Симетрията - в основата на всичко
12100 прегледа
0 Коментара
В Древна Гърция симетрията е считана за знак, че универсалните истини са напълно реални. Тази идея става все по-значима през годините, а днес учените дори са на път да разкрият това, което свързва симетрията и законите на Вселената.
Теорията е формулирана преди 2400 години, но в днешно време специалистите са обзети от треска да се натъкнат на явления, които я доказват. Те предизвикват сблъсък на субатомни частици със скорост, която е близка до тази на светлината, надявайки се Големият адронен ускорител да каже, че схващането има основания.
Вселената се е приемала като въплъщение на самата красота заради своята неизменчивост. И най-дръзките предположения могат да намерят своето обяснение чрез адронния колайдер.
Хаос или ред
В „Тимей“ Платон говори, че Вселената възниква от хаоса, а в нея се появяват четири елемента – огън, земя, въздух и вода, а за небесата е отреден един пети елемент – квинтесенция.
Философът прави аналогия на елементите с геометрични фигури – тетраедър, хексаедър или куб, октаедър, додекаедър, икосаедър. Тези тела са уникални по своему, защото са единствените затворени обекти, които имат симетричното свойство да не се променят, когато се въртят.
Два века след Платон немският астроном Йоханес Кеплер употребява фигурите му, за да демонстрира модела на Слънчевата система. Към този момент са известни само шест планети, а Кеплер посочва, че разстоянието между тях е равно на интервала между петте Платонови тела, ако са поставени едно в друго. Новите открития обаче правят грандиозния му план абсолютно невъзможен.
Мечтата на Платон за идеална Вселена възкръсва отново през 1781 г., след като абат Рене Жюст Аюи изтърва кристал от калцит на пода и съобщава за интересния развой на събитията.
Той описва, че всички части от него притежават като цяло същите детайли и форми като тези на целия кристал. Може би в кристалите съществуват фундаментални взаимодействия, които запазват симетрията му, дори когато се спука на парчета. С тези изследвания се поставя началото на кристалографията. През 19 век става ясно, че някои обекти са по-симетрични от други, като сферата, например.
И така експертите съзират навсякъде симетрията в живота ни. Френският химик Луи Пастьор намира, че идентични молекули с еднакъв химичен състав оказват различен ефект върху тялото, тъй като имат различна огледална симетрия.
Физиците обръщат внимание на значението на симетрията по отношение на космическите прозрения. През 1855 г. 24-годишният Джеймс Кларк Максуел работи по математическата теория на електричеството и магнетизма и стига до извода, че се касае за различните аспекти на един и същ феномен - „електромагнетизъм“.
Изненадващите факти не се радват дълго на признание, те са помрачени от установяването, че се появяват различни феномени, според това, дали движението на магнитите е отнесено към електрическите полета, или обратното.
През 1905 г. младият физик Алберт Айнщайн използва тази липса на симетрия за доказателство за новото си схващане за пространството и времето. Теорията му за относителността включва в себе си едно свойство на симетрията, което оттогава става на първо място по значимост за теоретичната физика — способността й да оставя нещата непроменени.
Специалната теория на относителността на Айнщайн е основана на принципа, че законите на физиката са едни и същи за всички, без значение с каква скорост се движи наблюдаващият в пространството. Тоест законите остават непроменени за наблюдатели, независимо, че се движат с различни скорости.
През 1915 г. Айнщайн публикува Обща теория на относителността, която излиза с изцяло нов поглед върху естеството на пространството, времето и гравитацията.
3 години по-късно немският теоретик Херман Вайл се занимава със схващането за симетрията, използвайки го, да предскаже наличието на връзка между гравитацията и електромагнетизма.
Идеите на Вайл се натъкват на проблеми, понеже Айнщайн разбива на пух и прах предположението, че е достатъчно просто да се обединят двете взаимодействия. Така симетрията не се оказва „златния път“ към загадките на Космоса.
Минават още няколко години и китайският физик Франк Янг заедно с Робърт Милс намират обяснение за „отношенията“ между протоните и неутроните, въз основа на симетрията. И тук възниква съмнение, защото теорията предсказва три нови частици, които пренасят взаимодействието, но не казва нищо за техните маси, а това не дава шансове да се разбере дали те въобще съществуват.
Следващата теория, базирана на симетрията, която постига сериозен успех, е от 50-те години на XX век, но тогава на учените им става ясно, че при сблъскването на атомите се появяват непрекъснато нови и нови частици. Предполагаемата опростеност на природата става все по-далечна, като мираж...
В началото на 70-те години на XX век вече не само се говори за съществуването на кварките, но то е потвърдено. Теоретиците откриват също, че две фундаментални природни взаимодействия - електромагнетизмът и така нареченото слабо ядрено взаимодействие, на практика са различните аспекти на едно-единствено „електрослабо“ взаимодействие.
Ключовата роля на симетрията в устройството на Вселената вече не може да бъде отричана, след като тя има принос за откриването на електрослабото взаимодействие, спомага за предсказването на съществуването на кварките и осветлява силното ядрено взаимодействие. Тя заема първа позиция в създаването на така наречената Теория на всичко, чиято цел е да разкрие скритото единство на всички познати частици и сили.
Принципите на симетрия, които са в основата на Теорията на всичко, са изключително сложни. Те включват така наречената „суперсиметрия“, математическо понятие, идващо от средата на 60-те години на миналия век, което може да запълни голямата празнина между частиците, пренасящи основните взаимодействия, и тези частици, които се влияят от тях.
Преносителят на електромагнетичното взаимодействие, например, е фотонът, който не притежава нито маса, нито заряд, а кварките, които съставляват атомното ядро, имат и двете свойства. Теоретиците смятат, че разликите, които се наблюдават днес, са резултат от „нарушени симетрии“, останки от красиви първични симетрии, съществували при зараждането на Вселената.
Да се провери тази идея, има начин, като се пресъздадат условията непосредствено след Големия взрив. И именно това правят учените в Европейския център за ядрени изследвания (CERN), сблъсквайки протони със скорост, близка до тази на светлината, в резултат на което постигат енергии, имали живот само една милионна от милионната част на секундата след Големия взрив, когато суперсиметрията все още е съществувала.
Надеждите им да открият невиждани до този момент частици, предсказани въз основа на суперсиметрията вече се сбъднаха. Скорошното доказателство за съществуването на Хигс бозона е огромна крачка в правилната посока. Но все още има голям път да се извърви, за да се намерят достатъчно убедителни доказателства, че симетрията е в основата на всичко. Това ще е знаменито откритие за науката през XXI век, но няма да е никаква изненада за Платон.
Теорията е формулирана преди 2400 години, но в днешно време специалистите са обзети от треска да се натъкнат на явления, които я доказват. Те предизвикват сблъсък на субатомни частици със скорост, която е близка до тази на светлината, надявайки се Големият адронен ускорител да каже, че схващането има основания.
Вселената се е приемала като въплъщение на самата красота заради своята неизменчивост. И най-дръзките предположения могат да намерят своето обяснение чрез адронния колайдер.
Хаос или ред
В „Тимей“ Платон говори, че Вселената възниква от хаоса, а в нея се появяват четири елемента – огън, земя, въздух и вода, а за небесата е отреден един пети елемент – квинтесенция.
Философът прави аналогия на елементите с геометрични фигури – тетраедър, хексаедър или куб, октаедър, додекаедър, икосаедър. Тези тела са уникални по своему, защото са единствените затворени обекти, които имат симетричното свойство да не се променят, когато се въртят.
Два века след Платон немският астроном Йоханес Кеплер употребява фигурите му, за да демонстрира модела на Слънчевата система. Към този момент са известни само шест планети, а Кеплер посочва, че разстоянието между тях е равно на интервала между петте Платонови тела, ако са поставени едно в друго. Новите открития обаче правят грандиозния му план абсолютно невъзможен.
Мечтата на Платон за идеална Вселена възкръсва отново през 1781 г., след като абат Рене Жюст Аюи изтърва кристал от калцит на пода и съобщава за интересния развой на събитията.
Той описва, че всички части от него притежават като цяло същите детайли и форми като тези на целия кристал. Може би в кристалите съществуват фундаментални взаимодействия, които запазват симетрията му, дори когато се спука на парчета. С тези изследвания се поставя началото на кристалографията. През 19 век става ясно, че някои обекти са по-симетрични от други, като сферата, например.
Симетрия навсякъде
И така експертите съзират навсякъде симетрията в живота ни. Френският химик Луи Пастьор намира, че идентични молекули с еднакъв химичен състав оказват различен ефект върху тялото, тъй като имат различна огледална симетрия.
Физиците обръщат внимание на значението на симетрията по отношение на космическите прозрения. През 1855 г. 24-годишният Джеймс Кларк Максуел работи по математическата теория на електричеството и магнетизма и стига до извода, че се касае за различните аспекти на един и същ феномен - „електромагнетизъм“.
Изненадващите факти не се радват дълго на признание, те са помрачени от установяването, че се появяват различни феномени, според това, дали движението на магнитите е отнесено към електрическите полета, или обратното.
През 1905 г. младият физик Алберт Айнщайн използва тази липса на симетрия за доказателство за новото си схващане за пространството и времето. Теорията му за относителността включва в себе си едно свойство на симетрията, което оттогава става на първо място по значимост за теоретичната физика — способността й да оставя нещата непроменени.
Специалната теория на относителността на Айнщайн е основана на принципа, че законите на физиката са едни и същи за всички, без значение с каква скорост се движи наблюдаващият в пространството. Тоест законите остават непроменени за наблюдатели, независимо, че се движат с различни скорости.
През 1915 г. Айнщайн публикува Обща теория на относителността, която излиза с изцяло нов поглед върху естеството на пространството, времето и гравитацията.
3 години по-късно немският теоретик Херман Вайл се занимава със схващането за симетрията, използвайки го, да предскаже наличието на връзка между гравитацията и електромагнетизма.
Идеите на Вайл се натъкват на проблеми, понеже Айнщайн разбива на пух и прах предположението, че е достатъчно просто да се обединят двете взаимодействия. Така симетрията не се оказва „златния път“ към загадките на Космоса.
Минават още няколко години и китайският физик Франк Янг заедно с Робърт Милс намират обяснение за „отношенията“ между протоните и неутроните, въз основа на симетрията. И тук възниква съмнение, защото теорията предсказва три нови частици, които пренасят взаимодействието, но не казва нищо за техните маси, а това не дава шансове да се разбере дали те въобще съществуват.
Следващата теория, базирана на симетрията, която постига сериозен успех, е от 50-те години на XX век, но тогава на учените им става ясно, че при сблъскването на атомите се появяват непрекъснато нови и нови частици. Предполагаемата опростеност на природата става все по-далечна, като мираж...
В началото на 70-те години на XX век вече не само се говори за съществуването на кварките, но то е потвърдено. Теоретиците откриват също, че две фундаментални природни взаимодействия - електромагнетизмът и така нареченото слабо ядрено взаимодействие, на практика са различните аспекти на едно-единствено „електрослабо“ взаимодействие.
Суперсиметрия
Ключовата роля на симетрията в устройството на Вселената вече не може да бъде отричана, след като тя има принос за откриването на електрослабото взаимодействие, спомага за предсказването на съществуването на кварките и осветлява силното ядрено взаимодействие. Тя заема първа позиция в създаването на така наречената Теория на всичко, чиято цел е да разкрие скритото единство на всички познати частици и сили.
Принципите на симетрия, които са в основата на Теорията на всичко, са изключително сложни. Те включват така наречената „суперсиметрия“, математическо понятие, идващо от средата на 60-те години на миналия век, което може да запълни голямата празнина между частиците, пренасящи основните взаимодействия, и тези частици, които се влияят от тях.
Преносителят на електромагнетичното взаимодействие, например, е фотонът, който не притежава нито маса, нито заряд, а кварките, които съставляват атомното ядро, имат и двете свойства. Теоретиците смятат, че разликите, които се наблюдават днес, са резултат от „нарушени симетрии“, останки от красиви първични симетрии, съществували при зараждането на Вселената.
Да се провери тази идея, има начин, като се пресъздадат условията непосредствено след Големия взрив. И именно това правят учените в Европейския център за ядрени изследвания (CERN), сблъсквайки протони със скорост, близка до тази на светлината, в резултат на което постигат енергии, имали живот само една милионна от милионната част на секундата след Големия взрив, когато суперсиметрията все още е съществувала.
Надеждите им да открият невиждани до този момент частици, предсказани въз основа на суперсиметрията вече се сбъднаха. Скорошното доказателство за съществуването на Хигс бозона е огромна крачка в правилната посока. Но все още има голям път да се извърви, за да се намерят достатъчно убедителни доказателства, че симетрията е в основата на всичко. Това ще е знаменито откритие за науката през XXI век, но няма да е никаква изненада за Платон.
