Физика предоставляет нам уникальный инструментарий для исследования и понимания мира, который нас окружает. С её помощью можно объяснить такие явления, как полёт птиц, процесс замерзания воды или то, что заставляет пламя сверкать в темноте. Однако стоит отметить, что не все объяснения в физике легки и понятны. Особенно это касается таких явлений, которые далеки от нашего повседневного опыта.
Среди всего многообразия физических теорий особо выделяются теория относительности Эйнштейна и квантовая механика. Первая из них описывает, как время замедляется для объектов, движущихся с высокой скоростью, и как эти объекты кажутся сжимающимися. Вторая же теория вводит нас в мир субатомных частиц, где главенствует вероятность, а точные измерения становятся невозможными.
Хотелось бы сказать, что существует какое-то основание оспаривать эти теории или что учёные нашли способ вернуться к более интуитивно понятной физике XIX века, но это не так. На деле теория относительности и квантовая механика были подтверждены множеством экспериментов и они действительно работают. Нравится нам это или нет, придётся принять эти необычные идеи как истину. Кстати, стоит отметить, что обеим этим теориям уже более ста лет.
Наука постоянно развивается, а современные научные взгляды порой кажутся нам еще более необычными и загадочными, чем теории прошлого. Одной из таких вех в развитии науки является традиционная квантовая механика, которая зародилась в 1920-е годы. Эта теория была представлена в уравнении Эрвина Шрёдингера, известного ныне как уравнение Шрёдингера.
Это уравнение позволило объяснить, почему электроны в атоме могут находиться только на определенных энергетических уровнях и в определенных позициях. Проще говоря, уравнение показывало, что электрон может находиться в одной точке или в другой, но никак не в обеих одновременно. Это и есть суть квантовой теории, согласно которой некоторые величины могут принимать только дискретные значения, будь то масса, заряд, положение или энергия.
Однако стоит отметить, что уравнение Шрёдингера было лишь частичной квантовой теорией и не учитывало принципы теории относительности. В конце 1920-х годов Поль Дирак внес свой вклад в развитие квантовой механики, успешно объединив её с теорией относительности Эйнштейна и заложив основы для создания полноценной квантовой теории.
Он преодолел этот путь, предложив квантовую модель электрического поля, окутывающего протон. Это явление получило название "второй квантовой революции". Этот термин подразумевает, что электрическое поле было представлено с использованием квантовой механики, что позволило синтезировать его с квантовыми описаниями расположения материи, которые были разработаны во время первой квантовой революции. За последующие годы эти концепции были расширены и стали включать в себя все субатомные взаимодействия, в частности, сильное и слабое ядерное взаимодействие, а также электромагнетизм.
Несмотря на то, что каждая из этих сил описывается своим уникальным образом, все они представляют собой примеры того, что сегодня называется квантовой теорией поля (КТП). В рамках этой теории, современная физика рассматривает все субатомные частицы как проявления соответствующих полей. То есть, все частицы, с которыми мы сталкиваемся, являются лишь локализованными колебаниями в этих полях. Иными словами, субатомный мир можно представить как пространство, наполненное бесчисленным множеством различных полей – от полей кварков "вверх" и "вниз", до электронных полей. Эти поля взаимодействуют друг с другом, создавая видимые нам частицы.
Эта теория может также послужить объяснением взаимодействия частиц. Допустим, у нас есть электрон, который движется вперед. Электрон – это не что иное, как локализованное колебание электронного поля. Когда электрон излучает фотон, с точки зрения квантовой теории поля, часть энергии электронного поля трансформируется в локализованное колебание фотонного поля, которое затем распространяется в пространстве. Это одна из ключевых идей квантовой теории поля.
Теоретическая физика предполагает, что весь наш мир пронизан полями для всех субатомных частиц, и что локализованные колебания этих полей происходят повсюду. Когда поля взаимодействуют, они ведут себя подобно соседним вибрирующим струнам гитары. Эти взаимодействия объясняют процессы создания и уничтожения частиц - когда энергия одного поля переходит и стимулирует колебания в другом поле.
Возможно, рассчитать что-либо с такой точки зрения действительно сложно, поскольку математика тут может быть довольно запутанной. Однако основная идея на удивление проста. Взглянув вокруг, вы можете представить себе эти колебания везде, куда бы вы ни посмотрели.
Если вам понравилась статья и вы хотите узнавать больше о мире науки и физики, подписывайтесь на наш канал, ставьте лайки и делитесь статьями с друзьями. Ваши подписка и поддержка помогают нам создавать еще больше интересного и полезного контента. Спасибо за внимание!
