Təbiət dünyası mürəkkəb bir yerdir. Harmoniyalar insanlara və alimlərə oradakı nizamı ayırd etməyə imkan verir. Fizikada çoxdan başa düşülür ki, simmetriya prinsipi qorunma qanunları ilə sıx bağlıdır. Ən məşhur üç qayda bunlardır: enerjinin qorunması, impuls və impuls. Təzyiqlərin davamlı olması təbiətin münasibətlərinin heç bir intervalda dəyişməməsinin nəticəsidir. Məsələn, Nyutonun cazibə qanununda cazibə sabiti olan GN-nin zamandan asılı olduğunu təsəvvür etmək olar.
Bu halda enerjiyə qənaət edilməyəcək. Enerji qənaəti pozuntuları üçün eksperimental axtarışlardan, zamanla hər hansı belə dəyişikliyə ciddi məhdudiyyətlər qoyula bilər. Bu simmetriya prinsipi kifayət qədər genişdir və klassik mexanikada olduğu kimi kvantda da tətbiq olunur. Fiziklər bəzən bu parametrə zamanın homojenliyi kimi müraciət edirlər. Eynilə, impulsun qorunması xüsusi yerin olmamasının nəticəsidir. Dünya Kartezyen koordinatları ilə təsvir edilsə belə, təbiət qanunları buna əhəmiyyət verməzmənbəni nəzərə alın.
Bu simmetriya "translational invariance" və ya məkanın homojenliyi adlanır. Nəhayət, bucaq momentumunun qorunması gündəlik həyatda tanış olan harmoniya prinsipi ilə bağlıdır. Fırlanma zamanı təbiət qanunları dəyişməzdir. Məsələn, insanın təkcə koordinatların mənşəyini necə seçməsi vacib deyil, həm də oxların oriyentasiyasını necə seçməsinin əhəmiyyəti yoxdur.
Diskret sinif
Məkan-zaman simmetriyası, yerdəyişmə və fırlanma prinsipi davamlı harmoniyalar adlanır, çünki siz koordinat oxlarını istənilən ixtiyari miqdarda hərəkət etdirə və ixtiyari bucaqla fırlana bilərsiniz. Digər sinif diskret adlanır. Harmoniya nümunəsi həm güzgüdəki əkslər, həm də paritetdir. Nyuton qanunlarında da bu ikitərəfli simmetriya prinsipi var. Sadəcə qravitasiya sahəsinə düşən cismin hərəkətini müşahidə etmək və sonra güzgüdə eyni hərəkəti öyrənmək lazımdır.
Trayektoriya fərqli olsa da, Nyuton qanunlarına tabedir. Bu, nə vaxtsa təmiz, yaxşı cilalanmış güzgü qarşısında dayanmış və obyektin harada və güzgü təsvirinin harada olması ilə bağlı çaşqınlıq yaşayan hər kəsə tanışdır. Bu simmetriya prinsipini təsvir etməyin başqa bir yolu sol və əks arasındakı oxşarlıqdır. Məsələn, üçölçülü Dekart koordinatları adətən “sağ əl qaydası”na əsasən yazılır. Yəni, şəxs x Oy nöqtəsindən başlayaraq x tərəfə doğru hərəkət edərək sağ əlini z ətrafında fırladırsa, z oxu boyunca müsbət axın baş barmağın göstərdiyi istiqamətdə olur.
Qeyri-ənənəvikoordinat sistemi 2 əksinədir. Bunun üzərində Z oxu sol əlin olacağı istiqaməti göstərir. Nyuton qanunlarının dəyişməz olması ifadəsi o deməkdir ki, insan istənilən koordinat sistemindən istifadə edə bilər və təbiət qaydaları eyni görünür. Onu da qeyd etmək lazımdır ki, paritet simmetriya adətən P hərfi ilə işarələnir. İndi növbəti suala keçək.
Simmetriyanın əməliyyatları və növləri, simmetriya prinsipləri
Paritet elmə maraq göstərən yeganə diskret mütənasiblik deyil. Digəri isə zaman dəyişikliyi adlanır. Nyuton mexanikasında cismin cazibə qüvvəsi altına düşməsinin video qeydini təsəvvür etmək olar. Bundan sonra videonu tərsinə işlətməyi düşünməlisiniz. Həm “zamanda irəli”, həm də “geriyə” hərəkətlər Nyuton qanunlarına tabe olacaq (əks hərəkət çox inandırıcı olmayan vəziyyəti təsvir edə bilər, lakin qanunları pozmayacaq). Vaxtın dəyişdirilməsi adətən T hərfi ilə işarələnir.
Şarj konyuqasiyası
Hər məlum hissəcik (elektron, proton və s.) üçün antihissəcik var. Tam eyni kütləyə malikdir, lakin əks elektrik yükü var. Elektronun antihissəciyinə pozitron deyilir. Proton bir antiprotondur. Bu yaxınlarda antihidrogen istehsal edilmiş və tədqiq edilmişdir. Yük konjuqasiyası hissəciklər və onların antihissəcikləri arasında simmetriyadır. Aydındır ki, onlar eyni deyil. Lakin simmetriya prinsipi o deməkdir ki, məsələn, elektrik sahəsində elektronun davranışı əks fonda pozitronun hərəkətləri ilə eynidir. Yük konyuqasiyası qeyd olunurhərf C.
Bu simmetriyalar isə təbiət qanunlarının dəqiq nisbətləri deyil. 1956-cı ildə eksperimentlər gözlənilmədən beta parçalanma adlanan radioaktivlik tipində sol və sağ arasında asimmetriya olduğunu göstərdi. O, ilk dəfə atom nüvələrinin parçalanmasında tədqiq edilmişdir, lakin o, ən asan şəkildə digər güclü qarşılıqlı təsir göstərən hissəcik olan mənfi yüklü π mezonun parçalanmasında təsvir edilmişdir.
O, öz növbəsində ya muona, ya da elektrona və onların antineytrinolarına parçalanır. Ancaq müəyyən bir yükdə çürümələr çox nadirdir. Bunun səbəbi (xüsusi nisbilikdən istifadə edən arqument vasitəsilə) anlayışın həmişə öz hərəkət istiqamətinə paralel fırlanması ilə meydana çıxmasıdır. Təbiət sol və sağ arasında simmetrik olsaydı, neytrino fırlanması paralel olan yarım vaxt və antiparaleli olan hissəsi tapılar.
Bu, güzgüdə hərəkət istiqamətinin dəyişdirilməməsi, fırlanma ilə olması ilə bağlıdır. Bununla bağlı müsbət yüklü π + mezon, antihissəcik π -dir. O, impulsuna paralel spin ilə elektron neytrinoya çevrilir. Bu onun davranışı arasındakı fərqdir. Onun antihissəcikləri yük konyuqasiyasının qırılmasına nümunədir.
Bu kəşflərdən sonra zamanın tərsinə dəyişməsi T-nin pozulub-pozulmaması sualı qaldırıldı. Kvant mexanikasının və nisbiliyin ümumi prinsiplərinə əsasən, T-nin pozulması C × P-nin konyuqasiya məhsulu ilə bağlıdır. ittihamlar və paritet. SR, əgər bu yaxşı bir simmetriya prinsipidirsə, o deməkdir ki, π + → e + + ν tənəzzülü eyni ilə getməlidir.π - → e - + kimi sürət. 1964-cü ildə CP-ni pozan bir proses nümunəsi, Kmeson adlı güclü qarşılıqlı hissəciklərin başqa bir dəsti ilə kəşf edildi. Məlum olub ki, bu taxıllar CP-nin bir qədər pozulmasını ölçməyə imkan verən xüsusi xüsusiyyətlərə malikdir. Yalnız 2001-ci ilə qədər SR-nin pozulması inandırıcı şəkildə başqa bir dəst olan B mezonlarının çürüməsi ilə ölçüldü.
Bu nəticələr açıq şəkildə göstərir ki, simmetriyanın yoxluğu çox vaxt onun mövcudluğu qədər maraqlıdır. Həqiqətən də, SR pozuntusunun aşkarlanmasından qısa müddət sonra Andrey Saxarov qeyd etdi ki, bu, kainatda maddənin antimateriya üzərində üstünlük təşkil etdiyini başa düşmək üçün təbiət qanunlarında zəruri komponentdir.
Prinsiplər
İndiyə qədər CPT, yük konyuqasiyası, paritet, zamanın dəyişməsi birləşməsinin qorunduğuna inanılır. Bu, nisbilik və kvant mexanikasının kifayət qədər ümumi prinsiplərindən irəli gəlir və bu günə qədər eksperimental tədqiqatlarla təsdiqlənib. Bu simmetriyanın hər hansı pozulması aşkar edilərsə, bunun ciddi nəticələri olacaq.
İndiyə qədər müzakirə olunan nisbətlər qorunma qanunlarına və ya hissəciklər arasında reaksiya sürətləri arasında əlaqələrə səbəb olması baxımından vacibdir. Hissəciklər arasındakı qüvvələrin çoxunu faktiki olaraq təyin edən başqa bir simmetriya sinfi var. Bu proporsionallıqlar yerli və ya ölçü mütənasiblikləri kimi tanınır.
Belə simmetriyalardan biri elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərə səbəb olur. Digəri, Eynşteynin fikrincə, cazibə qüvvəsinə. Ümumilik prinsipini ortaya qoyarkənNisbilik nəzəriyyəsində alim iddia edirdi ki, təbiət qanunları təkcə onların dəyişməz olması üçün deyil, məsələn, koordinatların kosmosda hər yerdə eyni vaxtda fırlanması zamanı deyil, istənilən dəyişikliklə mövcud olmalıdır.
Bu hadisəni təsvir etmək üçün riyaziyyat XIX əsrdə Fridrix Rimann və başqaları tərəfindən işlənib hazırlanmışdır. Eynşteyn qismən uyğunlaşdı və bəzilərini öz ehtiyacları üçün yenidən icad etdi. Belə çıxır ki, bu prinsipə tabe olan tənlikləri (qanunları) yazmaq üçün bir çox cəhətdən elektromaqnitə bənzəyən (iki spinə malik olması istisna olmaqla) bir sahə təqdim etmək lazımdır. O, Nyutonun cazibə qanununu çox kütləvi olmayan, sürətli və ya boş hərəkət edən əşyalarla düzgün əlaqələndirir. Belə olan sistemlər üçün (işığın sürəti ilə müqayisədə) ümumi nisbilik qara dəliklər və qravitasiya dalğaları kimi bir çox ekzotik hadisələrə gətirib çıxarır. Bütün bunlar Eynşteynin olduqca zərərsiz anlayışından irəli gəlir.
Riyaziyyat və digər elmlər
Elektrik və maqnitizmə səbəb olan simmetriya prinsipləri və qorunma qanunları yerli mütənasibliyin başqa bir nümunəsidir. Buna daxil olmaq üçün riyaziyyata müraciət etmək lazımdır. Kvant mexanikasında elektronun xassələri "dalğa funksiyası" ψ(x) ilə təsvir edilir. İş üçün ψ-nin kompleks ədəd olması vacibdir. O, öz növbəsində, həmişə həqiqi ədədin, ρ və dövrlərin, e iθ məhsulu kimi yazıla bilər. Məsələn, kvant mexanikasında dalğa funksiyasını heç bir təsiri olmadan sabit fazaya vura bilərsiniz.
Amma simmetriya prinsipi olarsadaha güclü bir şeyə söykənir ki, tənliklər mərhələlərdən asılı deyil (daha doğrusu, təbiətdə olduğu kimi, müxtəlif yüklü çoxlu hissəciklər varsa, xüsusi birləşmə vacib deyil), ümumi nisbilikdə olduğu kimi, onu da təqdim etmək lazımdır. fərqli sahələr toplusu. Bu zonalar elektromaqnitdir. Bu simmetriya prinsipinin tətbiqi sahənin Maksvell tənliklərinə tabe olmasını tələb edir. Bu vacibdir.
Bu gün Standart Modelin bütün qarşılıqlı təsirlərinin yerli ölçmə simmetriyasının belə prinsiplərindən irəli gəldiyi başa düşülür. W və Z zolaqlarının mövcudluğu, eləcə də onların kütlələri, yarı ömrü və digər oxşar xassələri bu prinsiplərin nəticəsi olaraq uğurla proqnozlaşdırılıb.
Ölçülməz rəqəmlər
Bir sıra səbəblərə görə digər mümkün simmetriya prinsiplərinin siyahısı təklif edilmişdir. Belə bir hipotetik model supersimmetriya kimi tanınır. İki səbəbə görə təklif edildi. Hər şeydən əvvəl, bu, uzun müddətdir davam edən tapmacanı izah edə bilər: "Niyə təbiət qanunlarında ölçüsüz rəqəmlər çox azdır."
Məsələn, Plank h sabitini təqdim edərkən onun Nyuton sabitindən başlayaraq kütləvi ölçüləri olan kəmiyyəti yazmaq üçün istifadə oluna biləcəyini başa düşdü. Bu rəqəm indi Plank dəyəri kimi tanınır.
Böyük kvant fizikası Pol Dirak (antimateriyanın mövcudluğunu proqnozlaşdıran) "böyük ədədlər problemi"ni çıxardı. Belə çıxır ki, supersimmetriyanın bu təbiətini postulasiya etmək problemin həllinə kömək edə bilər. Supersimmetriya həm də ümumi nisbilik prinsiplərinin necə başa düşülə biləcəyini başa düşmək üçün ayrılmazdırkvant mexanikasına uyğun olun.
Supersimmetriya nədir?
Bu parametr, əgər varsa, fermionları (Pauli istisna prinsipinə tabe olan yarım tam spinli hissəciklər) bozonlara (lazerlərin davranışına gətirib çıxaran Bose statistikasına tabe olan tam ədəd spinli hissəciklər) aid edir. və Bose kondensatları). Lakin ilk baxışdan belə bir simmetriya təklif etmək axmaqlıq kimi görünür, çünki bu, təbiətdə baş versəydi, hər bir fermion üçün eyni kütləyə malik bozon olacağını və əksinə, gözləmək olardı.
Yəni tanış olan elektrondan başqa, selektor deyilən, spini olmayan və istisna prinsipinə tabe olmayan, lakin bütün digər cəhətləri ilə elektronla eyni olan zərrəcik olmalıdır. Eynilə, foton 1/2 spinli (elektron kimi istisna prinsipinə tabe olan) sıfır kütləsi və fotonlara bənzər xüsusiyyətlərə malik başqa bir hissəciyə istinad etməlidir. Belə hissəciklər tapılmayıb. Bununla belə, belə çıxır ki, bu faktlar uzlaşdırıla bilər və bu, simmetriya ilə bağlı son bir məqama gətirib çıxarır.
Space
Təbiət qanunlarının nisbətləri ola bilər, lakin ətraf aləmdə təzahür etmək mütləq deyil. Ətrafdakı boşluq vahid deyil. O, müəyyən yerlərdə olan hər cür şeylərlə doludur. Buna baxmayaraq, impulsun qorunmasından insan təbiət qanunlarının simmetrik olduğunu bilir. Ancaq bəzi hallarda mütənasiblik"kortəbii qırıldı". Hissəciklər fizikasında bu termin daha dar mənada istifadə olunur.
Ən aşağı enerji vəziyyəti mütənasib deyilsə, simmetriyanın kortəbii pozulduğu deyilir.
Bu fenomen təbiətdə bir çox hallarda baş verir:
- Daimi maqnitlərdə, ən aşağı enerji vəziyyətində maqnitizmə səbəb olan spinlərin düzülməsi fırlanma dəyişməzliyini pozur.
- Xiral adlanan mütənasibliyi pozan π mezonların qarşılıqlı təsirində.
Sual: "Belə pozulmuş vəziyyətdə supersimmetriya varmı" indi gərgin eksperimental tədqiqatların mövzusudur. O, bir çox elm adamının fikrini tutur.
Simmetriya prinsipləri və fiziki kəmiyyətlərin saxlanması qanunları
Elmdə bu qayda təcrid olunmuş sistemin müəyyən ölçülə bilən xassəsinin zamanla təkamül zamanı dəyişilmədiyini bildirir. Dəqiq qorunma qanunlarına enerji ehtiyatları, xətti impuls, impuls və elektrik yükü daxildir. Kütlələr, paritet, lepton və barion sayı, qəribəlik, hiperzariya və s. kimi kəmiyyətlərə tətbiq olunan bir çox təxmini imtina qaydaları var. Bu kəmiyyətlər fiziki proseslərin müəyyən siniflərində qorunur, lakin hamısında deyil.
Noether teoremi
Yerli qanun adətən riyazi olaraq kəmiyyət kəmiyyəti ilə kəmiyyət arasındakı nisbəti verən qismən diferensial davamlılıq tənliyi kimi ifadə edilir.onun transferi. Bu, bir nöqtədə və ya həcmdə saxlanılan nömrənin yalnız səsə daxil olan və ya çıxan nömrə tərəfindən dəyişdirilə biləcəyini bildirir.
Noether teoremindən: hər bir qorunma qanunu fizikada simmetriyanın əsas prinsipi ilə bağlıdır.
Qaydalar bu elmdə, eləcə də kimya, biologiya, geologiya və mühəndislik kimi digər sahələrdə geniş tətbiqi ilə təbiətin fundamental normaları hesab olunur.
Qanunların çoxu dəqiq və ya mütləqdir. O mənada ki, onlar bütün mümkün proseslərə aiddir. Noether teoreminə görə, simmetriya prinsipləri qisməndir. O mənada ki, onlar bəzi proseslər üçün keçərlidir, bəziləri üçün yox. O, həmçinin bildirir ki, onların hər biri və təbiətin diferensial mütənasibliyi arasında bir-bir uyğunluq var.
Xüsusilə mühüm nəticələr bunlardır: simmetriya prinsipi, qorunma qanunları, Noether teoremi.
