Из чего состоит вещество? Вопрос чрезвычайно интересный и физика тут используют одну единую логику - нужно искать составляющие части Вселенского LEGO, которые будут всё меньше и меньше на каждой итерации.
Молекулы будут состоять из атомов, атомы из субатомных частиц. Те окажутся слепленными из кварков и так далее. И самый интригующий вопрос тут - а где самая маленькая частица, которая станет фундаментом? А, может быть, её просто не существует? Может быть никакой дискретности материи нет?
Давайте разбираться и на пути к самой маленькой частице мы выясним, что нас поджидают как минимум два парадокса, разобраться с которыми не так-то и просто.
Во многом всё отталкивается от проблемы вложенности и фрактальности. Рассуждения доходят порой до гипотез в стиле - внутри атома есть целая Вселенная. Настолько сложной оказывается сама логики устройства материи.
Что про самую маленькую частицу говорит физика?
Наверное справедливо было бы в научном ключе рассматривать проблему, отталкиваясь от того, как сама физика описывают самую маленькую частицу
На сегодняшний день фундаментальными считаются частицы стандартной модели физики элементарных частиц. Это электроны, кварки, нейтрино и некоторые другие.
То есть если разбирать матрёшку атома, то сначала мы упрёмся в субатомные частицы, среди которых будут протоны и нейтроны. Потом протоны и нейтроны развалятся на кварки и электроны. И согласно современной науке, вроде как, вся вложенность на этом прекращается. Всего два уровня.
По всей видимости мы подходим к тому, что научно будет говорить - мой письменный стол на фундаментальном уровне состоит из кварков. Но нет, мы были бы не мы, если бы на этом остановились.
Наука говорит о фундаментальности, исходя из двух факторов:
- Во всех экспериментах мельчайшие частицы ведут себя как точечные объекты, то есть не проявляют внутреннего строения даже при исследовании на расстояниях порядка
- Если мы опустимся на размерный ряд меньше длины Планка, то там начинается вообще непонятно что
По сути надо говорить, что наука не знает, из чего вещество устроено на фундаментальном уровне. А современная физика вовсе не отрицает, что уровень электрона или кварка - это пока ещё промежуточная ступень.
Из обозначенного же следует кое-что очень противоречивое.
Точечная частица = чёрная дыра
Вообще отправная точка размышлений тут в том, что нулевой размер частицы и её неделимость по все видимости не означают нулевой размер — скорее, современные приборы не обнаруживают у них каких-либо составных частей.
Но из этого вырастает огромное противоречие.
Если электрон или кварк — это точка, то его плотность бесконечна, а значит, он должен быть микроскопической черной дырой. Если же он «размазан», то из чего состоит этот «туман»?
Если электрон как математическая точка с нулевым размером, то вся его масса оказывается сосредоточенной в бесконечно малом объёме. Формально плотность такого объекта должна стремиться к бесконечности и вот вам чёрная дыра. Чисто математически и физически тоже чёрная дыра - это вообще не понятно что. Это бесконечность. А что такое бесконечность? А никто не знает.
Именно на базе этого сомнительного момента появлялись разные гипотезы про Вселенную внутри чёрной дыры и так далее. И как минимум, тогда у этой системы есть некоторая слаженная сложная структура структура. Но правильно полагать, что мы не знаем всех особенностей всего.
Все эксперименты показывают, что электрон не имеет внутренних частей, как матрёшка не скрывает внутри себя другие электроны. В рамках теории поля электрон вообще рассматривается не как маленький шарик вещества, а как возбуждение электронного поля, заполняющего всю Вселенную. В этом представлении «размазанность» относится не к веществу внутри электрона, а к вероятности обнаружить его в той или иной точке пространства. Чем глубже физики исследуют фундаментальные частицы, тем сильнее становится ощущение, что на самых малых масштабах привычные понятия размера, формы и плотности могут быть просто неприменимы. И тут мы обращаемся к длине Планка.
Самое маленькое во Вселенной
Казалось бы можно всё упростить и сказать, что так мы просто подходим к размерам Планка. Меньше длины Планка ничего нет. Это подразумевает, что наука пока просто не смогла перекинуть мост от размера электрона или кварка к размеру Планка.
Пусть так, но и сама идея длины Планка вызывает вопросы. Для начала, никто не может уверенно говорить, что меньше длины Планка нет ничего. Просто там вся наша физика теряет смысл. Более того - если мы будем пытаться рассмотреть эти масштабы, то потенциально это может открывать чёрные дыры. Я рассказывал про эту специфику на канале. Кратко - чтобы увидеть объект на планковском уровне, нужно вкачивать в пространство всё больше и больше. Чем оно кончится очевидно.
Потому тут начинаются самые разные паредположения.
После размера Планка будут одинаково вероятно
- квантовая пена;
- включится петлевая квантовая гравитация;
- заработает теория струн;
- существует голографическая Вселенная;
- или проявляется фундаментальность информации.
Про информацию особенно занятно. Ведь мы рассматривали информацию как неотъемлемое свойство материи. А тут она обозначена как фундаментальная сущность.
Вместо итога
Математика обожает бесконечности, но природа ставит барьеры. Мы имеем столкновение двух концепций: «Мир — это конструктор из неделимых деталей» или «Мир — это фрактал без дна».
Что тут правильно? Сказать очень и очень сложно. Самый объективный ответ - наука пока не имеет правильного ответа.
Детальное видео теме от меня.
Подпишитесь на Telegram-канал проекта ! Там много авторских материалов от меня ;)
Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это очень важно для развития проекта, а вы будете видеть ещё больше интересных статей в ленте! На канале есть премиум, где много интересного.