Байгалийн ертөнц бол нарийн төвөгтэй газар юм. Зохицуулалт нь хүмүүс болон эрдэмтэд доторх дарааллыг ялгах боломжийг олгодог. Физикийн хувьд тэгш хэмийн зарчим нь хадгалагдах хуулиудтай нягт холбоотой гэдгийг эртнээс ойлгож ирсэн. Хамгийн алдартай гурван дүрэм бол эрчим хүчийг хадгалах, импульс, импульс юм. Дарамт шахалт хэвээр байгаа нь байгалийн хандлага ямар ч интервалд өөрчлөгддөггүйн үр дагавар юм. Жишээлбэл, Ньютоны таталцлын хуульд таталцлын тогтмол болох GN нь цаг хугацаанаас хамаарна гэж төсөөлж болно.
Энэ тохиолдолд эрчим хүч хэмнэхгүй. Эрчим хүчний хэмнэлтийн зөрчлийн туршилтын хайлтаас харахад цаг хугацааны явцад ийм өөрчлөлтөд хатуу хязгаарлалт тавьж болно. Энэхүү тэгш хэмийн зарчим нь нэлээд өргөн хүрээтэй бөгөөд квант болон сонгодог механикт хэрэглэгддэг. Физикчид заримдаа энэ параметрийг цаг хугацааны нэгэн төрлийн байдал гэж нэрлэдэг. Үүний нэгэн адил импульс хадгалагдах нь тусгай газар байхгүйн үр дагавар юм. Дэлхийг декарт координатаар дүрсэлсэн ч байгалийн хуулиуд үүнд хамаагүйэх сурвалжийг анхаарч үзээрэй.
Энэ тэгш хэмийг "орчуулгын инварианц" буюу орон зайн нэгэн төрлийн байдал гэж нэрлэдэг. Эцэст нь, өнцгийн импульсийг хадгалах нь өдөр тутмын амьдралд танил болсон эв нэгдлийн зарчимтай холбоотой юм. Эргэлтийн үед байгалийн хуулиуд өөрчлөгддөггүй. Жишээлбэл, хүн координатын гарал үүслийг хэрхэн сонгох нь хамаагүй, харин тэнхлэгүүдийн чиглэлийг хэрхэн сонгох нь хамаагүй.
Дискрет анги
Орон зай-цаг хугацааны тэгш хэм, шилжилт, эргэлтийн зарчмыг тасралтгүй гармони гэж нэрлэдэг, учир нь та координатын тэнхлэгүүдийг дурын хэмжээгээр хөдөлгөж, дурын өнцгөөр эргүүлэх боломжтой. Нөгөө анги нь дискрет гэж нэрлэгддэг. Эв найрамдлын жишээ бол толинд туссан тусгал ба паритет юм. Ньютоны хуулиудад ч мөн адил хоёр талын тэгш хэмийн зарчим байдаг. Таталцлын талбарт унасан биетийн хөдөлгөөнийг ажиглаад дараа нь толинд ижил хөдөлгөөнийг судлахад л хангалттай.
Замын зам нь өөр ч Ньютоны хуулиудад захирагддаг. Энэ нь цэвэрхэн, сайн өнгөлсөн толины өмнө зогсоод тухайн объект хаана байсан, толин тусгал дүрс нь хаана байсан талаар эргэлзэж байсан хэн бүхэнд танил юм. Энэ тэгш хэмийн зарчмыг тайлбарлах өөр нэг арга бол зүүн ба эсрэг талын ижил төстэй байдал юм. Жишээлбэл, гурван хэмжээст декарт координатыг ихэвчлэн "баруун гарын дүрэм"-ийн дагуу бичдэг. Өөрөөр хэлбэл, хүн баруун гараа z-ийн эргэн тойронд эргүүлж, x Oy-ээс эхлээд x руу хөдөлж байвал z-тэнхлэгийн дагуух эерэг урсгал нь эрхий хурууны зааж байгаа чиглэлд оршино.
Уламжлалт бускоординатын систем 2 эсрэг байна. Үүн дээр Z тэнхлэг нь зүүн гар ямар чиглэлтэй байхыг заана. Ньютоны хуулиуд өөрчлөгддөггүй гэдэг нь хүн ямар ч координатын системийг ашиглаж болно гэсэн үг бөгөөд байгалийн дүрмүүд нь адилхан харагддаг. Паритетийн тэгш хэмийг ихэвчлэн P үсгээр тэмдэглэдэг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Одоо дараагийн асуулт руугаа орцгооё.
Тэгш хэмийн үйлдэл ба төрөл, тэгш хэмийн зарчим
Паритет нь шинжлэх ухааны сонирхлын цорын ганц салангид пропорциональ байдал биш юм. Нөгөөхийг нь цагийн өөрчлөлт гэдэг. Ньютоны механикийн хувьд таталцлын хүчинд унасан объектын видео бичлэгийг төсөөлж болно. Үүний дараа та видеог урвуу байдлаар ажиллуулах талаар бодох хэрэгтэй. "Цаг хугацааны хувьд урагшлах" болон "хоцрох" нүүдэл хоёулаа Ньютоны хуулиудад захирагдах болно (урвуу хөдөлгөөн нь тийм ч үнэмшилгүй нөхцөл байдлыг дүрсэлж болно, гэхдээ энэ нь хуулийг зөрчихгүй). Цагийн эргэлтийг ихэвчлэн T үсгээр тэмдэглэдэг.
Цэнэглэх холболт
Мэдэгдэж буй бөөмс болгонд (электрон, протон гэх мэт) эсрэг бөөмс байдаг. Энэ нь яг ижил масстай, гэхдээ эсрэгээрээ цахилгаан цэнэгтэй. Электроны эсрэг бөөмийг позитрон гэж нэрлэдэг. Протон бол антипротон юм. Сүүлийн үед устөрөгчийн эсрэг бодисыг гаргаж, судалж байна. Цэнэглэх нь бөөмс ба тэдгээрийн эсрэг хэсгүүдийн хоорондох тэгш хэм юм. Тэд адилхан биш нь ойлгомжтой. Гэхдээ тэгш хэмийн зарчим нь жишээлбэл, цахилгаан орон дахь электроны үйлдэл нь эсрэг талын дэвсгэр дэх позитроны үйлдэлтэй ижил байна гэсэн үг юм. Цэнэглэх холболтыг тэмдэглэвүсэг C.
Гэхдээ эдгээр тэгш хэм нь байгалийн хуулиудын яг хувь хэмжээ биш юм. 1956 онд туршилтууд нь бета задрал гэж нэрлэгддэг цацраг идэвхт бодисын төрөлд зүүн ба баруун хоёрын хооронд тэгш бус байдал байгааг харуулсан. Үүнийг анх атомын цөмийн задралд судалсан боловч хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг өөр нэг бөөмс болох сөрөг цэнэгтэй π мезон задрахад хамгийн хялбараар дүрслэгдсэн байдаг.
Энэ нь эргээд мюон болон электрон болон тэдгээрийн антинейтрино болж задардаг. Гэхдээ өгөгдсөн цэнэгээр задрах нь маш ховор байдаг. Энэ нь (харьцангуйн тусгай онолын аргументаар дамжуулан) үзэл баримтлал нь хөдөлгөөний чиглэлтэйгээ зэрэгцээ эргэлдэж байнга гарч ирдэгтэй холбоотой юм. Хэрэв байгаль зүүн, баруун хоёрын хооронд тэгш хэмтэй байсан бол нейтрино хагас цаг нь эргэлдэж параллель, хэсэг нь эсрэг параллель байх болно.
Энэ нь толинд хөдөлгөөний чиглэл өөрчлөгддөггүй, харин эргүүлэх замаар хийгддэгтэй холбоотой. Үүнтэй холбоотой эерэг цэнэгтэй π + мезон, эсрэг бөөмс π -. Энэ нь импульстэйгээ зэрэгцээ эргэлттэй электрон нейтрино болж задардаг. Энэ бол түүний зан байдлын ялгаа юм. Түүний эсрэг бөөмс нь цэнэгийн коньюгацийн эвдрэлийн жишээ юм.
Эдгээр нээлтүүдийн дараа цаг хугацааны урвуу инвариант T зөрчигдсөн эсэх асуудал гарч ирсэн. Квант механик ба харьцангуйн онолын ерөнхий зарчмуудын дагуу T-ийн зөрчил нь C × P буюу коньюгацийн үржвэртэй холбоотой юм. хураамж ба паритет. SR, хэрэв энэ нь сайн тэгш хэмийн зарчим бол π + → e + + ν задрал нь ижил байх ёстой гэсэн үг юм.π - → e - + гэсэн хурд. 1964 онд CP-ийг зөрчсөн үйл явцын жишээг Кмесон хэмээх хүчтэй харилцан үйлчлэлцдэг өөр нэг бөөмсийн багцыг олж илрүүлжээ. Эдгээр үр тариа нь CP-ийн бага зэргийн зөрчлийг хэмжих боломжийг олгодог тусгай шинж чанартай байдаг. Зөвхөн 2001 он хүртэл SR-ийн тасалдлыг өөр нэг багц болох В мезонуудын задралаар үнэмшилтэй хэмжсэн.
Эдгээр үр дүн нь тэгш хэм байхгүй байх нь ихэвчлэн түүний оршихуйтай адил сонирхолтой байдгийг тодорхой харуулж байна. Үнэн хэрэгтээ SR-ийн зөрчлийг олж илрүүлсний дараахан Андрей Сахаров энэ нь орчлон ертөнц дэх антиматераас матери давамгайлж байгааг ойлгоход байгалийн хуулиудад зайлшгүй шаардлагатай бүрэлдэхүүн хэсэг гэж тэмдэглэжээ.
Зарчмууд
Одоог хүртэл CPT, цэнэгийн коньюгаци, паритет, цаг хугацааны урвуу хослолыг хадгалсаар ирсэн гэж үздэг. Энэ нь харьцангуйн ба квант механикийн нэлээд ерөнхий зарчмуудаас үүдэлтэй бөгөөд өнөөг хүртэл туршилтын судалгаагаар батлагдсан. Хэрэв энэ тэгш хэмийн зөрчил илэрсэн бол энэ нь ноцтой үр дагавартай болно.
Одоогоор хэлэлцэж буй пропорцууд нь хадгалалтын хууль эсвэл бөөмс хоорондын урвалын хурд хоорондын хамаарлыг бий болгоход чухал ач холбогдолтой юм. Бөөмүүдийн хоорондох олон хүчийг тодорхойлдог тэгш хэмийн өөр нэг анги байдаг. Эдгээр пропорциональ байдлыг орон нутгийн эсвэл хэмжигч пропорциональ гэж нэрлэдэг.
Иймэрхүү тэгш хэмийн нэг нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд хүргэдэг. Нөгөөх нь Эйнштейний дүгнэлтээр таталцал. Түүний ерөнхий зарчмыг гаргахдааХарьцангуйн онолын хувьд байгалийн хуулиуд нь жишээлбэл, сансар огторгуйн хаа сайгүй нэгэн зэрэг координатыг эргүүлэх үед ч өөрчлөгдөөгүй байхын тулд байгалийн хуулиудыг ашиглах боломжтой байх ёстой гэж эрдэмтэн нотолсон.
Энэ үзэгдлийг тайлбарлах математикийг XIX зуунд Фридрих Риман болон бусад хүмүүс боловсруулсан. Эйнштейн хэсэгчлэн дасан зохицож, заримыг нь өөрийн хэрэгцээнд зориулан дахин зохион бүтээжээ. Энэ зарчимд захирагдах тэгшитгэл (хууль) бичихийн тулд цахилгаан соронзонтой олон талаараа төстэй талбарыг нэвтрүүлэх шаардлагатай болж байна (энэ нь хоёр спиралтай байхаас бусад). Энэ нь Ньютоны таталцлын хуулийг хэт том биш, хурдан хөдөлдөг, сул хөдөлдөг зүйлстэй зөв холбодог. Ийм (гэрлийн хурдтай харьцуулахад) системүүдийн хувьд харьцангуйн ерөнхий онол нь хар нүх, таталцлын долгион гэх мэт олон чамин үзэгдлүүдэд хүргэдэг. Энэ бүхэн Эйнштейний нэлээд гэм зэмгүй ойлголтоос үүдэлтэй.
Математик болон бусад шинжлэх ухаан
Цахилгаан ба соронзлолд хүргэдэг тэгш хэмийн зарчим ба хадгалалтын хуулиуд нь орон нутгийн пропорциональ байдлын өөр нэг жишээ юм. Үүнд орохын тулд математикт хандах ёстой. Квант механикийн хувьд электроны шинж чанарыг "долгионы функц" ψ(x)-ээр тодорхойлдог. ψ нь комплекс тоо байх нь ажилд зайлшгүй шаардлагатай. Энэ нь эргээд бодит тоо болох ρ ба цэгүүд болох e iθ-ийн үржвэр хэлбэрээр үргэлж бичиж болно. Жишээлбэл, квант механикийн хувьд долгионы функцийг ямар ч нөлөөгүйгээр тогтмол фазаар үржүүлж болно.
Харин тэгш хэмийн зарчим болтэгшитгэлүүд нь үе шатуудаас хамаардаггүй (илүү нарийвчлалтай, хэрэв байгальд байдаг шиг өөр өөр цэнэгтэй бөөмс байдаг бол тодорхой хослол нь чухал биш) илүү хүчтэй зүйл дээр тулгуурладаг. өөр талбаруудын багц. Эдгээр бүсүүд нь цахилгаан соронзон байдаг. Энэхүү тэгш хэмийн зарчмыг хэрэгжүүлэхэд талбар нь Максвеллийн тэгшитгэлд захирагдахыг шаарддаг. Энэ чухал.
Өнөөдөр Стандарт Загварын бүх харилцан үйлчлэл нь орон нутгийн хэмжүүрийн тэгш хэмийн ийм зарчмуудаас үүдэлтэй гэж ойлгогддог. Эдгээр зарчмын үр дүнд W, Z зурвасууд, тэдгээрийн масс, хагас задралын хугацаа болон бусад ижил төстэй шинж чанаруудыг амжилттай урьдчилан таамагласан.
Хэмжихийн аргагүй тоо
Хэд хэдэн шалтгааны улмаас тэгш хэмийн бусад зарчмуудын жагсаалтыг санал болгосон. Ийм таамаглалын нэг загварыг супер тэгш хэм гэж нэрлэдэг. Үүнийг хоёр шалтгаанаар санал болгосон. Юуны өмнө "Байгалийн хуулиудад хэмжээсгүй тоо яагаад маш цөөхөн байдаг вэ" гэсэн олон жилийн оньсогоыг тайлбарлаж болно.
Жишээ нь, Планк h тогтмолыг танилцуулахдаа Ньютоны тогтмолоос эхлээд массын хэмжээстэй хэмжигдэхүүнийг бичихэд ашиглаж болохыг ойлгосон. Энэ тоог одоо Планкийн утга гэж нэрлэдэг.
Агуу квантын физикч Пол Дирак (эсрэг бодис байдаг гэж таамаглаж байсан) "их тооны асуудал"-ыг гаргасан. Хэт тэгш хэмийн энэ мөн чанарыг постуляци хийх нь асуудлыг шийдвэрлэхэд тусалдаг нь харагдаж байна. Супер тэгш хэм нь харьцангуйн ерөнхий онолын зарчмуудыг ойлгоход чухал ач холбогдолтой юмквант механиктай нийцтэй байх.
Супер тэгш хэм гэж юу вэ?
Хэрэв байгаа бол энэ параметр нь фермионуудыг (Паули хасах зарчимд захирагддаг хагас бүхэл спиралтай бөөмс) бозонд (Босегийн статистик гэгддэг бүхэл спиралтай бөөмсүүд) хамааруулж, лазерын үйл ажиллагаанд хүргэдэг. болон Bose конденсатууд). Гэсэн хэдий ч, өнгөц харахад ийм тэгш хэмийг санал болгох нь тэнэг юм шиг санагддаг, учир нь энэ нь байгальд тохиолдвол фермион бүрийн хувьд яг ижил масстай бозон байх болно, мөн эсрэгээр.
Өөрөөр хэлбэл танил электроноос гадна сонгогч гэж нэрлэгддэг бөөмс байх ёстой бөгөөд энэ нь спингүй, хасах зарчимд захирагддаггүй боловч бусад бүх талаараа электронтой ижил байдаг. Үүний нэгэн адил фотон нь тэг масстай, фотонтой төстэй шинж чанартай 1/2 спинтэй (энэ нь электрон шиг хасах зарчмыг баримталдаг) өөр бөөмийг хэлэх ёстой. Ийм тоосонцор олдоогүй байна. Гэсэн хэдий ч эдгээр баримтуудыг нэгтгэж болох бөгөөд энэ нь тэгш хэмийн талаархи сүүлчийн цэг рүү хөтөлж байна.
Зай
Пропорц нь байгалийн хуулиудын харьцаа байж болох ч хүрээлэн буй ертөнцөд илрэх албагүй. Эргэн тойрон дахь орон зай нь жигд биш байна. Энэ нь тодорхой газар байдаг бүх төрлийн зүйлээр дүүрэн байдаг. Гэсэн хэдий ч импульсийн хадгалалтаас хүн байгалийн хуулиуд тэгш хэмтэй байдгийг мэддэг. Гэхдээ зарим тохиолдолд пропорциональ байдал"аяндаа эвдэрсэн". Бөөмийн физикт энэ нэр томъёог илүү нарийн ашигладаг.
Энерги хамгийн бага төлөвт тохирохгүй байвал тэгш хэм нь аяндаа эвдэрдэг гэж хэлдэг.
Энэ үзэгдэл байгальд олон тохиолдолд тохиолддог:
- Хамгийн бага энергийн төлөвт соронзлол үүсгэдэг эргэлдэж буй эргэлтүүдийн тохируулга нь эргэлтийн өөрчлөлтгүй байдлыг эвддэг байнгын соронзонд.
- Хираль гэж нэрлэгддэг пропорционалийг бүдгэрүүлдэг π мезонуудын харилцан үйлчлэлд.
"Ийм эвдэрсэн байдалд супер тэгш хэм байдаг уу" гэсэн асуулт одоо эрчимтэй туршилтын судалгааны сэдэв болоод байна. Энэ нь олон эрдэмтдийн оюун санааг эзэлдэг.
Симметрийн зарчим ба физик хэмжигдэхүүнийг хадгалах хуулиуд
Шинжлэх ухаанд энэ дүрэмд тусгаарлагдсан системийн тодорхой хэмжигдэхүйц шинж чанар нь цаг хугацааны явцад хувьсан өөрчлөгдөхөд өөрчлөгддөггүй гэж заасан байдаг. Яг хадгалалтын хуулиудад энергийн нөөц, шугаман импульс, түүний импульс, цахилгаан цэнэг орно. Мөн масс, паритет, лептон ба барионы тоо, хачирхалтай байдал, гиперзари гэх мэт хэмжигдэхүүнд хамаарах ойролцоогоор орхих олон дүрэм байдаг. Эдгээр хэмжигдэхүүн нь физик процессын тодорхой ангиудад хадгалагддаг боловч бүхэлд нь биш.
Нотерийн теорем
Орон нутгийн хуулийг ихэвчлэн математикийн хувьд хэмжигдэхүүн болон хэмжигдэхүүний хоорондын харьцааг өгдөг хэсэгчилсэн дифференциал тасралтгүй тэгшитгэл хэлбэрээр илэрхийлдэг.түүний шилжүүлэг. Энэ нь нэг цэг эсвэл эзлэхүүнд хадгалагдсан дугаарыг зөвхөн эзлэхүүн рүү орох буюу гарах дугаараар өөрчлөх боломжтой гэж заасан.
Нетерийн теоремоос: хадгалалтын хууль бүр физикийн тэгш хэмийн үндсэн зарчимтай холбоотой.
Дүрэм нь энэ шинжлэх ухаан, түүнчлэн хими, биологи, геологи, инженерчлэл зэрэг бусад салбарт өргөн хэрэглэгддэг байгалийн үндсэн хэм хэмжээ гэж тооцогддог.
Ихэнх хууль нарийвчилсан эсвэл үнэмлэхүй байдаг. Бүх боломжит процессуудад хамаатай гэдэг утгаараа. Ноетерийн теоремоор тэгш хэмийн зарчмууд нь хэсэгчилсэн байдаг. Тэдгээр нь зарим процессуудад хүчинтэй байдаг ч заримд нь тийм биш гэсэн утгаараа. Тэрээр мөн эдгээрийн хооронд нэгийг харьцах харьцаа, байгалийн ялгарах пропорциональ байдгийг хэлсэн.
Ялангуяа чухал үр дүн нь: тэгш хэмийн зарчим, хадгалалтын хуулиуд, Ноетерийн теорем.
