Красота физики. Постигая устройство природы - Фрэнк Вильчек

В квантовом мире момент понятие момента импульса не теряет своего смысла и приобретает новые черты утонченности и красоты. Именно математические свойства момента импульса в квантовой теории больше всего привлекли меня в физику, когда я был учеником и выбирал свой карьерный путь. Если вы хотите глубже изучить этот вопрос, вы можете обратиться к «Рекомендуемой литературе». Здесь я упомяну только то, что квантовые частицы зачастую проявляют непреодолимую вращательную активность, именуемую спином, похожим в каком-то смысле на нулевые колебания (см. Квантовая флуктуация) или на спонтанную активность квантовых полей.

Мультивселенная

См. Вселенная, видимая Вселенная и мультивселенная.

Мутатрон

Mutatron

В теориях, которые объединяют сильное и слабое взаимодействие, существуют частицы, которые вызывают преобразования между сильными и слабыми цветами. Мы (или, точнее, я) называем эти гипотетические частицы мутатронами[108].

Нанотрубка

Nanotube

Нанотрубки – это класс молекул, состоящих целиком из углерода. Как можно догадаться из названия, они имеют форму трубок и могут тянуться бесконечно в одном направлении. Нанотрубки могут иметь много разных размеров и форм, и они обладают замечательными механическими и электрическими свойствами. Например, некоторые классы нанотрубок чрезвычайно прочны в продольном направлении. Волокна, сделанные из таких нанотрубок, могут быть легкими, но более прочными, чем сталь. Более подробное обсуждение и иллюстрации см. в главе «Квантовая красота II».

Натуральные числа

Natural numbers

Числа 1, 2, 3, … – числа, которые естественным образом возникают в результате счета, – называют натуральными числами. Это тот вид чисел, которые Пифагор одобрял больше всего. Натуральные числа формируют дискретный ряд. Их следует отличать от действительных чисел.

Начальные условия

Initial conditions

Основные законы физики в рамках современного понимания являются динамическими уравнениями. Иными словами, они определяют, как состояние мира в один момент времени связано с его состоянием в другие моменты времени. Они, однако, не указывают нам, что мы должны принять в качестве начальной точки. Таким образом, мы должны задать начальные «условия», чтобы начать разворачивать наше описание.

Небесная механика

Celestial mechanics

Первоначально термин небесная механика означал приложение классической механики вместе с ньютоновской теорией гравитации к описанию движения больших тел – по большей части планет, их лун и комет – в Солнечной системе. Сегодня термин «небесная механика» используется более широко для обозначения приложения механики к астрофизическим телам, а также к ракетам и искусственным спутникам. Поскольку соответствующие законы физики применимы и в общем случае, небесная механика – это, в сущности, скорее специализированная ветвь механики, чем отдельная дисциплина.

Нейтрино

Neutrino

У каждого из трех электрически заряженных лептонов – электронов e, мюонов m и тау-частиц (тауонов) τ – есть связанное с ними нейтрино. Нейтрино, обозначаемые νe, νµ, ντ, – электрически нейтральные частицы. Нейтрино с левой спиральностью несут единицу желтого слабого заряда, их электрический заряд равен нулю, а сильного цветового заряда они не имеют. Вследствие этого нейтрино участвуют в слабом взаимодействии, но не вступают в электромагнитные или сильные взаимодействия. В результате нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействуют с обычным веществом. Яркая иллюстрация этого факта: каждую секунду приблизительно 65 миллиардов нейтрино, испускаемых при слабых переходах, которые питают энергией наше Солнце, проходят через каждый квадратный сантиметр на Земле. И тем не менее мы практически не чувствуем влияния этих нейтрино, и нужны очень сложные детекторы, чтобы вообще обнаружить этот поток.

Можно показать, что нейтрино должны были быть рождены в значительном изобилии при Большом взрыве. Получившийся космологический газ до сих пор не обнаружен, просто потому, что нейтрино так слабо взаимодействуют. Когда-то полагали, что нейтрино являются хорошим кандидатом на роль темной материи, но эта идея не выдержала критику – в основном потому, что теперь мы знаем, что они для этого слишком легкие.

Относительно нейтрино было обнаружено много других интересных фактов. Я предлагаю две легкодоступных публикации, где вы сможете найти больше информации по этой теме, в примечаниях в конце книги.

Нейтрон

Neutron

Нейтроны вместе с протонами являются строительными блоками атомных ядер. Нейтроны имеют нулевой электрический заряд, но весят примерно столько же, сколько протоны. Большая часть массы обычной материи возникает за счет массы составляющих ее протонов и нейтронов. Прежде полагали, что нейтроны являются базовыми элементарными частицами, но сегодня мы знаем, что они – сложные объекты, состоящие из более элементарных кварков и глюонов.

Непрерывная группа

См. Группа.

Непрерывная симметрия

Continuous symmetry

Если структура позволяет непрерывный ряд преобразований, который оставляет ее неизменной, или инвариантной – другими словами, если наша структура допускает гладкий ряд преобразований симметрии, мы говорим, что имеет место непрерывная симметрия структуры или что структура допускает непрерывную группу преобразований симметрии.

Пример: круг можно повернуть на любой угол вокруг его центра, и при этом он останется тем же самым кругом. Таким образом, круг инвариантен относительно гладкого ряда вращений. А вот равносторонний треугольник инвариантен только относительно поворотов вокруг центра на целое кратное угла 120°. Следовательно, равносторонний треугольник допускает дискретную, но не непрерывную симметрию.

См. также Аналоговый и Цифровой.

Непротиворечивость и противоречие

Consistency/contradiction

Мы говорим, что система, состоящая из предположений и наблюдений, непротиворечива, если ее нельзя использовать, чтобы вывести противоречие. Мы говорим, что мы имеем противоречие, если утверждение и его отрицание оказываются верны одновременно.

В чисто умозрительных теориях, которые не делают заявлений о конкретных физических явлениях, наблюдения не могут привести к противоречиям. Такая защищенность от противоречий делает эти теории непротиворечивыми, но хорошими они от этого не становятся. Ньютон убедительно выразил такое мнение в своих «Началах»: