Il Gruppo non Abeliano Chiamata SU (2) � applicabile al caso di interazione debole. La rotazione interna � generalizzata a tre parametri Corrispondenti a tre Bosoni di gauge Diversi - W +, W -, E Z0. Le particelle partecipanti sono il mancino coppia di leptoni. Nel modello di Weinberg-Salam, il mancino leptoni possono subire SIA le interazioni elettromagnetiche e deboli, Mentre la mano destra elettrone PU� Partecipare solo in electronmagnetic interazione. Cos� il modello unificazione queste interazioni dovute. Questa asimmetria di chiralit� � legato al fenomeno della Violazione di parit� di interazione debole, ed � Stata verificata definitivamente nel 1950. L'Unificazione elettrodebole si verifica al di Energia Superiore uno Gev 102. Una complicazione deriva per Quanto Riguarda la massa dei Bosoni di gauge per le qualifiche, l'originale teoria di Yang-Mills ha omesso di tener Conto. Nella versione moderna, la massa Viene generato con un processo CHIAMATO Il Meccanismo di Higgs, Che Propone Alcuni Campi Scalari CHIAMATO i campi di Higgs ESISTE nel vuoto. Nel formalismo matematico QUESTI campi di Higgs sono aggiunti alla "azione" per l'interazione elettrodebole. Alla temperatura di transizione (� accaduto nei primi mesi del Big Bang), QUESTI campi di Higgs passare per gli Stati pi� stabili del livello di energia pi� bassa. Una Volta Che Accade questo, tutte le particelle (SIA Bosoni e fermioni) avrebbe Acquisito Massa interagendo con i condensati di Higgs. Vi � ora un consenso convincente dei risultati sperimentali uno sostegno di questa teoria elettrodebole.
Quando la rotazione interna � generalizzata uno SU (3), La teoria di gauge PU� Essere applicata al caso di interazione forte. Ci sono otto parametri per questo gruppo di Corrispondenti a otto Bosoni di gauge Chiamati gluoni. Le particelle partecipanti sono i quark con 3 diverse cariche di colore - rosso (R), Verde (G) e blu (b). Tre quark con diverse cariche di colore si combinano per formare un barione. Ogni quark possono svolgere diverse cariche di colore in tempi Diversi, uno Che Condizione La Combinazione di colori � "bianco". A differenza del caso della U (1) Gruppo, dove il Bosone di gauge (il fotone) non portano carica, i gluoni esegue Egli stesso le spese di colore. Tale differenza di produrre fenomeni come la libert� asintotica e confinamento dei quark. La teoria di gauge SU (3) Gruppo si chiama cromodinamica quantistica (QCD). Il formulism per e QCD l'interazione elettrodebole insieme � conosciuto come il Modello Standard, Che descrive tutti i fenomeni connessi con leptoni e quark.
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La libert� asintotica
In interazione elettromagnetica del Coulomb Legge dell'inverso del quadrato diventa sempre pi� inadeguato uno Piccola separazione tra le cariche dovuta, Perch� Cominciano uno penetrare l'elettrone virtuale scudo positrone come mostrato Nella parte (a) della Figura 15-07 e 15-08. Un fenomeno parallelo ESISTE in interazione forte. Tuttavia, vi � il gluone in pi� virtuale di schermatura, Che ha l'effetto Opposto E PRODURRE La forza apparente della carica di colore, come mostrato Nella parte (b) di Figura 15-08. Che questa mostra la forza di interazione diminuisce con la separazione della Diminuzione. Una separazione molto piccoli i quark appaiono come Libero - non interagiscono tra di Loro. Cos� uno separazione piccola, i metodi della Teoria delle Perturbazioni � applicabile per calcolare le quantit� di interesse fisico.
Figura 15-07 Vacuum Polarization
Figura 15-08 libert� asintotica
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Quark Confinement
In interazione elettromagnetica, le linee del campo elettrico si sviluppa Quando le accusano si allontanano gli uni Dagli altri, come indicato Nello schema di sinistra della Figura 15-09. LA STESSA Situazione in QCD provoca una risposta diversa, Perch� i gluoni Stessi trasportano anche le spese di colore. Le linee di campo (delle sorgenti in movimento) sono disegnate insieme Dalla reciproca attrazione, invece di diffondere fuori. (Vedi diagramma di destra della Figura 15-09.) Quanto l'attrazione sempre pi� forte con Ulteriore separazione, il sistema di guadagno abbastanza energia per Promuovere una coppia di quark-antiquark virtuale dal vuoto Nella realt� fisica. Questo dara luogo alla Creazione di un nuovo mesone come mostrato nel diagramma in basso a destra della Figura 15-09. Cos� l'energia
Figura 15-09 Quark Confinement
spesi nel Tentativo di separare i quark ha portato alla produzione di un altro mesoni, quark libero non � Stata prodotta.
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Teoria della Grande Unificazione (GUT)
Anche se il Modello Standard ha avuto molto successo Nella contabilizzazione di tutti i fenomeni sperimentali, essa non Dovrebbe Essere La teoria definitiva uno causa della sua grande Complessit� e le Numerose Questioni ancora senza risposta. Queste obiezioni Sembrano suggerire Che ci Possa Essere simmetrie pi� profonda alla base del modello standard, Che portera forse per l'unificazione delle interazioni forti ed elettrodeboli in un unico "grande teoria unificata", o intestino. Tale sistema � infatti possibile se il gruppo interno di rotazione � ulteriormente generalizzata uno SU (5) con 24 parametri. Tutte le particelle elementari Vengono assegnate in
grazie a 5 multipletti E a causa di 10 multipletti. Figura 15-10 mostra uno dei 5 - multipletti con l'Assegnazione 24 Bosoni di gauge disposti in una matrice. QUESTI Di, 12 sono uno Conoscenza (il fotone, W +, W -, Z0 e 8 gluoni). I 12 rimanenti sono Bosoni nuovi denotato da X; svolgere queste nuove FORZE in grado di trasformare i quark in leptoni e viceversa. La massa dei Bosoni X Sono stati calcolati in base al Meccanismo di Higgs, e Risulta Essere di circa 1.015 Gev. Questi super-particelle pesanti si trovano MOLTI ordini di grandezza al di l� delle gamme di energia di un acceleratore immaginabile. Tuttavia, ESSI Saranno presenti in grande Abbondanza nei primi 10-35 secondi Dopo il Big Bang.
Figura 15-10 SU (5) Symmetry Figura 15-11 Teoria della Grande Unificazione
Ad energie ben al di sopra 1.015 Gev, tutti i Bosoni di gauge (comprese le X) possono Essere Liberamente prodotti e tutte le interazioni Hanno LA STESSA Forza e quark PU� trasformarsi in leptoni Stessa Facilita con CUI cambia i colori, e il Grand SU ( 5) La simmetria � manifesto. Ad una energia di circa 1.015 Gev, SU (5) simmetria si rompe per separare SU (3) e SU (2) XU (1) simmetrie e il Grand separazione interazione Unificato le interazioni forti ed elettrodeboli. A circa 102 Gev, SU (2) XU (1) simmetria diventa Rotto, Che riflette la separazione delle interazioni elettrodeboli le interazioni deboli ed elettromagnetiche Distinti. Questo quadro di unificazione delle interazioni Incorpora anche la variazione dei punti di forza delle tariffe, a seconda della distanza Dalla Quale sono attuate come mostrato Nella Figura 15-11. La conseguenza pi� drammatica di grande unificazione E che il protone non � pi� stabile, ha una piccola Probabilit� di decadimento in un Pione neutro e un positrone (con un tempo di dimezzamento di circa 1031 anni). Decadimento non SIA Stata finora rilevata.
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Supersimmetria
Supersimmetria si differenzia da tutte le altre simmetrie Che si riferisce a causa classi di particelle elementari, Che sono cos� radicalmente Diversi - Il fermioni e Bosoni. Secondo la supersimmetria, tutti i "normali" Particella ha una Particella Compagna - Che spin Nella differiscono da mezza unit�, ma con propriet� altrimenti identiche. Inoltre, i punti di forza delle interazioni del Superpartner sono identiche uno Quelle della Particella Corrispondente ordinaria.
L'ultima colonna Nella Figura 15-12 mostra i nomi e simboli per tutte le Superpartner - "s" di fronte alla Superpartner fermione, "ion" Dietro il Bosone Superpartner, e una "~" sulla cima di un simbolo per designare i Superpartner .
Vieni Nella indicato GUT, X le particelle Hanno una massa dell'ordine di 1.015 Gev, Mentre i Bosoni elettrodeboli Hanno una massa dell'ordine di 102 Gev. Questa enorme differenza di Massa Richiede Sintonia fine dei parametri numerici di meglio di una parte su 1012, Ed. Spesso � indicato come il problema "Gerarchia". Supersimmetria, tuttavia, porta a Cancellazioni delicato nel calcolo Di queste masse in modo del tutto naturale. Quindi, l'enorme differenza tra la scala elettrodebole e la scala GUT � una Caratteristica non artificiosa di modelli supersimmetriche, vale a dire, la supersimmetria fornisce una spiegazione.
Un'altra motivazione per la supersimmetria � la sua intima Connessione con la gravit�. Se la supersimmetria � uno Promosso una simmetria locale di gauge, la teoria Riprende Automaticamente la teoria di Einstein della relativit� generale. Teorie con supersimmetria Chiamate locali sono super-gravit� della teorie. Anche se Tali Tentativi di unire la relativit� generale con la meccanica quantistica in ultima analisi, � Incontrato con il fallimento, l'applicazione pi� promettente � associata con Dieci teorie di stringa dimensionale. Super-gravit� � il limite di bassa energia in CUI il punto senza struttura delle particelle
Figura 15-12 Supersimmetria
� una buona approssimazione. Supersimmetria affronta anche una serie di altri misteri della fisica moderna, come la Concentrazione enorme di energia dell'universo (Il problema della costante cosmol�gico), l'origine dell'inflazione cosmica, la materia / antimateria asimmetria, la natura della materia oscura fredda, E le forme speciali delle interazioni Higgs.
Se la supersimmetria Fosse una esatta, la simmetria ininterrotta, il Superpartner avrebbe LA STESSA massa delle particelle ordinarie. Tuttavia, Tali particelle non sono mai osservate Stato, e di particelle supersimmetriche, quindi, SE SI TRATTA di una vera simmetria della fisica delle particelle, DEVE Essere spezzato. Se la rottura della supersimmetria in modo Che racconto la spiegazione per il problema della Gerarchia � ancora valido, allora la massa del Superpartner SAREBBE nell'ordine di 103 Gev - proprio nel range di massa accessibile la nuova generazione di acceleratori.
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Superstringhe
Secondo la teoria delle superstringhe, i costituenti Fondamentali del mondo materiale non sono punto-come particelle elementari, ma tiny uno stringhe di dimensioni AVENTI una lunghezza di circa 10-33 cm (la lunghezza di Planck). Come la corda di un violino, Che PU� vibrare In molti modi diversi (Diversi modi), Che corrispondono alle diverse particelle elementari osservate in natura. SI TRATTA di una teoria quantistica Che Incorpora la gravit� naturalmente. Nel suo quadro pi� AMPIO di M-teoria, i punti di forza di tutte le quattro FORZE Fondamentali si fondono a distanza molto ridotta (~ 10-33 cm.) Provengono mostrato Nella Figura 15-13.
Ci sono dovute classi di stringhe, Quelli con le Estremit� (aperte corde), e quelle senza (Chiuse stringhe - un ciclo), come mostrato Nella Figura 15-14. Le particelle associate con le corde aperte sono le spin-1 Bosoni di gauge e fermioni. Il Loro Movimento e limitata sulla superficie di una membrana da Alcune condizioni al contorno. Gravitone con spin-2 � un esempio di stringa chiusa, Che possono viaggiare Liberamente in tutte le dimensioni spaziali. Questi sono gli ingredienti per la teoria della manyfold universo.
Figura 15-13 Super-UNIFI --
zione Figura 15-14 String, aperto e chiuso
Quando una Particella si muove punto Attraverso lo spazio-tempo, segue una geodetica (un percorso di lunghezza minima) e Spazia su una curva tridimensionale, Che Viene indicato come il Suo Mondo-line. Tuttavia, Quando una stringa si propaghino Attraverso lo spazio-tempo, Che spazza una superficie bidimensionale, per analogia, Viene CHIAMATO Il suo mondo Fogli, e si muove lungo una superficie di superficie minima. (Vedi Figura 15-14).
Quando la supersimmetria � incorporato Nella teoria Stringa originale, si risolve il problema con Tachyon (piazza di Massa e negativo), ospita il modello vibrazionale ferminonic, e unire la relativit� generale con la meccanica quantistica. La teoria delle stringhe diventa la teoria delle superstringhe.
Il "eterotica" teoria delle superstringhe � una teoria di stringhe chiuse. In aperto contrasto con le stringhe con oneri misuratore gli endpoint, qui le accusano calibro sono "spalmato" su tutta la stringa eterotica. Vibrazioni (Onde) possono viaggiare intorno a Qualsiasi stringa chiusa in Direzioni dovuto, ma la Particolarit� della stringa eterotica E che le onde in movimento In ogni direzione, sono completamente differenti. Le Onde Che si spostano in senso orario, sono le onde del 10-dimensionale delle superstringhe, Mentre le onde si spostano in senso antiorario, sono Quelli dei 26 originali-bosonica stringa dimensionale. Per Ottenere una Coerente teoria dimensionale 10, 16 delle dimensioni extra sono interpretati come gradi di libert� interni, Che si trovano ad Essere Legati alla simmetria di gauge locale.
Figura 15-15 Compattificazione
Figura 15-16 Calabi-Yau Space
A Dieci spazio tridimensionale � necess�rio al fine di Eliminare i Fantasmi (Probabilit� negativo) nel formalismo. Per specificare un punto in questo spazio tridimensionale 10 Richiede i soliti quattro (x, y, z, t), maggiorato di un Ulteriore sei pi� coordinate. Supponiamo Che UNO DI QUESTI extra coordinamento � rannicchiata in un piccolo cerchio,
(Si veda la Figura 15-15). Il suo valore e l'angolo nel cerchio. Perch� il raggio del cerchio � cos� piccolo (~ 10-33 cm), Il valore dell'angolo � completamente invisibile. Di conseguenza, le leggi della fisica devono Essere invarianti sotto sposta in un angolo. Questo comportamento ricorda la rotazione interna detto in precedenza U (1) simmetria e possono Essere Identificati con CIASCUNO degli altri. Di conseguenza, la distorsione di questo accartocciate dimensione corrisponde alla Presenza di spin-1 Bosoni di gauge. In realt� la compattazione si trova su un sei-spazio tridimensionale, la teoria delle superstringhe limitare severamente la forma geometrica. E 'stato dimostrato Che una particolare classe di sei-dimensionali forme geometriche CHIAMATO Calabi-Yau spazi in grado di Soddisfare queste condizioni. Figura 15-16 mostra lo spazio ordinario (in dimensioni dovuta) con accartocciate il Calabi-Yau spazio In ogni punto. E 'solo redatto Sulle linee di intersezione della griglia per la chiarezza visiva.
Topologia diventa uno Strumento importante per superstringhe Quando � trattata come oggetto della meccanica quantistica. Questo ramo della matematica si occu di REGOLARE, Graduale e continuo cambiamento di forma geometrica. Ad esempio, un quadrato PU� Essere Continuamente Deformato in un circolo spingendo NEGLI angoli e arrotondamenti ai lati. La Regola Fondamentale E che nessun nuovo buco possono Essere Creati Nella nuova forma di strappi. Alcuni oggetti topologici equivalenti sono mostrati Nella Figura 15-17.
Figura 15-17 Topologia Figura 15-18 String Storia
E 'stato citato inArgomento 12che il passaggio dal classico al quantistica dei campi � Tramite la somma su tutti i percorsi possibili per Valutare la Azione. In superstringhe, ci sono dovuti parametri Lungo il worldsheet (nell'integrale Che definisce l'azione) e la somma � superiore a tutti collegati possibili superfici. In particolare, Esso comprende tutte le superfici formata da stretching, trazione, torsione e la deformazione in caso contrario (senza strappare), il mondo classico-sheet. Cos� Incluso nella somma con superfici sono molto lunghi, sottili tentacoli venire mostrato Nella Figura 15-18. Tali tentacoli PU� Essere interpretato come molto piccole stringhe chiuse Che appaiono da fuori il vuoto e di Partecipare alla stringa originale, o venire chiuso stringhe Che si staccano Dagli originali e poi sparire nel vuoto.
Interazione tra stringhe dovuta PU� Essere rappresentato da uno schema Simile a Quello Diagramma di Feynman per l'interazione di particelle dovute punto. Al posto di linee e punti in quest'ultimo caso, i percorsi delle corde diventano tubi. Le stringhe non dovuta si incontrano in un punto, Che interagiscono mediante la fusione (dal arrivo) e la divisione (uscita al). Tale sbavature dell'Interazione evita la singolarit� nel punto in CUI Le Due particelle si incontrano E quindi la teoria delle stringhe non � afflitto da infiniti al punto di particelle
Figura 15-19 stringhe di interazione
Teorie quantistiche di campo. Perturbazione teoria Viene utilizzato per Ampliare l'interazione in una somma di diagrammi individuali come mostrato Nella Figura 15-19. Il primo � la principale parte Chiamata albero diagramma dei Livelli. Gli altri con crescente numero di fori sono Chiamati diagrammi di ciclo, sono i contributi di coppie di particelle virtuali. Se la forza di interazione � di piccole dimensioni, la serie SAREBBE convergono Rapidamente, altrimenti il calcolo diventa sempre pi� difficile in Quanto il numero di cicli cresce.
Figura 15-20 Superstrings Teorie
Secondo le Differenze di simmetria di gauge, i tipi di stringhe o brane, ecc Ci sono cinque versioni differenti teorie delle superstringhe come mostrato Nella Figura 15-20. Esse sono collegate con la S-dualit�, Che Riguarda il limite di accoppiamento forte di una teoria del limite di debole accoppiamento di Un'altra teoria, e la T-dualit�, Che Riguarda una teoria Che � compattificata su un cerchio di raggio R, Un'altra teoria compattificata su un cerchio di raggio 1 / R.
Nel 1995, Edward Witten ha dato prova di un nuovo tipo profondo della dualit�. Egli ha suggerito Che Le Cinque teorie, anche se Apparentemente Diversi Nella Loro struttura di base, sono solo Diversi modi di descrivere LA STESSA fisica di base. Le Cinque teorie sono solo cinque diverse finestre su questo unico quadro teorico (in 11 dimensioni), Che oggi si chiama l'M-teoria. M-teoria Contiene oggetti estesi di una grande quantit� di differenti dimensioni spaziali Chiamati p-brane (un oggetto di dimensioni spazio p, fino a nove). Sembra Che gli ingredienti Fondamentali della M-teoria sono "brane" di una Variet� di dimensioni. Gli oggetti in Teorie Cinque visualizzate solo come stringhe (o delle membrane raggomitolato uno guardare come stringhe), Che sono la luce Sufficiente per entrare in contatto con la fisica come noi la conosciamo. Le analisi perturbativa non sono abbastanza raffinati per scoprire anche l'Esistenza del super-massiccia oggetti estesi di altre dimensioni; stringhe Dominato le analisi e le teorie fu dato il nome di "teorie delle stringhe".
Attualmente non ci sono previsioni verificabili da superstringhe. Tuttavia, si puo dimostrare Che ad energie Inferiori uno GeV 1016, la teoria delle stringhe eterotiche Porta Effettivamente uno un normale grande teoria unificata. Nel frattempo, in questo momento, le superstringhe � l'unica teoria valida in grado di unificare le quattro interazioni (vedi Figura 15-04), e Hanno il Potenziale per FORNIRE spiegazioni per tutti i fenomeni fondamentali. Si potrebbe Prendere il posto alla fine del lungo viaggio verso la teoria definitiva come illustrato Nella Figura 15-05 e 15-06.
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Molteplice, l'energia del vuoto, e Multiverse
Ricerca nel primi anni del 2000 indica Che la teoria delle stringhe possono FORNIRE le spiegazioni per "l'energia oscura" E l'origine delle "Bing Bang". Vieni accennato in precedenza, le sei dimensioni extra curl in sei piccolo spazio tridimensionale conosciuto come collettore di aspirazione (si veda la Figura 15-21). Le equazioni della teoria delle stringhe specificare la sistemazione del collettore di configurazione, insieme con i Loro Associati brane (verde) e linee di forza conosciuta come linee di flusso (arancione). La fisica Che si osserva Nelle tre grandi dimensioni Dipende dalle dimensioni e la struttura del collettore: ciambella venire MOLTI venuto "Maniglie" ha che, la lunghezza e la circonferenza di Ogni Gestire, il numero e Le posizioni dei Suoi brane, e il numero di Linee di flusso avvolto Attorno Ad ogni ciambella.
Figura 15-21 Manifold
Ogni collettore ha un Potenziale di energia unica, Hanno contribuito per flussi, brane e la curvatura della accartocciate dimensioni. Questa energia Viene Chiamata energia del vuoto, Perch� � l'energia dello spazio-tempo, Quando le quattro grandi dimensioni sono completamente pri di materia o campi. La geometria del collettore di piccole cercher� di adattarsi uno minimizzare questa energia. Venire
Di conseguenza, Ogni configurazione stabile stabilirsi in un minimo di l'energia del vuoto, come mostrato dal Alfabeti in Figura 15-22, dove l'energia negativa � tracciata in blu. Il diagramma mostra una versione semplificata di soli parametri dovuto. In realt�, il numero di parametri regolabili � enorme. Ci sono soluzioni con un massimo di circa 500 manici e il numero di linee di flusso PU� Essere ben 10. Cos�, il numero di Configurazioni possibili Molteplici SAREBBE intorno al 10.500, E CIASCUNO di ESSI occupano una posizione stabile Nella mappa di energia di pi� parametri. Il nostro universo (vedi Us nel diagramma) Sembra Essere uno di questi, con una piccola costante cosmol�gico (Corrispondente all'Energia piccola ma positiva sotto vuoto), Che sta ora guidando l'accelerazione osservata Cosmica. Grande energia del vuoto positivo produrr� un'accelerazione troppo, e l'energia del vuoto negative inducono il Collasso. Secondo il principio antropico, siamo anche vivere in un collettore di aspirazione (delle sei piccole dimensioni) Che le leggi fisiche sono Adatti per lo Sviluppo della vita.
Figura 15-22 Energia del vuoto
La possibilit� di decadenza da un vuoto stabile ad un altro suggerisce un quadro radicalmente nuovo dell'universo. Figura 15-23 mostra l'AMPIO dimensione spazio a colori. La Regione blu rappresenta un universo inizialmente seduto in energia del vuoto minimo A (come mostrato Nella Figura 15-22). Decadimento di una linea di flusso in A Crea un Diverso collettore, Che Le Gallerie uno un nuovo minimo in B (si veda la Figura 15-22 e la bolla rossa Nella Figura 15-23). Poi Un'altra linea di decadimento del flusso di B crea un altro collettore, tunnel Che a un altro nuovo minimo in C (si veda la Figura 15-22 e la bolla verde Nella Figura 15-23), e cos� via all'infinito. L'intero universo E quindi una schiuma di espansione All'interno di Bolle Bolle, ognuna con PROPRIE leggi della fisica. Pochissime delle bolle sono Adatti
Figura 15-23 Multiverse
per la formazione di strutture complesse come le galassie e la vita. L'universo osservabile � una regione relativamente piccola in una Di queste bolle, come mostrato Nella Figura 15-23. Il Big Bang Stato � solo l'inizio di un nuovo collettore All'interno di un universo pi� anziani.
Quantum Foam e Loop Quantum Gravity
Combinando le leggi della meccanica quantistica e della relativit� generale, si deduce Che in una regione delle dimensioni della lunghezza di Planck (10-33 cm.), La fluttuazioni di vuoto sono cos� enormi Che lo spazio come noi lo conosciamo "bolle" e diventa una spuma di schiuma quantistica.
In uno scenario del genere, lo spazio Appare completamente liscia alla Scala di 10-12 cm., Una certa ruvidit� inizia uno Mostrare fino a livello di
10-30 cm. E alla Scala dello spazio lunghezza di Planck diventa una spuma di schiuma quantistica probabilistici (come mostrato Nella Figura 15-24) e La nozione di un semplice spazio diventa continuo Incoerente. Secondo l'ultima idea in teoria delle superstringhe, lo spazio uno cos� piccola non PU� Essere descritto dalle coordinate cartesiane, x, yez, Che Dovrebbe Essere sostituito da "la geometria non commutativa", in CUI Le coordinate sono rappresentate da diagonale non Matrice. Questo � essenzialmente l'espressione di principio di indeterminazione Nella meccanica quantistica.
Figura 15-24 Quantum Foam
Una teoria per descrivere lo spazio con la dimensione della lunghezza di Planck Stato � sviluppato recentemente. Si chiama teoria della gravit� quantistica un ciclo, Che postula Che la dimensione minima lineare dello spazio � dell'ordine della lunghezza di Planck. Spazio con grande distesa sono costruiti su queste dimensioni pi� Tali Che la superficie e il volume sono quantizzati come mostrato Nella Figura 15-25. Nel quantistica un ciclo
Formulazione di gravit�, la lunghezza non � l'attributo Fondamentale. La teoria si basa su quantizzato momento angolare, Che corrisponde ad un elemento Orientata zona. Cos� l'area � pi� importante della lunghezza. Vi � una assoluzione zero il volume minimo di circa 10-99 centimetro3, E SI limitazione la serie di volumi uno una discreta serie di numeri. Questi Stati quantistici sono simili ai Livelli energetici dell'atomo di idrogeno. L'idea � Simile a Quella vista macroscopica e microscopica della materia, per i Quali la continua comparsa � TRASFORMATO gradualmente in un insieme di atomi discreti su piccola scala.
Figura 15-25 Quantum Space Figura 15-26 Net Spin-lavoro
Descrizione di un quantum di spazio PU� Essere semplificato Che rappresenta il volume con un punto o nodo, e la zona (il volume Che racchiude) con una linea perpendicolare alla faccia (si veda la Figura 15-26 AEB). I numeri per il nodo o la linea (in Figura 15-26 b) indica la dimensione del volume o della zona. In questo caso, il quantum del volume � Dotato di otto unit� della lunghezza di Planck Cubi. Figura 15-26 C e D mostra il collegamento a causa di volumi e la sua rappresentazione in nodi e linee. La rete di Figura 15-28 mostra la Connessione di MOLTI volumi discreti, ma � Chiamata la rete di "spin". Particelle, come gli elettroni, corrispondono uno determinati tipi di nodi, Che sono rappresentati con l'aggiunta di etichette pi� sui nodi. Campo, come ad esempio il campo elettromagnetico, sono rappresentate da etichette supplementari Sulle linee del grafico.
Proprio come lo spazio � definito da una geometria discreta di una rete di spin, il tempo � definito da una sequenza di mosse diverse Che riorganizzare la rete, come mostrato Nella Figura 15-27. Il tempo non scorre come un fiume, ma come il ticchettio di un orologio, con le "zecche" che sono circa fino a quando il tempo di Planck: 10-43 secondo. O, pi� precisamente, nell'universo Il tempo flussi dal ticchettio degli orologi innumerevoli - in un certo senso, In ogni punto della rete in CUI UNO quantum spin "Mossa" si svolge, un orologio In quella posizione ha spuntato una volta. Nella Figura 15-27, le linee della rete di spin aerei diventano, ed i nodi diventano linee. Il risultato � CHIAMATO una schiuma di spin. Prendere una fetta con una schiuma di spin in un momento particolare di produrre una rete di spin, tenendo una serie di fette in tempi diversi (saltando da una linea tratteggiata ad un altro) pu� produrre Fotogrammi di un filmato Che mostra la rete evoluzione nel tempo di spin. La sequenza sul lato destro della Figura 15-27 mostra un gruppo collegato di tre volumi quanti si fondono per diventare una sola.
Figura 15-27 Quantum Spacetime
Previsioni e test:
Una prova importante E se classica, la relativit� generale possono venire recuperati Essere quantistica della gravit� approssimazione di un ciclo. E 'stato dimostrato Che a lungo-lunghezza d'onda di onde Gravitazionali di Moltiplicazione degli spazi altrimenti piatto PU� Essere descritto come eccitazioni degli Stati quantici Specifiche Nella teoria della gravit� quantistica un ciclo. La teoria PU� anche riprodurre le radiazioni blackhole e il rapporto tra entropia blackhole e la sua superficie.
La scala di Planck � di 16 ordini di grandezza al di sotto della Scala sondato nel pi� alto dei acceleratori di particelle di energia Attualmente previsto (di energia pi� Elevata � Necessaria per sonda distanza scala pi� breve). Cos� Sembra esserci speranza per la conferma delle teorie di gravit� quantistica.
Figura 15-28 Test
Tuttavia, la radiazione Dalla lontana esplosioni cosmiche CHIAMATO gamma-ray burst Potrebbe FORNIRE un modo per VERIFICARE SE la teoria della gravit� quantistica un ciclo � corretta. Gamma-ray burst si verificano miliardi di anni luce di distanza ed emettono una quantit� enorme di raggi gamma in un arco breve. Quantistica in base alla gravit� di un ciclo, Ogni fotone occu una Regione di linee in ogni istante, come si muove
Attraverso la rete di spin. La natura discreta dello spazio causa Superiore raggi gamma di energia di viaggiare un po 'pi� veloce di Basso
Quelli di energia. La differenza � piccola, ma Il suo effetto costante accumulo Durante i Raggi 'miliardi di viaggio di anni. Se uno scoppio di raggi gamma arrivano sulla Terra in tempi leggermente Diversi uno seconda della Loro energia, SAREBBE Che la prova della gravit� quantistica un ciclo (si veda la Figura 15-28). Il satellite GLAST, Che Dovrebbe Essere Lanciato nel 2005, avr� la sensibilit� richiesta per questo esperimento.
Un altro possibile effetto dello spazio-tempo discreto coinvolge i raggi cosmici di altissima energia. E 'stato previsto Che i Protoni dei raggi cosmici con una energia superiore uno ev 3x1019 si disperdono al largo della radiazione cosmica di fondo Che Riempie lo spazio E quindi non Dovrebbe mai Raggiungere la Terra. Tuttavia, pi� di 10 raggi cosmici di energia oltre questo limite sono rilevate di Stato in un esperimento CHIAMATO Agasa. Che si scopre la struttura discreta dello spazio PU� AUMENTARE L'energia Necessaria per la reazione di scattering, permettendo pi� alta energia cosmica Protoni-ray per Raggiungere la Terra. Se le osservazioni ASASA reggere, e se non si trova altra spiegazione, allora PU� succedere Che la discretezza dello spazio � gi� Stato RILEVATO.
Gravit� quantistica un ciclo ha aperto una nuova finestra di Indagare in profondit� le Questioni cosmologiche, come l'origine dell'universo. Recente ciclo di gravit� quantistica calcoli indicano Che il Big Bang � in realt� un grande rimbalzo, Prima che il rimbalzo l'Universo e Stato Rapidamente contraenti. UNA QUESTIONE DI Preoccupazioni analoghe profondit� la costante cosmol�gico. Recenti osservazioni di lontane Supernove e la radiazione cosmica di fondo Fortemente Indicare Che si � associato con una energia positiva, accelera Che l'espansione dell'universo. Gravit� quantistica non ha alcuna ciclo Difficolt� a Integrare Fatto questo Nella teoria.
Resta da dimostrare Che classica, la relativit� generale � una buona descrizione approssimativa della teoria della gravit� quantistica un ciclo per distanze molto pi� grandi Rispetto alla lunghezza di Planck, in tutte le circostanze, e se la relativit� speciale DEVE Essere modificato uno energie Estremamente elevare ( gravit� quantistica un ciclo Che indica la velocit� della luce universale � valida solo per i fotoni uno bassa energia).
A differenza della teoria delle superstringhe, la gravit� quantistica una e ciclo completamente unperturbative background ed � anche-indipendente (geometria dello spazio-tempo non � fisso), e condurre uno Sembra una pregeometry in CUI lo spazio e il tempo sono concetti derivati (Invece Essere di un pre-definito un'entit�).
Non vi � ALCUN Nesso tra la teoria quantistica di un ciclo e la teoria delle superstringhe. Mentre i sostenitori dello stress ex il difetto di basarsi su un pre-definito lo spazio-tempo di frame (nella teoria delle superstringhe), E Pertanto non fornisce una descrizione adeguata della gravitazione su piccola scala, i sostenitori della teoria delle superstringhe punto che l 'gravitoni tra interazione e altre particelle � in contraddizione Nella teoria quantistica di un ciclo. Si suggerisce Che Entrambi i campi percepire Solo un piccolo aspetto di tutto - come gli Uomini e bilind L'Elefante.
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Nota
1Sistemi inerziali di riferimento sono SIA a riposo o in movimento uno velocit� costante l'uno Rispetto all'altro.
2in generale, La funzione di un campo F � complessa, Che PU� Essere scomposto in forma: F = FR + IFIo similitudine c complesso al numero = a + ib. FR La parte reale e la parte immaginaria Fio corrispondono uno particelle con carica negativa e positiva, rispettivamente.
3si E che constatato singoli fermioni con chiralit� mancino debole interazione partecipa. La chiralit� in particelle elementari � Legata alla propriet� di spin. A mano destra ha Particella Il suo spin Orientata Lungo la direzione della Particella di movimento, Mentre lo spin di un mancino di particelle punti Nella Direzione Opposta. Tutti i neutrini sono mancino, e tutti gli antineutrini destrimani (se il neutrino di Massae rigorosamente a zero). Altre particelle possono esistere in uno stato.
4Parit� � circa il comportamento della materia al momento l'inversione di coordinate (x, y, z) (-x,-y,-z). O anche Parit� dispari si riferisce al caso in CUI il campo resta invariato o cambiare un solo segno. E 'stato uno lungo ritenuto Che la Parit� � conservata per tutti i processi fisici. In altre parole, la Parit� complessiva (per le particelle di partecipanti), Dopo una interazione Dovrebbe Essere La Stessa di Quella iniziale. Questa semplice regola � molto utile per la selezione dei processi ammissibile. Con Alcuni suggerimenti da risultati sperimentali, TC Lee e C.N. Yang ha Sottolineato Che la Conservazione della Parit� PU� Essere Violata Nelle interazioni deboli. Un test di Stato � organizzato dal CS Wu Di Osservare il decadimento beta di cobalto-60 in un campo magnetico. Esso mostra una direzione PREFERENZIALE PER GLI elettroni emettono (il mancino elettroni) e Convalida in tal modo l'ipotesi di Violazione di parit� per l'interazione debole - il mondo specchio Comporta in modo Diverso dal mondo reale.
5Nell'estate del 1953
2 comments:
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sottovuoto economico
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