ბუნებრივი სამყარო რთული ადგილია. ჰარმონიები საშუალებას აძლევს ადამიანებს და მეცნიერებს განასხვავონ წესრიგი მასში. ფიზიკაში დიდი ხანია გაიგეს, რომ სიმეტრიის პრინციპი მჭიდრო კავშირშია კონსერვაციის კანონებთან. სამი ყველაზე ცნობილი წესია: ენერგიის შენარჩუნება, იმპულსი და იმპულსი. ზეწოლის მდგრადობა იმის შედეგია, რომ ბუნების დამოკიდებულება არ იცვლება არანაირ ინტერვალში. მაგალითად, ნიუტონის გრავიტაციის კანონში შეიძლება წარმოვიდგინოთ, რომ GN, გრავიტაციული მუდმივი, დამოკიდებულია დროზე.
ამ შემთხვევაში ენერგია არ დაზოგავს. ენერგიის დაზოგვის დარღვევების ექსპერიმენტული ძიებებიდან, დროთა განმავლობაში ნებისმიერ ასეთ ცვლილებაზე შეიძლება დაწესდეს მკაცრი შეზღუდვები. ეს სიმეტრიის პრინციპი საკმაოდ ფართოა და გამოიყენება როგორც კვანტურ, ისე კლასიკურ მექანიკაში. ფიზიკოსები ზოგჯერ ამ პარამეტრს დროის ერთგვაროვნებად მოიხსენიებენ. ანალოგიურად, იმპულსის კონსერვაცია არის იმის შედეგი, რომ განსაკუთრებული ადგილი არ არის. მაშინაც კი, თუ სამყარო აღწერილია დეკარტის კოორდინატებით, ბუნების კანონები ამას არ აინტერესებსგაითვალისწინეთ წყარო.
ამ სიმეტრიას ეწოდება "თარგმანის უცვლელობა" ან სივრცის ერთგვაროვნება. და ბოლოს, კუთხური იმპულსის შენარჩუნება დაკავშირებულია ყოველდღიურ ცხოვრებაში ჰარმონიის ნაცნობ პრინციპთან. ბუნების კანონები ბრუნვისას უცვლელია. მაგალითად, არა მხოლოდ არ აქვს მნიშვნელობა, თუ როგორ ირჩევს ადამიანი კოორდინატების წარმოშობას, არამედ არ აქვს მნიშვნელობა როგორ ირჩევს ის ღერძების ორიენტაციას.
დისკრეტული კლასი
სივრცე-დროის სიმეტრიის, ცვლასა და ბრუნვის პრინციპს უწყვეტი ჰარმონიები ეწოდება, რადგან კოორდინატთა ღერძების გადაადგილება შესაძლებელია ნებისმიერი თვითნებური სიდიდით და ბრუნვა თვითნებური კუთხით. მეორე კლასს დისკრეტული ეწოდება. ჰარმონიის მაგალითია როგორც სარკეში ასახვა, ასევე პარიტეტი. ნიუტონის კანონებსაც აქვთ ორმხრივი სიმეტრიის ეს პრინციპი. საჭიროა მხოლოდ გრავიტაციულ ველში ჩავარდნილი ობიექტის მოძრაობა დაკვირვება და შემდეგ იგივე მოძრაობა სარკეში შესწავლა.
მიუხედავად იმისა, რომ ტრაექტორია განსხვავებულია, ის ემორჩილება ნიუტონის კანონებს. ეს ნაცნობია ყველასთვის, ვინც ოდესმე იდგა სუფთა, კარგად გაპრიალებული სარკის წინ და დაბნეულია სად იყო ობიექტი და სად იყო სარკის გამოსახულება. სიმეტრიის ამ პრინციპის აღწერის კიდევ ერთი გზა არის მსგავსება მარცხენასა და მოპირდაპირეს შორის. მაგალითად, სამგანზომილებიანი დეკარტის კოორდინატები ჩვეულებრივ იწერება „მარჯვენა ხელის წესის“მიხედვით. ანუ, დადებითი ნაკადი z-ღერძის გასწვრივ მდგომარეობს იმ მიმართულებით, რომლითაც ცერა თითი მიუთითებს, თუ ადამიანი ატრიალებს მარჯვენა ხელს z გარშემო, იწყება x Oy-დან და მოძრაობს x-ისკენ.
არატრადიციულიკოორდინატთა სისტემა 2 საპირისპიროა. მასზე Z-ღერძი მიუთითებს მიმართულებაზე, რომელშიც მარცხენა ხელი იქნება. განცხადება იმის შესახებ, რომ ნიუტონის კანონები უცვლელია, ნიშნავს, რომ ადამიანს შეუძლია გამოიყენოს ნებისმიერი კოორდინატთა სისტემა და ბუნების წესები ერთნაირად გამოიყურება. და ასევე აღსანიშნავია, რომ პარიტეტული სიმეტრია ჩვეულებრივ აღინიშნება ასო P. ახლა გადავიდეთ შემდეგ კითხვაზე.
ოპერაციები და სიმეტრიის ტიპები, სიმეტრიის პრინციპები
პარიტეტი არ არის მეცნიერების ინტერესის ერთადერთი დისკრეტული პროპორციულობა. მეორეს დროის ცვლილება ჰქვია. ნიუტონის მექანიკაში შეიძლება წარმოიდგინოთ ობიექტის ვიდეო ჩანაწერი, რომელიც ეცემა სიმძიმის ძალის ქვეშ. ამის შემდეგ, თქვენ უნდა განიხილოთ ვიდეოს საპირისპირო გაშვება. როგორც „დროში წინ“და „უკან“სვლები დაემორჩილება ნიუტონის კანონებს (საპირისპირო მოძრაობა შეიძლება აღწერს სიტუაციას, რომელიც არ არის ძალიან დამაჯერებელი, მაგრამ ის არ არღვევს კანონებს). დროის უკუქცევა ჩვეულებრივ აღინიშნება ასო T.
მუხტის კონიუგაცია
ყველა ცნობილი ნაწილაკისთვის (ელექტრონი, პროტონი და ა.შ.) არის ანტინაწილაკი. მას აქვს ზუსტად იგივე მასა, მაგრამ საპირისპირო ელექტრული მუხტი. ელექტრონის ანტინაწილაკს პოზიტრონი ეწოდება. პროტონი არის ანტიპროტონი. ცოტა ხნის წინ ანტიწყალბადის გამომუშავება და შესწავლა მოხდა. მუხტის კონიუგაცია არის სიმეტრია ნაწილაკებსა და მათ ანტინაწილაკებს შორის. ცხადია, ისინი არ არიან იგივე. მაგრამ სიმეტრიის პრინციპი ნიშნავს, რომ, მაგალითად, ელექტრონის ქცევა ელექტრულ ველში იდენტურია საპირისპირო ფონზე პოზიტრონის მოქმედებისა. მუხტის კონიუგაცია აღინიშნებაასო C.
ეს სიმეტრიები, თუმცა, არ არის ბუნების კანონების ზუსტი პროპორციები. 1956 წელს ექსპერიმენტებმა მოულოდნელად აჩვენა, რომ რადიოაქტიურობის სახეობაში, რომელსაც ბეტა დაშლას უწოდებენ, იყო ასიმეტრია მარცხენა და მარჯვენა შორის. იგი პირველად იქნა შესწავლილი ატომის ბირთვების დაშლისას, მაგრამ ყველაზე ადვილად აღწერილია ნეგატიურად დამუხტული π მეზონის დაშლაში, კიდევ ერთი ძლიერად ურთიერთქმედების ნაწილაკი.
ის, თავის მხრივ, იშლება ან მიონად, ან ელექტრონად და მათ ანტინეიტრინოდ. მაგრამ დაშლა მოცემულ მუხტზე ძალიან იშვიათია. ეს განპირობებულია (არგუმენტით, რომელიც იყენებს ფარდობითობას) იმ ფაქტს, რომ კონცეფცია ყოველთვის ჩნდება მისი ბრუნვით მოძრაობის მიმართულების პარალელურად. ბუნება რომ იყოს სიმეტრიული მარცხნივ და მარჯვნივ, მაშინ იპოვით ნეიტრინოს ნახევარდროს თავისი სპინის პარალელით და ნაწილს ანტიპარალელით.
ეს განპირობებულია იმით, რომ სარკეში მოძრაობის მიმართულება არ იცვლება, არამედ ბრუნვით. ამასთან ასოცირდება დადებითად დამუხტული π + მეზონი, ანტინაწილაკი π -. ის იშლება ელექტრონულ ნეიტრინოდ მისი იმპულსის პარალელური სპინით. ეს არის განსხვავება მის ქცევას შორის. მისი ანტინაწილაკები მუხტის შერწყმის მაგალითია.
ამ აღმოჩენების შემდეგ დაისვა კითხვა, დაირღვა თუ არა დროში შებრუნებული ინვარიანტობა T. კვანტური მექანიკისა და ფარდობითობის ზოგადი პრინციპების მიხედვით, T-ის დარღვევა დაკავშირებულია C × P-სთან, იუგაციის პროდუქტთან. გადასახადი და პარიტეტი. SR, თუ ეს კარგი სიმეტრიის პრინციპია, ნიშნავს, რომ დაშლა π + → e + + ν უნდა იყოს იგივე.სიჩქარე, როგორც π - → e - +. 1964 წელს აღმოაჩინეს პროცესის მაგალითი, რომელიც არღვევს CP-ს, რომელიც მოიცავს ძლიერ ურთიერთქმედების ნაწილაკების სხვა კომპლექტს, სახელად Kmesons. გამოდის, რომ ამ მარცვლებს აქვთ განსაკუთრებული თვისებები, რაც საშუალებას გვაძლევს გავზომოთ CP-ის უმნიშვნელო დარღვევა. მხოლოდ 2001 წელს SR რღვევა დამაჯერებლად გაიზომა სხვა ნაკრების, B მეზონების დაშლაში.
ეს შედეგები ნათლად აჩვენებს, რომ სიმეტრიის არარსებობა ხშირად ისეთივე საინტერესოა, როგორც მისი არსებობა. მართლაც, SR დარღვევის აღმოჩენიდან მალევე, ანდრეი სახაროვმა აღნიშნა, რომ ის ბუნების კანონებში აუცილებელი კომპონენტია სამყაროში მატერიის ანტიმატერიაზე უპირატესობის გასაგებად.
პრინციპები
დღემდე ითვლება, რომ შენარჩუნებულია CPT-ის კომბინაცია, მუხტის კონიუგაცია, პარიტეტი, დროის შებრუნება. ეს გამომდინარეობს ფარდობითობისა და კვანტური მექანიკის საკმაოდ ზოგადი პრინციპებიდან და დადასტურებულია დღემდე ექსპერიმენტული კვლევებით. თუ ამ სიმეტრიის რაიმე დარღვევა გამოვლინდა, მას სერიოზული შედეგები მოჰყვება.
ჯერჯერობით განსახილველი პროპორციები მნიშვნელოვანია იმით, რომ ისინი იწვევს კონსერვაციის კანონებს ან ნაწილაკებს შორის რეაქციის სიჩქარეს შორის ურთიერთობას. არსებობს სიმეტრიის კიდევ ერთი კლასი, რომელიც რეალურად განსაზღვრავს ძალებს შორის ნაწილაკებს შორის. ეს პროპორციულობები ცნობილია როგორც ლოკალური ან ლიანდაგი პროპორციულობები.
ერთი ასეთი სიმეტრია იწვევს ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას. მეორე, აინშტაინის დასკვნაში, გრავიტაციისკენ. მისი ზოგადი პრინციპის ჩამოყალიბებისასფარდობითობის თეორიაში მეცნიერი ამტკიცებდა, რომ ბუნების კანონები ხელმისაწვდომი უნდა იყოს არა მხოლოდ იმისთვის, რომ ისინი უცვლელი იყოს, მაგალითად, კოორდინატების ერთდროულად ბრუნვისას ყველგან სივრცეში, არამედ ნებისმიერი ცვლილებით.
მათემატიკა ამ ფენომენის აღსაწერად შეიმუშავეს ფრიდრიხ რიმანმა და სხვებმა მეცხრამეტე საუკუნეში. აინშტაინმა ნაწილობრივ ადაპტირდა და ხელახლა გამოიგონა ზოგიერთი საკუთარი საჭიროებისთვის. გამოდის, რომ განტოლებების (კანონების) დასაწერად, რომლებიც ემორჩილებიან ამ პრინციპს, საჭიროა შემოვიტანოთ ველი, რომელიც მრავალი თვალსაზრისით არის ელექტრომაგნიტურის მსგავსი (გარდა იმისა, რომ მას აქვს ორი სპინი). ის სწორად აკავშირებს ნიუტონის მიზიდულობის კანონს ისეთ ნივთებთან, რომლებიც არ არიან ძალიან მასიური, მოძრაობენ სწრაფად ან ფხვიერი. ასეთი სისტემებისთვის (შუქის სიჩქარესთან შედარებით), ზოგადი ფარდობითობა იწვევს ბევრ ეგზოტიკურ მოვლენას, როგორიცაა შავი ხვრელები და გრავიტაციული ტალღები. ეს ყველაფერი აინშტაინის საკმაოდ უვნებელი ცნებიდან გამომდინარეობს.
მათემატიკა და სხვა მეცნიერებები
სიმეტრიისა და კონსერვაციის კანონების პრინციპები, რომლებიც იწვევს ელექტროენერგიასა და მაგნიტიზმს, ადგილობრივი პროპორციულობის კიდევ ერთი მაგალითია. ამაში შესასვლელად, მათემატიკას უნდა მიმართოთ. კვანტურ მექანიკაში ელექტრონის თვისებები აღწერილია "ტალღის ფუნქციით" ψ(x). სამუშაოსთვის აუცილებელია, რომ ψ იყოს რთული რიცხვი. ის, თავის მხრივ, ყოველთვის შეიძლება დაიწეროს როგორც რეალური რიცხვის, ρ და წერტილების ნამრავლი, e iθ. მაგალითად, კვანტურ მექანიკაში, თქვენ შეგიძლიათ გაამრავლოთ ტალღის ფუნქცია მუდმივ ფაზაზე, ეფექტის გარეშე.
მაგრამ თუ სიმეტრიის პრინციპიდევს რაღაც უფრო ძლიერზე, რომ განტოლებები არ არის დამოკიდებული ეტაპებზე (უფრო ზუსტად, თუ არის ბევრი ნაწილაკი სხვადასხვა მუხტით, როგორც ბუნებაში, კონკრეტული კომბინაცია არ არის მნიშვნელოვანი), აუცილებელია, როგორც ფარდობითობის ზოგად თეორიაში, შემოღება. ველების განსხვავებული ნაკრები. ეს ზონები ელექტრომაგნიტურია. ამ სიმეტრიის პრინციპის გამოყენება მოითხოვს, რომ ველი დაემორჩილოს მაქსველის განტოლებებს. ეს მნიშვნელოვანია.
დღეს, სტანდარტული მოდელის ყველა ურთიერთქმედება გასაგებია, რომ გამომდინარეობს ადგილობრივი ლიანდაგის სიმეტრიის ასეთი პრინციპებიდან. W და Z ზოლების არსებობა, ისევე როგორც მათი მასები, ნახევარგამოყოფის პერიოდი და სხვა მსგავსი თვისებები, წარმატებით იქნა პროგნოზირებული ამ პრინციპების შედეგად.
განუზომელი რიცხვები
რიგი მიზეზების გამო, შემოთავაზებულია სხვა შესაძლო სიმეტრიის პრინციპების სია. ერთ-ერთი ასეთი ჰიპოთეტური მოდელი ცნობილია როგორც სუპერსიმეტრია. იგი შემოთავაზებული იყო ორი მიზეზის გამო. უპირველეს ყოვლისა, მას შეუძლია ახსნას დიდი ხნის გამოცანა: "რატომ არის ძალიან ცოტა განზომილებიანი რიცხვები ბუნების კანონებში."
მაგალითად, როდესაც პლანკმა შემოიტანა თავისი მუდმივი h, მან გააცნობიერა, რომ მისი გამოყენება შეიძლებოდა მასის განზომილებების მქონე სიდიდის დასაწერად, დაწყებული ნიუტონის მუდმივიდან. ეს რიცხვი ახლა ცნობილია, როგორც პლანკის მნიშვნელობა.
დიდი კვანტური ფიზიკოსი პოლ დირაკი (რომელმაც იწინასწარმეტყველა ანტიმატერიის არსებობა) დაასკვნა "დიდი რიცხვების პრობლემა". გამოდის, რომ სუპერსიმეტრიის ამ ბუნების პოსტულაცია პრობლემის მოგვარებაში დაგეხმარებათ. სუპერსიმეტრია ასევე განუყოფელია იმის გასაგებად, თუ როგორ შეუძლიათ ფარდობითობის ზოგადი პრინციპებიშეესაბამებოდეს კვანტურ მექანიკას.
რა არის სუპერსიმეტრია?
ეს პარამეტრი, თუ ის არსებობს, აკავშირებს ფერმიონებს (ნაწილაკები ნახევრად მთელი რიცხვის სპინით, რომლებიც ემორჩილება პაულის გამორიცხვის პრინციპს) ბოზონებს (ნაწილაკები მთელი რიცხვის სპინით, რომლებიც ემორჩილებიან ეგრეთ წოდებულ Bose სტატისტიკას, რაც იწვევს ლაზერების ქცევას. და ბოზის კონდენსატები). თუმცა, ერთი შეხედვით, სისულელეა ასეთი სიმეტრიის შემოთავაზება, რადგან თუ ის ბუნებაში არსებობდა, მოსალოდნელია, რომ თითოეული ფერმიონი იქნება ზუსტად იგივე მასის ბოზონი და პირიქით.
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ნაცნობი ელექტრონის გარდა, უნდა არსებობდეს ნაწილაკი, რომელსაც სელექტორი ჰქვია, რომელსაც არ აქვს სპინი და არ ემორჩილება გამორიცხვის პრინციპს, მაგრამ ყველა სხვა მხრივ ის იგივეა, რაც ელექტრონი. ანალოგიურად, ფოტონი უნდა ეხებოდეს სხვა ნაწილაკს 1/2 სპინით (რომელიც ემორჩილება გამორიცხვის პრინციპს, ელექტრონის მსგავსად) ნულოვანი მასით და თვისებებით, როგორც ფოტონები. ასეთი ნაწილაკები არ არის ნაპოვნი. თუმცა, ირკვევა, რომ ეს ფაქტები შეიძლება იყოს შეჯერებული და ეს იწვევს სიმეტრიის ბოლო პუნქტს.
ფართი
პროპორციები შეიძლება იყოს ბუნების კანონების პროპორციები, მაგრამ სულაც არ უნდა გამოვლინდეს გარემომცველ სამყაროში. ირგვლივ სივრცე არაერთგვაროვანია. ის სავსეა ყველანაირი ნივთით, რაც გარკვეულ ადგილებშია. მიუხედავად ამისა, იმპულსის შენარჩუნებიდან ადამიანმა იცის, რომ ბუნების კანონები სიმეტრიულია. მაგრამ ზოგიერთ შემთხვევაში პროპორციულობა„სპონტანურად გატეხილი“. ნაწილაკების ფიზიკაში ეს ტერმინი უფრო ვიწროდ გამოიყენება.
სიმეტრია სპონტანურად ირღვევა, თუ ყველაზე დაბალი ენერგეტიკული მდგომარეობა არ არის თანაზომიერი.
ეს ფენომენი ბუნებაში ბევრ შემთხვევაში გვხვდება:
- მუდმივ მაგნიტებში, სადაც ტრიალების გასწორება, რომელიც იწვევს მაგნიტიზმს ყველაზე დაბალ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში, არღვევს ბრუნვის უცვლელობას.
- π მეზონების ურთიერთქმედებებში, რომლებიც ამცირებენ პროპორციულობას, რომელსაც ეწოდება ქირალური.
კითხვა: „არსებობს თუ არა სუპერსიმეტრია ასეთ გატეხილ მდგომარეობაში“ახლა ინტენსიური ექსპერიმენტული კვლევის საგანია. ის მრავალი მეცნიერის გონებას იკავებს.
სიმეტრიის პრინციპები და ფიზიკური სიდიდეების შენარჩუნების კანონები
მეცნიერებაში, ეს წესი ამბობს, რომ იზოლირებული სისტემის კონკრეტული გაზომვადი თვისება არ იცვლება, როგორც ის ვითარდება დროთა განმავლობაში. კონსერვაციის ზუსტი კანონები მოიცავს ენერგიის რეზერვებს, ხაზოვან იმპულსს, მის იმპულსს და ელექტრო მუხტს. ასევე არსებობს მიახლოებითი მიტოვების მრავალი წესი, რომლებიც ვრცელდება რაოდენობებზე, როგორიცაა მასები, პარიტეტი, ლეპტონისა და ბარიონის რიცხვი, უცნაურობა, ჰიპერზარია და ა.შ. ეს რაოდენობები შენარჩუნებულია ფიზიკური პროცესების გარკვეულ კლასებში, მაგრამ არა ყველაში.
ნოეთერის თეორემა
ადგილობრივი კანონი ჩვეულებრივ გამოიხატება მათემატიკურად, როგორც ნაწილობრივი დიფერენციალური უწყვეტობის განტოლება, რომელიც იძლევა თანაფარდობას სიდიდის რაოდენობასა დამისი გადაცემა. მასში ნათქვამია, რომ წერტილში ან ტომში შენახული რიცხვი შეიძლება შეიცვალოს მხოლოდ იმით, რომელიც შედის ან გამოდის ტომში.
ნოეთერის თეორემიდან: კონსერვაციის ყველა კანონი დაკავშირებულია ფიზიკაში სიმეტრიის ძირითად პრინციპთან.
წესები განიხილება ბუნების ფუნდამენტურ ნორმებად, რომლებიც ფართოდ გამოიყენება ამ მეცნიერებაში, ისევე როგორც სხვა სფეროებში, როგორიცაა ქიმია, ბიოლოგია, გეოლოგია და ინჟინერია.
კანონების უმეტესობა ზუსტი ან აბსოლუტურია. იმ გაგებით, რომ ისინი ვრცელდება ყველა შესაძლო პროცესზე. ნოეთერის თეორემით, სიმეტრიის პრინციპები ნაწილობრივია. იმ გაგებით, რომ ისინი მოქმედებს ზოგიერთი პროცესისთვის, მაგრამ არა სხვებისთვის. იგი ასევე აცხადებს, რომ თითოეულ მათგანსა და ბუნების დიფერენცირებად პროპორციულობას შორის არის ერთი-ერთზე შესაბამისობა.
განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი შედეგებია: სიმეტრიის პრინციპი, კონსერვაციის კანონები, ნოეთერის თეორემა.
