Табигый дүйнө татаал жер. Гармониялар адамдарга жана окумуштууларга андагы тартипти айырмалоого мүмкүндүк берет. Физикада симметрия принциби сакталуу закондору менен тыгыз байланышта экени эчак эле тушунуктуу. Эң белгилүү үч эреже: энергиянын сакталышы, импульс жана импульс. Кысымдын туруктуу болушу табияттын мамилелеринин эч кандай интервалда өзгөрбөшүнүн кесепети. Мисалы, Ньютондун тартылуу мыйзамында гравитациялык туруктуу GN убакыттан көз каранды деп элестетүүгө болот.
Мындай учурда энергия үнөмдөлбөйт. Энергияны үнөмдөөнүн бузулушу боюнча эксперименталдык издөөлөрдөн убакыттын өтүшү менен мындай өзгөрүүлөргө катуу чектөөлөрдү коюуга болот. Бул симметрия принциби кыйла кенен жана квантта да, классикалык механикада да колдонулат. Физиктер кээде бул параметрди убакыттын бир тектүүлүгү деп аташат. Ошо сыяктуу эле, импульстун сакталышы өзгөчө орун жок экендигинин натыйжасы. Дүйнө декарттык координаттар менен сүрөттөлсө да, табият мыйзамдары буга маани бербейтбулакты карап көрөлү.
Бул симметрия "которуу инварианты" же мейкиндиктин бир тектүүлүгү деп аталат. Акыр-аягы, бурчтук импульстун сакталышы күнүмдүк жашоодо тааныш болгон гармония принцибине байланыштуу. Табият мыйзамдары айлануу учурунда инвариант болуп саналат. Мисалы, адам координаттардын башын кантип тандаганы гана эмес, октордун багытын кантип тандаганы маанилүү эмес.
Дискреттик класс
Убакыт-мейкиндик симметриясынын принциби, жылыш жана айлануу үзгүлтүксүз гармония деп аталат, анткени координат окторун каалаган ыктыярдуу санга жылдырып, каалаган бурчка айланта аласыз. Башка класс дискреттик деп аталат. Гармониянын мисалы - күзгүдөгү чагылуулар жана паритет. Ньютондун мыйзамдарында да бул эки тараптуу симметрия принциби бар. Гравитациялык талаага түшкөн нерсенин кыймылын байкап, анан күзгүдөн ошол эле кыймылды изилдөө керек.
Траектория башкача болгону менен Ньютондун мыйзамдарына баш ийет. Бул таза, жакшы жылмаланган күзгүнүн алдында туруп, объекттин кайда жана күзгүдөгү сүрөттөлүш кайда экенин түшүнбөй калгандарга тааныш. Бул симметрия принцибинин дагы бир жолу - сол менен карама-каршылыктын окшоштугу. Мисалы, үч өлчөмдүү декарттык координаттар адатта "оң кол эрежеси" боюнча жазылат. Башкача айтканда, z огу боюнча оң агым баш бармак көрсөткөн багытта болот, эгерде адам оң колун z айланасында айлантып, x Oy дан башталып, x тарапка жылса.
Салттуу эмескоординаттар системасы 2 карама-каршы. Анда Z огу сол колдун багытын көрсөтөт. Ньютондун мыйзамдары инвариант деген сөз адам каалаган координаттар системасын колдоно алат жана табияттын эрежелери бирдей көрүнөт дегенди билдирет. Ошондой эле паритеттик симметрия адатта P тамгасы менен белгилене турганын белгилей кетүү керек. Эми кийинки суроого өтөбүз.
Симметриянын амалдары жана түрлөрү, симметриянын принциптери
Паритет илимге болгон кызыгуунун жалгыз дискреттик пропорционалдыгы эмес. Экинчиси убакыттын өзгөрүшү деп аталат. Ньютондук механикада тартылуу күчү астында нерсенин видео жазуусун элестетүүгө болот. Андан кийин, сиз видеону тескери иштетүүнү карап чыгышыңыз керек. "Убакыттын ичинде алдыга" жана "артка" кыймылдар Ньютондун мыйзамдарына баш ийет (кайтарым кыймылы өтө акылга сыярлык эмес жагдайды сүрөттөшү мүмкүн, бирок ал мыйзамдарды бузбайт). Убакытты өзгөртүү адатта T тамгасы менен белгиленет.
Заряддоо конъюгациясы
Ар бир белгилүү бөлүкчө (электрон, протон ж.б.) үчүн антибөлүкчө бар. Анын массасы бирдей, бирок электрдик заряды тескерисинче. Электрондун антибөлүкчөсү позитрон деп аталат. Протон антипротон болуп саналат. Жакында антигидроген өндүрүлүп, изилденип жатат. Заряддын конъюгациясы бөлүкчөлөр менен алардын антибөлүкчөлөрүнүн ортосундагы симметрия. Албетте, алар бирдей эмес. Бирок симметрия принциби, мисалы, электр талаасындагы электрондун жүрүм-туруму карама-каршы фондогу позитрондун аракеттерине окшош экенин билдирет. Заряддын конъюгациясы белгиленеттамга C.
Бирок бул симметриялар жаратылыш мыйзамдарынын так пропорциялары эмес. 1956-жылы эксперименттер күтүлбөгөн жерден бета ажыроо деп аталган радиоактивдүүлүктүн бир түрүндө сол менен оңдун ортосунда асимметрия бар экенин көрсөттү. Ал биринчи жолу атомдук ядролордун ажыроосунда изилденген, бирок ал эң оңой эле терс заряддуу π мезондун, дагы бир күчтүү өз ара аракеттенүүчү бөлүкчөнүн ажыроосунда сүрөттөлгөн.
Ал өз кезегинде мюонго, же электронго жана алардын антинейтриносуна ажырайт. Ал эми берилген заряд боюнча ажыроо өтө сейрек кездешет. Бул (өзгөчө салыштырмалуулукту колдонгон аргумент аркылуу) бир түшүнүктүн дайыма кыймылынын багытына параллель айлануусу менен пайда болушу менен шартталган. Эгер табият сол менен оңдун ортосунда симметриялуу болсо, нейтрино жарым убакыттын спинине параллелдүү жана бөлүгү антипараллель менен табылмак.
Бул күзгүдө кыймылдын багыты өзгөртүлбөй, айлануу жолу менен болгондугуна байланыштуу. Буга оң заряддуу π + мезон, антибөлүкчө π - байланыштуу. Ал өзүнүн импульсуна параллелдүү спин менен электрон нейтриного ажырайт. Бул анын жүрүм-турумунун айырмасы. Анын антибөлүкчөлөрү заряд конъюгациясынын бузулушунун мисалы болуп саналат.
Бул ачылыштардан кийин убакыттын тескери инварианты Т бузулдубу деген суроо көтөрүлдү. Кванттык механиканын жана салыштырмалуулуктун жалпы принциптерине ылайык, Тдын бузулушу C × P менен байланышкан, конъюгациянын продуктусу төлөмдөр жана паритет. SR, эгерде бул жакшы симметрия принциби болсо, π + → e + + ν ажыроосу бирдей болушу керек дегенди билдирет.ылдамдыгы π - → e - + катары. 1964-жылы Кмесондор деп аталган күчтүү өз ара аракеттенүүчү бөлүкчөлөрдүн дагы бир топтомун камтыган CPти бузган процесстин мисалы табылган. Көрсө, бул дандардын өзгөчө касиеттери бар экен, алар бизге КПнын бир аз бузулушун өлчөөгө мүмкүндүк берет. 2001-жылга чейин гана SR бузулушу ынандырарлык түрдө башка топтомдун, B мезондорунун ажыроосу менен өлчөнгөн.
Бул жыйынтыктар симметриянын жоктугу көбүнчө анын болушу сыяктуу эле кызыктуу экенин ачык көрсөтүп турат. Чынында эле, SR бузуу табылгандан көп өтпөй, Андрей Сахаров бул Ааламдагы антиматериядан материянын үстөмдүгүн түшүнүү үчүн жаратылыш мыйзамдарынын зарыл компоненти экенин белгилеген.
Принциптер
Ушул убакка чейин CPT айкалышы, заряд конъюгациясы, паритет, убакыттын өзгөрүшү сакталып калган деп эсептелинет. Бул салыштырмалуулук жана кванттык механиканын жалпы принциптеринен келип чыгат жана бүгүнкү күнгө чейин эксперименталдык изилдөөлөр менен тастыкталган. Эгер бул симметриянын кандайдыр бир бузулушу табылса, анын кесепети чоң болот.
Азырынча талкууланып жаткан пропорциялар бөлүкчөлөрдүн ортосундагы реакция ылдамдыгы ортосундагы сакталуу мыйзамдарына же байланышка алып келгендиги үчүн маанилүү. Симметриялардын дагы бир классы бар, ал иш жүзүндө бөлүкчөлөрдүн ортосундагы көптөгөн күчтөрдү аныктайт. Бул пропорциялар жергиликтүү же калибрлүү пропорциялар деп аталат.
Мындай симметриянын бири электромагниттик өз ара аракеттенүүгө алып келет. Экинчиси, Эйнштейндин корутундусунда, тартылуу. Анын жалпы принцибин баяндоодоСалыштырмалуулук теориясында илимпоз табият мыйзамдары инвариант болушу үчүн гана эмес, мисалы, мейкиндиктин бардык жеринде бир эле учурда координаталарды айландырганда, бирок кандайдыр бир өзгөрүү менен болушу керек деп ырастаган.
Бул кубулушту сүрөттөө үчүн математиканы Фридрих Риман жана башкалар XIX кылымда иштеп чыгышкан. Эйнштейн жарым-жартылай ыңгайлаштырып, айрымдарын өзүнүн муктаждыктары үчүн кайра ойлоп тапкан. Көрсө, бул принципке баш ийген теңдемелерди (мыйзамдарды) жазуу үчүн көп жагынан электромагниттикке окшош (эки спинге ээ болгонунан башка) талааны киргизүү керек экен. Ал Ньютондун тартылуу мыйзамын өтө чоң эмес, тез же бош кыймылдаган нерселер менен туура байланыштырат. Мындай системалар үчүн (жарыктын ылдамдыгына салыштырмалуу) жалпы салыштырмалуулук кара тешиктер жана гравитациялык толкундар сыяктуу көптөгөн экзотикалык кубулуштарга алып келет. Мунун баары Эйнштейндин абдан зыянсыз түшүнүгүнөн келип чыккан.
Математика жана башка илимдер
Симметрия принциптери жана электр жана магнетизмге алып келген сакталуу мыйзамдары жергиликтүү пропорционалдуулуктун дагы бир мисалы болуп саналат. Буга кирүү үчүн математикага кайрылуу керек. Кванттык механикада электрондун касиеттери "толкун функциясы" ψ(x) менен сүрөттөлөт. ψ комплекстүү сан болушу жумуш үчүн абдан маанилүү. Ал, өз кезегинде, ар дайым реалдуу сандын, ρ жана чекиттердин, e iθ көбөйтүндүсү катары жазылышы мүмкүн. Мисалы, кванттык механикада толкун функциясын эч кандай эффектсиз, туруктуу фазага көбөйтө аласыз.
Бирок симметрия принциби болсокүчтүүрөөк бир нерсеге таянат, теңдемелер этаптарга көз каранды эмес (тагыраак айтканда, ар кандай заряддуу бөлүкчөлөр көп болсо, табияттагыдай, спецификалык айкалышы маанилүү эмес), жалпы салыштырмалуулуктагыдай эле, киргизүү зарыл. талаалардын башка топтому. Бул зоналар электромагниттик болуп саналат. Бул симметрия принцибинин колдонулушу талаа Максвеллдин теңдемелерине баш ийүүсүн талап кылат. Бул маанилүү.
Бүгүнкү күндө Стандарттык моделдин бардык өз ара аракеттешүүсү жергиликтүү ченегич симметриясынын ушундай принциптеринен келип чыгат деп түшүнүлөт. W жана Z тилкелеринин бар болушу, ошондой эле алардын массалары, жарым ажыроо мезгили жана башка ушул сыяктуу касиеттери бул принциптердин натыйжасында ийгиликтүү алдын ала айтылган.
Өлчөөсүз сандар
Бир катар себептерден улам, симметриянын башка мүмкүн болуучу принциптеринин тизмеси сунушталган. Мындай гипотетикалык моделдердин бири суперсимметрия деп аталат. Бул эки себеп менен сунушталган. Биринчиден, бул көптөн бери келе жаткан табышмакты түшүндүрө алат: "Эмне үчүн жаратылыш мыйзамдарында өлчөмсүз сандар өтө аз."
Мисалы, Планк h константасын киргизгенде, аны Ньютондун туруктуусунан баштап массалык өлчөмдөрү бар чоңдукту жазуу үчүн колдонсо болорун түшүнгөн. Бул сан азыр Планк мааниси катары белгилүү.
Улуу кванттык физик Пол Дирак (антиматериянын бар экенин алдын ала айткан) "чоң сандар маселесин" чыгарган. Көрсө, суперсимметриянын мындай табиятын постулат кылуу маселени чечүүгө жардам берет экен. Суперсимметрия ошондой эле жалпы салыштырмалуулуктун принциптерин түшүнүү үчүн ажырагыс болуп саналаткванттык механикага шайкеш болуңуз.
Суперсиметрия деген эмне?
Бул параметр, эгерде ал бар болсо, фермиондорду (Паули алып салуу принцибине баш ийген жарым бүтүн спиндүү бөлүкчөлөр) бозондорго (Боз статистикасы деп аталганга баш ийген бүтүн спиндүү бөлүкчөлөргө) тиешелүү, бул лазерлердин жүрүм-турумуна алып келет. жана Bose конденсаттары). Бирок, бир караганда, мындай симметрияны сунуштоо акылсыздык сыяктуу көрүнөт, анткени ал жаратылышта боло турган болсо, анда ар бир фермион үчүн так бирдей массадагы бозон болот деп күтүүгө болот жана тескерисинче.
Башкача айтканда, тааныш электрондон тышкары, спини жок жана чыгарып салуу принцибине баш ийбеген селектор деп аталган бөлүкчө болушу керек, бирок башка бардык жагынан электрон менен бирдей. Ошо сыяктуу эле, фотон спининин 1/2 (электрон сыяктуу алып салуу принцибине баш ийген) нөл массасы жана фотондорго окшош касиеттери бар башка бөлүкчөгө кайрылышы керек. Мындай бөлүкчөлөр табылган эмес. Бирок бул фактыларды элдештирүү мүмкүн экени көрүнүп турат жана бул симметрия жөнүндө акыркы ойго алып келет.
Космос
Пропорциялар жаратылыш мыйзамдарынын пропорциялары болушу мүмкүн, бирок сөзсүз түрдө курчап турган дүйнөдө көрүнүшү шарт эмес. Айланадагы мейкиндик бирдей эмес. Ал белгилүү бир жерлерде болгон ар кандай нерселер менен толтурулган. Ошого карабастан, импульстун сакталышынан адам жаратылыш мыйзамдарынын симметриялуу экенин билет. Бирок кээ бир жагдайларда пропорционалдык"өзүнчө бузулган". Бөлүкчөлөр физикасында бул термин тарыраак колдонулат.
Эң төмөнкү энергия абалы шайкеш болбосо, симметрия өзүнөн-өзү бузулат деп айтылат.
Бул көрүнүш жаратылышта көп учурларда кездешет:
- Туруктуу магниттерде, мында эң төмөнкү энергия абалында магнетизмди пайда кылган спиндердин тегизделиши айлануу инварианттыгын бузат.
- Хиралдык деп аталган пропорционалдыкты жок кылган π мезондордун өз ара аракетинде.
Суроо: "Ушунчалык бузулган абалда суперсиметрия барбы" деген суроо азыр катуу эксперименталдык изилдөөлөрдүн предмети болуп саналат. Ал көптөгөн илимпоздордун акылын ээлейт.
Симметриянын принциптери жана физикалык чоңдуктардын сакталуу мыйзамдары
Илимде бул эреже обочолонгон системанын белгилүү бир өлчөнүүчү касиети убакыттын өтүшү менен өнүккөн сайын өзгөрбөй турганын айтат. Так сакталуу мыйзамдарына энергиянын запастары, сызыктуу импульс, анын импульсу жана электр заряды кирет. Ошондой эле масса, паритет, лептон жана барион саны, кызыкчылык, гиперзария ж.б. сыяктуу чоңдуктарга тиешелүү болгон болжолдуу баш тартуунун көптөгөн эрежелери бар. Бул чоңдуктар физикалык процесстердин белгилүү класстарында сакталат, бирок бардыгында эмес.
Нотер теоремасы
Жергиликтүү мыйзам адатта математикалык түрдө сандык чоңдук менен чоңдуктун ортосундагы катышты берген жарым-жартылай дифференциалдык үзгүлтүксүздүк теңдемеси катары туюнтулат.анын өткөрүп берүү. Анда чекитте же томдо сакталган санды томго кирген же чыккан номер гана өзгөртүүгө болору айтылат.
Нетердин теоремасынан: ар бир сакталуу мыйзамы физикадагы симметриянын негизги принциби менен байланыштуу.
Эрежелер бул илимде, ошондой эле химия, биология, геология жана инженерия сыяктуу башка тармактарда кеңири колдонулуучу табияттын фундаменталдык нормалары болуп эсептелет.
Мыйзамдардын көбү так же абсолюттук. Алар бардык мүмкүн болгон процесстерге тиешелүү деген мааниде. Ноетердин теоремасы боюнча симметрия принциптери жарым-жартылай болуп саналат. Алар кээ бир процесстер үчүн жарактуу, бирок башкалар үчүн эмес деген мааниде. Ал ошондой эле алардын ар бири менен табияттын дифференциалдуу пропорционалдуулугунун ортосунда бирден-бир кат алышуу бар экенин айтат.
Өзгөчө маанилүү натыйжалар: симметрия принциби, сакталуу мыйзамдары, Ноэтердин теоремасы.
