Starověcí lidé si mysleli, že se skládáme ze čtyř „prvků“ – vody, země, ohně a vzduchu; o kterých nyní víme, že nejsou prvky. V současné době existuje asi 118 prvků. Všechny prvky se skládají z atomů, které byly kdysi považovány za nedělitelné. Počátkem dvacátého století po objevech JJ Thompsona a Rutherforda bylo známo, že atomy se skládají z jader (složených z protonů a neutronů) ve středu a elektronů. obíhající kolem. V 1970. letech XNUMX. století bylo známo, že protony a neutrony také nejsou fundamentální, ale skládají se z „kvarků up“ a „down kvarků“, takže „elektrony“, „up kvarky“ a „down kvarky“ jsou tři nejzákladnější složky všeho. v vesmír. S převratným vývojem v kvantové fyzice jsme se dozvěděli, že částice jsou ve skutečnosti deriváty, svazky nebo balíčky energie v polích implikujících částice nejsou zásadní. Základem je pole, které je základem. Nyní můžeme říci, že kvantová pole jsou základními stavebními kameny všeho v Zemi vesmír (včetně pokročilých biologických systémů, jako jsme my). Všichni jsme tvořeni kvantovými poli. Vlastnosti částic, jako je elektrický náboj a hmotnost, jsou prohlášení o tom, jak jejich pole interagují s jinými poli. Například vlastnost, kterou nazýváme elektrický náboj elektronu, je vyjádřením toho, jak pole elektronů interaguje s elektromagnetickým polem. A. vlastností jeho hmotnosti je tvrzení o tom, jak interaguje s Higgsovým polem.
Od pradávna se lidé zajímali, z čeho se skládáme? Co je vesmír tvořeny? Jaké jsou základní stavební kameny přírody? A jaké jsou základní přírodní zákony, kterými se řídí vše v vesmír? Standardní model vědy je teorie, která na tyto otázky odpovídá. Říká se, že jde o úspěšnou teorii vědy, která se kdy vybudovala v průběhu posledních staletí, jedinou teorii, která vysvětluje většinu věcí v vesmír.
Lidé brzy věděli, že se skládáme z prvků. Každý prvek se zase skládá z atomů. Původně se mělo za to, že atomy jsou nedělitelné. V roce 1897 však JJ Thompson objevil elektrony pomocí elektrického výboje přes katodovou trubici. Brzy poté, v roce 1908, jeho nástupce Rutherford svým slavným experimentem se zlatou fólií dokázal, že atom má ve středu malé kladně nabité jádro, kolem kterého krouží záporně nabité elektrony. oběžné dráze. Následně bylo zjištěno, že jádra jsou tvořena protony a neutrony.
V 1970. letech XNUMX. století bylo zjištěno, že neutrony a protony nejsou nedělitelné, a proto nejsou fundamentální, ale každý proton a neutron se skládají ze tří menších částic zvaných kvarky, které jsou dvou typů – „up kvarky“ a „down kvarky“ („“ up quark“ a „down quark“ jsou pouze různé kvarky. Protony se skládají ze dvou „up kvarků“ a „down kvarku“, zatímco neutron se skládá ze dvou „down kvarků“ a „up kvarku“. „Elektrony“, „up kvarky“ a „down kvarky“ jsou tedy tři nejzákladnější částice, které jsou stavebními kameny všeho v vesmír. S pokrokem ve vědě však i toto chápání zaznamenalo změny. Zjistilo se, že pole jsou základní a nikoli částice.
Částice nejsou základní. Základem je obor, který je jejich základem. Všichni jsme tvořeni kvantovými poli.
Podle současného chápání vědy je vše v vesmír se skládá z neviditelných abstraktních entit nazývaných „pole“, které představují základní stavební kameny přírody. Pole je něco, co je rozprostřeno napříč vesmír a v každém bodě prostoru má určitou hodnotu, která se může s časem měnit. Je to jako vlnky tekutiny, které se houpou skrz vesmír, například magnetická a elektrická pole se šíří napříč vesmír. Přestože elektrická nebo magnetická pole nevidíme, jsou skutečná a fyzikální, o čemž svědčí síla, kterou cítíme, když se dva magnety přiblíží. Podle kvantové mechaniky jsou pole považována za spojitá, na rozdíl od energie, která je vždy rozdělena do nějakých diskrétních hrudek.
Kvantová teorie pole je myšlenkou spojení kvantové mechaniky s poli. Podle toho se elektronová tekutina (viz. zvlnění vln této tekutiny) sváže do malých svazků energie. Tyto svazky energie jsou to, co nazýváme elektrony. Elektrony tedy nejsou fundamentální. Jsou to vlny stejného základního pole. Podobně vlnění dvou kvarkových polí vede ke vzniku „up kvarků“ a „down kvarků“. A totéž platí o každé další částici v vesmír. Pole jsou základem všeho. To, co považujeme za částice, jsou ve skutečnosti vlny polí svázané do malých svazků energie. Základní základní stavební kameny našeho vesmír jsou tyto tekutiny podobné látky, které nazýváme pole. Částice jsou pouze deriváty těchto polí. V čistém vakuu, když jsou částice zcela odstraněny, pole stále existují.
Tři nejzákladnější kvantová pole v přírodě jsou „elektron“, „up kvark“ a „down kvark“. Existuje ještě čtvrté neutrino, které nás však netvoří, ale hraje důležitou roli jinde vesmír. Neutrina jsou všude, proudí skrz všechno a všude bez interakce.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Hmotná pole: Čtyři základní kvantová pole a jejich přidružené částice (tj. „elektron“, „up kvark“, „down kvark“ a „neutrino“) tvoří základní kámen vesmír. Z neznámých důvodů se tyto čtyři základní částice reprodukují dvakrát. Elektrony reprodukují „mion“ a „tau“ (které jsou 200krát a 3000krát těžší než elektrony); up kvarky dávají vzniknout „podivnému kvarku“ a „spodnímu kvarku“; down kvarky dávají vzniknout „charm kvarku“ a „top kvarku“; zatímco z neutrina vznikají „mionové neutrino“ a „tau neutrino“.
Existuje tedy 12 polí, která dávají vzniknout částicím, které nazýváme hmotná pole.
Níže je uveden seznam 12 hmotných polí, která tvoří 12 částic v vesmír.
Silová pole: 12 hmotných polí na sebe vzájemně působí prostřednictvím čtyř různých sil – gravitace, elektromagnetismu, silné jaderné síly (fungují pouze v malém měřítku jádra, drží kvarky pohromadě uvnitř protonů a neutronů) a slabé jaderné síly (fungují pouze v malém měřítku jádra, zodpovědné za radioaktivní rozpad a iniciují jadernou fúzi). Každá z těchto sil je spojena s polem – s elektromagnetickou silou je spojena gluonové pole, pole spojená se silnými a slabými jadernými silami jsou W a Z bosonové pole a pole spojené s gravitací je vesmírný čas sám.
Níže je uveden seznam čtyř silových polí spojených se čtyřmi silami.
| elektromagnetická síla | gluonové pole |
| Silné a slabé jaderné síly | w&z bosonové pole |
| gravitace | vesmírný čas |
Projekt vesmír je vyplněno těmito 16 poli (12 hmotných polí plus 4 pole spojená se čtyřmi silami). Tato pole spolu harmonicky působí. Například, když se elektronové pole (jedno z hmotných polí) začne vlnit nahoru a dolů (protože je tam elektron), spustí se jedno z dalších polí, řekněme elektromagnetické pole, které naopak také kmitají a vlní. Bude tam světlo, které bude vyzařováno tak, že bude trochu oscilovat. V určitém okamžiku začne interagovat s kvarkovým polem, které bude oscilovat a vlnit se. Konečným obrazem, ke kterému se dostáváme, je harmonický tanec mezi všemi těmito poli, které se vzájemně prolínají.
Higgsovo pole
V 1960. letech 1970. století předpověděl Peter Higgs ještě jedno pole. V XNUMX. letech se to stalo nedílnou součástí našeho chápání vesmír. Ale neexistoval žádný experimentální důkaz (to znamená, že pokud uděláme zvlnění Higgsova pole, měli bychom vidět související částici) až do roku 2012, kdy výzkumníci CERN na LHC ohlásili její objev. Částice se chovala přesně tak, jak předpověděl model. Higgsova částice má velmi krátký život, asi 10-22 sekund.
To byl poslední stavební kámen vesmír. Tento objev byl důležitý, protože toto pole je zodpovědné za to, co nazýváme hmotností vesmír.
Vlastnosti částic (jako je elektrický náboj a hmotnost) jsou výroky o tom, jak jejich pole interagují s jinými poli.
Je to interakce polí přítomných v vesmír které dávají vzniknout vlastnostem, jako je hmotnost, náboj atd. různých námi zažitých částic. Například vlastnost, kterou nazýváme elektrický náboj elektronu, je vyjádřením toho, jak pole elektronů interaguje s elektromagnetickým polem. Podobně vlastnost jeho hmotnosti je výrok o tom, jak interaguje s Higgsovým polem.
Pochopení Higgsova pole bylo opravdu potřeba, abychom pochopili význam hmoty v vesmír. Objev Higgsova pole byl také potvrzením standardního modelu, který byl zaveden od 1970. let XNUMX. století.
Kvantová pole a částicová fyzika jsou dynamické obory. Od objevení Higgsova pole došlo k několika vývojům, které mají vztah ke standardnímu modelu. Hledání odpovědí na omezení standardního modelu pokračuje.
***
Zdroje:
The Royal Institution 2017. Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe – s Davidem Tongem. Dostupné online na https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
