Мир вокруг нас - "Этэрнус". Страница 12

Известно, что наблюдатель также не способен отличить (почувствовать или измерить), находится ли он в свободном падении в гравитационном поле или находится вне гравитационного поля, в состоянии движения по инерции (= движения без изменения скорости). Согласно теории относительности, это объясняется тем, что свободное падение — тоже является движением по инерции, в искривлённом пространстве-времени. Лишь для наблюдателя, не связанного с падающим телом — это движение является ускоренным (ускорение свободного падения). Учитывая, что наблюдатель в свободном падении не чувствует ускорения, а значит, действия сил, никакие силы на падающий предмет не действуют. Иными словами, один из ключевых выводов теории относительности: гравитация — не производит силового воздействия на предметы, т. е. не является силой (ни дальнодействующей, ни близкодействующей). Гравитация — это всего лишь то, как происходит движение в четырёхмерном искривлённом пространстве-времени.

Действие инерции, как известно — также не является силой: например, вес предметов в центрифуге — это не сила, придавливающая их к стенке, а всего лишь следствие сопротивляемости предметов изменению направления движения (или изменению скорости движения, в зависимости от системы отсчёта). Чтобы поднять предмет, прижатый к стенке центрифуги, необходимо затратить усилие (энергию), как и в гравитационном поле, но эти затраты — на самом деле идут на изменение скорости предмета, а не на преодоление действующей на него силы (поднятие предмета — это перемещение его ближе к оси вращения центрифуги, где скорость всех предметов — ниже). Если поднятый предмет отпустить, он будет ускоренно падать, но не под действием силы, а лишь продолжая двигаться по инерции (равномерно и прямолинейно в своей системе отсчёта, а также с т. зр. внешнего наблюдателя), но наблюдатель в центрифуге — увидит это ускоренным падением.

Итак, и инерция, и гравитация — не являются силами. Эта одинаковая суть гравитации и инерции, находится в соответствии принципу эквивалентности, утверждающему, что эти явления — неразличимы (эквивалентны), и представляют разные стороны единого целого. Из принципа эквивалентности, естественным образом, вытекает равенство инертной и гравитационной масс (наблюдательный факт, использовавшийся ещё в механике Ньютона, но не имевший объяснения), а также требуется, чтобы любой процесс, имеющий место благодаря инерции, имелся и в гравитационном поле (что означало бы их полную неразличимость (тождественность)), и что позволяет проверить принцип эквивалентности экспериментально:

Например, луч света, в ускоряющейся ракете, посланный вдоль дна ракеты — искривляется вниз (т. к. дно ракеты — приближается к нему). Если принцип эквивалентности верен, то искривление направления движения света должно наблюдаться и в гравитационном поле (данное следствие теории относительности — было проверено экспериментально, начиная с наблюдения отклонения света звёзд гравитацией Солнца, во время солнечного затмения в 1919 году (Эддингтон и др.)).

Это и многие другие последующие наблюдения, в отношении различных других эффектов — показали одинаковость эффектов в ускоренной системе отсчёта, где они обусловлены инерцией (= инертной массой тел) и в гравитационном поле (где они обусловлены гравитационной массой тел, т. е. производимым телами, искривлением пространства-времени), что говорит о справедливости принципа эквивалентности, и приводит к чисто геометрическому представлению о поле (как об искривлении пространства-времени, не имеющем силового воздействия на предметы). Геометрия, тут, естественно — лишена наглядности.

Итак, в целом, мы рассмотрели основные положения теории относительности (и развивающих её, теории Калуцы-Клейна, геометродинамики и теории струн). Далее — переходим к рассмотрению следующей (последней) неклассической научно-философской дисциплины:

Теория элементарных частиц

Все неклассические дисциплины — взаимосвязаны и в некоторой мере, взаимопроникающи. Но в наибольшей степени — это может относиться к теории элементарных частиц, т. к. для описания сути и общих свойств элементарных частиц, теория элементарных частиц использует достижения как теории поля, так и квантовой механики, и теории относительности.

В теории элементарных частиц также изучаются все разнообразные частные свойства элементарных частиц, известные из наблюдений, т. е. рассматриваются различные виды элементарных частиц (которых известны уже сотни), и ведётся поиск причин их разнообразия, закономерностей взаимопревращений частиц, и т. п.

Теория элементарных частиц, как область знаний, зародилась, можно сказать, в 1897 году, когда была открыта первая элементарная частица, электрон («элементарная частица электричества»), о чём уже говорилось ранее. В дальнейшем, лавинообразно нарастало открытие новых элементарных частиц, достигнув современных сотен. Основной источник знаний о частных свойствах (и вытекающих из них, видах) элементарных частиц, существующих в природе — это изучение реакций столкновения заряженных частиц в ускорителе, где из кинетической энергии сталкивающихся частиц — рождаются (или переходят из «виртуального» состояния в реальное) различные виды элементарных частиц, а также проявляются их специфические свойства. Теория элементарных частиц обобщает эти данные, и пытается вскрыть причины наблюдаемых свойств и видов частиц.

Представления об элементарных частицах в целом, в теории элементарных частиц, благодаря привлечению теории поля, квантовой механики, и теории относительности (включая геометродинамику и теории струн) — оказываются лишены наглядности и простоты, как и полагается быть в любой неклассической дисциплине.

Итак, рассмотрим основные имеющиеся достижения теории элементарных частиц:

Виды элементарных частиц

Элементарные частицы — это мельчайшие, известные в современности, частицы (и волны, т. к. частицы обладают корпускулярно-волновым дуализмом). Их не называют частицами материи, т. к. состоят они (как уже говорилось) — чисто из полей, или из совпадающих искривлений пространства-времени, и не имеют т. о. ни плотности, ни поверхностей, ни геометрической формы. Поэтому их называют просто элементарными частицами, а не элементарными частицами материи.

В самых последних представлениях об элементарных частицах, т. е. струнных теориях, как уже отмечалось, элементарные частицы — это открытые или замкнутые (в т. н. петли), вибрирующие квантовые струны в одиннадцатимерном пространстве-времени, из спектра возможных способов вибраций которых — выводятся различные свойства (в т. ч. виды) элементарных частиц.

В природе — широко распространены всего несколько видов элементарных частиц (т. е. стабильных, и не «виртуальных»). Часть из них, как например, электрон, протон и нейтрон — ложатся в основу атомов (а значит, молекул, и макрообъектов), а другие — всегда находятся в свободном состоянии — фотоны и нейтрино.

В современности, известно также несколько сотен видов нестабильных элементарных частиц (все они распадаются за малые доли секунды, и образуются лишь в т. н. экстремальных условиях, например, в ускорителях, где их можно т. о. получать и изучать).

Простые и сложные элементарные частицы

Протон — является сложной (или составной) элементарной частицей, т. к. представляется (и это показано экспериментально), что он состоит из трёх кварков — простых элементарных частиц. Так же устроен и нейтрон. Подавляющее большинство всех известных элементарных частиц — тоже являются сложными, т. е. состоят из различных комбинаций кварков.

Кварки, формирующие структуру сложных элементарных частиц — считаются простыми, или истинно элементарными частицами, но они никогда, ни доли секунды — не существуют в свободном состоянии, а могут находиться лишь в составе тех или иных, сложных элементарных частиц (протонов, мезонов, гиперонов, резонансов и т. д.).