Zamonaviy fizikaning muammolari. Fizika muammolari

• Tarjima

Elementar zarrachalar va o'zaro ta'sirlarning standart modelimiz yaqinda kerakli darajada to'liq bo'ldi. Har bir elementar zarracha - ularning barchasida mumkin bo'lgan turlari- laboratoriyada yaratilgan, o'lchangan va hamma uchun xossalari aniqlangan. Eng uzoq muddatli bo'lganlar, yuqori kvark, antikvark, tau neytrino va antineytrino va nihoyat, Xiggs bozoni bizning imkoniyatlarimiz qurboni bo'ldi.

Va ikkinchisi - Xiggs bozoni - fizikaning eski muammosini ham hal qildi: nihoyat, biz elementar zarralar massasini qayerdan olishini ko'rsata olamiz!

Bularning barchasi ajoyib, ammo bu topishmoqni yechish bilan ilm tugamaydi. Aksincha, u ko'taradi muhim savollar, va ulardan biri "keyingi nima?" Standart modelga kelsak, biz hali hamma narsani bilmaymiz, deb aytishimiz mumkin. Va ko'pchilik fiziklar uchun savollardan biri ayniqsa muhim - uni tasvirlash uchun, keling, avvalo ko'rib chiqaylik keyingi mulk Standart model.

Bir tomondan, kuchsiz, elektromagnit va kuchli kuchlar, ularning energiyalari va o'zaro ta'sir sodir bo'lgan masofalarga qarab, juda muhim bo'lishi mumkin. Ammo tortishish kuchida bunday emas.

Biz har qanday massaga ega va har qanday o'zaro ta'sirga duchor bo'lgan har qanday ikkita elementar zarrani olishimiz mumkin va tortishish koinotdagi boshqa har qanday kuchdan 40 daraja kuchsizroq ekanligini aniqlaymiz. Demak, tortishish kuchi qolgan uchta kuchdan 10 40 marta kuchsizroq. Masalan, ular fundamental bo'lmasa-da, agar siz ikkita protonni olib, ularni bir metrga ajratsangiz, ular orasidagi elektromagnit tortishish tortishish kuchidan 10 40 marta kuchliroq bo'ladi. Yoki boshqacha qilib aytganda, boshqa har qanday kuchga tenglashish uchun tortishish kuchini 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 marta oshirishimiz kerak.

Bunday holda, siz protonning massasini shunchaki 10 20 marta ko'paytira olmaysiz, shunda tortishish elektromagnit kuchni engib, ularni bir-biriga tortadi.

Buning o'rniga, yuqorida ko'rsatilgan kabi reaktsiyalar protonlar elektromagnit repulsiyani engib o'tganda, o'z-o'zidan sodir bo'lishi uchun siz 10 56 protonni birlashtirishingiz kerak. Faqat birlashib, tortishish kuchiga berilish orqali ular elektromagnetizmni yengishlari mumkin. Ma'lum bo'lishicha, 10 56 proton yulduzning mumkin bo'lgan minimal massasini tashkil qiladi.

Bu koinot qanday ishlashining tavsifi - lekin biz nima uchun u shunday ishlashini bilmaymiz. Nima uchun tortishish kuchi boshqa o'zaro ta'sirlarga qaraganda ancha zaif? Nima uchun "gravitatsiyaviy zaryad" (ya'ni massa) elektr yoki rangdan ancha zaif yoki hatto zaif?

Bu ierarxiya muammosi va bu ko'p sabablarga ko'ra fizikadagi eng katta hal qilinmagan muammodir. Biz javobni bilmaymiz, lekin biz butunlay johilmiz deb ayta olmaymiz. Nazariy jihatdan, bizda yechim topish uchun ba'zi yaxshi g'oyalar va ularning to'g'riligini isbotlash uchun vosita mavjud.

Hozirgacha Katta adron kollayderi - eng yuqori energiyali kollayder - laboratoriyada misli ko'rilmagan energiya darajasiga erishdi, ma'lumotlar to'plamini to'pladi va to'qnashuv nuqtalarida sodir bo'lgan narsalarni qayta tikladi. Bunga yangi, shu paytgacha ko'rilmagan zarrachalarning (masalan, Xiggs bozoni) yaratilishi va standart modeldagi eski, taniqli zarrachalarning (kvarklar, leptonlar, kalibrli bozonlar) paydo bo'lishi kiradi. Bundan tashqari, agar ular mavjud bo'lsa, standart modelga kiritilmagan boshqa zarralarni ishlab chiqarishga qodir.

Menga to'rtta mumkin bo'lgan yo'l bor - ya'ni to'rtta yaxshi fikrlar- ierarxiya muammosining yechimlari. Yaxshi xabar shundaki, agar tabiat ulardan birini tanlagan bo'lsa, LHC uni topadi! (Va bo'lmasa, qidiruv davom etadi).

Bir necha yil oldin topilgan Xiggs bozonidan tashqari, LHCda yangi fundamental zarrachalar topilmagan. (Bundan tashqari, zarrachalarning qiziquvchan yangi nomzodlari umuman kuzatilmaydi). Va shunga qaramay, topilgan zarracha standart model tavsifiga to'liq mos keladi; yangi fizikaning statistik jihatdan ahamiyatli maslahatlari ko'rilmadi. Xiggs bozonlarini birlashtirmaslik, bir nechta Xiggs zarrachalarini, nostandart parchalanishlarni emas, balki shunga o'xshash narsa.

Ammo endi biz boshqa narsani topish uchun avvalgilaridan ikki baravar yuqori, 13-14 TeV gacha bo'lgan yuqori energiyalardan ma'lumotlarni olishni boshladik. Va nimalar bu kalit ierarxiya muammosining mumkin va oqilona echimlari bormi?

1) Supersimmetriya yoki SUSY. Supersimmetriya - bu har qanday zarrachalarning normal massalarini tortishish kuchi boshqa ta'sirlar bilan solishtirish mumkin bo'lgan darajada katta aniqlik bilan bir-birini bekor qilishiga olib keladigan maxsus simmetriya. Bu simmetriya, shuningdek, standart modeldagi har bir zarrachaning superpartikulyar sherigiga ega ekanligini va beshta Xiggs zarrasi va ularning beshta super hamkori mavjudligini ko'rsatadi. Agar bunday simmetriya mavjud bo'lsa, uni buzish kerak, aks holda superpartnerlar oddiy zarrachalar bilan bir xil massaga ega bo'lib, uzoq vaqt oldin topilgan bo'lar edi.

Agar SUSY ierarxiya muammosini hal qilish uchun mos bo'lgan shkalada mavjud bo'lsa, u holda 14 TeV energiyaga ega bo'lgan LHC kamida bitta super sherik, shuningdek ikkinchi Higgs zarrasini topishi kerak. Aks holda, juda og'ir super hamkorlarning mavjudligi o'zi yaxshi echimga ega bo'lmagan boshqa ierarxik muammoga olib keladi. (Qizig'i shundaki, barcha energiyalarda SUSY zarralarining yo'qligi simlar nazariyasini rad etadi, chunki supersimmetriya elementar zarrachalarning standart modelini o'z ichiga olgan tor nazariyalari uchun zaruriy shartdir).

Bu erda ierarxiya muammosining birinchi mumkin bo'lgan yechimi, hozirda hech qanday dalil yo'q.

Piezoelektrik kristallar bilan to'ldirilgan (deformatsiyalanganda elektr energiyasini ishlab chiqaradigan) kichik super sovutilgan qavslarni yaratish mumkin, ular orasidagi masofalar mavjud. Ushbu texnologiya bizga "katta" o'lchovlarga 5-10 mikron chegaralarini qo'yish imkonini beradi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, tortishish millimetrdan ancha kichikroq o'lchovlarda umumiy nisbiylik bashoratiga ko'ra ishlaydi. Shunday qilib, agar katta bo'lsa qo'shimcha o'lchamlar, ular LHC uchun erishib bo'lmaydigan energiya darajasida va eng muhimi, ular ierarxiya muammosini hal qilmaydi.

Albatta, ierarxiya muammosi uchun zamonaviy kollayderlarda topib bo'lmaydigan butunlay boshqacha yechim bo'lishi mumkin yoki umuman yechim yo'q; Bu hech qanday izohsiz tabiatning mulki bo'lishi mumkin. Ammo ilm-fan harakat qilmasdan oldinga siljimaydi va bu g'oyalar va izlanishlar shuni qilishga harakat qilmoqda: koinot haqidagi bilimimizni oldinga suring. Va har doimgidek, LHC ning ikkinchi ishga tushirilishi boshlanishi bilan men u erda allaqachon kashf etilgan Xiggs bozonidan tashqari nima paydo bo'lishi mumkinligini ko'rishni orziqib kutaman!

Teglar:

• tortishish kuchi
• fundamental o'zaro ta'sirlar
• tank

Insho

fizikada

mavzusida:

"Zamonaviy fizika muammolari"

Keling, hozirda fiziklarning eng katta e'tiborini tortayotgan, ehtimol ular ustida ishlayotgan muammodan boshlaylik. eng katta raqam tadqiqotchilar va tadqiqot laboratoriyalari butun dunyoda atom yadrosi muammosi, xususan, uning eng dolzarb va muhim qismi sifatida uran muammosi hisoblanadi.

Atomlar ma'lum miqdordagi elektronlar bilan o'ralgan nisbatan og'ir musbat zaryadlangan yadrodan iborat ekanligini aniqlash mumkin edi. Yadroning musbat zaryadi va uni o'rab turgan elektronlarning manfiy zaryadlari bir-birini bekor qiladi. Umuman olganda, atom neytral ko'rinadi.

1913-yildan deyarli 1930-yilgacha fiziklar xossalari va xususiyatlarini sinchkovlik bilan o‘rgandilar. tashqi ko'rinishlar atom yadrosini o'rab turgan elektronlar atmosferasi. Ushbu tadqiqotlar atomdagi elektronlar harakatining yangi qonunlarini kashf etgan, avval bizga noma'lum bo'lgan yagona, to'liq nazariyaga olib keldi. Bu nazariya materiyaning kvant yoki to'lqin nazariyasi deb ataladi. Biz unga keyinroq qaytamiz.

Taxminan 1930 yildan boshlab asosiy e'tibor atom yadrosiga qaratildi. Yadro biz uchun alohida qiziqish uyg'otadi, chunki atomning deyarli barcha massasi unda to'plangan. Va massa ma'lum bir tizimga ega bo'lgan energiya zaxirasining o'lchovidir.

Har qanday moddaning har bir grammida aniq ma'lum energiya va bundan tashqari, juda muhim energiya mavjud. Misol uchun, taxminan 200 g og'irlikdagi bir stakan choy, olish uchun taxminan bir million tonna ko'mir yoqishni talab qiladigan energiya miqdorini o'z ichiga oladi.

Bu energiya aniq atom yadrosida joylashgan, chunki umumiy energiyaning 0,999 i, ya'ni tananing butun massasi yadroda joylashgan va umumiy massaning atigi 0,001 dan kamrog'i elektronlar energiyasiga tegishli bo'lishi mumkin. Yadrolarda joylashgan ulkan energiya zahiralari biz hozirgacha ma'lum bo'lgan energiyaning hech qanday shakli bilan taqqoslanmaydi.

Tabiiyki, bu energiyaga ega bo'lish umidi jozibali. Lekin buning uchun avvalo uni o'rganish, keyin undan foydalanish yo'llarini topish kerak.

Ammo, bundan tashqari, yadro bizni boshqa sabablarga ko'ra qiziqtiradi. Atomning yadrosi uning butun tabiatini to'liq belgilaydi, uni belgilaydi Kimyoviy xossalari va uning shaxsiyati.

Agar temir misdan, ugleroddan, qo'rg'oshindan farq qilsa, bu farq elektronlarda emas, balki atom yadrolarida bo'ladi. Barcha jismlar bir xil elektronlarga ega va har qanday atom o'z elektronlarining bir qismini yo'qotishi mumkin, shuning uchun atomdan barcha elektronlarni olib tashlash mumkin. Atom yadrosi o'zining musbat zaryadi buzilmagan va o'zgarmas ekan, u har doim o'z zaryadini qoplash uchun kerak bo'lganda shuncha ko'p elektronni jalb qiladi. Agar kumush yadro 47 ta zaryadga ega bo'lsa, u doimo o'ziga 47 ta elektronni biriktiradi. Shuning uchun, men yadroga mo'ljallangan bo'lsam, biz bir xil element bilan, xuddi shu modda bilan ishlaymiz. Yadroni bittadan o'zgartirishga arziydi kimyoviy element boshqacha chiqadi. Shundagina alkimyoning ko'pdan beri va uzoq vaqtdan beri tark etilgan orzusi - ba'zi elementlarni boshqalarga aylantirish - amalga oshadi. Yoniq zamonaviy bosqich Tarixda, bu orzu alkimyogarlar kutgan shakllarda va natijalar bilan emas, balki amalga oshdi.

Atom yadrosi haqida nimalarni bilamiz? Yadro, o'z navbatida, undan ham kichikroq tarkibiy qismlardan iborat. Bu komponentlar tabiatda bizga ma'lum bo'lgan eng oddiy yadrolarni ifodalaydi.

Eng engil va shuning uchun eng oddiy yadro vodorod atomining yadrosidir. Vodorod davriy jadvalning birinchi elementi bo'lib, atom og'irligi taxminan 1 ga teng. Vodorod yadrosi boshqa barcha yadrolarning bir qismidir. Ammo, boshqa tomondan, Prout uzoq vaqt oldin, 100 yildan ko'proq vaqt oldin taxmin qilganidek, barcha yadrolar faqat vodorod yadrolaridan iborat bo'lmasligini tushunish oson.

Atomlarning yadrolari atom og'irligi bilan berilgan ma'lum bir massaga va ma'lum bir zaryadga ega. Yadro zaryadi bu raqamni belgilaydi bu element Mendeleyev davriy sistemasida joy olgan.

Vodorod bu tizimdagi birinchi element: u bitta musbat zaryad va bitta elektronga ega. Ikkinchi element ikki marta zaryadli yadroga, uchinchi element uch marta zaryadga ega va hokazo. yadrosi 92 ta musbat zaryadga ega bo'lgan barcha elementlarning oxirgisi va eng og'irligigacha.

Mendeleev kimyo sohasidagi ulkan tajriba materialini tizimlashtirib, davriy sistemani yaratdi. U, albatta, o'sha paytda yadrolarning mavjudligidan shubha qilmagan, lekin u yaratgan tizimdagi elementlarning tartibi shunchaki yadro zaryadi bilan belgilanadi va boshqa hech narsa emas deb o'ylamagan. Ma'lum bo'lishicha, atom yadrolarining bu ikki xususiyati - atom og'irligi va zaryadi Prout gipotezasiga asoslangan holda biz kutgan narsaga mos kelmaydi.

Demak, ikkinchi element - geliyning atom og'irligi 4 ga teng. Agar u 4 ta vodorod yadrosidan iborat bo'lsa, uning zaryadi 4 bo'lishi kerak, lekin ayni paytda uning zaryadi 2 ga teng, chunki u ikkinchi elementdir. Shunday qilib, geliyda faqat 2 ta vodorod yadrosi bor deb o'ylashingiz kerak. Biz vodorod yadrolarini protonlar deb ataymiz. Ammo bundan tashqari, geliy yadrosida zaryadsiz yana 2 birlik massa mavjud. Yadroning ikkinchi komponentini zaryadsiz vodorod yadrosi deb hisoblash kerak. Biz zaryadga ega bo'lgan vodorod yadrolarini yoki protonlarni va elektr zaryadiga ega bo'lmagan, neytral yadrolarni farqlashimiz kerak, biz ularni neytronlar deb ataymiz.

Barcha yadrolar proton va neytronlardan tashkil topgan. Geliyda 2 proton va 2 neytron mavjud. Azotda 7 proton va 7 neytron mavjud. Kislorodda 8 proton va 8 neytron, uglerod Cda proton va 6 neytron mavjud.

Ammo keyin bu soddalik biroz buziladi, neytronlar soni protonlar soniga nisbatan tobora ko'payib boradi va eng oxirgi element - uranda 92 zaryad, 92 proton va uning atom og'irligi 238 ni tashkil qiladi. Binobarin, boshqa. 92 protonga 146 ta neytron qo'shiladi.

Albatta, 1940 yilda biz bilgan narsa real dunyoning to'liq aksidir va xilma-xillik elementar bo'lgan bu zarralar bilan tugaydi deb o'ylash mumkin emas. tom ma'noda so'zlar. Elementarlik tushunchasi tabiat tubiga kirib borishimizning faqat ma'lum bir bosqichini anglatadi. Ammo bu bosqichda biz atomning tarkibini faqat shu elementlargacha bilamiz.

Bu oddiy rasm aslida unchalik oson tushunilmagan. Biz bir qator qiyinchiliklarni, bir qator qarama-qarshiliklarni engib o'tishimiz kerak edi, ular hatto ularni aniqlash paytida ham umidsiz bo'lib tuyuldi, lekin ular har doimgidek, fan tarixida bo'lgani kabi, umumiy rasmning faqat turli tomonlari bo'lib chiqdi. , bu qarama-qarshilik bo'lib tuyulgan narsaning sintezi edi va biz keyingi, muammoni chuqurroq tushunishga o'tdik.

Ushbu qiyinchiliklarning eng muhimi quyidagilar bo'ldi: asrimizning boshida, b-zarralar (ular geliy yadrolari bo'lib chiqdi) va b-zarralar (elektronlar) chuqurlikdan uchib chiqishlari allaqachon ma'lum edi. radioaktiv atomlar (yadro o'sha paytda hali gumon qilinmagan). Atomdan uchib chiqadigan narsa uning tarkibiga o'xshab tuyuldi. Binobarin, atomlarning yadrolari geliy yadrolari va elektronlardan tashkil topgandek tuyuldi.

Ushbu bayonotning birinchi qismining noto'g'riligi aniq: geliy yadrolaridan to'rt marta og'irroq vodorod yadrosini tuzish mumkin emasligi aniq: qism butundan katta bo'lishi mumkin emas.

Ushbu bayonotning ikkinchi qismi ham noto'g'ri bo'lib chiqdi. Yadro jarayonlarida elektronlar haqiqatan ham chiqariladi, ammo yadrolarda elektronlar yo'q. Bu erda mantiqiy qarama-qarshilik borga o'xshaydi. Shundaymi?

Biz bilamizki, atomlar yorug'lik, yorug'lik kvantlari (fotonlar) chiqaradi.

Nima uchun bu fotonlar atomda yorug'lik shaklida saqlanadi va chiqish vaqtini kutadi? Shubhasiz. Biz yorug'lik chiqarishni shunday tushunamizki, atomdagi elektr zaryadlari bir holatdan ikkinchi holatga o'tib, ma'lum miqdorda energiya chiqaradi, bu esa kosmosda tarqaladigan nurlanish energiyasiga aylanadi.

Xuddi shunday mulohazalarni elektronga nisbatan ham qilish mumkin. Bir qator sabablarga ko'ra elektron atom yadrosida joylasha olmaydi. Lekin uni foton kabi yadroda yaratib bo'lmaydi, chunki u manfiy elektr zaryadiga ega. Elektr zaryadi, energiya va umuman materiya kabi, o'zgarishsiz qolishi qat'iy tasdiqlangan; jami elektr hech qanday joyda yaratilmaydi va hech qayerda yo'qolmaydi. Demak, agar manfiy zaryad olib tashlansa, yadro teng musbat zaryad oladi. Elektron emissiya jarayoni yadro zaryadining o'zgarishi bilan birga keladi. Ammo yadro protopoplar va neytronlardan iborat, ya'ni zaryadsiz neytronlardan biri musbat zaryadlangan protonga aylandi.

Individual manfiy elektron paydo bo'lishi ham, yo'qolishi ham mumkin emas. Ammo ikkita qarama-qarshi zaryad, agar ular bir-biriga etarlicha yaqinlashsa, bir-birini yo'q qilishi yoki hatto butunlay yo'q bo'lib ketishi, nurlanish energiyasi (fotonlar) shaklida energiya ta'minotini chiqarishi mumkin.

Bu ijobiy to'lovlar nima? Tabiatda manfiy elektronlarga qo'shimcha ravishda musbat zaryadlar ham mavjudligini aniqlash mumkin edi va ular laboratoriya va texnologiya yordamida yaratilishi mumkin, ular barcha xususiyatlarida: massasi, zaryad kattaligi bo'yicha elektronlarga juda o'xshash, ammo faqat ijobiy zaryadga ega. Biz bunday zaryadni pozitron deb ataymiz.

Shunday qilib, biz elektronlar (salbiy) va pozitronlar (musbat) o'rtasida farq qilamiz, faqat farq qiladi qarama-qarshi belgi zaryad. Yadrolar yaqinida pozitronlarni elektronlar bilan birlashtirish va elektronga va pozitronga bo'linishning ikkala jarayoni sodir bo'lishi mumkin, elektron atomni tark etadi va pozitron yadroga kirib, neytronni protonga aylantiradi. Elektron bilan bir vaqtda zaryadsiz zarracha, neytrino ham chiqib ketadi.

Yadrodagi jarayonlar ham kuzatiladi, bunda elektron o'z zaryadini yadroga o'tkazib, protonni neytronga aylantiradi va pozitron atomdan uchib chiqadi. Atomdan elektron chiqarilganda yadro zaryadi bittaga ortadi; Pozitron yoki proton chiqarilganda davriy tizimdagi zaryad va raqam bir birlikka kamayadi.

Barcha yadrolar zaryadlangan proton va zaryadsiz neytronlardan tashkil topgan. Savol shundaki, ular atom yadrosida qanday kuchlar tomonidan ushlab turiladi, ularni bir-biri bilan nima bog'laydi, bu elementlardan turli atom yadrolarining tuzilishi nima bilan belgilanadi?

Akademik V. L. GINZBURG.

Taxminan 30 yil oldin, akademik V.L.Ginzburg "Hozirda fizika va astrofizikadagi qanday muammolar ayniqsa muhim va qiziqarli ko'rinadi?" (“Fan va hayot” 1971 yil 2-son) zamonaviy fizikaning eng dolzarb masalalari ro‘yxati bilan. Oradan o‘n yil o‘tdi va uning “Zamonaviy fizikaning ayrim muammolari haqida ertak...” (“Fan va hayot” 1982 yil, 4-son) jurnal sahifalarida paydo bo‘ldi. Qadimgi jurnal nashrlarini ko'rib chiqsak, katta umid bog'langan barcha muammolar hali ham dolzarbligini ko'rish oson (ehtimol, 70-yillarda ongni hayajonga solgan, ammo eksperimental xato bo'lgan "anomal suv" siridan tashqari. ). Bu fizika rivojlanishining "umumiy yo'nalishi" to'g'ri aniqlanganligini ko'rsatadi. So'nggi yillarda fizikada juda ko'p yangi narsalar paydo bo'ldi. Gigant uglerod molekulalari - fullerenlar topildi, koinotdan kelayotgan kuchli gamma-nurlari portlashlari qayd etildi, yuqori haroratli oʻta oʻtkazgichlar sintez qilindi. Yadrosida 114 proton va 184 neytron bo'lgan element 1971 yilgi maqolada muhokama qilingan Dubna shahrida olingan. Bularning barchasi va zamonaviy fizikaning boshqa ko'plab qiziqarli va istiqbolli yo'nalishlari yangi "ro'yxat"da munosib o'rin egalladi. Bugun, uchinchi ming yillik ostonasida, akademik V.L.Ginzburg yana bir bor uni tashvishga solayotgan mavzuga qaytadi. Mingyillik boshidagi zamonaviy fizikaning muammolariga bag'ishlangan katta sharh maqolasi "ro'yxat" dagi barcha moddalar bo'yicha batafsil sharhlar bilan "Uspekhi Fizicheskikh Nauk" jurnalining 1999 yil 4-sonida nashr etilgan. Biz uning “Ilm va hayot” o‘quvchilari uchun tayyorlangan versiyasini nashr etmoqdamiz. Maqola professional fiziklar uchun mo'ljallangan mulohazalar va hisob-kitoblarni o'z ichiga olgan holda sezilarli darajada qisqartirilgan, ammo ko'pchilik o'quvchilarimiz uchun tushunarsizdir. Shu bilan birga, UFN jurnali o'quvchilari uchun tushunarli bo'lgan, ammo kengroq auditoriyaga yaxshi ma'lum bo'lmagan qoidalar tushuntiriladi va kengaytiriladi. "Ro'yxat" da keltirilgan ko'plab muammolar "Science and Life" jurnalining nashrlarida o'z aksini topgan. Tahririyat maqola matnida ularga havolalar beradi.

Rossiya Fanlar akademiyasining haqiqiy a'zosi, 1961 yildan "Fan va hayot" jurnali tahririyat hay'ati a'zosi, Vitaliy Lazarevich Ginzburg.

Xalqaro eksperimental termoyadroviy reaktor-tokamak ITER sxemasi.

Murakkab konfiguratsiyadagi toroidal o'rashlar tizimida plazmani o'z ichiga olishi uchun mo'ljallangan stellarator diagrammasi.

Elektronlar proton va neytronlarning atom yadrosini o'rab oladi.

Kirish

Bizning zamonamizda fanning rivojlanish sur'ati va tezligi hayratlanarli. Bir yoki ikki inson hayoti davomida fizika, astronomiya, biologiya va boshqa ko'plab sohalarda ulkan o'zgarishlar ro'y berdi. Masalan, 1932 yilda neytron va pozitron kashf etilganda men 16 yoshda edim. Ammo bundan oldin faqat elektron, proton va foton ma'lum edi. Elektron, rentgen nurlari va radioaktivlik bor-yo'g'i yuz yil oldin kashf etilganligini, kvant nazariyasi esa faqat 1900 yilda paydo bo'lganligini anglash oson emas. Yana shuni esda tutish kerakki, birinchi buyuk fiziklar: Aristotel (384- Miloddan avvalgi 322 yil.) va Arximed (miloddan avvalgi 287-212 yillar) bizdan ikki ming yildan ko'proq vaqt ajratilgan. Ammo kelajakda fan nisbatan sekin rivojlandi va bu erda diniy dogmatizm muhim rol o'ynadi. Faqat Galiley (1564-1642) va Kepler (1571-1630) davridan boshlab fizika tez sur'atlar bilan rivojlana boshladi. O'shandan beri bor-yo'g'i 300-400 yil ichida qanday yo'l bosib o'tildi! Uning natijasi biz bilgan zamonaviy ilm-fandir. U allaqachon diniy kishanlardan xalos bo'lgan va bugungi kunda cherkov hech bo'lmaganda ilm-fanning rolini inkor etmaydi. To'g'ri, anti-ilmiy tuyg'ular va psevdofanning tarqalishi (xususan, astrologiya) bugungi kunda ham, xususan, Rossiyada mavjud.

Qanday bo'lmasin, 21-asrda ilm-fan yaqinlashib kelayotgan 20-asrdagidan kam bo'lmagan tez rivojlanadi, deb umid qilishimiz mumkin. Bu yo'ldagi qiyinchilik, ehtimol hatto asosiy qiyinchilik, menimcha, to'plangan materialning, ma'lumotlar hajmining ulkan o'sishi bilan bog'liq. Fizika shu qadar o'sib chiqdi va farqlandiki, daraxtlar uchun o'rmonni ko'rish qiyin, butun zamonaviy fizikaning aqliy tasavvuriga ega bo'lish qiyin. Shuning uchun uning asosiy masalalarini birlashtirish zarurati tug'ildi.

Biz ma'lum bir vaqtda eng muhim va qiziqarli ko'rinadigan muammolar ro'yxatini tuzish haqida gapiramiz. Bu muammolar, birinchi navbatda, maxsus ma'ruza yoki maqolalarda muhokama qilinishi yoki sharhlanishi kerak. "Hammasi bir narsa haqida va hamma narsa haqida" formulasi juda jozibali, ammo haqiqiy emas - siz hamma narsaga mos kelolmaysiz. Shu bilan birga, ba'zi mavzular, savollar, muammolar qandaydir sabablarga ko'ra ta'kidlanadi. Bu erda energiya ishlab chiqarish uchun boshqariladigan yadroviy sintez muammosi kabi insoniyat taqdiri uchun ularning ahamiyati bo'lishi mumkin. Albatta, fizikaning asosi, uning ilg'or tomoni (bu soha ko'pincha elementar zarrachalar fizikasi deb ataladi) bilan bog'liq masalalar ham ta'kidlangan. Shubhasiz, astronomiyaning ayrim masalalari ham alohida e'tiborni tortadi, ular Galiley, Kepler va Nyuton davridagidek, fizikadan ajratish qiyin (va kerak emas). Ushbu ro'yxat (albatta, vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadi) ma'lum bir "jismoniy minimum" ni tashkil qiladi. Bu har bir savodli odam muhokama qilinayotgan narsa haqida qandaydir tasavvurga ega bo'lishi, juda yuzaki bo'lsa-da bilishi kerak bo'lgan mavzulardir.

Shuni ta'kidlash kerakki, "ayniqsa muhim va qiziqarli" savollarni ajratib ko'rsatish boshqa jismoniy savollarni ahamiyatsiz yoki qiziq emas deb e'lon qilishga teng emasmi? “Alohida muhim” muammolar boshqalar muhim emasligi uchun emas, balki muhokama qilinayotgan davr mobaynida ular asosiy yo‘nalishlarda ma’lum darajada diqqat markazida bo‘lgani uchun ta’kidlanadi. Ertaga bu muammolar orqada bo'lishi mumkin va ularning o'rniga boshqalar keladi. Muammolarni tanlash, albatta, bu masala bo'yicha turli xil qarashlar mumkin va zarur;

"Alohida muhim va qiziqarli muammolar" ro'yxati 1999 yil

Mashhur ingliz maqolida aytilganidek: "Puding nima ekanligini bilish uchun uni yeyish kerak". Shuning uchun men mavzuga boraman va aytib o'tilgan "ro'yxat" ni taqdim etaman.

1. Boshqariladigan yadroviy sintez. *

2. Yuqori haroratli va xona haroratidagi o'ta o'tkazuvchanlik. *

3. Metall vodorod. Boshqa ekzotik moddalar.

4. Ikki o'lchovli elektron suyuqlik (anomal Xoll effekti va boshqa ba'zi effektlar). *

5 . Qattiq jismlar fizikasining ayrim masalalari (yarim o'tkazgichlarda geterostruktura, metall-izolyator o'tishlari, zaryad va spin zichligi to'lqinlari, mezoskopiya).

6. Ikkinchi tartibli fazali o'tishlar va ular bilan bog'liq. Bunday o'tishlarning ba'zi misollari. Ultra past haroratlarda sovutish (xususan, lazer). Gazlarda Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi. *

7. Yuzaki fizika.

8. Suyuq kristallar. Ferroelektriklar.

9. Fullerenlar. *

10 . O'ta kuchli magnit maydonlarda materiyaning harakati. *

11. Nochiziqli fizika. Turbulentlik. Solitonlar. Xaos. G'alati jalb qiluvchilar.

12 . Og'ir lazerlar, lazerlar, grazerlar.

13. Super og'ir elementlar. Ekzotik yadrolar. *

14 . Massa spektri Kvarklar va glyuonlar. Kvant xromodinamikasi. *

15. Zaif va elektromagnit o'zaro ta'sirning yagona nazariyasi. V + Va Z bozonlar haqida. Leptonlar. *

16. Buyuk birlashish. Superbirlashuv. Proton parchalanishi. Neytrino massasi. Magnit monopollar. *

17. Asosiy uzunlik. Yuqori va o'ta yuqori energiyalarda zarrachalarning o'zaro ta'siri. Kollayderlar. *

18. CP o'zgarmasligini saqlab qolmaslik. *

19. Vakuumdagi nochiziqli hodisalar va o'ta kuchli elektromagnit maydonlar. Vakuumdagi fazali o'tishlar.

20 . Strings. M-nazariya. *

21. Umumiy nisbiylik nazariyasini eksperimental tekshirish. *

22. Gravitatsion to'lqinlar, ularni aniqlash. *

23. Kosmologik muammo. Inflyatsiya. L a'zosi. Kosmologiya va yuqori energiya fizikasi o'rtasidagi bog'liqlik. *

24. Neytron yulduzlari va pulsarlar. O'ta yangi yulduzlar. *

25. Qora tuynuklar. Kosmik torlar. *

26. Kvazarlar va galaktika yadrolari. Galaktikalarning shakllanishi. *

27. Qorong'u materiya (yashirin massa) muammosi va uni aniqlash. *

28. Ultra yuqori energiyali kosmik nurlarning kelib chiqishi. *

29 . Gamma-nurlarining portlashlari. Gipernovalar. *

30. Neytrino fizikasi va astronomiya. Neytrino tebranishlari. *

Eslatma. Yulduzchalar * jurnal sahifalarida u yoki bu darajada aks ettirilgan muammolarni bildiradi.

Shubhasiz, har qanday "ro'yxat" bu dogma emas, tadqiqotchilarning manfaatlariga va fandagi vaziyatga qarab biror narsa tashlab yuborilishi mumkin. Eng og'ir t-kvark faqat 1994 yilda kashf etilgan (uning massasi, 1999 yil ma'lumotlariga ko'ra, 176 ga teng. + 6 GeV). 1971-1982 yillardagi maqolalarda. Tabiiyki, 1985 yilda kashf etilgan fullerenlar va gamma-nurlari portlashlari yo'q (ularning kashfiyoti haqida birinchi eslatma 1973 yilda nashr etilgan). Yuqori haroratli o'ta o'tkazgichlar 1986-1987 yillarda sintez qilingan, ammo shunga qaramay, 1971 yilda bu muammo 1964 yilda muhokama qilinganidan beri batafsil ko'rib chiqildi. Umuman olganda, fizikada 30 yil ichida juda ko'p ishlar qilindi, lekin mening fikrimcha. , unchalik yangi narsa paydo bo'lmadi. Qanday bo'lmasin, uchta "ro'yxat" ma'lum darajada 1970 yildan hozirgi kungacha fizik va astrofizika muammolarining rivojlanishi va holatini tavsiflaydi.

Makrofizika

Boshqariladigan yadro sintezi muammosi (№. 1 "ro'yxatda") hali ham hal etilmagan, garchi u allaqachon 50 yoshda. Bu yo'nalishdagi ishlar SSSRda 1950 yilda boshlangan. A. D. Saxarov va I. E. Tamm menga magnit termoyadroviy reaktor g'oyasi haqida aytib berishdi va men bu muammoni hal qilishdan xursand bo'ldim, chunki o'sha paytda menda deyarli hech narsa yo'q edi. vodorod bombasini ishlab chiqish. Bu ish o'ta maxfiy deb hisoblangan ("O'ta maxfiy, maxsus papka" muhri bilan). Aytgancha, men keyin uzoq vaqt keyinchalik men SSSRda termoyadroviy sintezga qiziqish tuganmas energiya manbasini yaratish istagi bilan bog'liq deb o'yladim. Biroq, I. N. Golovin menga yaqinda aytganidek, termoyadroviy reaktor"kimga kerak bo'lsa", asosan butunlay boshqacha sababga ko'ra qiziqtirdi: tritiy ishlab chiqarish uchun neytronlar manbai sifatida. Qanday bo'lmasin, loyiha shu qadar maxfiy va muhim deb hisoblanganki, meni undan chiqarib tashlashdi (yoki 1951 yil oxirida yoki 1952 yil boshida): ular birinchi bo'limda mehnat daftarchalari va bu ish bo'yicha o'zlarining hisobotlarini berishni to'xtatdilar. . Bu mening "maxsus faoliyatim" cho'qqisi edi. Yaxshiyamki, bir necha yil o'tgach, I.V.Kurchatov va uning hamkasblari termoyadro muammosini tezda hal qilish mumkin emasligini tushunishdi va 1956 yilda u maxfiylashtirildi.

Chet elda termoyadroviy reaktorlar ustida ish xuddi shu davrda, asosan yopiq loyiha sifatida boshlandi va ularning SSSRda tasniflanishi (o'sha paytda bizning mamlakatimiz uchun mutlaqo ahamiyatsiz qaror) katta ijobiy rol o'ynadi: muammoni hal qilish. xalqaro konferensiyalar va hamkorlik ob’ektiga aylandi. Ammo endi 45 yil o'tdi va ishlaydigan (energiya ishlab chiqaruvchi) termoyadroviy reaktor yaratilmadi va, ehtimol, o'sha paytgacha biz yana o'n yil kutishimiz kerak, balki undan ham ko'proq. Termoyadro sintezi bo'yicha ishlar butun dunyoda va juda keng jabhada olib borilmoqda. Ayniqsa, tokamak tizimi yaxshi rivojlangan (qarang: “Fan va hayot”, 1973 yil 3-son). Bir necha yildirki, u amalga oshirilmoqda xalqaro loyiha ITER (Xalqaro termoyadroviy eksperimental reaktor). Bu 2005 yilgacha kelajakdagi termoyadroviy reaktorning prototipi sifatida qurilishi kerak bo'lgan taxminan 10 milliard dollarlik ulkan tokamak. Biroq, hozirda qurilish asosan yakunlangani sababli, moliyaviy qiyinchiliklar paydo bo'ldi. Bundan tashqari, ba'zi fiziklar muqobil dizaynlar va kichikroq loyihalarni, masalan, yulduzlar deb ataladigan loyihalarni ko'rib chiqish mantiqiy deb hisoblashadi. Umuman olganda, haqiqiy termoyadro reaktorini yaratish imkoniyatiga endi hech qanday shubha yo'q va muammoning og'irlik markazi, men tushunganimdek, muhandislik va iqtisodiy sohalarga ko'chdi. Biroq, ITER yoki u bilan raqobatlashadigan ba'zi bir ulkan va noyob o'rnatish, albatta, fizikaga bo'lgan qiziqishini saqlab qoladi.

Haqida muqobil yo'llar energiya ishlab chiqarish uchun yorug'lik yadrolarining sintezi, so'ngra "sovuq termoyadroviy sintez" (masalan, elektrolitik hujayralarda) ehtimoli haqidagi umidlardan voz kechadi. Turli xil fokuslar bilan tezlatgichlardan foydalanadigan loyihalar ham mavjud va nihoyat, inertial yadro sintezi, masalan, "lazer sintezi" mumkin. Uning mohiyati quyidagicha. Juda oz miqdorda deyteriy va tritiy aralashmasi bo'lgan shisha ampula har tomondan kuchli lazer impulslari bilan nurlanadi. Ampula bug'lanadi va yorug'lik bosimi uning tarkibini shunchalik siqadiki, aralashmada termoyadroviy reaktsiya "yonib ketadi". Odatda bu taxminan 100 kg TNTga ekvivalent portlash bilan sodir bo'ladi. Gigant inshootlar qurilmoqda, ammo ular sirligi tufayli ular haqida kam ma'lum: aftidan ular termoyadro portlashlarini taqlid qilishga umid qilishmoqda. Qanday bo'lmasin, inertial sintez muammosi muhim va qiziqarli.

Muammo 2 - yuqori haroratli va xona haroratidagi o'ta o'tkazuvchanlik (qisqacha HTSC va HTSC).

Fizikadan uzoq odam uchun qattiq, HTSC muammosini "ro'yxat" dan olib tashlash vaqti kelgandek tuyulishi mumkin, chunki 1986-1987 yillarda. shunday materiallar yaratilgan. Ularni fiziklar va kimyogarlar tomonidan o'rganilayotgan juda ko'p miqdordagi boshqa moddalar toifasiga o'tkazish vaqti kelmadimi? Aslida, bu mutlaqo shunday emas. Kupratlardagi (mis birikmalari) o'ta o'tkazuvchanlik mexanizmi noaniqligicha qolayotganini aytish kifoya (eng yuqori harorat T c = 135 K bosimsiz HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x uchun erishildi; u uchun allaqachon juda katta bosim ostida T c = 164 K). Hech bo'lmaganda, mening fikrimcha, kuchli ulanish bilan elektron-fonon o'zaro ta'siri juda muhim rol o'ynaydi, ammo bu etarli emas, "bir narsa" ham kerak. Umuman olganda, HTSCni o'rganishga sarflangan katta sa'y-harakatlarga qaramay, savol ochiq (10 yil davomida ushbu mavzu bo'yicha 50 mingga yaqin nashrlar nashr etilgan). Lekin bu erda asosiy narsa, albatta, CTSC yaratish imkoniyatidir. Bu hech narsaga zid emas, lekin muvaffaqiyatga ishonch hosil qilish mumkin emas.

Metall vodorod (muammo 3 ) taxminan uch million atmosfera bosimi ostida ham hali yaratilmagan (biz past harorat haqida gapiramiz). Biroq, molekulyar vodorodni yuqori bosim ostida o'rganish bir qator kutilmagan va qiziqarli xususiyatlarni aniqladi. Siqilganida zarba to'lqinlari va taxminan 3000 K haroratda, vodorod aftidan yuqori o'tkazuvchan suyuqlik fazasiga aylanadi.

Da yuqori qon bosimi Suvda va boshqa bir qator moddalarda ham o'ziga xos xususiyatlar aniqlangan. Fullerenlarni "ekzotik" moddalar deb tasniflash mumkin. Yaqinda ular "oddiy" fulleren C 60 ga qo'shimcha ravishda C 36 ni o'rganishni boshladilar, ular juda ko'p bo'lishi mumkin. yuqori harorat doping paytida supero'tkazuvchi o'tish - boshqa element atomlarining kristall panjara yoki molekulaga "qo'shilishi".

Fizika bo'yicha 1998 yil Nobel mukofoti kasrni kashf etgani va izohlagani uchun berilgan kvant effekti Holla muammo 4 (Qarang: "Fan va hayot" №). Aytgancha, Nobel mukofoti ham butun sonli kvant Xoll effektini kashf etgani uchun berilgan (1985 yilda). Kasr kvant Xoll effekti 1982 yilda ochilgan (butun son 1980 yilda ochilgan); oqim ikki o'lchovli elektron "gaz" da (aniqrog'i, suyuqlikda, chunki u erda elektronlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir, ayniqsa fraksiyonel ta'sir uchun muhim) oqayotganida kuzatiladi. Kutilmagan va juda qiziqarli xususiyat kasr kvant Xoll effekti - zaryadli kvazizarralarning mavjudligi e* = (1/3)e, Qayerda e- elektron zaryadi va boshqa miqdorlar. Shuni ta'kidlash kerakki, ikki o'lchovli elektron gaz (yoki umuman aytganda, suyuqlik) boshqa hollarda ham qiziq.

Muammo 5 (qattiq jism fizikasining ba'zi savollari) endi tom ma'noda cheksizdir. Men faqat mumkin bo'lgan mavzularni aytib berdim va agar men ma'ruza o'qiyotgan bo'lsam, e'tiborimni heterostrukturalarga (shu jumladan " kvant nuqtalari") va mezoskopik. Qattiq jismlar qadimdan yagona va yaxlit narsa hisoblanib kelgan. Biroq nisbatan yaqinda qattiq jismda turli xil kimyoviy tarkibga ega boʻlgan va turli xil kimyoviy tarkibga ega boʻlgan hududlar mavjudligi maʼlum boʻldi. jismoniy xususiyatlar, keskin belgilangan chegaralar bilan ajratilgan. Bunday tizimlar heterojen deyiladi. Bu, aytaylik, ma'lum bir namunaning qattiqligi yoki elektr qarshiligi ularning to'plami uchun o'lchangan o'rtacha qiymatlardan keskin farq qiladi; kristall yuzasi uning ichki qismidan farq qiluvchi xususiyatlarga ega va hokazo. Bunday hodisalarning to'plami mezoskopik deb ataladi. Mezoskopik hodisalarni o'rganish nozik plyonkali yarim o'tkazgichlar, yuqori haroratli o'ta o'tkazgichlar va boshqalarni yaratish uchun juda muhimdir.

Muammo haqida 6 (fazali o'tishlar va boshqalar) biz quyidagilarni aytishimiz mumkin. He-3 ning past haroratli supersuyuqlik fazalarining kashf etilishi qayd etildi Nobel mukofoti fizika bo'yicha 1996 yil (qarang: "Fan va hayot" 1997 yil 1-son). Maxsus e'tibor So'nggi uch yil ichida gazlardagi Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi (BEC) e'tiborni tortdi. Bular, shubhasiz, juda qiziq asarlar, lekin ular keltirib chiqargan “bom”lar, nazarimda, ko‘p jihatdan tarixni bilmaslik bilan bog‘liq. Orqaga 1925 yilda, Eynshteyn BEC e'tibor qaratdi, lekin uzoq vaqt unga e'tibor berilmagan va ba'zida uning haqiqatiga shubha qilingan. Ammo bu vaqtlar uzoq o'tdi, ayniqsa 1938 yildan keyin, F. London BECni He-4 ning ortiqcha suyuqlik bilan bog'lagan. Albatta, geliy II suyuqlik bo'lib, BEC unda, so'z bilan aytganda, uning sof shaklida ko'rinmaydi. Uni kamyoblangan gazda kuzatish istagi juda tushunarli va asosli, ammo unda kutilmagan va tubdan yangi narsaning kashf etilishini ko'rish jiddiy emas. Yana bir narsa shundaki, 1995 yilda va undan keyin Rb, Na, Li va nihoyat H gazlarida BEC ning amalga oshirilishi eksperimental fizikaning juda katta yutug'idir. Bu gazlarni juda past haroratgacha sovutish va ularni tuzoqlarda saqlash usullarini ishlab chiqish natijasida mumkin bo'ldi (buning uchun, aytmoqchi, fizika bo'yicha Nobel mukofoti 1997 yil uchun berilgan, qarang: "Fan va hayot" № 1, 1998). Gazlarda BECni amalga oshirish nazariy ishlar va maqolalar oqimiga olib keldi. Bose-Einshteyn kondensatida atomlar kogerent holatda bo'ladi va interferentsiya hodisalari kuzatilishi mumkin, bu esa "atom lazeri" tushunchasining paydo bo'lishiga olib keldi (qarang: "Fan va hayot" 1997 yil 10-son).

Mavzular 7 Va 8 juda keng, shuning uchun yangi va muhim narsani ajratib ko'rsatish qiyin. Har xil atomlar va molekulalarning klasterlariga (biz oz miqdordagi zarrachalarni o'z ichiga olgan shakllanishlar haqida gapiramiz) ortib borayotgan va to'liq asosli qiziqishni ta'kidlamoqchiman. Suyuq kristallar va ferroelektriklar (yoki inglizcha terminologiyada ferroelektrik) bo'yicha tadqiqotlar juda qiziq. Yupqa ferroelektrik plyonkalarni o'rganish ham e'tiborni tortmoqda.

Fullerenlar haqida (muammo 9 ) allaqachon aytib o'tilgan va uglerod nanotubalari bilan birga bu hudud gullab-yashnamoqda (qarang: "Fan va hayot" 1993 yil 11-son).

O'ta kuchli magnit maydonlardagi materiya haqida (xususan, qobiqda neytron yulduzlari), shuningdek, yarimo'tkazgichlarda mos keladigan effektlarni modellashtirish haqida (muammo 10 ) yangi hech narsa yo'q. Bunday fikr tushkunlikka tushmasligi yoki savol tug'dirmasligi kerak: nega bu muammolarni "ro'yxatga" qo'yish kerak? Birinchidan, ular, menimcha, fizik uchun o'ziga xos jozibaga ega; ikkinchidan, masalaning ahamiyatini tushunish uning bugungi holati bilan yetarlicha tanishish bilan bog‘liq emas. Axir, "dastur" qiziqishni uyg'otish va mutaxassislarni mavjud maqola va ma'ruzalarda muammoning holatini yoritishga undashga qaratilgan.

Chiziqli bo'lmagan fizika bo'yicha (muammolar 11 "ro'yxatda") vaziyat boshqacha. Materiallar juda ko'p va jami barcha ilmiy nashrlarning 10-20% gacha chiziqli bo'lmagan fizikaga bag'ishlangan.

20-asrni ba'zan nafaqat atom davri, balki lazer davri deb ham atashgani bejiz emas. Lazerlarni takomillashtirish va ularni qo'llash sohasini kengaytirish jadal sur'atlarda davom etmoqda. Lekin muammo 12 - bular umuman lazerlar emas, birinchi navbatda o'ta kuchli lazerlar. Shunday qilib, intensivlik (quvvat zichligi) allaqachon erishilgan lazer nurlanishi 10 20 - 10 21 Vt sm -2. Ushbu intensivlikda elektr maydon kuchi 10 12 V sm -1 ga etadi, bu vodorod atomining er sathida proton maydonidan ikki marta kuchliroqdir. Magnit maydon 10 9 - 10 10 oerstedga etadi. 10-15 s gacha bo'lgan (ya'ni, bir femtosekundgacha) juda qisqa impulslardan foydalanish, xususan, attosekundlar (10-18 s) davomiylikdagi rentgen impulslarini olish uchun bir qator imkoniyatlarni ochib beradi. . Tegishli muammo - mos ravishda rentgen va gamma diapazonlarida lazerlarning analoglari - razers va greyzerlarni yaratish va ulardan foydalanish.

Muammo 13 - yadro fizikasi sohasidan. Bu juda katta, shuning uchun men faqat ikkita savolni ta'kidladim. Birinchidan, bu uzoq transuran elementlari bo'lib, ularning individual izotoplari uzoq umr ko'rishiga umid qiladi (bunday izotop sifatida protonlar soni bo'lgan yadro ko'rsatilgan) Z= 114 va neytronlar N= 184, ya'ni massa raqami bilan A = Z + N= 298). Bilan ma'lum transuran elementlari Z < 114 живут лишь секунды или доли секунды. Существование в космических лучах долгоживущих (речь идет о миллионах лет) трансурановых ядер пока подтверждено не было. В начале 1999 г. появилось сообщение, что в Дубне синтезирован 114-й элемент с массовым числом 289, живущий около 30 секунд. Поэтому возникла надежда, что элемент действительно окажется очень долгоживущим. Во-вторых, под "экзотическими" ядрами подразумеваются также гипотетические ядра из нуклонов и антинуклонов повышенной плотности, не говоря уже о ядрах несферической формы и с некоторыми другими особенностями. Сюда же примыкает проблема кварковой материи и кварк-глюонной плазмы, получение которой планируется в XXI asrning boshi asr.

Mikrofizika

Bilan muammolar 14 tomonidan 20 aftidan, zarralar fizikasi deb ataladigan eng to'g'ri sohaga tegishli. Biroq, bir vaqtlar bu nom qandaydir tarzda kamdan-kam qo'llanila boshlandi, chunki u eskirgan. Muayyan bosqichda, xususan, nuklonlar va mezonlar elementar hisoblangan. Endi ma'lumki, ular (biroz shartli ma'noda bo'lsa ham) kvarklar va antikvarklardan iborat bo'lib, ular, ehtimol, qandaydir zarrachalar - preonlar va boshqalardan ham "tarkibdir". Biroq, hali bunday farazlar uchun asoslar mavjud emas va "matryoshka" - materiyaning tobora kichikroq qismlarga bo'linishi - bir kun kelib tugashi kerak. Qanday bo'lmasin, bugungi kunda biz kvarklarni bo'linmas va shu ma'noda elementar deb hisoblaymiz - "lazzatlar" (gullar) deb ataladigan antikvarklarni hisobga olmaganda, ularning 6 turi mavjud: u(yuqoriga), d(pastga), c(jozibasi), s(begonalik), t(yuqorida) va b(pastki), shuningdek, elektron, pozitron va boshqa bir qator zarralar. Elementar zarrachalar fizikasining eng dolzarb muammolaridan biri bu izlanish va hamma umid qilganidek, Xiggs - Xiggs bozonini kashf qilishdir (Science and Life No 1, 1996). Uning massasi 1000 GeV dan kam, lekin katta ehtimol bilan 200 GeV dan kamroq deb taxmin qilinadi. Qidiruv CERN va Fermilab tezlatgichlarida olib boriladi va amalga oshiriladi. Yuqori energiya fizikasining asosiy umidi CERNda qurilayotgan LHC (Large Adron Colleider) tezlatgichidir. U 14 TeV (10 12 eV) energiyaga etadi, lekin aftidan faqat 2005 yilda.

Boshqa muhim vazifa- supersimmetrik zarrachalarni qidiradi. 1956 yilda fazoviy paritetning saqlanmaganligi aniqlandi ( P) zaif o'zaro ta'sirlar bilan - dunyo assimetrik bo'lib chiqdi, "o'ng" "chap" ga teng emas. Biroq, tajribalar shuni ko'rsatdiki, barcha o'zaro ta'sirlar nisbatan o'zgarmasdir C.P.-konjugatsiya, ya'ni o'ngni chapga almashtirishda zarrachaning antizarra bilan bir vaqtda o'zgarishi. 1964 yilda parchalanish aniqlandi TO-meson, bu shuni ko'rsatdi C.P.-invariantlik buziladi (1980 yilda bu kashfiyot Nobel mukofoti bilan taqdirlangan). Saqlamaydigan jarayonlar C.P.-invariantlar juda kam uchraydi. Hozircha faqat bitta boshqa reaksiya aniqlangan, ikkinchisi esa savol ostida. Ba'zi umidlar bog'langan protonning parchalanish reaktsiyasi qayd etilmagan, ammo bu ajablanarli emas: protonning o'rtacha umri 1,6 10 33 yil. Savol tug'iladi: vaqtni almashtirishda o'zgarmaslik saqlanib qoladimi? t- t? Bu asosiy savol muhim fizik jarayonlarning qaytarilmasligini tushuntirish. Jarayonlarning tabiati C.P.-saqlanmaganligi aniq emas, ularning tadqiqotlari davom etmoqda.

Muammoning boshqa "bo'limlari" qatorida eslatib o'tilgan neytrino massasi haqida 16 , muammoni muhokama qilishda quyida aytiladi 30 (neytrino fizikasi va astronomiya). Keling, muammoga to'xtalib o'tamiz 17 va aniqroq, asosiy uzunlikda.

Nazariy hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, masofalargacha l f= 10 -17 sm (ko'pincha, lekin ular 10 -16 sm ni ko'rsatadi) va vaqtlar t f = l f /c ~ 10 -27 s Mavjud fazo-vaqt tushunchalari haqiqiydir. Kichikroq miqyosda nima sodir bo'ladi? Bu savol nazariyaning mavjud qiyinchiliklari bilan birgalikda ma'lum bir fundamental uzunlik va vaqtning mavjudligi haqidagi gipotezaga olib keldi " yangi fizika" va ba'zi noodatiy fazo-vaqt tushunchalari ("granulyar fazo-vaqt" va boshqalar). Boshqa tomondan, yana bir fundamental uzunlik ma'lum va fizikada muhim rol o'ynaydi - Plank deb ataladigan yoki tortishish uzunligi. l g= 10 -33 sm.

Uning jismoniy ma'nosi shundan iboratki, kichikroq miqyoslarda, xususan, umumiy nisbiylik nazariyasidan (GTR) foydalanish endi mumkin emas. Bu erda hali to'liq shaklda yaratilmagan tortishishning kvant nazariyasidan foydalanish kerak. Shunday qilib, l g- fazo-vaqt haqidagi klassik g'oyalarni cheklaydigan ba'zi bir asosiy uzunlik aniq. Ammo bu g'oyalar ba'zilarida ham ertaroq "muvaffaqiyatsiz" emas, deb aytish mumkinmi? l f , bu to'liq 16 ta kattalik kichikroq l g?

"Uzunlikka hujum" ikki tomondan amalga oshiriladi. Nisbatan past energiya tomonida, bu to'qnashuv nurlari (kollayderlar) va birinchi navbatda yuqorida aytib o'tilgan LHC bo'yicha yangi tezlatgichlarni qurish, uzunligi 14 TeV energiyaga ega. l = ћc/E c = =1,4 . Kosmik nurlarda maksimal energiyaga ega 10 -18 sm zarralar qayd etilgan E = 3 . 10 20 eV. Biroq, bunday zarralar juda kam va ularni yuqori energiya fizikasida bevosita ishlatish mumkin emas. Taqqoslash mumkin bo'lgan uzunliklar l g, faqat kosmologiyada (va, asosan, qora tuynuklar ichida) paydo bo'ladi.

Zarrachalar fizikasida energiya juda keng qo'llaniladi E o= 10 16 eV, "katta birlashish" ning hali tugallanmagan nazariyasida - elektr zaif va kuchli o'zaro ta'sirlarning birlashishi. Uzunlik l o = =ћc/E o= 10 -30 sm, va shunga qaramay u kattaligidan uch marta kattaroqdir l g. O'rtada nima sodir bo'ladi l o va l g Ko'rinib turibdiki, buni aytish juda qiyin. Ehtimol, bu erda qandaydir asosiy uzunlik yashiringandir l f, shunday l g < l f< l o?

Muammolar to'plami haqida 19 (vakuum va juda kuchli magnit maydonlar) ular juda dolzarb ekanligi haqida bahslashish mumkin. 1920 yilda Eynshteyn ta'kidlagan edi: "... umumiy nisbiylik nazariyasi kosmosni jismoniy xususiyatlar bilan ta'minlaydi, shuning uchun bu ma'noda efir mavjud ..." Kvant nazariyasi virtual juftliklar, turli fermionlar va nol bilan "bo'sh joy" bilan ta'minlangan. elektromagnit va boshqa maydonlarning nuqta tebranishlari.

Muammo 20 - satrlar va M- nazariya (“Fan va hayot” No 8, 9, 1996). Aytish mumkinki, bu bugungi kunda nazariy fizikaning oldingi yo'nalishidir. Aytgancha, "torlar" atamasi o'rniga, birinchi navbatda, kosmik torlar bilan chalkashmaslik uchun "superstrings" nomi ishlatiladi (muammo 25 ), ikkinchidan, supersimmetriya tushunchasidan foydalanishni ta'kidlash. Supersimmetrik nazariyada har bir zarracha turli statistik ma'lumotlarga ega bo'lgan sherik bilan bog'langan, masalan, foton (spinli bozon) fotono (spin 1/2 bo'lgan fermion) va boshqalar bilan bog'langan. Darhol shuni ta'kidlash kerakki, supersimmetrik sheriklar (zarralar) hali kashf etilmagan. Ularning massasi 100-1000 GeV dan kam emas. Bu zarrachalarni izlash tajribali yuqori energiya fizikasining asosiy vazifalaridan biridir.

Nazariy fizika hali bir qator savollarga javob bera olmaydi, masalan: tortishishning kvant nazariyasini qanday qurish va uni boshqa o'zaro ta'sirlar nazariyasi bilan birlashtirish; nima uchun kvarklarning faqat olti turi va leptonlarning olti turi mavjud ko'rinadi; nega neytrino massasi juda kichik; nozik tuzilish konstantasi 1/137 va boshqa bir qancha konstantalarni nazariyadan qanday aniqlash mumkin. Boshqacha aytganda, fizikaning yutuqlari qanchalik ulug‘vor va ta’sirli bo‘lmasin, hal qilinmagan fundamental muammolar ko‘p. Superstring nazariyasi hali bu kabi savollarga javob bermagan, ammo u to'g'ri yo'nalishda taraqqiyotni va'da qilmoqda.

Kvant mexanikasi va kvant maydon nazariyasida elementar zarralar nuqtali hisoblanadi. Superstring nazariyasida elementar zarralar xarakterli o'lchamlari 10 -33 sm bo'lgan bir o'lchovli jismlarning (torlarning) tebranishlaridir. Ular to'rt o'lchovli ("oddiy") makonda emas, balki, masalan, 10 yoki 11 o'lchovli bo'shliqlarda ko'rib chiqiladi.

Superstringlar nazariyasi hali hech qanday jismoniy natijalarga olib kelmagan va ular bilan bog'liq holda, natijalar haqida emas, balki L. D. Landau aytganidek, asosan "jismoniy umidlar" ni eslatib o'tish mumkin. Ammo natijalarni nima deb atashimiz kerak? Zero, matematik konstruktsiyalar va simmetriyaning turli xossalarini ochish ham natijalardir. Bu simlarni o'rganayotgan fiziklarga "hamma narsa nazariyasi" degan oddiy bo'lmagan terminologiyani simlar nazariyasiga qo'llashdan to'xtatmadi.

Nazariy fizika oldida turgan muammolar va ko‘rib chiqilayotgan savollar nihoyatda murakkab va chuqur bo‘lib, ularga javob topish uchun qancha vaqt ketishi noma’lum. Superstring nazariyasi chuqur va rivojlanayotgan narsa ekanligini his qiladi. Uning mualliflarining o'zlari faqat ba'zi cheklangan holatlarni tushunishlarini da'vo qilishadi va faqat umumiy nazariyaning maslahatlari haqida gapirishadi. M-nazariya, ya'ni sehrli yoki mistik.

(Oxiri quyidagicha.)

Rossiya Fanlar akademiyasi Prezidiumining murojaati

Gazeta va jurnallarda, tele va radiodasturlarda ilmga zid va savodsiz maqolalarning ustunligi barchani jiddiy tashvishga solmoqda. mamlakat olimlari. Gap millat kelajagi haqida bormoqda: tarbiyalangan yangi avlod astrolojik prognozlar va okkultizm ilmlariga ishonish, XXI asr odamlariga munosib ilmiy dunyoqarashni saqlab qolish, aks holda mamlakatimiz o‘rta asr tasavvufiga qaytadi. Jurnal har doim faqat ilm-fan yutuqlarini targ'ib qilgan va boshqa pozitsiyalarning noto'g'riligini tushuntirgan (qarang, masalan, "Fan va hayot" 1992 yil 5, 6-son). Rossiya Fanlar akademiyasi Prezidiumining 1999 yil 16 martdagi 58-A-sonli qarori bilan qabul qilingan murojaatini e’lon qilish orqali biz bu ishni davom ettirmoqdamiz va o‘quvchilarimiz safida hamfikrlarni ko‘ramiz.

O'TKAZMANG!

Rossiya olimlari, professorlari va universitet o'qituvchilari, maktab va texnikum o'qituvchilari, Rossiya ziyolilarining barcha vakillariga.

Hozirgi vaqtda mamlakatimizda psevdofan va paranormal e'tiqodlar keng va hech qanday to'siqsiz tarqatilib, targ'ib qilinmoqda: astrologiya, shamanizm, okkultizm va boshqalar. Davlat mablag'lari hisobidan turli bema'ni loyihalarni amalga oshirishga urinishlar, masalan, torsion generatorlarini yaratish. Rossiya aholisini televidenie va radio dasturlari, ochiqdan-ochiq aksil-ilmiy mazmundagi maqolalar va kitoblar aldamoqda. Mahalliy davlat va xususiy ommaviy axborot vositalarida sehrgarlar, sehrgarlar, folbinlar va payg'ambarlarning shanba kuni to'xtamaydi. Pseudoscience jamiyatning barcha qatlamlariga, uning barcha institutlariga, shu jumladan Rossiya Fanlar akademiyasiga kirib borishga intiladi.

Bu mantiqsiz va tub axloqsiz tendentsiyalar, shubhasiz, millatning normal ma'naviy rivojlanishiga jiddiy xavf tug'diradi.

Rossiya Fanlar akademiyasi obskurantizmning misli ko'rilmagan boshlanishiga befarq qaray olmaydi va qaramasligi kerak va unga munosib javob berishga majburdir. Shu maqsadda Rossiya Fanlar akademiyasining Prezidiumi soxta fan va ilmiy tadqiqotlarni soxtalashtirishga qarshi kurash komissiyasini tuzdi.

RASning soxta ilm-fan va ilmiy tadqiqotlarni qalbakilashtirishga qarshi kurash komissiyasi allaqachon ish boshlagan. Biroq, soxta ilm-fanga qarshi kurashga Rossiyada olimlar va o'qituvchilarning keng doirasi e'tibor bergan taqdirdagina sezilarli muvaffaqiyatlarga erishish mumkinligi aniq.

Rossiya Fanlar akademiyasining prezidiumi sizni ommaviy axborot vositalarida ham, maxsus nashrlarda ham soxta ilmiy va nodon nashrlarning paydo bo'lishiga faol munosabatda bo'lishga, charlatan loyihalarni amalga oshirishga qarshi turishga, har qanday g'ayritabiiy va g'ayritabiiy harakatlarni fosh qilishga chaqiradi. -ilmiy “akademiyalar”, ilmiy bilimlarning fazilatlarini va voqelikka oqilona munosabatni dunyo miqyosida targ‘ib qilish.

Biz radio va televideniye kompaniyalari, gazeta va jurnallar rahbarlarini, ko‘rsatuv va nashrlar mualliflari va muharrirlarini soxta ilmiy va johil ko‘rsatuv va nashrlarni yaratmaslik va tarqatmaslikka hamda ommaviy axborot vositalarining millat ma’naviy-axloqiy tarbiyasi uchun mas’uliyatini unutmaslikka chaqiramiz. .

Hozirgi va kelajak avlodning ma’naviy salomatligi har bir olimning bugungi mavqei va faoliyatiga bog‘liq!

Rossiya Fanlar akademiyasining prezidiumi.

Hayot ekologiyasi. “O‘rmonga daraxt qulab tushsa-yu, hech kim eshitmasa, u ovoz chiqaradimi?” kabi standart mantiqiy masalalardan tashqari, son-sanoqsiz topishmoqlar mavjud.

“O‘rmonga daraxt qulab tushsa-yu, uni hech kim eshitmasa, u ovoz chiqaradimi?” kabi standart mantiqiy muammolardan tashqari, son-sanoqsiz topishmoqlar barcha fanlar bo‘yicha odamlarning ongini sinashda davom etmoqda. zamonaviy fan va gumanitar fanlar.

"So'zning universal ta'rifi bormi?", "Rang jismoniy mavjudmi yoki u faqat bizning ongimizda paydo bo'ladimi?" va "ertaga quyosh chiqishi ehtimoli qanday?" odamlarning uxlashiga yo'l qo'ymang. Biz ushbu savollarni barcha sohalar: tibbiyot, fizika, biologiya, falsafa va matematika bo'yicha to'pladik va ularni sizga berishga qaror qildik. Javob bera olasizmi?

Nima uchun hujayralar o'z joniga qasd qiladi?

Apoptoz deb nomlanuvchi biokimyoviy hodisa ba'zan "dasturlashtirilgan hujayra o'limi" yoki "hujayra o'z joniga qasd qilish" deb ataladi. Ilm-fan to'liq tushunmaydigan sabablarga ko'ra, hujayralar nekrozdan (kasallik yoki shikastlanish natijasida kelib chiqqan hujayra o'limi) butunlay farq qiladigan juda uyushtirilgan va kutilgan tarzda "o'lishga qaror qilish" qobiliyatiga ega. Dasturlashtirilgan hujayralar o'limi natijasida taxminan 50-80 milliard hujayra nobud bo'ladi inson tanasi har kuni, lekin ularning orqasidagi mexanizm va hatto bu niyat to'liq tushunilmagan.

Bir tomondan, juda ko'p dasturlashtirilgan hujayra o'limi mushaklar atrofiyasi va mushaklar kuchsizligiga olib keladi, boshqa tomondan, to'g'ri apoptozning yo'qligi hujayralarning ko'payishiga imkon beradi, bu esa saratonga olib kelishi mumkin. Apoptozning umumiy tushunchasi birinchi marta nemis olimi Karl Fogt tomonidan 1842 yilda tasvirlangan. O'shandan beri bu jarayonni tushunishda sezilarli yutuqlarga erishildi, ammo buning uchun hali to'liq tushuntirish yo'q.

Ongning hisoblash nazariyasi

Ba'zi olimlar aqlning faoliyatini kompyuterning axborotni qayta ishlash usuli bilan tenglashtiradilar. Shunday qilib, 60-yillarning o'rtalarida ongning hisoblash nazariyasi ishlab chiqildi va inson mashinaga qarshi jiddiy kurasha boshladi. Oddiy qilib aytganda, sizning miyangiz kompyuter, sizning ongingiz esa shunday deb tasavvur qiling operatsion tizim qaysi uni boshqaradi.

Agar siz kompyuter fanlari kontekstiga kirsangiz, o'xshashlik oddiy: nazariy jihatdan, dasturlar bir qator kirish ma'lumotlari (tashqi ogohlantirishlar, ko'rish, tovush va boshqalar) va xotira (bularni jismoniy qattiq deb hisoblash mumkin) asosida ma'lumotlarni ishlab chiqaradi. haydovchi va bizning psixologik xotiramiz). Dasturlar turli xil ma'lumotlarga ko'ra takrorlanadigan sonli qadamlarga ega bo'lgan algoritmlar tomonidan boshqariladi. Miya singari, kompyuter ham jismonan hisoblay olmaydigan narsalarni tasvirlashi kerak - va bu nazariya foydasiga eng kuchli dalillardan biridir.

Biroq, hisoblash nazariyasi ongning vakillik nazariyasidan farq qiladi, chunki hamma holatlar ham ifodali emas (depressiya kabi) va shuning uchun hisoblash ta'siriga javob bera olmaydi. Ammo bu muammo falsafiy: ongning hisoblash nazariyasi tushkunlikka tushgan miyalarni "qayta dasturlash" ga kelgunga qadar yaxshi ishlaydi. Biz zavod sozlamalarini tiklay olmaymiz.

Ongning qiyin muammosi

Falsafiy dialoglarda "ong" "qualia" deb ta'riflanadi va kvaliya muammosi, ehtimol, insoniyatni abadiy ta'qib qiladi. Qualia sub'ektiv ongli tajribaning individual ko'rinishlarini tasvirlaydi - masalan. bosh og'rig'i. Biz hammamiz bu og'riqni boshdan kechirdik, lekin biz bir xil bosh og'rig'ini boshdan kechirganimizni yoki tajriba bir xil bo'lganligini o'lchashning hech qanday usuli yo'q, chunki og'riqni boshdan kechirish bizning uni idrok etishimizga asoslanadi.

Ongni aniqlash uchun ko'plab ilmiy urinishlar qilingan bo'lsa-da, hech kim umumiy qabul qilingan nazariyani ishlab chiqmagan. Ba'zi faylasuflar buning ehtimolini shubha ostiga qo'yishdi.

Getye muammosi

Gyotening muammosi: "Aqlli haqiqiy e'tiqod bilimmi?" Bu mantiqiy boshqotirma eng zerikarli jumboqlardan biridir, chunki u bizdan haqiqat universal konstanta ekanligi haqida o'ylashni talab qiladi. U og'irlikni ham ko'taradi fikrlash tajribalari va falsafiy argumentlar, shu jumladan "oqlangan haqiqiy e'tiqod":

A sub'ekti B taklifi to'g'ri ekanligini biladi, agar:

B haqiqat

va A B haqiqat deb hisoblaydi,

va A B ning to'g'ri ekanligiga ishonch oqlanganiga ishonch hosil qiladi.

Gyote kabi muammoli tanqidchilar haqiqatga to'g'ri kelmaydigan narsani oqlab bo'lmaydi, deb hisoblashadi (chunki "haqiqat" argumentni o'zgarmas maqomga ko'taradigan tushuncha hisoblanadi). Biror kishi uchun nafaqat haqiqat bo'lishi nimani anglatishini, balki uning haqiqat ekanligiga ishonish nimani anglatishini ham aniqlash qiyin. Va bu sud tibbiyotidan tortib tibbiyotgacha bo'lgan hamma narsaga katta ta'sir ko'rsatdi.

Barcha ranglar bizning boshimizdami?

Inson tajribasining eng murakkab jihatlaridan biri rangni idrok etish bo'lib qolmoqda: bizning dunyomizdagi jismoniy ob'ektlar aslida biz tan oladigan va ishlov beradigan rangga egami yoki rang berish jarayoni butunlay boshimizda sodir bo'ladimi?

Biz bilamizki, ranglar o'zlarining mavjudligi turli to'lqin uzunliklariga bog'liq, ammo rangni idrok qilish haqida gap ketganda, bizning umumiy nomenklaturamiz va oddiy fakt Agar biz to'satdan universal palitramizda ilgari ko'rilmagan rangga duch kelsak, boshimiz portlab ketishi mumkin, bu g'oya olimlarni, faylasuflarni va barchani hayratda qoldirishda davom etmoqda.

Qorong'u materiya nima?

Astrofiziklar qorong'u materiya nima emasligini bilishadi, lekin ular bu ta'rifdan umuman mamnun emaslar: biz uni hatto eng kuchli teleskoplar bilan ham ko'ra olmasak ham, biz bilamizki, koinotda oddiy materiyadan ko'ra ko'proq. U yorug'likni o'ziga singdirmaydi va chiqarmaydi, lekin katta jismlarning (sayyoralar va boshqalar) tortishish ta'siridagi farq olimlarni ularning harakatida ko'rinmas narsa rol o'ynaydi, degan fikrga olib keldi.

1932 yilda birinchi marta taklif qilingan nazariya asosan "yo'qolgan massa" muammosiga to'g'ri keldi. Qora materiyaning mavjudligi isbotlanmaganligicha qolmoqda, ammo ilmiy hamjamiyat uning mavjudligini, nima bo'lishidan qat'iy nazar, haqiqat sifatida qabul qilishga majbur.

Quyosh chiqishi muammosi

Ertaga quyosh chiqishi ehtimoli qanday? Faylasuflar va statistiklar ming yillar davomida bu savolni berib, ushbu kundalik hodisa uchun rad etib bo'lmaydigan formulani ishlab chiqishga harakat qilmoqdalar. Bu savol ehtimollik nazariyasining cheklovlarini ko'rsatish uchun mo'ljallangan. Bir kishining oldingi bilimlari, insoniyatning oldingi bilimlari va koinotning quyosh chiqishi yoki chiqmasligi haqidagi oldingi bilimlari o'rtasida juda ko'p farqlar bor deb o'ylay boshlaganimizda, qiyinchilik paydo bo'ladi.

Agar p quyosh chiqishining uzoq muddatli chastotasi va to p yagona ehtimollik taqsimoti qo'llaniladi, keyin qiymat p Quyosh haqiqatda chiqqanda har kuni oshadi va biz (inson, insoniyat, Koinot) bu sodir bo'layotganini ko'ramiz.

137-element

Taklif etilgan yakuniy element Richard Feynman nomi bilan atalgan davriy jadval Mendeleevning "Feynmaniy" - bu mumkin bo'lgan oxirgi element bo'lishi mumkin bo'lgan nazariy element; # 137 dan tashqariga o'tish uchun elementlar harakatlanishi kerak tezroq tezlik Sveta. №124 dan yuqori elementlar bir necha nanosekunddan ko'proq vaqt davomida yashash uchun etarlicha barqaror bo'lmasligi, ya'ni Feynmanium kabi element o'rganilgunga qadar o'z-o'zidan bo'linish natijasida yo'q qilinishini anglatadi.

Eng qizig'i shundaki, 137 raqami Feynmanni hurmat qilish uchun tanlangan. u bu raqam borligiga ishondi chuqur ma'no, chunki "1/137 = deyarli aniq tuzilish konstantasi deb ataladigan qiymat, elektromagnit o'zaro ta'sir kuchini aniqlaydigan o'lchovsiz miqdor."

Katta savol shundaki, bunday element faqat nazariy jihatdan mavjud bo'lishi mumkinmi va bu bizning hayotimizda sodir bo'ladimi?

"So'z" so'zining universal ta'rifi bormi?

Tilshunoslikda so'z qandaydir ma'noga ega bo'lishi mumkin bo'lgan kichik bayonotdir: amaliy yoki tom ma'noda. Bir oz kichikroq bo'lgan, lekin uning yordamida hali ham ma'noni etkazish mumkin bo'lgan morfema, so'zdan farqli o'laroq, yolg'iz turolmaydi. Siz "-stvo" deb aytishingiz va bu nimani anglatishini tushunishingiz mumkin, ammo bunday parchalardan qilingan suhbatning mantiqiy bo'lishi ehtimoldan yiroq emas.

Dunyodagi har bir tilning o‘ziga xos leksikasi mavjud bo‘lib, ular alohida so‘zlarning shakllari bo‘lgan leksemalarga bo‘linadi. Leksemalar til uchun nihoyatda muhim. Ammo yana umumiy ma'noda, eng kichik nutq birligi so'z bo'lib qoladi, u yolg'iz turishi mumkin va ma'noga ega bo'ladi; To'g'ri, masalan, zarrachalar, predloglar va birikmalarning ta'rifi bilan bog'liq muammolar mavjud, chunki ular umumiy ma'noda so'z bo'lib qolsa ham, kontekstdan tashqarida alohida ma'noga ega emas.

Million dollarlik paranormal kuchlar

1964 yilda boshlanganidan beri Paranormal Challengeda 1000 ga yaqin odam qatnashdi, ammo hech kim sovrin yutib olmagan. Jeyms Randi ta'lim jamg'armasi g'ayritabiiy yoki paranormal qobiliyatlarni ilmiy isbotlay oladigan har bir kishiga million dollar taklif qilmoqda. Yillar davomida ko'plab vositachilar o'zlarini isbotlashga harakat qilishdi, ammo ular qat'iyan rad etildi. Har bir narsa muvaffaqiyatli bo'lishi uchun arizachi tegishli darajadagi ta'lim muassasasi yoki boshqa tashkilotdan ruxsat olishi kerak.

1000 ta abituriyentning hech biri ilmiy jihatdan tasdiqlanishi mumkin bo'lgan kuzatilishi mumkin bo'lgan ruhiy paranormal qobiliyatlarni isbotlay olmasa-da, Rendining ta'kidlashicha, "juda kam" tanlov ishtirokchilari o'zlarining qobiliyatsizligi iste'dodning etishmasligi bilan bog'liq deb hisoblashadi. Ko'pincha, hamma muvaffaqiyatsizlikni asabiylashish bilan bog'ladi.

Muammo shundaki, bu musobaqada deyarli hech kim g'olib chiqmaydi. Agar kimdir g'ayritabiiy qobiliyatlarga ega bo'lsa, demak, ularni tabiat bilan tushuntirib bo'lmaydi ilmiy yondashuv. Siz nashr qildingizmi?

Quyida biz zamonaviy fizikaning hal qilinmagan muammolari ro'yxatini keltiramiz.

Ushbu muammolarning ba'zilari nazariydir. Bu shuni anglatadiki mavjud nazariyalar ba'zi kuzatilgan hodisalarni yoki eksperimental natijalarni tushuntira olmaydi.

Boshqa muammolar eksperimentaldir, ya'ni taklif qilingan nazariyani sinab ko'rish yoki hodisani batafsil o'rganish uchun eksperiment yaratishda qiyinchiliklar mavjud.

Ushbu muammolarning ba'zilari bir-biri bilan chambarchas bog'liq. Masalan, qo'shimcha o'lchamlar yoki supersimmetriya ierarxiya muammosini hal qilishi mumkin. Kvant tortishishning to'liq nazariyasi ushbu savollarning aksariyatiga javob berishi mumkin deb ishoniladi.

Koinotning oxiri qanday bo'ladi?

Javob ko'p jihatdan tenglamaning noma'lum qismi bo'lib qoladigan qorong'u energiyaga bog'liq.

Qorong'u energiya koinotning tezlashishi uchun javobgardir, ammo uning kelib chiqishi sir. Agar qorong'u energiya Uzoq vaqt davomida doimiy bo'lsa, biz "katta muzlash" ni boshdan kechirishimiz mumkin: koinot tezroq va tezroq kengayishda davom etadi va oxir-oqibat galaktikalar bir-biridan shunchalik uzoqlashadiki, hozirgi kosmos bo'shligi bolalar o'yini kabi ko'rinadi.

Agar qorong'u energiya kuchaysa, kengayish shunchalik tez bo'ladiki, nafaqat galaktikalar orasidagi, balki yulduzlar orasidagi bo'shliq ham kengayadi, ya'ni galaktikalarning o'zi parchalanadi; bu variant "katta bo'shliq" deb ataladi.

Yana bir stsenariy shundaki, qorong'u energiya kamayadi va endi tortishish kuchiga qarshi tura olmaydi, bu esa koinotning qulashiga olib keladi ("katta inqiroz").

Gap shundaki, voqealar qanday kechmasin, biz halokatga mahkummiz. Biroq, bundan oldin hali milliardlab yoki hatto trillionlab yillar bor - bu koinot qanday yo'q bo'lib ketishini aniqlash uchun etarli.

Kvant tortishish kuchi

Faol tadqiqotlarga qaramay, kvant tortishish nazariyasi hali qurilmagan. Uning qurilishidagi asosiy qiyinchilik shundaki, u bir-biriga bog'lashga urinayotgan ikkita fizik nazariya - kvant mexanikasi va umumiy nisbiylik nazariyasi (GR) turli xil printsiplar to'plamiga tayanadi.

Shunday qilib, kvant mexanikasi fizik tizimlarning (masalan, atomlar yoki elementar zarralar) tashqi fazo-vaqt fonida vaqtinchalik evolyutsiyasini tavsiflovchi nazariya sifatida tuzilgan.

Umumiy nisbiylikda tashqi fazo-vaqt yo'q — uning o'zi nazariyaning dinamik o'zgaruvchisi bo'lib, undagilarning xususiyatlariga bog'liq. klassik tizimlari

Borayotganda kvant tortishish kuchi Hech bo'lmaganda, tizimlarni kvantlar bilan almashtirish kerak (ya'ni ularni kvantlash). Rivojlanayotgan aloqa fazo-vaqt geometriyasini qandaydir kvantlashtirishni talab qiladi va bunday kvantlashning fizik ma'nosi mutlaqo noaniq va uni amalga oshirish uchun muvaffaqiyatli, izchil urinish yo'q.

Hatto chiziqlilikni kvantlashtirishga urinish ham klassik nazariya tortishish kuchi (GR) ko'plab texnik qiyinchiliklarga duch keladi — kvant tortishish tortishish doimiysi o'lchovli kattalik bo'lganligi sababli qayta normallashtirilmaydigan nazariya bo'lib chiqadi.

Vaziyat gravitatsion o'zaro ta'sirlarning zaifligi tufayli kvant tortishish sohasida to'g'ridan-to'g'ri tajribalar mavjud emasligi bilan yanada og'irlashadi. zamonaviy texnologiyalar. Shu munosabat bilan, kvant tortishishning to'g'ri formulasini izlashda biz faqat nazariy hisob-kitoblarga tayanishimiz kerak.

Xiggs bozonining mutlaqo ma'nosi yo'q. Nima uchun u mavjud?

Xiggs bozoni boshqa barcha zarralar qanday massaga ega bo'lishini tushuntiradi, lekin u ko'plab yangi savollarni ham tug'diradi. Masalan, nima uchun Xiggs bozoni barcha zarralar bilan har xil ta'sir qiladi? Shunday qilib, t-kvark u bilan elektronga qaraganda kuchliroq ta'sir qiladi, shuning uchun birinchisining massasi ikkinchisinikidan ancha yuqori.

Bundan tashqari, Xiggs bozoni spini nolga teng bo'lgan birinchi elementar zarradir.

“Oldimizda mutlaqo bor yangi hudud zarralar fizikasi, - deydi olim Richard Ruiz, - biz uning tabiati nima ekanligini bilmaymiz.

Xoking radiatsiyasi

Qora tuynuklar hosil qiladi termal nurlanish, nazariya bashorat qilganidek? Xokingning dastlabki hisob-kitobiga ko'ra, bu nurlanish ularning ichki tuzilishi haqida ma'lumotni o'z ichiga oladimi yoki yo'qmi?

Nima uchun olam antimateriyadan emas, materiyadan iborat bo'lgan?

Antimateriya bir xil materiya: u sayyoralar, yulduzlar va galaktikalarni tashkil etuvchi modda bilan bir xil xususiyatlarga ega.

Faqatgina farq - bu to'lov. Zamonaviy g'oyalarga ko'ra, yangi tug'ilgan olamda ikkalasining ham teng miqdori mavjud edi. Katta portlashdan ko'p o'tmay, materiya va antimatter yo'q qilindi (bir-birini yo'q qilish va bir-birining boshqa zarralarini yaratish uchun reaksiyaga kirishdi).

Savol shuki, qanday qilib materiyaning bir qismi saqlanib qolgan? Nega materiya muvaffaqiyatga erishdi va antimateriya arqon tortishda yutqazdi?

Ushbu tengsizlikni tushuntirish uchun olimlar CP buzilishining misollarini, ya'ni zarralar antimateriyadan ko'ra materiyani hosil qilish uchun parchalanishni afzal ko'radigan jarayonlarni sinchkovlik bilan izlaydilar.

"Avvalo, men neytrino tebranishlari (neytrinolarning antineytrinolarga aylanishi) neytrinolar va antineytrinolar o'rtasida farq qiladimi yoki yo'qligini tushunmoqchiman", deydi bu savol bilan o'rtoqlashgan Kolorado universitetidan Alisiya Marino.  "Bunday narsa hech qachon ko'rilmagan, ammo biz keyingi avlod tajribalarini intiqlik bilan kutamiz."

Hamma narsa nazariyasi

Barcha fundamental jismoniy konstantalarning qiymatlarini tushuntiruvchi nazariya bormi? Fizika qonunlari nima uchun shunday ekanligini tushuntiruvchi nazariya bormi?

To'rttasini birlashtirgan nazariyani ifodalash uchun fundamental o'zaro ta'sirlar tabiatda.

Yigirmanchi asr davomida ko'plab "hamma narsaning nazariyalari" taklif qilingan, ammo hech biri eksperimental ravishda sinovdan o'tkazilmagan yoki ba'zi nomzodlar uchun eksperimental testlarni o'rnatishda jiddiy qiyinchiliklar mavjud.

Bonus: Ball Lightning

Ushbu hodisaning tabiati qanday? To'p chaqmoq mustaqil ob'ektmi yoki u tashqaridan energiya bilan oziqlanadimi? Barcha sharli chaqmoqlar bir xil tabiatga egami yoki turli xil turlari bormi?

To'p chaqmoq - noyob suzuvchi otash shari tabiiy hodisa.

Birlashgan fizik nazariya Ushbu hodisaning paydo bo'lishi va borishi hozirgi kunga qadar taqdim etilmagan, bu hodisani gallyutsinatsiyalarga kamaytiradigan ilmiy nazariyalar ham mavjud.

Bu hodisani tushuntiruvchi 400 ga yaqin nazariyalar mavjud, biroq ularning hech biri akademik muhitda mutlaq tan olinmagan. Laboratoriya sharoitida shunga o'xshash, ammo qisqa muddatli hodisalar bir nechta tomonidan olingan turli yo'llar bilan, shuning uchun to'p chaqmoqning tabiati haqidagi savol ochiq qolmoqda. 20-asrning oxirida ushbu tabiat hodisasi to'p chaqmoq guvohlarining ta'riflariga muvofiq sun'iy ravishda takrorlanadigan bitta eksperimental stend yaratilmagan.

Koptok chaqmoqlari elektr kelib chiqishi hodisasi ekanligiga keng ishoniladi. tabiiy tabiat, ya'ni ifodalaydi maxsus turi uzoq vaqtdan beri mavjud bo'lgan va to'p shakliga ega bo'lgan, oldindan aytib bo'lmaydigan traektoriya bo'ylab harakatlana oladigan chaqmoq, ba'zida guvohlarni hayratda qoldiradi.

An'anaga ko'ra, ko'p guvohlarning to'p chaqmoqlari haqidagi ma'lumotlarining ishonchliligi shubha ostida qolmoqda, jumladan:

• hech bo'lmaganda biron bir hodisani kuzatish haqiqati;
• boshqa hodisa emas, balki to'p chaqmoqlarini kuzatish haqiqati;
• guvohlarning hikoyasida keltirilgan hodisaning individual tafsilotlari.

Ko'pgina dalillarning ishonchliligi haqidagi shubhalar hodisani o'rganishni qiyinlashtiradi, shuningdek, ushbu hodisa bilan bog'liq bo'lgan turli xil spekulyativ va shov-shuvli materiallarning paydo bo'lishi uchun zamin yaratadi.

Materiallar asosida: bir necha o'nlab maqolalar