаем, что у магнитов есть северный и южный полюса. А есть ли возможность разделить магниты на монополи? Это носители магнитного заряда, скажем так. Они могут объяснить квантование заряда, продвинуть вперед теорию суперструн, и всякое интересное. В общем, можно ли разделить магнит на два монополя? Было ли это в какую-нибудь космологическую эпоху с более высокими энергиями?
Ну что ж, погнали дальше. Есть ещё одна крайне занятная проблема магнетизма в микромире. Есть такое понятие – магнитный момент. Оно отображает, как частица воспринимает и сама производит магнитное поле. Так вот, по какой-то причине магнитный момент мюона, измеренный в экспериментах, не соответствует теоретическому значению, которое ученые рассчитывали на бумаге, грубо говоря. Хрен его пойми, почему.
Напомню, что мюон – это лептон второго поколения. Первое поколение – электрон, второе – мюон, третье – тау-лептон. Но они отличаются только массой и поведением при распаде, а во всём остальном – идентичны. Пока в нашем понимании для физики нет разницы, есть ли мюоны и тау-лептоны с их античастицами, или нет. Всё прекрасно работает с одними электронами и позитронами. Почему?
Ладно, какую характеристику электрона мы знаем со школы? Правильно, спин. С ним тоже появились вопросы. Почему в низшем энергетическом состоянии всё равно сохраняется ненулевой момент движения? И какого-такого спины электронов и нуклонов полуцелые? А почему в природе не существует безмассовых частиц без спина?
Ну ок. Давайте с другого конца зайдём. Я уже говорил про три поколения лептонов. Так вот, кварков тоже три поколения.
А почему вообще существуют поколения частиц? А бывает больше трёх поколений? А почему у кварков три цвета? Можно ли кварки разделить на что-то меньшее и как кварки собираются в адроны? Мы знаем, что кварки стремятся соединиться по парам и тройкам, а голые кварки, как и глюоны, кстати, мы не наблюдали. Открыли даже тетракварк и пентакварк, которые состоят из четырех и пяти кварков. И не очень понимаем, как они объединяются. А знаете, какой самый крышесносный вопрос в этой всей истории? Случайно ли совпадение числа поколений, цветов и…пространственных измерений? Серьезно, есть мнение, что эти величины вполне себе связаны.
А теперь давайте поговорим про самое громкое имя в последнее время. Механизм Хиггса, который описывает возникновение инертной массы в бозонах слабого взаимодействия. Во-первых, до сих пор непонятно, действительно ли этот механизм объясняет эту самую массу, или всё немного сложнее и механизм Хиггса описывает не всю картину?
Ну, бозон Хиггса, положим, открыт. А теперь вопрос. Один ли бозон Хиггса существует, или их несколько, как тех же бозонов слабого взаимодействия. Можно ли описать другие бозоны хиггсова поля в рамках Стандартной модели?
Ладно, черт с ней, с массой бозонов слабого взаимодействия, но и с нейтрино нифига не понятно. Откуда масса у ЭТИХ партизанов? Есть ли у нейтрино античастицы, или это и есть античастица? Или это античастица самой себе?
В общем, большая часть того, что мы обсуждали – это проблемы квантовой механики. И до сих пор квантовая механика не очень согласуется с общей теорией относительности. Я думал поговорить про теорию относительности, но успел пообещать сделать ЭТОТ выпуск сразу после первой части. Так что либо погуглите про неё, либо подождите пару выпусков – я однозначно запилю что-то в ближайшее время. Но я же не могу оставить вас без короткого объяснения, так что слушайте, в чем-таки проблема. Квантовая механика описывает квантовый мир, Стандартную модель с нашими фундаментальными частицами и тремя фундаментальными взаимодействиями: электромагнитным, слабым и сильным и, соответственно, работает всё это на микромасштабах. А общая теория относительности описывает гравитацию, космос, галактики, черные дыры и всю вот эту макроисторию. И у этих двух теорий разные наборы инструментов, разное отношение к идее пространственно-временного континуума и ещё вагон противоречий. Совмещать их сейчас – это, грубо говоря, как пытаться закрутить отверткой спирали ДНК.
Квантовая механика считает только динамику систем на фоне внешнего пространства-времени, а вот общая теория относительности не учитывает какого-то внешнего пространства-времени. Она описывает ВСЁ и гравитация в таком ключе – просто геометрия пространства-времени. Помните пример про арбузы и яблоки на растянутой простыне? Я его использовал в самом первом выпуске про чёрные дыры, но вообще – это довольно популярная демонстрация идеи дедушки Эйнштейна и его предшественников. Причём, гравитационные волны, которые не так давно обнаружили – это предсказание ОТО, то есть взгляд на гравитацию – как на проявление геометрии пространства-времени вроде как подтвердился.
Я уже, кажется, задавался в одном из прошлых выпусков вопросом, но на него никто не ответил, так что повторю. Пространство-время гладкое и непрерывное, или всё-таки дискретное?
Учёные даже не знают, понадобится ли для такой согласованной теории бозон гравитационного взаимодействия, или это будет-таки теория, построенная именно на дискретном пространстве-времени? Разговоры о гравитоне идут довольно давно, но результатов пока нет, кроме пределов времени жизни и массы предполагаемых частиц.
А существует ли в микромире какая-то фундаментальная длина? Мы знаем про планковскую длину, но она как раз и отделяет квантовую механику и общую теорию относительности. А есть ли что-то фундаментальное для микромира?
Ладно, вопросов, на самом деле ещё уйма, но я уже дал вам достаточно жвачки для мозга. Кстати, напишите, пожалуйста, куда дотянетесь в комменты – какая нерешённая проблема физики будоражит вас больше всего? Необязательно из тех, которые я здесь описал.
Казалось бы – столько вопросов остаются тайной для науки. Неужели наука застопорилась? Давайте я быстро перечислю открытия нашего времени, которые долгое время считались такими же неразрешимыми.
В этом выпуске я уже упоминал про открытие гравитационных волн, открытие пентакварка и тетракварка и бозон Хиггса.
Кроме того, померили неоднородности реликтового излучения, подтвердили реальность кварков, которые раньше считали математической уловкой, абстракцией. Поняли, что такое квазары, которые мы обсуждали в квазизвезданутом выпуске. Сейчас мы считаем, что квазары – это активные ядра галактик вокруг сверхмассивных чёрных дыр. Состарили Вселенную. В смысле, уточнили её возраст с 3 до 13 с небольшим миллиардов лет… В общем, результатов-то тоже много. Так что переживать не за что. Всё в порядке.
На этом сегодняшний выпуск подходит к концу.
Как обычно, напоминаю про лайки, репосты, комментарии, донаты, предложения-пожелания-проклятия и всё в этом духе.
Поблагодарить автора материально можно в сборе на Тинькофф, на бусти и на ВК донат, я буду мегаблагодарен!
С вами был Роман Юдаев,
Услышимся в следующем выпуске.