Starodavni ljudje so mislili, da smo sestavljeni iz štirih 'elementov' – vode, zemlje, ognja in zraka; za katere zdaj vemo, da niso elementi. Trenutno je okoli 118 elementov. Vsi elementi so sestavljeni iz atomov, za katere so včasih mislili, da so nedeljivi. Do začetka dvajsetega stoletja po odkritjih JJ Thompsona in Rutherforda je bilo znano, da so atomi sestavljeni iz jeder (iz protonov in nevtronov) v središču in elektronov v orbiti okoli. Do sedemdesetih let 1970. stoletja je bilo znano, da tudi protoni in nevtroni niso temeljni, temveč so sestavljeni iz 'gornjih kvarkov' in 'niznjih kvarkov', zaradi česar so 'elektroni', 'gornji kvarki' in 'niznji kvarki' tri najbolj temeljne sestavine vsega. v Vesolje. Z prelomnim razvojem v kvantni fiziki smo se naučili, da so delci pravzaprav derivati, snopi ali paketi energije v poljih, ki pomenijo delce, niso temeljni. Temeljno je področje, na katerem temeljijo. Zdaj lahko rečemo, da so kvantna polja temeljni gradniki vsega v Vesolje (vključno z naprednimi biološkimi sistemi, kot smo mi). Vsi smo sestavljeni iz kvantnih polj. Lastnosti delcev, kot sta električni naboj in masa, so izjave o tem, kako njihova polja medsebojno delujejo z drugimi polji. Na primer, lastnost, ki ji pravimo električni naboj elektrona, je izjava o tem, kako polje elektronov deluje z elektromagnetnim poljem. in. lastnost njegove mase je izjava o tem, kako deluje s Higgsovim poljem.
Že od antičnih časov so se ljudje spraševali, iz česa smo sestavljeni? Kaj je Vesolje narejen iz? Kateri so temeljni gradniki narave? In kateri so osnovni naravni zakoni, ki urejajo vse v Vesolje? Standardni model znanosti je teorija, ki odgovarja na ta vprašanja. To naj bi bila uspešna teorija znanosti, ki je bila kdaj zgrajena v zadnjih stoletjih, ena sama teorija, ki pojasnjuje večino stvari v Vesolje.
Ljudje so že zgodaj vedeli, da smo sestavljeni iz elementov. Vsak element je sestavljen iz atomov. Sprva je veljalo, da so atomi nedeljivi. Vendar je leta 1897 JJ Thompson odkril elektrone z uporabo električne razelektritve skozi katodno cev. Kmalu zatem, leta 1908, je njegov naslednik Rutherford s svojim slavnim eksperimentom z zlato folijo dokazal, da ima atom majhno pozitivno nabito jedro v središču, okoli katerega krožijo negativno nabiti elektroni. orbite. Kasneje je bilo ugotovljeno, da so jedra sestavljena iz protonov in nevtronov.
V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja je bilo odkrito, da nevtroni in protoni niso nedeljivi, zato niso temeljni, ampak sta vsak proton in nevtron sestavljena iz treh manjših delcev, imenovanih kvarki, ki so dveh vrst – "gornji kvarki" in "spodnji kvarki" (" up quark" in "down quark" sta le različna izraza "gor" in "dol" ne pomenita nobene povezave s smerjo ali časom). Protoni so sestavljeni iz dveh "gornjih kvarkov" in "spodnjega kvarka", medtem ko je nevtron sestavljen iz dveh "spodnjih kvarkov" in "gornjega kvarka". Tako so »elektroni«, »gornji kvarki« in »niznji kvarki« trije najbolj temeljni delci, ki so gradniki vsega v Vesolje. Vendar pa se je z napredkom znanosti tudi to razumevanje spremenilo. Ugotovljeno je, da so polja osnovna in ne delci.
Delci niso temeljni. Bistveno je področje, na katerem temeljijo. Vsi smo sestavljeni iz kvantnih polj.
Glede na trenutno razumevanje znanosti je vse v Vesolje je sestavljen iz nevidnih abstraktnih entitet, imenovanih "polja", ki predstavljajo temeljne gradnike narave. Polje je nekaj, kar se razprostira Vesolje in ima na vsaki točki v prostoru določeno vrednost, ki se lahko spreminja s časom. Je kot valovanje tekočine, ki se ziblje po vsem Vesolje, na primer, se magnetna in električna polja širijo po Vesolje. Čeprav ne moremo videti električnih ali magnetnih polj, so resnična in fizična, kar dokazuje sila, ki jo čutimo, ko dva magneta približamo. V skladu s kvantno mehaniko se domneva, da so polja zvezna v nasprotju z energijo, ki je vedno razdeljena v neke diskretne kepe.
Kvantna teorija polja je ideja združevanja kvantne mehanike s polji. V skladu s tem se elektronska tekočina (tj. valovanje valov te tekočine) poveže v majhne snope energije. Te snope energije imenujemo elektroni. Tako elektroni niso temeljni. So valovi istega osnovnega polja. Podobno valovi dveh kvarkovih polj povzročijo "kvarke navzgor" in "kvarke navzdol". In enako velja za vse druge delce v Vesolje. Polja so podlaga za vse. To, kar mislimo kot delce, so pravzaprav valovi polj, povezani v majhne snope energije. Osnovni temeljni gradniki našega Vesolje so te tekočinam podobne snovi, ki jih imenujemo polja. Delci so le derivati teh polj. V čistem vakuumu, ko so delci popolnoma izločeni, polja še vedno obstajajo.
Tri najosnovnejša kvantna polja v naravi so »elektron«, »gornji kvark« in »niznji kvark«. Obstaja še četrti, ki se imenuje nevtrino, vendar ne predstavlja nas, ampak igra pomembno vlogo drugje v Vesolje. Nevtrini so povsod, tečejo skozi vse povsod brez interakcije.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Polja snovi: Štiri osnovna kvantna polja in z njimi povezani delci (tj. "elektron", "gornji kvark", "niznji kvark" in "nevtrino") tvorijo temelj Vesolje. Iz neznanih razlogov se ti štirje temeljni delci razmnožujejo dvakrat. Elektroni reproducirajo »mion« in »tau« (ki sta 200-krat oziroma 3000-krat težja od elektronov); zgornji kvarki povzročijo "čuden kvark" in "spodnji kvark"; spodnji kvarki povzročijo "charm quark" in "top quark"; medtem ko nevtrini povzročijo "mionski nevtrino" in "tau nevtrino".
Tako obstaja 12 polj, ki povzročajo delce, jih imenujemo snovna polja.
Spodaj je seznam 12 polj snovi, ki sestavljajo 12 delcev v Vesolje.
Polja sile: 12 materijskih polj medsebojno deluje prek štirih različnih sil – teža, elektromagnetizem, močne jedrske sile (delujejo samo na majhnem merilu jedra, držijo kvarke skupaj znotraj protonov in nevtronov) in šibke jedrske sile (delujejo samo v majhnem obsegu jedra, odgovorni za radioaktivni razpad in sprožijo jedrsko fuzijo). Vsaka od teh sil je povezana s poljem – s katerim je povezana elektromagnetna sila gluonsko polje, so polja, povezana z močnimi in šibkimi jedrskimi silami W in Z bozonsko polje in polje, povezano z gravitacijo, je prostor-čas Sam.
Spodaj je seznam štirih polj sile, povezanih s štirimi silami.
| elektromagnetna sila | gluonsko polje |
| Močne in šibke jedrske sile | w & z bozonsko polje |
| teža | prostor čas |
O Vesolje je napolnjena s temi 16 polji (12 materijskih polj plus 4 polja, povezana s štirimi silami). Ta polja medsebojno delujejo na harmoničen način. Na primer, ko polje elektronov (eno od polj snovi) začne valovati gor in dol (ker je tam elektron), to sproži eno od drugih polj, recimo elektromagnetno polje, ki bo nato tudi nihajo in valovijo. Oddajana bo svetloba, ki bo nekoliko nihala. Na neki točki bo začelo delovati s poljem kvarkov, ki bo nato nihalo in valovalo. Končna slika, ki jo dobimo, je harmoničen ples med vsemi temi polji, ki se prepletajo.
Higgsovo polje
V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je Peter Higgs napovedal še eno področje. Do leta 1960 je to postalo sestavni del našega razumevanja o Vesolje. Vendar ni bilo nobenih eksperimentalnih dokazov (kar pomeni, da če povzročimo valovanje Higgsovega polja, bi morali videti povezane delce) do leta 2012, ko so raziskovalci CERN-a na LHC poročali o njegovem odkritju. Delec se je obnašal točno tako, kot je napovedal model. Higgsov delec ima zelo kratko življenjsko dobo, približno 10-22 sekund.
To je bil zadnji gradnik Vesolje. To odkritje je bilo pomembno, ker je to polje odgovorno za to, kar imenujemo masa v Vesolje.
Lastnosti delcev (kot sta električni naboj in masa) so izjave o tem, kako njihova polja medsebojno delujejo z drugimi polji.
Gre za interakcijo polj, ki so prisotna v Vesolje ki povzročajo lastnosti, kot so masa, naboj itd. različnih delcev, ki jih občutimo. Na primer, lastnost, ki ji pravimo električni naboj elektrona, je izjava o tem, kako polje elektronov deluje z elektromagnetnim poljem. Podobno je lastnost njegove mase izjava o tem, kako deluje s Higgsovim poljem.
Razumevanje Higgsovega polja je bilo resnično potrebno, da smo razumeli pomen mase v Vesolje. Odkritje Higgsovega polja je bilo tudi potrditev standardnega modela, ki je bil v veljavi od leta 1970.
Kvantna polja in fizika delcev so dinamična področja študija. Od odkritja Higgsovega polja je prišlo do več dogodkov, ki se nanašajo na standardni model. Iskanje odgovorov na omejitve standardnega modela se nadaljuje.
***
Viri:
Kraljeva ustanova 2017. Kvantna polja: resnični gradniki vesolja – z Davidom Tongom. Na voljo na spletu na https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
