Капитал страны
Капитал Страны
ENGLISH
07 ДЕК, 00:12 МСК
USD (ЦБ)    63,7185
EUR (ЦБ)    70,7594

07 ДЕК, 00:12 МСК
USD (ЦБ)    63,7185
EUR (ЦБ)    70,7594


«Теория всего». Как устроен окружающий нас мир с точки зрения физиков

3 Августа 2019 20486 31 Наука и технологии
«Теория всего». Как устроен окружающий нас мир с точки зрения физиков

Теоретическая физика изучает глобальное устройство мира, в котором мы живем, и законы, которым этот мир подчиняется. Есть, конечно, и другие естественные науки – химия, биология, геология и далее по списку. Но они, все-таки, решают локальные, хотя и очень важные задачи. А вот физика лежит в основе всего. Это такой краеугольный камень науки, на котором строится остальное. Все основные достижения современной цивилизации, все то, что мы называем научно-техническим прогрессом, без которого современное человечество жить бы просто не могло и ютилось бы в пещерах, все это, в конечном итоге, основано на физике.

Современная физика

В современной физике есть масса всего – от чисто прикладных исследований до огромных экспериментальных установок – вспомните «Большой Адронный Коллайдер».

Но мы, сегодня, поговорим о тех основополагающих идеях, которые объясняют то, как устроен наш мир, от элементарных частиц до Вселенной в целом. Этим занимается «теоретическая физика». Вот что она собой представляет.

Теоретическая физика

Представьте себе полоску бумаги, разделенную на три части вертикальными линиями. Средняя часть – это так называемая классическая физика, основателем которой считается Ньютон. Она описывает природные явления, непосредственно окружающие нас. Движения планет, атмосферные процессы, принципы работы различных технических устройств – автомобилей, самолетов, пароходов. Да всего и не перечислить. Конечно, современная классическая физика несравнима с тем, что сделал Ньютон. Это земля и небо. Но основополагающие принципы остались те же - Ньютоновские. За исключением теории электромагнитного поля, созданной в середине 19 века великими английскими учеными Фарадеем и Максвеллом.

Вернемся к нашей полоске бумаге. Справа от ее серединной части (классической физики) находится Эйнштейновская теория относительности (специальная СТО и общая - ОТО), объясняющая свойства пространства времени и устройство Вселенной в целом. Эти теории были созданы в начале прошлого века. Практического значения они не имеют, разве что для систем GPS – навигации, которые без поправок, вносимых ОТО в классическую физику, работать бы просто не могли. Почему теория относительности имеет так мало практических применений? Тут все дело в том, что масштабы, на которых проявляются действия СТО и ОТО недоступны и вряд ли когда-нибудь будут доступны человеку.  Хотя, вот в GPS такие применения нашлись.

Теория относительности

Создание ее – очень интересная история, о которой следует рассказать немного подробнее. СТО была создана Эйнштейном на основании других работ, прежде всего Лоренца и Пуанкаре. Но те были математиками и не могли придать своим результатам того, что называется «физическим смыслом». Эйнштейн собрал все эти «кирпичики», дополнил их необходимыми построениями  и выстроил из них единую конструкцию, так называемую специальную теорию относительности (СТО), объясняющую устройство пространства и времени. Но пустого. Без материи.

Но материя – вот она, вокруг нас. Планеты, звезды, галактики. Как это все существует и по каким законам живет? Со времен Ньютона было ясно – действует открытый им закон всемирного тяготения. Он прекрасно объяснял законы движения всех планет солнечной системы. «Чего же боле»? Но тут вот какая незадача выходила. Философия  и физика конца 19-го - начала 20 века, считала, что Вселенная существовала всегда. Да, рождались и потухали звезды, не говоря уж о прочей космической мелочи, Но в целом, во вселенских масштабах, ничего глобально не менялось. Вот представьте себе, что вы летите на самолете над пляжем. Вы видите такую однородную желтую полосу. А если спуститесь, то обнаружите, что эта полоса состоит из разных маленьких песчинок, которые могут отличаться друг от друга. Вы можете взять в руку горсть этого песка и бросить в море. Но пляж останется. Так и тут. Вселенная, как считалось, существовала всегда, она была безграничной и бескрайней и никакие местные катаклизмы изменить ее жизнь не могли.

Но тут возникает вот какой вопрос. Если Вселенная существовала всегда, если действует закон всемирного тяготения Ньютона, то вся материальная сущность должна была давно слипнуться в один комок под действием всемирного тяготения. А этого не случилось.

И Эйнштейн решил, что Ньютоновской закон всемирного тяготения не совсем верен. Тогда-то и возникла ОТО – Общая Теория Относительности. Эйнштейн работал над ней 10 лет. Каково же было разочарование ученого, когда он обнаружил, что его уравнения не имеют стационарного, т.е. независимого от времени решения. Это значило, что Вселенная не могла существовать вечно. У нее должно было быть свое начало (это так называемый «Большой взрыв», природа которого пока непонятна) и свой конец.

Что же? Десять лет жизни и все, как в народе говорится, «псу под хвост»? Эйнштейн стал судорожно искать ошибки, которые он мог допустить в своей работе. И нашел! Но не ошибки, а одну неточность. Его рассуждения допускали существования некого дополнительно члена в уравнениях. При определенном его значении стационарная вселенная могла существовать! Эйнштейн сразу написал по этому поводу статью в один из ведущих немецких физических журналов, которая тут же и была опубликована. А потом уж стал разбираться, в чем тут дело. И к своему ужасу выяснил, что эта добавка означала существование антигравитации. Представить себе он этого не мог. Поэтому отправил в журнал «покаянное письмо», признаваясь в своей ошибке, которую он, впоследствии называл, самой главной ошибкой в своей научной карьере. Интересно, что уже после смерти Эйнштейна выяснилось, что антигравитация существует. Сейчас она называется «темной энергией», хотя природа этого явления никому не понятна.

Квантовая физика

Остался левый кусок нашей полоски бумаги. Это – квантовая физика, объясняющая устройство микромира, т.е. тех элементарных сущностей, из которых все и состоит.  Квантовый мир, его устройство, принципиально отличается от наших обыденных представлений. Недаром великий американский физик, Нобелевский лауреат Фейнман (он занимался как раз квантовой физикой), будучи очень остроумным человеком, произнес ставшую уже знаменитой фразу «Если кто-то сказал, что он понимает, что такое квантовая физика – значит, он ничего в ней не понимает».

В отличие от СТО и ОТО, квантовая физика имеет множество практических приложений. На ее принципах работают компьютеры, различные мобильные устройства. Квантовую физику, в отличие от СТО и ОТО, создавало множество ученых. В частности, наши Нобелевские лауреаты Ландау, Абрикосов, Гинзбург, Алферов, Басов, Прохоров, Черенков, Тамм, Франк, которые работали именно в этой или смежных областях. А еще были экспериментаторы, тоже Нобелевские лауреаты - Капица, Новоселов, Гейм.

О полоске бумаги

Теперь опять о нашей полоске бумаги. Три ее части стыкуются между собой, но существуют по отдельности. Так уравнения квантовой физики переходят в классическую механику Ньютона, если так называемая «длина волны Де Бройля - кстати тоже Нобелевского лауреата, мала. Так вот для всех макрообъектов, которые окружают нас в повседневной жизни, она действительно пренебрежимо мала. Поэтому классическая физика занимает свое заслуженное место и ее выводы сомнениям не подвергаются, что и подтверждают достижения научно-технического прогресса.

Теперь классическая физика и теория относительности – центральная и правая части полоски бумаги. Здесь тоже все прекрасно. Если скорость движения объекта много меньше скорости света (а так оно и есть в окружающем нас мире), а «кривизна пространства» мала (что это такое – не важно - слишком сложное математическое понятие), то классическая физика и теория относительности совпадают друг с другом. На Земле и в Солнечной системе оба этих условия выполняются. Все прекрасно. Все три теории стыкуются между собой - каждая из них находит себе свои области применения.

Теория всего

Но, не все так просто. Граалем современной физики является так называемая «Теория всего». Это означает, что нашу полоску бумаги, хотелось бы превратить в колечко, склеив левую и правую части, т.е. квантовую физику  и теорию относительности. Зачем это надо?

Ну, во-первых, красиво бы все получилось. Такое единое видение устройства мира. Но, кроме эстетики, есть практические соображения.

Вот, например, одни из самых загадочных объектов Вселенной – «Черные дыры», самые массивные из которых находятся в центрах всех галактик. Их существование фактически доказано. Даже, как писали недавно, фотография одной из них получена.

 Хотя это – и некоторое журналистское преувеличение.

Дело в том, что «Черная дыра» - это такой объект, который поглощает всю окружающую его материю и ничего не выпускает назад. Даже электромагнитные волны. Так что увидеть его нельзя. Зато можно зафиксировать эти потоки материи, которые в дыру проваливаются. Что на упомянутой фотографии и было сделано. Образование и существование «Черных дыр» было предсказано теорий относительности. Но что происходит там, внутри?На этот вопрос может ответить только квантовая механика. Но две эти теории не стыкуются.

Темные  материя и энергия

Или, например, «темная материя». Что это такое – непонятно. Ее существование сейчас не вызывает сомнений. Если бы этой субстанции не было, то звезды в галактиках двигались бы совсем не так, как показывают результаты наблюдений.

А ведь на эту самую темную материю, по расчетам приходится от 20 до 25 процентов всего того, что есть во Вселенной.

Предполагается, что это какие-то элементарные частицы, которые участвуют в гравитационном взаимодействии, но никак не реагируют на электромагнитные волны. Потому мы их и не можем наблюдать. Тут та же ситуация. Само существование темной материи следует из выводов общей теории относительности (законы движения звезд в галактиках), а ее природа – область квантовой физики. Но одно с другим не стыкуется. Пока тупик.

Наша Вселенная расширяется, причем с ускорением. Согласно общепринятой теории относительности, такого быть не может. Но есть! Внятного объяснения этому эффекту нет. Какая-то антигравитация. Причем, на нее приходится до 75 % всей массы – энергии Вселенной. Сейчас пытаются как-то это объяснить исходя из сомнительных представлений о спонтанных флуктуациях вакуума. Мол, и «Большой взрыв», породивший нашу Вселенную, возник именно по такой же причине. Флуктуации вакуума, если они действительно есть, это область квантовой физики. А глобальные процессы во Вселенной – общей теории относительности. Такие вот дела. На все про все, что мы знаем о Вселенной (звезды, планеты, межзвездный газ и пыль, излучение), приходится только 5% от ее, Вселенной, общей массы-энергии. А все остальные 95% - не пойми что.

Резюме

Вот такие пироги. Вы можете спросить. А для чего все эти знания нужны? У нас и тут на Земле своих проблем хватает. Так-то оно так. Но! Во-первых, такова природа человека – познавать этот окружающий его мир и использовать добытые знания для совершенствования своей жизни. И потом. Как это там говорится. «Нам не дано предугадать, чем слово наше отзовется». Это относится не только к словам, но и к тому, что делает наука.

Сергей Егорушкин

Написать комментарий

правила комментирования
  1. Не оскорблять участников общения в любой форме. Участники должны соблюдать уважительную форму общения.
  2. Не использовать в комментарии нецензурную брань или эвфемизмы, обсценную лексику и фразеологию, включая завуалированный мат, а также любое их цитирование.
  3. Не публиковать рекламные сообщения и спам; сообщения коммерческого характера; ссылки на сторонние ресурсы в рекламных целях. В ином случае комментарий может быть допущен в редакции без ссылок по тексту либо удален.
  4. Не использовать комментарии как почтовую доску объявлений для сообщений приватного характера, адресованного конкретному участнику.
  5. Не проявлять расовую, национальную и религиозную неприязнь и ненависть, в т.ч. и презрительное проявление неуважения и ненависти к любым национальным языкам, включая русский; запрещается пропагандировать терроризм, экстремизм, фашизм, наркотики и прочие темы, несовместимые с общепринятыми законами, нормами морали и приличия.
  6. Не использовать в комментарии язык, отличный от литературного русского.
  7. Не злоупотреблять использованием СПЛОШНЫХ ЗАГЛАВНЫХ букв (использованием Caps Lock).
Отправить комментарий
13:15, 12.08 1 0
Александр:

Я считаю что в современных представлениях физиков о ПРИРОДЕ ВСЕГО разыгрывается Крыловский сценарий - лебедь раком щучу. С подачи Ньютона науку о ПРИРОДЕ (физику) отдали на откуп математикам. А математикам свойственно при несходимости результатов решения уравнений вводить в них дополнительные члены (коэффициенты, переменные, произвольные физические величины) никак не обосновывая их естественное представление, либо прилагают очень мутные и сомнительные основания. Если прав Ньютон (а он не прав! Закон ВТ противоречит 1-му закону механики и дальнодействие не существует в природе), то не прав Эйнштейн ( а он прав! Скорость света ( распространение электромагнитных волн ) ограничена (конечна), хотя вряд ли является константой). Если не прав Ньютон (а он прав! Пространство и время разные величины: протяжённость и продолжительность бесконечны и неограниченные. Пространство абсолютно и неподвижно непрерывно, вещь в себе. Время (математическое) непрерывно равномерно течёт, вещь в себе), то прав Эйнштейн ( а он не прав! Нельзя объединить разные сущности: пространство и время в один континуум без связующего, тем более подменять одну меру другой). С какой стороны подтянуть к этому квантовую физику? А она вообще не при делах в своём нынешнем теоретическом наполнении, хотя могла бы выйти в лидеры. Тёмные энергии и материи, пространства высших измерений - это импотенция разума.

00:26, 12.08 1 0
Юрий Быстров:

…тут, давеча, человек с БАК'а рассказал за стаканом, Вашему покорному слуге, о современной формуле развития Вселенной, чёрных дырах (ЧД), сингулярности, будущего Конца и нового Начала Начал… Ну, формулу по причине своей вопиющей недалёкости, привести не могу, а словами, ежели, на пальцах, было сказано, примерно, следующее: ...По имеющимся наблюдениям сегодня мы знаем, что при падении чего-либо, с массой отличной от нуля в ЧД, это чего-либо – фрагментируется. Размеры фрагментов обратно пропорциональны массе ЧД. Также мы знаем, что чем массивнее ЧД тем она меньше в диаметре и тем больше её радиус Шварцшильда! В конечном итоге, под действием её величества Гравитации, ЧД может сколлапсировать до планковских величин, а именно 1,616×10-35 м и в таком состоянии слиться с ЧД сверхскопления Шепли – Центром нынешней Вселенной. После того, как все ЧД Вселенной сольются в одну точку – Сингулярность, радиус Шварцшильда последней распространиться на всю Вселенную и в Сингулярность начнёт падать и само Пространство, увеличивая до бесконечности температуру и столь же уменьшая энтропию Сингулярности. Естественно, долго это великолепное безобразие продолжаться не может и в итоге всё заканчивается очередным Большим Взрывом, при котором ЧД Сингулярности, как бисер разлетаться в 4пи, теряя до 99% своих глюонно-кварковых масс, из которых в дальнейшем сформируются протоны и электроны! Ну, словом, всё по новой на очередные 200-300 млд. лет! И так по кругу до бесконечности. Красота и никаких шансов для разума внести какие-либо коррективы, ибо, …нЕфиг!

19:53, 11.08 0 0
Михаил:

Очень доходчиво объяснил! Молодец!

11:19, 11.08 0 0
Владимир:

О современной физике, теории относительности и квантовой механике читайте в книге академика В. Шабетника "Фрактальная физика". Узнаете много интересного.

09:49, 11.08 0 0
Дижечко Борис Семёнович:

А что я думаю об этом? Я верю в нео-картезианскую физику, в основе которой тождество пространства и материи, утверждающий, что пространство - это материя, а материя - это ротационно движущееся пространство. Нео-картезианское обобщение современной физики начинается с утверждения, что не следует размещать в пространстве что-либо, отличное от него - это анти-научно. Пространство - это тело, внутреннее движение в котором образует наш мир и делает его бесконечным.

09:06, 10.08 0 1
Александр Хажакян:

Понимание предмета невозможно без понимания породивших его причин. Сознание не может схватить предмет так, как будто бы он существует сам по себе, вне его прошлого, его контекста и его возможного будущего. Попытки «хватать умом» предметы изолированно от череды восходящей к Первопричине причин – приводят к абсурду и бессилию мысли. Что мы и наблюдаем в современной науке. Не раскрыв природу "начала" все остальные выводы типа: "вселенная расширяется", "темная материя и темная энергия" (где вы ау!), возникновение гравитации и т.д. как раз и демонстрируют бессилие научной мысли. Хотите узнать как на единой основе из энергии возникает все сущее, смотрите наш сайт http://in-natura.ru Это- наследие наших предков! На сайте выложена книга, где даны все ссылки на первоисточники. Авторов книги мы назвали Русичи!!!

22:57, 09.08 6 1
уадлждлупьау уаущлхлпу:

автор пишет: -" Эйнштейновская теория относительности (специальная СТО и общая - ОТО), объясняющая свойства пространства времени и устройство Вселенной в целом."___________________________________________________________________________________________________________ ... обратите внимание на наивность автора - объясняющая свойства пространства?!), то есть уже определены его свойства, пространства, расскажите пожалуйста о них, о свойствах?) о пространстве, которое еще никто не измерил, о времени, которое никто никогда не видел), прежде чем, что то объяснить, нужно сначала определить и измерить, нет определения, нет измерения, нет объяснения. ... обратите внимание на невинность теории ОТО Эйнштейна), Ньютон определил закон всемирного тяготения, Эйнштейн, не найдя точки опоры этому закону в математике, вводит принцип относительности, капитан очевидность, но обратите внимание, все существующие известные нам законы не работают, как постулирует "ОТО" относительность ко всему, не работают и не относятся к гравитации, только к извлеченной материи, но самое главное, у гравитации нет симметрии - она неизменна и постоянна, введение Эйнштейном космологической постоянной, некое резиновое свойство пространства, положительное к очевидному отрицанию, это блеф, игра разума, значит ни какой относительности не существует, материя же появилась, и появилась в нарушении этого закона, гравитация попыталась сохранить свою энергию, постоянство и неизменность, и снова нарушение, частица сбежала))),значит все законы изменяются, а что тут говорить про биологию и ее появление, она тоже изменила закон, правда ей, это, стоит жизни.

Показать еще комметарии (24)

Статьи

К новогоднему костру! Лучшего Деда Мороза России выбирают в Югре

К новогоднему костру! Лучшего Деда Мороза России выбирают в Югре
События и факты

«Нафтогаз» победил? «Газпром» заплатил Киеву 2,1 млрд долларов

«Нафтогаз» победил? «Газпром» заплатил Киеву 2,1 млрд долларов
Экономика

Зачистка закончена? ЦБ РФ заявил об окончательном оздоровления российской банковской системы

Зачистка закончена? ЦБ РФ заявил об окончательном оздоровления российской банковской системы
Экономика

Три способа украсть ваши деньги с карты. Что Сбербанк рассказал о мошенничестве

Три способа украсть ваши деньги с карты. Что Сбербанк рассказал о мошенничестве
Экономика

Узнай, страна

ТОП-10 достижений недели: как в регионах РФ осваивали точное литье, лазерную хирургию и автороботов?

ТОП-10 достижений недели: как в регионах РФ осваивали точное литье, лазерную хирургию и автороботов?

В Ярославской области открыли крупнейшее в России литейное производство мирового уровня

В Ярославской области открыли крупнейшее в России литейное производство мирового уровня

В Саратовской области создали первый отечественный вакуумный выключатель для применения в Арктике

В Саратовской области создали первый отечественный вакуумный выключатель для применения в Арктике

В Томской области начнут строить энергоблок опытно-демонстрационного ядерного комплекса за ₽ 26 млрд

В Томской области начнут строить энергоблок опытно-демонстрационного ядерного комплекса за ₽ 26 млрд

Наши
партнеры

«Деловая Россия» — союз предпринимателей нового поколения российского бизнеса
«Терралайф» - рекламное агентство полного цикла
Dawai - Австрия на русском: новости, туризм, недвижимость, объявления, афиша



Капитал страны
Нашли ошибку на сайте? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter