В случае если пространство и время непрерывны, приходится вводить многочисленные дополнительные измерения (как в теории струн), то есть ПКГ все-таки выглядит как нечто более похожее на то, к чему мы привыкли, собственно, поэтому это, если не ошибаюсь, и есть основной конкурент теории струн в настоящее время.
Космос 18. Теория Лиси (ТЛ)
Последний сюжет про гравитацию.
Другое название этого "Исключительно простая теория всего". Основано, как и большинство современных теорий, на специфической топологии.
Предполагает наличие пяти фундаментальных полей:
1. Кванты электрослабых полей W и B, из которых по теории Вайнберга Салама (стандартной модели) получаются промежуточные бозоны W
+
-
0
2. Цветные глюоны g, являющиеся переносчиками сильных взаимодействий.
3. Спиновая частица w.
4. Частица e, фрейм.
5. Компания бозонов Хиггса f.
Гравитация, по Лиси, не является фундаментальным взаимодействием, но образуется комбинациями частиц еf и ew, то есть гравитон у него это не одна частица, а две, да еще и сложных.
То есть из четырех известных взаимодействий у него три сведены в два (объединено электрическое и слабое), а четвертое, самое малоизвестное, гравитация, наоборот, разбито на три взаимодействия.
Математический аппарат для описания того, как из всего этого получается наблюдаемый мир алгебра Ли на четырёхмерном многообразии. Взаимодействия полей рассматриваются как самодействие поля с некоммутативными образующими.
Пишут, что теория элегантная, но всего многообразия наблюдаемых элементарных частиц не объясняет.
Космос 19. Инфляционная эпоха
Проходила в период с 10
-35
-31
Возникли кварки и глюоны, то есть, собственно, сильное взаимодействие, и немедленно начали объединяться в адроны (бариогенезис).
Во время бариогенезиса возникла барионная асимметрия Вселенной наблюдающаяся асимметрия между материей и антиматерией, в результате которой после совместной аннигиляции материи и антиматерии осталось какое-то количество материи, из которой теперь все и состоит. Если бы не антиматерия, то там было бы вещества еще на десятки таких же Вселенных, в принципе.
К концу периода мир, по сути, уже похож на наш есть три взаимодействия и элементарные частицы, и есть даже какая-то неоднородность (флюктуация), но он все еще значительно плотнее самой плотной звезды. В этом ужасно плотном состоянии мир состоит из своего рода жидкости из кварков, антикварков и глюонов.
Температура в начале периода 10
28
За данный период линейные размеры Вселенной увеличились, по крайней мере, в 10
26
78
Космос 20. Сильное взаимодействие
Связывает кварки в адроны (из которых наиболее известны протоны с нейтронами), а также связывает ядерные частицы внутри ядра. Так как протоны одинаково заряжены, без сильного взаимодействия они бы разлетелись из-за электромагнитного отталкивания.
Формула его:
U = -k (exp (-r/r0)/r),
где k константа сильного взаимодействия, принимается обычно за 1,
r расстояние между частицами, которые взаимодействуют,
r0 10
-
15
Радиус ядра прямо зависит от этой r0 и числа нуклонов в ядре (А):
R=r0 * A
0,3
Из этих соотношений определяют энергию, скорость и массу переносчиков этого взаимодействия (глюоны).
Сильно взаимодействуют все адроны, в том числе всякие экзотические тяжелые частицы, которых наоткрывали в пятидесятые годы (всякие там "омега-гипероны"). На самом деле, все адроны являются сложными частицами, состоящими из небольшого количества простых (кварков), то есть причина сильного взаимодействия заключается именно в наличии кварков, о которых будет позже. Поскольку основное уникальное свойство кварка условно называется "цветом", область физики, описывающая сильные взаимодействия, называется "квантовой хромодинамикой (КХД)" (глюоны еще и сами обладают цветом и взаимодействуют друг с другом, а не только с кварками). Результат соединения кварков адрон сам по себе бесцветен, а без адрона они не существуют (конфаймент).
Поскольку в 20 веке были огромные успехи в изучении элементарных частиц и вообще ядерной физики, в настоящее время сильное взаимодействие, как и электромагнитное, является хорошо описанным, и эти описания экспериментально проверены. То есть, в отличие от теории гравитации, которая сейчас, в основном, математическая, как раз ядра они весь 20 век расщепляли и частицы сталкивали, так что данных накопили много и изучили эту сферу довольно хорошо.
Основные темы КХД:
1. Жесткие адронные реакции, которые описываются теорией возмущений в КХД; в качестве конечной единицы анализа выступают глюоны и кварки.
2. Полужесткие реакции.
3. Мягкие адронные реакции, в которых взаимодействие осуществляется между адронами, а не между отдельными кварками.
4. Статические свойства адронов.
Космос 21. Глюоны
Векторные калибровочные бозоны сильного взаимодействия; говоря проще, это те частицы, которые связывают кварки. Поскольку кварки связаны так плотно, что отдельно не существуют, употребляется метафора "склеивание", и поэтому они называются "глюоны", от английского glue. В связи с описанным ранее конфайментом, глюон, как и кварк, тоже отдельно не существует. В 2005 году была впервые получена кварк-глюонная плазма, где они не образуют адронов, но все равно отдельно не существуют. Еще ранее были получены многочисленные экспериментальные доказательства физического существования как кварков, так и глюонов.
Специфика заключается в том, что, как уже было сказано в предыдущей главе, в данном случае частица, обеспечивающая взаимодействие, сама несет цветной заряд, то есть сама еще дополнительно взаимодействует (у фотонов, которые переносят электричество, такого не наблюдается).
Свойства:
1. Не имеет массы.
2. Спин = 1.
3. Две поляризации.
4. Является античастицей самому себе, то есть глюонов-античастиц не существует. В антимире, если он где-то существует, глюоны такие же.
Кварки могут нести три типа цветового заряда, антикварки три типа антицветового. Итого получается шесть цветных глюонов, и для симметрии в теорию введено еще два бесцветных.
"Цветами" заряды называются потому, что комбинация всех трех зарядов дает бесцветный (инвариантный), что напоминает ситуацию, когда смешение основных цветов дает белый цвет.
То есть, на самом деле, это базисные векторы, которые просто так называются: красный (к), зелёный (з) и синий (с).
У антикварков антицвета: ак, аз, ас, причем допустим ак+к=0 (комбинация цвета и антицвета бесцветна).
Глюоны математически интерпретируются как комбинации, которые не являются инвариантными относительно вращений в цветовом пространстве, и всего получается восемь таких комбинаций:
к-аз, к-ас, з-ак, з-ас, с-ак, с-аз, (к-ак з-аз)/2, (к-ак + з-аз 2с-ас)/6.
Ну, то есть, практически это выглядит так: синий кварк испускает глюон типа с-аз (синий-антизеленый), за счет чего обеспечивается связь в ядре, а сам синий кварк при этом превращается в зеленый. И так они постоянно там меняют свои цвета, и за счет этого и связываются. Когда они уже собрались в частицу, сама по себе частица бесцветна (цвета внутри нее взаимно погасились), и поэтому она через глюоны уже не взаимодействует. Адроны поэтому связываются не через глюоны, а через пи-мезоны, что тоже описывается как "сильное взаимодействие".
Космос 22. Кварки
Фундаментальная частица; она в 20 тысяч раз меньше протона. То есть, подобно тому, как атом, в основном, пустой, так и протон тоже, по сути, пустой, так как в нем только три кварка.
Помимо цвета, про который было при описании сильного взаимодействия, кварк обладает еще так называемым ароматом. На самом деле, под ароматами имеют в виду разные сорта кварков, никакой дополнительной символики это слово в данном случае не содержит.