სიმეტრია (ფიზიკაში). ფიზიკური ფენომენების სიმეტრია

სიმეტრიის პრინციპები ფიზიკაში

საბუნებისმეტყველო მეცნიერება ეფუძნება რამდენიმე განსაკუთრებულად ნაყოფიერ იდეას. სიმეტრია არის იდეა, რომლის მეშვეობითაც ადამიანი საუკუნეების მანძილზე ცდილობდა შეექმნა წესრიგი, სილამაზე. ტერმინი „სიმეტრია“ ბერძნულად ნიშნავს პროპორციულობას, პროპორციულობას, ნაწილების განლაგების ერთნაირობას. სიმეტრიის პრინციპების დომინანტური როლი წინასწარ განსაზღვრავს, საბოლოო ჯამში, სიმეტრიის რეალურ არსებობას ყველაფერში, რაც ჩვენს გარშემოა.

სტრუქტურულ კვლევებში სამეცნიერო კლასიფიკაციის შემუშავებისას სიმეტრიის პრინციპების გამოყენებით შესაძლებელია სამეცნიერო პროგნოზების გაკეთება. მაგალითად, O.P. ფროსტი თვლის, რომ როდესაც ჩვენ ვცდილობთ ამოვიცნოთ საიდუმლო, რამაც მაქსველს გადამწყვეტი ნაბიჯისკენ უბიძგა და მას შემოგვთავაზეს გადაადგილების დენის იდეა, საქმის გარემოებები მიგვიყვანს ძალიან სავარაუდო პასუხამდე: სიმეტრია. სიმეტრია ელექტროენერგიასა და მაგნიტიზმს შორის.

განვიხილოთ ელემენტარული ნაწილაკების კლასიფიკაციის პრობლემა. ისინი ჩვეულებრივ იყოფა სამ ოჯახად: პირველი არის ფოტონი; მეორე შედგება ექვსი ლეპტონისაგან: ელექტრონი, ელექტრონული ნეიტრინო, მიონი, მუონ ნეიტრინო, ტაონი, ტაონ ნეიტრინო; მესამე ოჯახი შედგება რამდენიმე ასეული ჰადრონისგან (მეზონები და ბარიონები). თითოეულ ნაწილაკს, გარდა ფოტონის, ნეიტრალური პიონისა და ეტა მეზონისა, აქვს ანტინაწილაკი.

ბოლო დრომდე ფიზიკოსები საკმაოდ დაბნეულნი იყვნენ მკვეთრი შეუსაბამობით ჰადრონების სიმრავლესა და ლეპტონების ძალიან მცირე რაოდენობას შორის. 1964 წელს გელ-მანმა და ცვაიგმა შემოგვთავაზეს, რომ ყველა ჰადრონები შედგება კვარკებისგან და რომ კვარკების ტიპების რაოდენობა უნდა იყოს ლეპტონების ტიპების რაოდენობის ტოლი. ამჟამად ცნობილია ექვსი ლეპტონი და ექვსი ტიპის კვარკი. სიმეტრია კვარკებსა და ლეპტონებს შორის დღეს ძალიან მნიშვნელოვანია. ეს ვარაუდობს, რომ ნაწილაკების გასაოცარი განსხვავებულობის მიუხედავად, მათ ბუნებაში არის რაღაც საერთო. როგორც ჩანს, მომავალში ფიზიკოსების ძალისხმევა სწორედ კვარკებისა და ლეპტონების ერთიანი თეორიის შექმნაზე იქნება მიმართული.

G. Weil-ის მიხედვით, ობიექტს სიმეტრიული ეწოდება, თუ ის შეიძლება როგორმე შეიცვალოს, რის შედეგადაც იგივე იქნება, რაც ჩვენ დავიწყეთ. ეს ობიექტი შეიძლება იყოს არა მხოლოდ სხეული, არამედ ფიზიკურიც
კანონი. ფიზიკური კანონების სიმეტრია მდგომარეობს მათ უცვლელობაში (ან უცვლელობაში) გარკვეული გარდაქმნების მიმართ.

რა არის ფიზიკური კანონების სიმეტრია (უცვლელობა)? მაგალითად, არის თუ არა ფიზიკური კანონები უცვლელი მსგავსების გარდაქმნებისას (ან სივრცითი მასშტაბის ცვლილებებში)? დღეს ჩვენ ვიცით პასუხი: არა. მართლაც, მიკრონაწილაკების მოძრაობის აღწერისას კლასიკური მექანიკის კანონების გამოყენება შეუძლებელია; უნდა იქნას გამოყენებული კვანტური მექანიკის კანონები.

რა მოხდება, თუ შევცვლით საცნობარო სისტემას? ყველა ფიზიკური კანონი უცვლელია ერთი ინერციული მიმართვის ჩარჩოდან მეორეზე გადასვლასთან დაკავშირებით (აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპი).

შესაძლებელია თუ არა ნაწილაკების გაცვლა? კვანტური მექანიკის კანონები უცვლელია ერთი და იმავე ტიპის ნებისმიერი ორი ნაწილაკების პერმუტაციასთან მიმართებაში.

სიმეტრიის პრინციპები დადგენილია ექსპერიმენტულად ცნობილი კანონების ანალიზისას. თავის მხრივ, ცნობილი სიმეტრიის პრინციპები შესაძლებელს ხდის ახალი კანონების აღმოჩენას, ფიზიკური თეორიების სტრუქტურის და მათი თანდაყოლილი კანონების ურთიერთკავშირის გამოვლენას და მეცნიერული ცოდნის განვითარებაში პრობლემური სიტუაციების გადაჭრის საშუალებას.

ანტიკური სამყაროს მეცნიერებმა იცოდნენ სივრცის სიმეტრიის (ერთგვაროვნება და იზოტროპია) და დროის სიმეტრიების (ერთგვაროვნება და შექცევადობა): ნებისმიერი ობიექტის (მაგალითად, სამკუთხედის) თვისებები და, შესაბამისად, კანონები არც ამაზეა დამოკიდებული. ობიექტის პოზიცია მოცემულ ღერძზე, ან ამ ღერძის ღერძის პოზიციაზე და არც იმ დროიდან, როდესაც ეს თვისებები განიხილება. მექანიკასა და ელექტროდინამიკაში კანონების შექცევადობა ჩანს განტოლებიდან (განტოლებები არ იცვლება, როდესაც ტზე - ტ).

აღმოჩნდა, რომ თითოეული სიმეტრია უზრუნველყოფს თავის კონსერვაციის კანონს: იმპულსის შენარჩუნების კანონი განპირობებულია სივრცის ერთგვაროვნებით, კუთხური იმპულსის შენარჩუნების კანონი განპირობებულია სივრცის იზოტროპიით, ენერგიის შენარჩუნების კანონი გამოწვეულია. დროის ერთგვაროვნება. პირიქით, როდესაც რაოდენობა უცვლელი რჩება, ეს ნიშნავს, რომ არსებობს სიმეტრია, რომელიც უზრუნველყოფს ამ რაოდენობის შენარჩუნებას. მაგალითად, ცნობილია ელექტრონის, მიონისა და ბარიონის მუხტების კონსერვაციის კანონები, ასევე უცნაურობის შენარჩუნების კანონი. შეიძლება მოსალოდნელი იყოს, რომ ეს კონსერვაციის კანონები ასევე არის გარკვეული სიმეტრიის შედეგი, რომლის შესახებაც ჩვენ არ ვიცით.

ელემენტარული ნაწილაკების თეორია ვარაუდობს, რომ მაქსიმალური სიმეტრია სუფევს ულტრაპატარა დისტანციებზე, ხოლო დიდ დისტანციებზე არის სპონტანური დარღვევა, რამაც შეიძლება მკაცრად შენიღბოს სიმეტრია.

სიმეტრიის პრინციპები ბევრად უფრო სტაბილურია, ვიდრე კანონები. აქედან გამომდინარე, ცნობილი სიმეტრიის დარღვევების აღმოჩენა იწვევს მნიშვნელოვან პრობლემურ სიტუაციებს. მათი გადაჭრა საშუალებას გაძლევთ გააკეთოთ შესანიშნავი აღმოჩენები.

ასე, მაგალითად, გალილეო ძალიან უარყოფითად რეაგირებდა კეპლერის კანონებზე, რომლის მიხედვითაც კოპერნიკის მიერ შემოთავაზებული პლანეტების მოძრაობის წრიული სიმეტრია შეიცვალა ნაკლებად აშკარა - ელიფსურით. ამ პრობლემური სიტუაციის დაძლევა იყო ნიუტონის ნაშრომი, რომელმაც სრულად ახსნა „კეპლერის სიმეტრიები“.

როდესაც გაირკვა, რომ მაქსველის განტოლებები არ არის უცვლელი გალილეის გარდაქმნებისას, წარმოიშვა პრობლემური სიტუაცია. პრობლემის რადიკალური გადაწყვეტა იპოვა აინშტაინმა, რომელმაც დაასაბუთა ლორენცის გარდაქმნები ფარდობითობის სპეციალური თეორიის ფარგლებში.

თუმცა, ისტორიაში ცნობილია სიტუაციები, როდესაც სიმეტრიის პრინციპი, რომელიც ამაღლებულია უნივერსალური და აბსოლუტურად სანდო ჭეშმარიტების რანგამდე, გახდა დაბრკოლება ფიზიკის განვითარებაში. მაგალითად, არისტოტელეს იდეა დედამიწის ზედაპირისადმი მიძღვნილი ვერტიკალის შესახებ ამაღლდა ურყევ ჭეშმარიტებამდე. დასჭირდა ნიკოლოზ კუზაელის, ჯორდანო ბრუნოს, კოპერნიკის, გალილეოს, დეკარტეს და სხვა მეცნიერთა გმირული ძალისხმევა, რათა გზა გაეხსნა სიმეტრიის პრინციპის - „სივრცე იზოტროპული“.

და შემდეგ სიმაღლიდან ბრწყინვალება შემოიჭრა ჩემს გონებაში,

მთელი თავისი ძალისხმევის ასრულება.

(დანტე)

მთელი ადამიანური ცოდნა

იწყება ფიქრით

ცნებებზე გადასვლა

და მთავრდება იდეებით.

(ი. კანტი)

Გეგმა:გვერდი

Შესავალი

1. მეცნიერება ბუნების შესახებ.

2. რამ დამაინტერესა თემით?

II. Მთავარი ნაწილი

ფიზიკა და მათემატიკა.
მეცნიერების სილამაზე.
სივრცისა და დროის სიმეტრია.
სივრცის სიმეტრია.
დროის ერთგვაროვნება და შექცევადობა.
სარკის სიმეტრია.
ბრუნვები სივრცე-დროში.
ფიზიკური ფენომენების სიმეტრია.
სარკის სიმეტრიის დარღვევა.
მუხტი-სარკის სიმეტრია.
სიმეტრიის სპონტანური დარღვევა.
შინაგანი სიმეტრია.
ლიანდაგის უცვლელობა.
იზოტოპური სიმეტრია.
უცნაურობა. ერთი სიმეტრიის ისტორია.
კვარკები.

III. დასკვნა

ფიზიკის მეცნიერება ჩემი გატაცებაა.

IV. ტერმინები და ლიტერატურა

Შესავალი

ბუნების მეცნიერება, ფიზიკა, რომელიც ამხელს მატერიალური სამყაროს არსს და საფუძვლებს, ჭეშმარიტებისკენ მკაცრ და რთულ გზაზე მიგვიყვანს. ცნობისმოყვარეობა და გაკვირვება უბიძგებს ადამიანს ამ გზაზე, აიძულებს ისწავლოს მთელი თავისი ხანგრძლივი ცხოვრება. ამისთვის ბუნება მას ცოდნის დიდ კურთხევას აძლევს და ის ემსახურება ადამიანს, ხელს უწყობს მის მუშაობას დედამიწაზე, უხსნის გზას კოსმოსისაკენ.

მეცნიერების განვითარებას თავისი კანონები აქვს. გარემოს დაკვირვებიდან იბადება ვარაუდი პროცესებისა და ფენომენების ბუნებისა და კავშირების შესახებ; თეორია აგებულია ფაქტებისა და დამაჯერებელი ვარაუდებიდან; თეორია მოწმდება ექსპერიმენტით და, დადასტურებული, აგრძელებს განვითარებას, კვლავ უთვალავჯერ ტესტირება... განვითარების ასეთი კურსი წარმოადგენს მეცნიერულ მეთოდს; ეს საშუალებას გაძლევთ განასხვავოთ შეცდომა სამეცნიერო ჭეშმარიტებისგან, დაადასტუროთ ვარაუდი, თავიდან აიცილოთ შეცდომები.

ფიზიკას აქვს ზოგადი სამეცნიერო მეთოდის გამოყენების საკუთარი ფორმა, ცოდნის საკუთარი პრინციპები. ისინი საშუალებას გვაძლევს დავინახოთ სიმეტრიების უცნაური სამყარო, დაწყებული უმარტივესი გეომეტრიული კანონზომიერებით და ვრცელდება ელემენტარული ნაწილაკების თვისებებამდე. პრინციპები სიმეტრიადევს ყველაზე რთული, ყველაზე თანამედროვე ფიზიკური თეორიების საფუძველში, უფრო მეტიც, ბუნების კანონების საფუძველში. თანამედროვე ფიზიკის მთავარი მიმართულებაა სიმეტრიების ძიება და ბუნების კანონების ერთიანობა.

შევეცდებით გავიგოთ იმ საოცარი მოვლენების არსი, რომელიც მოხდა ფიზიკაში მე-20 საუკუნეში, როდესაც შეიქმნა კვანტური თეორია, რამაც შესაძლებელი გახადა მიკრო ობიექტების მარეგულირებელი კანონების აღმოჩენა; ფარდობითობის თეორია, რომელმაც ახალი წარმოდგენა მისცა სივრცისა და დროის შესახებ... როდესაც ეს თეორიები გაერთიანდა, გამოიწვია ელემენტარული ნაწილაკების მთელი სამყაროს აღმოჩენა, შორეული ვარსკვლავების საიდუმლოებების ამოხსნა, ცოდნა. სამყაროს ისტორიის შესახებ.

ერთხელ გაზეთში წავიკითხე სიუჟეტი ავიაკატასტროფის შესახებ, რომლის მიზეზი სტრუქტურაში სიმეტრიის დარღვევა იყო, მხოლოდ 1o. მაინტერესებდა სიმეტრიის კავშირი სხვა მეცნიერებებთან, განსაკუთრებით ფიზიკასთან. მეტის ცოდნა მინდოდა. და აღმოჩნდა, რომ ამ თემაზე უამრავი მასალაა, რომელიც სიამოვნებით წავიკითხე, შევისწავლე და აღფრთოვანებული ვარ. თავის აბსტრაქტში მან საგულდაგულოდ შეარჩია ინფორმაცია, რომელიც აჩვენებს სიმეტრიასა და ფიზიკას შორის ურთიერთობას. ფიზიკა ასახავს გზებს ბუნებრივი მოვლენების ერთიანობის, სიმეტრიის, დინამიკის გასაგებად, ის ცდილობს, თუ ეს შესაძლებელია, სამყაროს ზუსტი სურათი დახატოს, გაარკვიოს, რა შესაძლო გეომეტრიული ცნებები რეალიზდება ჩვენს სამყაროში. ჩვენს ირგვლივ სამყაროს შესწავლის ყველაზე მნიშვნელოვანი კონცეფცია არის სიმეტრია. სიმეტრიის იდეას თავად ბუნება გვთავაზობს. ცნობისმოყვარეობამ, სურვილმა გაერკვია როგორ მუშაობს ბუნება, ამ ყველაფერმა მიბიძგა ამ თემის შესწავლაზე. რა არის თეორიული ფიზიკა, როგორ მუშაობენ თეორიული ფიზიკოსები? როგორ სწავლობენ ბუნებას ქაღალდითა და ფანქრით, აყალიბებენ ახალ ურთიერთობებს ადრე აღმოჩენილ ექსპერიმენტულად და თეორიულად ბუნების კანონებზე. რა როლს ასრულებს სიმეტრია?

II. Მთავარი ნაწილი.

1. ფიზიკა და მათემატიკა.

მაქს ბორნმა, გერმანელმა მეცნიერმა, კვანტური მექანიკის ერთ-ერთმა ფუძემდებელმა, თქვა: მათემატიკური ფორმალიზმი წარმოადგენს აბსოლუტურად გასაოცარ მომსახურებას რთული საგნების აღწერისას... მართლაც, ფიზიკური სამყაროს რაოდენობრივი აღწერა შეუძლებელია მათემატიკის გარეშე: ის იძლევა საშუალებას ამოხსნის განტოლებებს, აღწერის მეთოდებს, ავლენს ექსპერიმენტული მეცნიერებების სილამაზეს. ბევრი სიმეტრიის დანახვა შესაძლებელია მხოლოდ ყველაზე რთული მათემატიკური კონსტრუქციების დახმარებით, გამოცდილი გარდაქმნების შემდეგ.

დავიწყეთ მაქს ბორნის სიტყვებით, მაგრამ მათემატიკური ფორმალიზმის შესახებ მისი განცხადების მხოლოდ პირველი ნახევარი მოვიყვანეთ, მეორე კი ასეთია: ... მაგრამ ეს საერთოდ არ უწყობს ხელს რეალური პროცესების გაგებას.

მათემატიკური კონსტრუქციები არ არის დამოკიდებული გარემომცველი სამყაროს თვისებებზე, მათემატიკა არ აინტერესებს რა ფიზიკური რაოდენობებისთვის იქნება გამოყენებული განტოლებები, ამიტომ მათემატიკა გახდა უნივერსალური ინსტრუმენტი ყველა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებისთვის. მათემატიკის ყველა დასკვნა უნდა იყოს ლოგიკურად მკაცრი და უნაკლო, მიმდევარი და მიღებული აქსიომებად.

სიმეტრია (ფიზიკაში) Სიმეტრიაფიზიკაში. თუ კანონები, რომლებიც აყალიბებენ კავშირებს ფიზიკურ სისტემას ახასიათებენ სიდიდეებს შორის, ან განსაზღვრავენ ამ რაოდენობების ცვლილებას დროთა განმავლობაში, არ იცვლება გარკვეული ოპერაციების (გარდაქმნების) პირობებში, რომლებსაც სისტემა შეიძლება დაექვემდებაროს, მაშინ ამ კანონებს აქვთ S. (ან უცვლელია) მონაცემთა ტრანსფორმაციების მიმართ. მათემატიკურად ს-ის გარდაქმნები არიან ჯგუფი.

გამოცდილება აჩვენებს, რომ ფიზიკური კანონები სიმეტრიულია შემდეგი ყველაზე ზოგადი გარდაქმნების მიმართ.

უწყვეტი გარდაქმნები

1) სისტემის მთლიანად გადატანა (ცვლა) სივრცეში. ეს და შემდგომი სივრცე-დროის გარდაქმნები შეიძლება გავიგოთ ორი გაგებით: როგორც აქტიური ტრანსფორმაცია - ფიზიკური სისტემის რეალური გადაცემა არჩეულ საცნობარო სისტემასთან შედარებით, ან როგორც პასიური ტრანსფორმაცია - საცნობარო სისტემის პარალელური გადაცემა. S. ფიზიკური კანონები სივრცეში ცვლებთან მიმართებაში ნიშნავს სივრცეში ყველა წერტილის ეკვივალენტობას, ანუ სივრცეში რაიმე შერჩეული წერტილის არარსებობას (სივრცის ჰომოგენურობა).

2) სისტემის მთლიანი ბრუნვა სივრცეში. C. ფიზიკური კანონები ამ ტრანსფორმაციის მიმართ ნიშნავს სივრცეში ყველა მიმართულების ეკვივალენტობას (სივრცის იზოტროპია).

3) დროის საწყისის შეცვლა (დროის ცვლა). S. ამ ტრანსფორმაციასთან დაკავშირებით ნიშნავს, რომ ფიზიკური კანონები დროთა განმავლობაში არ იცვლება.

4) ათვლის სისტემაზე გადასვლა, რომელიც მოძრაობს მოცემულ ჩარჩოსთან შედარებით მუდმივი (მიმართულებითა და სიდიდით) სიჩქარით. გ. ამ ტრანსფორმაციის მიმართ, კერძოდ, ყველას ეკვივალენტობას ნიშნავს მითითების ინერციული ჩარჩოები(სმ. ფარდობითობის თეორია).

5) ლიანდაგის გარდაქმნები. კანონები, რომლებიც აღწერს ნაწილაკების ურთიერთქმედებას რაიმე სახის მუხტთან ( ელექტრული მუხტი, ბარიონის მუხტი, ლეპტონის მუხტი, ჰიპერმუხტი) სიმეტრიულია პირველი ტიპის ლიანდაგის გარდაქმნების მიმართ. ეს გარდაქმნები არის ტალღის ფუნქციებიყველა ნაწილაკი შეიძლება ერთდროულად გამრავლდეს თვითნებური ფაზის ფაქტორით:

სადაც y ჯარის j ნაწილაკის ტალღური ფუნქცია, არის მისი რთული კონიუგატური ფუნქცია, z ჯარის ნაწილაკების შესაბამისი მუხტი, გამოხატული ელემენტარული მუხტის ერთეულებში (მაგალითად, ელემენტარული ელექტრული მუხტი e ), b არის თვითნებური რიცხვითი ფაქტორი.

ერთად ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებებისიმეტრიულია მე-2 სახის ლიანდაგური (გრადიენტული) გარდაქმნების მიმართ ელექტრომაგნიტური ველის პოტენციალი(A, j):

A ® A + grad f, , (2)

სადაც f(x, y, z, t) არის კოორდინატების თვითნებური ფუნქცია (x, y, z) და დრო (t), c არის სინათლის სიჩქარე. იმისთვის, რომ გარდაქმნები (1) და (2) ერთდროულად განხორციელდეს ელექტრომაგნიტური ველების შემთხვევაში, საჭიროა განზოგადდეს 1-ლი ტიპის ლიანდაგური გარდაქმნები: აუცილებელია, რომ ურთიერთქმედების კანონები იყოს სიმეტრიული გარდაქმნების მიმართ. (1) b მნიშვნელობით, რომელიც არის კოორდინატებისა და დროის თვითნებური ფუნქცია: , სადაც

‒ ბარი მუდმივია. ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებისთვის 1-ლი და მე-2 ტიპის ლიანდაგის გარდაქმნებს შორის კავშირი განპირობებულია ელექტრული მუხტის ორმაგი როლით: ერთის მხრივ, ელექტრული მუხტი არის შენარჩუნებული რაოდენობა, ხოლო მეორეს მხრივ, ის მოქმედებს როგორც ურთიერთქმედების მუდმივი. რომელიც ახასიათებს ელექტრომაგნიტური ველის ურთიერთობას დამუხტულ ნაწილაკებთან.

გარდაქმნები (1) შეესაბამება სხვადასხვა მუხტის კონსერვაციის კანონებს (იხ. ქვემოთ), ასევე ზოგიერთ შიდა სიმეტრიულ ურთიერთქმედებას. თუ მუხტები არა მხოლოდ შენახული სიდიდეებია, არამედ ველების წყაროც (ელექტრული მუხტის მსგავსად), მაშინ მათ შესაბამისი ველები ასევე უნდა იყოს საზომი ველები (ელექტრომაგნიტური ველების მსგავსი), ხოლო გარდაქმნები (1) განზოგადებულია იმ შემთხვევისთვის, როდესაც b სიდიდეები არის კოორდინატების და დროის (და ლუწი) თვითნებური ფუნქციები ოპერატორებიშინაგანი ს-ის მდგომარეობების გარდაქმნა). ურთიერთქმედების ველების თეორიაში ასეთი მიდგომა იწვევს ძლიერი და სუსტი ურთიერთქმედების სხვადასხვა ლიანდაგის თეორიებს (ე.წ. იანგ-მილსის თეორია).

6) იზოტოპური ინვარიანტობაძლიერი ურთიერთქმედება. ძლიერი ურთიერთქმედება სიმეტრიულია სპეციალურ „იზოტონურ სივრცეში“ ბრუნვის მიმართ. ამ ს-ის ერთ-ერთი გამოვლინებაა მუხტის დამოუკიდებლობა ბირთვული ძალები, რომელიც შედგება ნეიტრონების ნეიტრონებთან, პროტონებთან პროტონებთან და ნეიტრონების პროტონებთან ძლიერი ურთიერთქმედების თანასწორობაში (თუ ისინი, შესაბამისად, იმავე მდგომარეობებში არიან). იზოტოპური ინვარიანტობა არის მიახლოებითი ინვარიანტობა, რომელიც ირღვევა ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებით. ის არის ძლიერი ურთიერთქმედების უფრო ფართო სავარაუდო C. ნაწილი, SU (3)-C. (სმ. ძლიერი ურთიერთქმედება).

დისკრეტული ტრანსფორმაციები

ზემოთ ჩამოთვლილი S. ტიპები ხასიათდება პარამეტრებით, რომლებიც შეიძლება მუდმივად შეიცვალოს მნიშვნელობების გარკვეულ დიაპაზონში (მაგალითად, სივრცეში ცვლა ხასიათდება სამი გადაადგილების პარამეტრით თითოეული კოორდინატთა ღერძის გასწვრივ, ბრუნვა ბრუნვის სამი კუთხით. ამ ღერძების ირგვლივ და ა.შ.). უწყვეტ ტალღურ ფორმებთან ერთად ფიზიკაში დიდი მნიშვნელობა ენიჭება დისკრეტულ ტალღურ ფორმებს, რომელთაგან მთავარია შემდეგი.

1) სივრცითი ინვერსია(R). ამ ტრანსფორმაციის მიმართ ძლიერი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებით გამოწვეული პროცესები სიმეტრიულია. ეს პროცესები ერთნაირად არის აღწერილი ორ განსხვავებულ კარტეზიულ კოორდინატულ სისტემაში, რომლებიც მიიღება ერთმანეთისგან კოორდინატთა ღერძების მიმართულებების საპირისპიროზე შეცვლით (ე.წ. გადასვლა "მარჯვნიდან" "მარცხნივ" კოორდინატულ სისტემაზე). ეს ტრანსფორმაცია ასევე შეიძლება მიღებულ იქნას სამი ერთმანეთის პერპენდიკულარული სიბრტყის შესახებ სარკის არეკვით; მაშასადამე, S. სივრცულ ინვერსიასთან მიმართებაში, რომელსაც ჩვეულებრივ უწოდებენ სარკეს S. სარკის არსებობა ნიშნავს, რომ თუ რაიმე პროცესი ბუნებაში ხდება ძლიერი ან ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების გამო, მაშინ შეიძლება მოხდეს სხვა პროცესი, რომელიც მიმდინარეობს იგივე ალბათობით და არის როგორიც იქნებოდა პირველის "სარკისებური გამოსახულება". ამ შემთხვევაში, ორივე პროცესის დამახასიათებელი ფიზიკური სიდიდეები გარკვეულწილად იქნება დაკავშირებული. მაგალითად, ნაწილაკების სიჩქარე და ელექტრული ველის სიძლიერე შეიცვლება მიმართულებები საპირისპირო მიმართულებით, მაგრამ მაგნიტური ველის სიძლიერის მიმართულებები და კუთხური იმპულსი არ შეიცვლება.

ფენომენები (მაგალითად, სინათლის პოლარიზაციის სიბრტყის მარჯვნივ ან მარცხნივ ბრუნვა), რომლებიც გვხვდება იზომერულ ნივთიერებებში (ოპტიკური იზომერიზმი). თუმცა რეალურად სარკე ს არ ირღვევა ასეთ ფენომენებში: ის გამოიხატება იმაში, რომ ნებისმიერი ნივთიერებისთვის, მაგალითად, მემარცხენე, არსებობს ქიმიური შემადგენლობით მსგავსი ნივთიერება, რომლის მოლეკულებია. პირველის მოლეკულების „სარკე გამოსახულება“ და რომელიც იქნება მარჯვენა ხელი.

გამოწვეულ პროცესებში შეიმჩნევა სარკე ს.-ს დარღვევა სუსტი ურთიერთქმედება.

2) ყველა ნაწილაკების ჩანაცვლება ანტინაწილაკებით ( მუხტის კონიუგაცია, თან). S. ამ ტრანსფორმაციის მიმართ ასევე ხდება ძლიერი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების შედეგად წარმოქმნილი პროცესებისთვის და ირღვევა სუსტი ურთიერთქმედების პროცესებში. როდესაც მუხტის კონიუგაცია გარდაიქმნება, ნაწილაკების მუხტები, ელექტრული და მაგნიტური ველების სიძლიერე იცვლება საპირისპირო მნიშვნელობებამდე.

3) ინვერსიისა და მუხტის კონიუგაციის გარდაქმნების თანმიმდევრული შესრულება (პროდუქტი) კომბინირებული ინვერსია, SR). ვინაიდან ძლიერი და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება სიმეტრიულია თითოეული ამ გარდაქმნის მიმართ, ისინი ასევე სიმეტრიულია კომბინირებული ინვერსიის მიმართ. თუმცა ამ ტრანსფორმაციის მიმართ სიმეტრიული აღმოჩნდება სუსტი ურთიერთქმედებებიც, რომლებსაც არ გააჩნიათ ს. სუსტი ურთიერთქმედების პროცესების S. კომბინირებულ ინვერსიასთან მიმართებაში შეიძლება იყოს იმის მანიშნებელი, რომ მათში S. სარკის არარსებობა დაკავშირებულია ელემენტარული ნაწილაკების სტრუქტურასთან და რომ ანტინაწილაკები მათ სტრუქტურაში, თითქოსდა, არის "სარკისებური გამოსახულება". შესაბამისი ნაწილაკები. ამ თვალსაზრისით, სუსტი ურთიერთქმედების პროცესები, რომლებიც ხდება ნებისმიერ ნაწილაკებთან და შესაბამისი პროცესები მათ ანტინაწილაკებთან, ურთიერთდაკავშირებულია ისევე, როგორც ფენომენები ოპტიკურ იზომერებში.

დიდი ხნის კ-ის დაშლის აღმოჩენა 0 ლ-მეზონები 2 p-მეზონად და მუხტის ასიმეტრიის არსებობა კ-ის დაშლაში 0 ლ® p+ + e- + ne (p+ + m- + nm ) და კ 0 ლ® p- + e+ + ne (p- + m+ + nm ) (იხ კ-მეზონები) მიუთითეთ ძალების არსებობა, რომლებიც ასიმეტრიულია კომბინირებული ინვერსიის მიმართ. ჯერ არ არის დადგენილი, არის თუ არა ეს ძალები მცირე დანამატები ცნობილ ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებებზე (ძლიერი, ელექტრომაგნიტური, სუსტი) თუ აქვთ თუ არა მათ განსაკუთრებული ბუნება. ასევე შეუძლებელია SR-C-ის დარღვევის გამორიცხვა. ასოცირდება სივრცე-დროის განსაკუთრებულ გეომეტრიულ თვისებებთან მცირე ინტერვალებით.

4) დროის ნიშნის ცვლილების ტრანსფორმაცია ( დროის უკუქცევა, ტ). ამ ტრანსფორმაციის მიმართ, ყველა ელემენტარული პროცესი, რომელიც ხდება ძლიერი, ელექტრომაგნიტური და სუსტი ურთიერთქმედების შედეგად, სიმეტრიულია (გარდა K-ის დაშლისა. 0 ლ-მეზონები).

5) სამი გარდაქმნის ნამრავლი: მუხტის კონიუგაცია C, ინვერსია P და დროის შებრუნება T (CPT-სიმეტრია; იხ. CPT თეორემა). CPT-S გამომდინარეობს კვანტური ველის თეორიის ზოგადი პრინციპებიდან. დაკავშირებულია ძირითადად ს ლორენცის გარდაქმნებიდა ურთიერთქმედების ლოკალიზაცია (ანუ ერთ წერტილში ველების ურთიერთქმედებით). ეს C. უნდა შენარჩუნდეს მაშინაც კი, თუ ურთიერთქმედება ასიმეტრიული იქნებოდა C, P და T თითოეულ გარდაქმნების მიმართ ცალკე აღებული. CPT-ინვარიანტობის შედეგია ე.წ. ჯვარი (გადაკვეთა) S. ნაწილაკებთან და ანტინაწილაკებთან მიმდინარე პროცესების აღწერაში. ასე, მაგალითად, სამი რეაქცია - a ნაწილაკის ელასტიური გაფანტვა b ნაწილაკით: a + b ® a + b, ანტინაწილაკის ელასტიური გაფანტვა.

ბ ნაწილაკზე: + b ®

B და a ნაწილაკისა და მისი ანტინაწილაკის განადგურება

ნაწილაკების წყვილში b, : a +

აღწერილია ერთი ანალიტიკური ფუნქცია(დამოკიდებულია სისტემის მთლიანი ენერგიის კვადრატზე და გადატანილი იმპულსის კვადრატზე), რაც ამ ცვლადების ცვლილების სხვადასხვა რეგიონში იძლევა თითოეული ამ პროცესის ამპლიტუდას.

6) იდენტური ნაწილაკების პერმუტაციის ტრანსფორმაცია. იდენტური ნაწილაკების შემცველი სისტემის ტალღური ფუნქცია სიმეტრიულია იდენტური ნაწილაკების ნებისმიერი წყვილის (ანუ მათი კოორდინატების და კოორდინატების) პერმუტაციის მიმართ. ტრიალებს) მთელი რიცხვით, კერძოდ ნულით, სპინით და ანტისიმეტრიულია ნახევრად მთელი რიცხვის სპინის მქონე ნაწილაკებისთვის ასეთი პერმუტაციის მიმართ (იხ. Კვანტური მექანიკა).

სიმეტრია და კონსერვაციის კანონები

Მიხედვით არც ერთი თეორემაყოველი S. ტრანსფორმაცია, რომელიც ხასიათდება ერთი მუდმივად ცვალებადი პარამეტრით, შეესაბამება მნიშვნელობას, რომელიც შენარჩუნებულია (დროში არ იცვლება) სისტემისთვის, რომელსაც აქვს ეს S. ფიზიკური კანონები სივრცეში დახურული სისტემის გადაადგილების შესახებ, მთლიანობაში მისი ბრუნვა და საწყისი დროის ცვლილება მიჰყვება იმპულსის, კუთხური იმპულსის და ენერგიის შენარჩუნების კანონებს, შესაბამისად. ს-დან 1-ლი სახის ლიანდაგური გარდაქმნების მიმართ - მუხტების შენარჩუნების კანონები (ელექტრული, ბარიონი და ა.შ.), იზოტოპური ინვარიანტობიდან - კონსერვაცია. იზოტოპური სპინიძლიერი ურთიერთქმედების პროცესებში. რაც შეეხება დისკრეტულ სისტემებს, ისინი არ იწვევენ კონსერვაციის კანონებს კლასიკურ მექანიკაში. თუმცა, კვანტურ მექანიკაში, რომელშიც სისტემის მდგომარეობა აღწერილია ტალღის ფუნქციით, ან ტალღის ველებისთვის (მაგალითად, ელექტრომაგნიტური ველი), სადაც სუპერპოზიციის პრინციპი, დისკრეტული ს-ის არსებობიდან დაიცვას გარკვეული სპეციფიკური სიდიდეების კონსერვაციის კანონები, რომლებსაც ანალოგი არ აქვთ კლასიკურ მექანიკაში. ასეთი რაოდენობების არსებობის დემონსტრირება შესაძლებელია სივრცის მაგალითით პარიტეტი, რომლის კონსერვაცია სივრცითი ინვერსიის მიმართ გამომდინარეობს ს. მართლაც, მოდით y1 იყოს ტალღური ფუნქცია, რომელიც აღწერს სისტემის ზოგიერთ მდგომარეობას, და y2 იყოს სისტემის ტალღური ფუნქცია, რომელიც წარმოიქმნება სივრცეებიდან. ინვერსია (სიმბოლურად: y2 = Р y1, სადაც Р არის სივრცის ინვერსიის ოპერატორი). მაშინ, თუ არსებობს S. სივრცითი ინვერსიის მიმართ, y2 არის სისტემის ერთ-ერთი შესაძლო მდგომარეობა და, სუპერპოზიციის პრინციპის მიხედვით, სისტემის შესაძლო მდგომარეობებია სუპერპოზიციები y1 და y2: სიმეტრიული კომბინაცია ys = y1 + y2 და ანტისიმეტრიული კომბინაცია ya = y1 – y2 . ინვერსიული გარდაქმნების დროს y2 მდგომარეობა არ იცვლება (რადგან P ys = P y1 + P y2 = y2 + y1 = ys ), ხოლო ya მდგომარეობა ცვლის ნიშანს (P ya = P y1 ‒ P y2 = y2 ‒ y1 = ‒ ya ) . პირველ შემთხვევაში, სისტემის სივრცითი პარიტეტი არის დადებითი (+1), მეორეში - უარყოფითი (‒1). თუ სისტემის ტალღური ფუნქცია მითითებულია რაოდენობების გამოყენებით, რომლებიც არ იცვლება სივრცითი ინვერსიის დროს (როგორიცაა, მაგალითად, კუთხური იმპულსი და ენერგია), მაშინ სისტემის პარიტეტს ასევე ექნება საკმაოდ განსაზღვრული მნიშვნელობა. სისტემა იქნება პოზიტიური ან უარყოფითი პარიტეტის მდგომარეობაში (უფრო მეტიც, სივრცითი ინვერსიის მიმართ სიმეტრიული ძალების მოქმედების ქვეშ გადასვლა ერთი მდგომარეობიდან მეორეზე აბსოლუტურად აკრძალულია).

ანალოგიურად, მუხტის პარიტეტის (C-პარიტეტი) და კომბინირებული პარიტეტის (CP-პარიტეტი) არსებობა C.-დან გამომდინარეობს მუხტის კონიუგაციისა და კომბინირებული ინვერსიის მიმართ. თუმცა, ეს რაოდენობა შეიძლება იყოს მახასიათებელი მხოლოდ აბსოლუტურად ნეიტრალური (ყველა მუხტის ნულოვანი მნიშვნელობის მქონე) ნაწილაკებისთვის ან სისტემებისთვის. მართლაც, არანულოვანი მუხტის მქონე სისტემა, მუხტის შეერთებისას, გადადის სისტემაში საპირისპირო მუხტის ნიშნის მქონე სისტემაში და, შესაბამისად, შეუძლებელია ამ ორი მდგომარეობის სუპერპოზიციის ფორმირება მუხტის შენარჩუნების კანონის დარღვევის გარეშე. ამავდროულად, ძლიერად ურთიერთქმედების ნაწილაკების (ადრონების) სისტემის დახასიათება ნულოვანი ბარიონის მუხტით და უცნაურობა(ან ჰიპერმუხტი), მაგრამ ნულის გარდა სხვა ელექტრული მუხტით შეგიძლიათ შემოიტანოთ ე.წ. G-პარიტეტი. ეს მახასიათებელი წარმოიქმნება ძლიერი ურთიერთქმედების იზოტოპური უცვლელობიდან (რომელიც შეიძლება განიმარტოს როგორც S. ბრუნვის ტრანსფორმაციის მიმართ „იზოტოპურ სივრცეში“) და მუხტის კონიუგაციისგან. ასეთი სისტემის მაგალითია პი მეზონი. აგრეთვე ხელოვნება. კონსერვაციის კანონები.

კვანტური მექანიკური სისტემებისა და სტაციონარული მდგომარეობების სიმეტრია. გადაგვარებაში

სხვადასხვა კვანტურ მექანიკურ სისტემებს შესაბამისი რაოდენობების კონსერვაცია იმის შედეგია, რომ მათ შესაბამისი ოპერატორები გადაადგილდებიან სისტემის ჰამილტონიანთან, თუ ეს აშკარად არ არის დამოკიდებული დროზე (იხ. Კვანტური მექანიკა, პერმუტაციური ურთიერთობები). ეს ნიშნავს, რომ ეს რაოდენობები გაზომვადია სისტემის ენერგიასთან ერთად, ანუ მათ შეუძლიათ მიიღონ საკმაოდ განსაზღვრული მნიშვნელობები ენერგიის მოცემული მნიშვნელობისთვის. ამიტომ, მათგან შეგიძლიათ გააკეთოთ ე.წ. რაოდენობების სრული ნაკრები, რომელიც განსაზღვრავს სისტემის მდგომარეობას. რომ., სტაციონარული მდგომარეობებისისტემის (მდგომარეობები მოცემული ენერგიით) განისაზღვრება განსახილველი სისტემის S-ის შესაბამისი რაოდენობებით.

S.-ს არსებობა იწვევს იმ ფაქტს, რომ კვანტური მექანიკური სისტემის მოძრაობის სხვადასხვა მდგომარეობას, რომლებიც ერთმანეთისგან მიიღება S. გარდაქმნით, აქვთ ფიზიკური სიდიდეების იგივე მნიშვნელობები, რომლებიც არ იცვლება ამ გარდაქმნების დროს. ამრიგად, სისტემის ს., როგორც წესი, იწვევს დეგენერაცია. მაგალითად, რამდენიმე სხვადასხვა მდგომარეობა შეიძლება შეესაბამებოდეს სისტემის ენერგიის გარკვეულ მნიშვნელობას, რომლებიც ერთმანეთის მეშვეობით გარდაიქმნებიან C-ის გარდაქმნების დროს. მათემატიკურად, ეს მდგომარეობები წარმოადგენს სისტემის C. ჯგუფის შეუქცევადი წარმოდგენის საფუძველს (იხ. წმ. ჯგუფი). ეს განსაზღვრავს კვანტურ მექანიკაში ჯგუფის თეორიის მეთოდების გამოყენების ნაყოფიერებას.

სისტემის გამოკვეთილ ს-თან დაკავშირებული ენერგიის დონეების გადაგვარების გარდა (მაგალითად, მთლიანი სისტემის ბრუნებთან მიმართებაში), მთელ რიგ პრობლემებში არის დამატებითი დეგენერაცია, რომელიც დაკავშირებულია ე.წ. ფარული ს. ურთიერთქმედება. ასეთი ფარული S. არსებობს, მაგალითად, კულონის ურთიერთქმედებისთვის და იზოტროპისთვის ოსცილატორი.

თუ სისტემა, რომელიც ფლობს გარკვეულ S.-ს არის ძალების ველში, რომლებიც არღვევენ ამ S.-ს (მაგრამ საკმარისად სუსტი, რომ ისინი შეიძლება ჩაითვალოს მცირე აშლილობად), თავდაპირველი სისტემის დეგენერაციული ენერგიის დონეები იყოფა: სხვადასხვა მდგომარეობა, რომელიც , იმის გამო, რომ S. სისტემებს ჰქონდათ ერთნაირი ენერგია, „ასიმეტრიული“ აშლილობის მოქმედებით ისინი იძენენ ენერგიის განსხვავებულ გადაადგილებას. იმ შემთხვევებში, როდესაც შემაშფოთებელ ველს აქვს გარკვეული S., რომელიც არის თავდაპირველი სისტემის S.-ის ნაწილი, ენერგეტიკული დონეების დეგენერაცია მთლიანად არ მოიხსნება: ზოგიერთი დონე რჩება გადაგვარებული ურთიერთქმედების S.-ის შესაბამისად. რომ „ჩართავს“ შემაშფოთებელ ველს.

სისტემაში ენერგიით გადაგვარებული მდგომარეობების არსებობა, თავის მხრივ, მიუთითებს ს-ის ურთიერთქმედების არსებობაზე და შესაძლებელს ხდის პრინციპში ამ ს-ის პოვნას მაშინ, როცა ის წინასწარ არ არის ცნობილი. ეს უკანასკნელი გარემოება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს, მაგალითად, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკაში. მსგავსი მასის და სხვა მსგავსი მახასიათებლების მქონე ნაწილაკების ჯგუფების არსებობამ, მაგრამ განსხვავებული ელექტრული მუხტი (ე.წ. იზოტოპური მრავლობითი) შესაძლებელი გახადა ძლიერი ურთიერთქმედების იზოტოპური უცვლელობის დადგენა და იგივე თვისებების მქონე ნაწილაკების უფრო ფართო გაერთიანების შესაძლებლობა. ჯგუფებმა გამოიწვია სუ (3) აღმოჩენა - გ. ძლიერი ურთიერთქმედება და ურთიერთქმედება, რომელიც არღვევს ამ ს.-ს (იხ. ძლიერი ურთიერთქმედება). არსებობს მინიშნებები, რომ ძლიერ ურთიერთქმედებას აქვს კიდევ უფრო ფართო ჯგუფი C.

ძალიან ნაყოფიერი კონცეფციაა ე.წ. დინამიური S. სისტემა, რომელიც წარმოიქმნება ტრანსფორმაციების განხილვისას, მათ შორის გადასვლებს სისტემის მდგომარეობებს შორის სხვადასხვა ენერგიით. დინამიური S. ჯგუფის შეუქცევადი წარმოდგენა იქნება სისტემის სტაციონარული მდგომარეობის მთელი სპექტრი. დინამიური S.-ის ცნება ასევე შეიძლება გავრცელდეს იმ შემთხვევებზე, როდესაც სისტემის ჰამილტონია პირდაპირ დამოკიდებულია დროზე და ამ შემთხვევაში კვანტური მექანიკური სისტემის ყველა მდგომარეობა, რომელიც არ არის სტაციონარული (ანუ არ აქვს მოცემული ენერგია) არის გაერთიანებულია S-ის დინამიური ჯგუფის ერთ შეუქცევად წარმოდგენაში).

ლიტ.: Wigner E., ეტიუდები სიმეტრიაზე, ტრანს. ინგლისურიდან, მ., 1971 წ.

S. S. გერშტეინი.

დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია. - მ.: საბჭოთა ენციკლოპედია. 1969-1978 .

ნახეთ, რა არის "სიმეტრია (ფიზიკაში)" სხვა ლექსიკონებში:

- (ბერძნული სიმეტრია პროპორციულობიდან) ფიზიკის კანონები. თუ კანონები, რომლებიც აყალიბებენ ურთიერთობას ფიზიკურ მახასიათებელ სიდიდეებს შორის. სისტემა, ან დროთა განმავლობაში ამ რაოდენობების ცვლილების განსაზღვრა, არ იცვლება გარკვეული ოპერაციების დროს ... ... ფიზიკური ენციკლოპედია

სიმეტრია (ბერძნულიდან symmetria - პროპორციულობა) მათემატიკაში, 1) სიმეტრია (ვიწრო გაგებით), ან ანარეკლი (სარკე) სიბრტყის მიმართ a სივრცეში (სიბრტყეზე a სწორ ხაზთან შედარებით), - სივრცის ტრანსფორმაცია. (თვითმფრინავი), ...... დიდი საბჭოთა ენციკლოპედია

„ვფიქრობ, საინტერესო იქნებოდა ფიზიკური ფენომენების შესწავლაში აგრეთვე სიმეტრიის თვისებების გათვალისწინება, რაც ასე ნაცნობია კრისტალოგრაფებისთვის“.

ასე დაიწყო პიერ კიურის მცირე სტატია "სიმეტრიის შესახებ ფიზიკურ ფენომენებში: ელექტრული და მაგნიტური ველების სიმეტრია", გამოქვეყნებული 1894 წელს ფრანგულ ფიზიკის ჟურნალში.

კურიამდე, ფიზიკოსები ხშირად იყენებდნენ მოსაზრებებს, რომლებიც გამომდინარეობს სიმეტრიის პირობებიდან. საკმარისია ითქვას, რომ მექანიკაში და განსაკუთრებით სტატიკაში ბევრი პრობლემა წყდებოდა მხოლოდ სიმეტრიის პირობების საფუძველზე. მაგრამ, როგორც წესი, ეს პირობები საკმაოდ მარტივი და გასაგებია და არ საჭიროებს დეტალურ განხილვას. ფიზიკოსები პირველად შეხვდნენ ფიზიკური თვისებების სიმეტრიის არატრივიალურ გამოვლინებას კრისტალების შესწავლისას.

პირველად ფიზიკური ფენომენების სიმეტრიის მკაფიო განმარტება კურიმ თავის სტატიაში მოგვცა. ”ზოგიერთი ფენომენის დამახასიათებელი სიმეტრია, - წერდა ის, - არის მაქსიმალური სიმეტრია, რომელიც შეესაბამება ფენომენის არსებობას. მის მიერ შემუშავებული ფიზიკური ფენომენების სიმეტრიისადმი ზოგადი მიდგომა ძალიან ზუსტად ახსნა მარი კიურიმ ქმრის შესახებ ბიოგრაფიულ ჩანახატში: „პ. კურიმ უსასრულოდ გააფართოვა სიმეტრიის ცნება, განიხილა ეს უკანასკნელი, როგორც სივრცის მდგომარეობა, რომელშიც ხდება მოცემული ფენომენი. ამ მდგომარეობის დასადგენად აუცილებელია ვიცოდეთ არა მხოლოდ საშუალების სტრუქტურა, არამედ გავითვალისწინოთ შესასწავლი ობიექტის მოძრაობის ბუნება და მასზე მოქმედი ფიზიკური ფაქტორები. საშუალო სიმეტრიის დახასიათებისას მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს კურიის შემდეგი იდეები: უნდა განისაზღვროს თითოეული ფენომენის განსაკუთრებული სიმეტრია და შემოიღოს კლასიფიკაცია, რომელიც შესაძლებელს გახდის ნათლად დაინახოს ძირითადი სიმეტრიის ჯგუფები. მასას, ელექტრო მუხტს, ტემპერატურას აქვთ იგივე ტიპის სიმეტრია, რომელსაც ეწოდება სკალარული; სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის სფეროს სიმეტრია. წყლის ნაკადს და პირდაპირ ელექტრო დენს აქვს ისრის სიმეტრია, როგორც პოლარული ვექტორი. მარჯვენა წრიული ცილინდრის სიმეტრია მიეკუთვნება ტენზორის ტიპს.

სიმეტრია მექანიკაში

პიერ კიური ფიზიკურ ფენომენთა სიმეტრიაზე მივიდა კრისტალების (გეომეტრიული ფიგურების) სიმეტრიიდან მატერიალური ფიგურების სიმეტრიით. ამან მნიშვნელოვანი შედეგები მოიტანა კრისტალების ფიზიკური თვისებების აღწერისას და ჰპირდება დიდ მიღწევებს ფიზიკის სხვა სფეროებში.

მაგრამ პიერ კიურის მუშაობამ გავლენა არ მოახდინა ფიზიკაში სიმეტრიის იდეის განვითარებაზე. ამ უცნაური პარადოქსის მიზეზები, გარდა იმისა, რაც ადრე იყო მითითებული (კურიის ნამუშევრების კრისტალოგრაფიული ბუნება, მათი პრეზენტაციის სიზუსტე, თუ არა ლაკონურობა), ასევე მდგომარეობს იმაში, რომ ისინი ძალიან გვიან გამოჩნდნენ, როდესაც ფიზიკას უკვე ბევრი ჰქონდა დაგროვილი. გამოცდილება ფიზიკური ფენომენების სიმეტრიისადმი ოდნავ განსხვავებულ მიდგომაში, რაც დაკავშირებულია მექანიკის განვითარებასთან XVII-XIX სს.

იმ დროს, მექანიკა პრაქტიკულად მთელი ფიზიკა იყო. ყველაზე მნიშვნელოვანი იყო სხეულების მოძრაობისა და ურთიერთქმედების შესწავლა. შესაბამისი კანონები, რომლებიც ახლა ჩვენთვის ასე აშკარად გვეჩვენება, მოითხოვდა გამოჩენილი მეცნიერების რამდენიმე თაობის კოლოსალურ შრომას. კოპერნიკი, კეპლერი, გალილეო, დეკარტი, ჰაიგენსი ნაბიჯ-ნაბიჯ გადავიდნენ მატერიალური სხეულების მოძრაობის მარეგულირებელი ჭეშმარიტი კანონების გასაგებად.

ეს კანონები საბოლოოდ ჩამოაყალიბა ისააკ ნიუტონმა (1643-1727). მაგრამ რადგან მოძრაობა ხდება სივრცესა და დროში, მას მოუწია განზოგადება და ჩამოაყალიბა გარკვეული დებულებები, რომლებიც ასახავს მათ თვისებებს.

ნიუტონს სჯეროდა, რომ არსებობს აბსოლუტური სივრცე, თავისუფალი და დამოუკიდებელი ნებისმიერი სხეულებისგან. ეს აბსოლუტური სივრცე იზოტროპულია, ანუ მასში არსებული ნებისმიერი მიმართულება ერთნაირია. გარდა ამისა, იგი ერთგვაროვანია, რადგან სივრცეში ნებისმიერი ორი წერტილი ერთმანეთისგან არ განსხვავდება. ასევე არსებობს აბსოლუტური დრო, ნებისმიერი პროცესისგან დამოუკიდებელი, რომელიც მიედინება მარადიულად და თანაბრად. დროის მსვლელობის ერთგვაროვნება მის ერთგვაროვნებას გულისხმობს: დროის სვლის სიჩქარე დროთა განმავლობაში არ იცვლება.

და შემდეგ სიმაღლიდან ბრწყინვალება შემოიჭრა ჩემს გონებაში,

მთელი თავისი ძალისხმევის ასრულება.

(დანტე)

მთელი ადამიანური ცოდნა

იწყება ფიქრით

ცნებებზე გადასვლა

და მთავრდება იდეებით.

(ი. კანტი)

Გეგმა:გვერდი

Შესავალი

1. მეცნიერება ბუნების შესახებ.

2. რამ დამაინტერესა თემით?

II. Მთავარი ნაწილი

1. ფიზიკა და მათემატიკა.

2. მეცნიერების სილამაზე.

3. სივრცისა და დროის სიმეტრია.

4. სივრცის სიმეტრია.

5. დროის ერთგვაროვნება და შექცევადობა.

6. სარკის სიმეტრია.

7. ბრუნავს სივრცე – დროში.

8. ფიზიკური ფენომენების სიმეტრია.

9. სარკის სიმეტრიის დარღვევა.

10. მუხტი-სარკის სიმეტრია.

11. სიმეტრიის სპონტანური რღვევა.

12. შინაგანი სიმეტრია.

13. ლიანდაგის ინვარიანტობა.

14. იზოტოპური სიმეტრია.

15. უცნაურობა. ერთი სიმეტრიის ისტორია.

16. კვარკები.

III. დასკვნა

1. ფიზიკის მეცნიერება ჩემი ჰობია.

IV. ტერმინები და ლიტერატურა

მე. შესავალი

ბუნების მეცნიერება - ფიზიკა, რომელიც ავლენს მატერიალური სამყაროს არსს და საფუძვლებს, მიგვიყვანს მკაცრ და რთულ გზაზე ჭეშმარიტებისკენ. ცნობისმოყვარეობა და გაკვირვება უბიძგებს ადამიანს ამ გზაზე, აიძულებს ისწავლოს მთელი თავისი ხანგრძლივი ცხოვრება. ამისთვის ბუნება ანიჭებს მას დიდ კურთხევას - ცოდნას და ის ემსახურება ადამიანს, ხელს უწყობს მის მუშაობას დედამიწაზე, უხსნის გზას კოსმოსისაკენ.

ერთხელ გაზეთში წავიკითხე სიუჟეტი თვითმფრინავის ჩამოვარდნის შესახებ, რომლის მიზეზი იყო სიმეტრიის დარღვევა სტრუქტურაში, მხოლოდ 1 o. მაინტერესებდა სიმეტრიის კავშირი სხვა მეცნიერებებთან, განსაკუთრებით ფიზიკასთან. მეტის ცოდნა მინდოდა. და აღმოჩნდა, რომ ამ თემაზე უამრავი მასალაა, რომელიც სიამოვნებით წავიკითხე, შევისწავლე და აღფრთოვანებული ვარ. თავის აბსტრაქტში მან საგულდაგულოდ შეარჩია ინფორმაცია, რომელიც აჩვენებს სიმეტრიასა და ფიზიკას შორის ურთიერთობას. ფიზიკა ასახავს გზებს ბუნებრივი მოვლენების ერთიანობის, სიმეტრიის, დინამიკის გასაგებად, ის ცდილობს, თუ ეს შესაძლებელია, სამყაროს ზუსტი სურათი დახატოს, გაარკვიოს, რა შესაძლო გეომეტრიული ცნებები რეალიზდება ჩვენს სამყაროში. ჩვენს ირგვლივ სამყაროს შესწავლის ყველაზე მნიშვნელოვანი კონცეფცია არის სიმეტრია. სიმეტრიის იდეას თავად ბუნება გვთავაზობს. ცნობისმოყვარეობა, სურვილი გაერკვია როგორ მუშაობს ბუნება - ამ ყველაფერმა მიბიძგა ამ თემის შესწავლაზე. რა არის თეორიული ფიზიკა, როგორ მუშაობენ თეორიული ფიზიკოსები? როგორ სწავლობენ ბუნებას ქაღალდითა და ფანქრით, აყალიბებენ ახალ ურთიერთობებს ადრე აღმოჩენილ ექსპერიმენტულად და თეორიულად ბუნების კანონებზე. რა როლს ასრულებს სიმეტრია?

II. Მთავარი ნაწილი.

1. ფიზიკა და მათემატიკა.

მაქს ბორნმა, გერმანელმა მეცნიერმა, კვანტური მექანიკის ერთ-ერთმა ფუძემდებელმა, თქვა: „მათემატიკური ფორმალიზმი აბსოლუტურად გასაოცარ სამსახურს იძლევა რთული საგნების აღწერისას...“ მართლაც, ფიზიკური სამყაროს რაოდენობრივი აღწერა შეუძლებელია მათემატიკის გარეშე: ის იძლევა განტოლებების ამოხსნის გზა, აღწერის მეთოდები, ავლენს სილამაზის გამოცდილ მეცნიერებებს. ბევრი სიმეტრიის დანახვა შესაძლებელია მხოლოდ ყველაზე რთული მათემატიკური კონსტრუქციების დახმარებით, გამოცდილი გარდაქმნების შემდეგ.

დავიწყეთ მაქს ბორნის სიტყვებით, მაგრამ მათემატიკური ფორმალიზმის შესახებ მისი განცხადების მხოლოდ პირველი ნახევარი მოვიყვანეთ, მეორე კი არის: „...მაგრამ ეს საერთოდ არ შველის რეალური პროცესების გაგებას“.

მათემატიკური კონსტრუქციები არ არის დამოკიდებული გარემომცველი სამყაროს თვისებებზე, მათემატიკა არ აინტერესებს რა ფიზიკური რაოდენობების განტოლებებს გამოიყენებს, ამიტომ მათემატიკა გახდა „ყველა საბუნებისმეტყველო მეცნიერების უნივერსალური ინსტრუმენტი“. მათემატიკის ყველა დასკვნა უნდა იყოს ლოგიკურად მკაცრი და უნაკლო, მიმდევარი და მიღებული აქსიომებად.

ფიზიკა ცდილობს დახატოს სამყაროს რაც შეიძლება ზუსტი სურათი, დაუდასტურებელი ვარაუდების გამოყენებით, შეაფასოს რამდენად დამაჯერებელია ისინი, გამოიცნოს რა დაკარგული ურთიერთობები რეალიზდება ბუნებაში. თუ მათემატიკოსი იკვლევს გეომეტრიის ყველა შესაძლო ტიპს, მაშინ ფიზიკოსი აღმოაჩენს ზუსტად რა გეომეტრიული ურთიერთობები ხორციელდება ჩვენს სამყაროში.

ფიზიკოსი ფიქრობს არა იმდენად ამოხსნის მეთოდებზე, არამედ იმაზე, არის თუ არა გაკეთებული გამარტივებები ლეგიტიმური, რა სიზუსტით და ცვლადების რა მნიშვნელობებით, ნაპოვნი განტოლებები სწორად აღწერს ფენომენს და, რაც მთავარია, რა მოხდება, თუ შედეგი დასტურდება ან უარყოფილია გამოცდილებით, რა ვარაუდებზე მოუწევს უარის თქმა, როგორ შეიცვლება ჩვენი შეხედულება ყველა სხვა ცნობილ მოვლენაზე. თუ მოხდება, რომ ფიზიკის ნებისმიერი სფეროს ყველა შედეგი შეიძლება იყოს მიღებული რამდენიმე მკაცრად დადგენილი ექსპერიმენტული აქსიომიდან, ეს სფერო გახდება გამოყენებითი მათემატიკის ან ტექნოლოგიის ფილიალი, როგორც ეს მოხდა კლასიკურ მექანიკასთან, ელექტროდინამიკასთან, ფარდობითობის თეორიასთან. ფიზიკაში თეორიული კონსტრუქციები მოითხოვს მუდმივ კოორდინაციას ბუნების უკვე ცნობილ კანონებთან, რაც ვიცით ჩვენს გარშემო არსებულ სამყაროზე. ფიზიკური თეორია არ არის ლოგიკური კონსტრუქცია, არამედ შესამოწმებელი სარწმუნო ვარაუდებზე აგებული შენობა.

ფიზიკა და მათემატიკა არის მეცნიერებები სხვადასხვა მიზნებითა და პრობლემების გადაჭრის მიდგომებით.

2. მეცნიერების სილამაზე.

ძველმა ბერძენმა ასტრონომმა პტოლემემ შეიმუშავა მათემატიკური თეორია პლანეტების მოძრაობის შესახებ სტაციონარული დედამიწის გარშემო და ამ თეორიამ შესაძლებელი გახადა მათი გამოთვლა ცაში. 1542 წელს დაიწერა დიდი პოლონელი მეცნიერის ნიკოლაუს კოპერნიკის მთავარი ნაშრომი "ციური სფეროების რევოლუციის შესახებ", რომელმაც მოახდინა რევოლუცია ბუნებისმეტყველებაში, ახსნა ზეციური სხეულების მოძრაობა დედამიწის ბრუნვით მისი ღერძის გარშემო და დედამიწისა და პლანეტების ცირკულაცია მზის გარშემო. კოპერნიკის ჰელიოცენტრულმა სისტემამ შეცვალა პტოლემეოსის რთული გეოცენტრული სისტემა.

მე-20 საუკუნის ღირსშესანიშნავი თეორიის მიხედვით. - ფარდობითობის თეორია, ბუნების კანონები შეიძლება ჩამოყალიბდეს ნებისმიერ კოორდინატულ სისტემაში, თუნდაც მბრუნავში. სამყაროში არ არსებობს გამოყოფილი კოორდინატთა სისტემა, და თუ ასეა, მაშინ ორივე თვალსაზრისი - პტოლემეოსი და კოპერნიკი - თანაბარია, პირველი იღებს დედამიწას, როგორც საცნობარო სისტემას, ხოლო მეორე - მზეს.

მაგრამ აქ კოპერნიკული სისტემის სილამაზემ თქვა თავისი წონიანი სიტყვა. ჰელიოცენტრულ სისტემაში პლანეტების მოძრაობის აღწერის სიმარტივე ასე მარტივს ხდის მუშაობა……. ,რომელიც თვისობრივად ახალ ფენომენად იქცევა, გზას უთმობს თეორიის განვითარებას. კეპლერის კანონების აღმოჩენა, ნიუტონის ციური მექანიკა არის კოპერნიკის მიერ აღმოჩენილი სამყაროს სილამაზის შედეგები.

ფიზიკას აქვს სამყაროს ფარული შინაგანი სილამაზე, მაგრამ თავად ფიზიკური თეორიის სილამაზე ხშირად იმდენად დამაჯერებელია, რომ ფიზიკოსებს აიძულებს მოაწყონ ყველაზე რთული ექსპერიმენტები გამოთქმული ვარაუდების დასადასტურებლად ან უარყოფისთვის.

როდესაც მეცნიერი აღმოაჩენს ელეგანტურ კონსტრუქციას, ის თითქმის ყოველთვის ან აგვარებს პრობლემას ან სამომავლოდ გამოდგება სხვა პრობლემებისთვის. სილამაზის ძიებას ბუნების შეცნობამდე მიგვიყვანს.

3. სივრცისა და დროის სიმეტრია.

პროპორციულობა არის სიტყვა „სიმეტრიის“ უძველესი მნიშვნელობა. ანტიკური ფილოსოფოსები სიმეტრიას, წესრიგს და დარწმუნებულობას სილამაზის არსებად კითხულობენ. არქიტექტორებმა, მხატვრებმა, პოეტებმა და მუსიკოსებმაც კი იციან სიმეტრიის კანონები უძველესი დროიდან. გეომეტრიული ორნამენტები აგებულია მკაცრად სიმეტრიულად; კლასიკურ არქიტექტურაში დომინირებს სწორი ხაზები, კუთხეები, წრეები, სვეტების თანასწორობა, ფანჯრები, თაღები, სარდაფები. რა თქმა უნდა, სიმეტრია ხელოვნებაში არ არის პირდაპირი - ჩვენ ვერ დავინახავთ სურათზე მარცხნივ ადამიანს და ზუსტად იგივეს მარჯვნივ. მხატვრული ნაწარმოების სიმეტრიის კანონები გულისხმობს არა ფორმების ერთგვაროვნებას, არამედ ელემენტების ღრმა თანმიმდევრულობას. ასიმეტრია სიმეტრიის მეორე მხარეა, არც ბუნება და არც ხელოვნება არ მოითმენს ზუსტ სიმეტრიებს.

სიმეტრიის ცნება მეცნიერებაში მუდმივად ვითარდებოდა და იხვეწებოდა. მეცნიერებამ გახსნა ახალი, მანამდე უცნობი სიმეტრიების მთელი სამყარო, რომელიც გასაოცარია თავისი სირთულითა და სიმდიდრით - სივრცითი და შიდა, გლობალური და ლოკალური სიმეტრიები; ისეთი კითხვებიც კი, როგორიცაა ანტისამყაროების არსებობის შესაძლებლობა, ახალი ნაწილაკების ძიება, დაკავშირებულია სიმეტრიის ცნებასთან.

4. სივრცის სიმეტრია.

სიმეტრიებიდან უმარტივესი არის სივრცის ერთგვაროვნება და იზოტროპია. ლამაზი სიტყვა "იზოტროპია" ნიშნავს ობიექტების თვისებების დამოუკიდებლობას მიმართულებისგან. სივრცის ერთგვაროვნება ნიშნავს, რომ ყველა ფიზიკური მოწყობილობა ერთნაირად უნდა მუშაობდეს ნებისმიერ ადგილას, სანამ გარემოს ფიზიკური პირობები არ შეიცვლება.

ასე რომ, ფიზიკის კანონები უნდა იყოს უცვლელი - უცვლელი - გადაადგილებისა და ბრუნვის მიმართ.

5. დროის ერთგვაროვნება და შექცევადობა.

ჰომოგენურია არა მხოლოდ სივრცე, არამედ დროც. ყველა ფიზიკური ფენომენი ერთნაირად მიდის, არ აქვს მნიშვნელობა როდის დაიწყება - წუთის თუ მილიარდი წლის წინ. შორეული ვარსკვლავების სინათლე ჩვენთან მილიარდობით წლის განმავლობაში მოგზაურობს, მაგრამ ვარსკვლავების ატომების მიერ გამოსხივებული სინათლის ტალღის სიგრძე იგივეა, რაც ხმელეთის ატომებს, შორეულ ვარსკვლავებზე ელექტრონები მოძრაობენ ისევე, როგორც დედამიწაზე. ამ მაგალითში დიდი სიზუსტით დადგინდა დროის მსვლელობის ერთგვაროვნება და ეს ნიშნავს, რომ ნებისმიერ დროს ბუნებაში ყველა პროცესის შედარებითი სიჩქარე ერთნაირია.

ბუნების კანონები არ იცვლება დროის საპირისპირო ჩანაცვლებით; წარსულში ვიხედებით, ჩვენ ვხედავთ იგივეს, რაც წინ.

და მაინც, ეს აშკარა შეუქცევადობა შეინიშნება პრაქტიკულ ცხოვრებაში. მის უკან დგას მექანიკური კანონების მკაცრი შექცევადობა. მაგრამ როდესაც სისტემა რთულია, თქვენ უნდა დაელოდოთ ძალიან დიდხანს, სანამ არ მოხდება სასწაული და გატეხილი თასი ისევ მთლიანი გახდება. ამას უფრო მეტი დრო დასჭირდება, ვიდრე სამყარო არსებობს. მართლაც, მოლეკულებს შეუძლიათ შემთხვევით კოორდინაცია გაუკეთონ თავიანთ მოძრაობებს ისე, რომ მოხდეს დაუჯერებელი. მარტივ სისტემებში უცნაური მოვლენები ბევრად უფრო სავარაუდოა; იქ შეგიძლიათ პირდაპირ დააკვირდეთ მოვლენების ერთსა და იმავე მოწყობას დროში წინ და უკან. გაზის მცირე მოცულობისას მოლეკულები ან იყრიან თავს ან იშლება, ასე რომ სიმკვრივე მხოლოდ საშუალოდ ემთხვევა გაზის სიმკვრივეს და ამ რხევების ბუნება სავსებით სიმეტრიულია წარსულისა და მომავლის მიმართ.

მექანიკასა და ელექტროდინამიკაში დროის შექცევადობა პირდაპირ ჩანს განტოლებიდან; სხვა ფენომენების ღრმად გაანალიზების შემდეგ, მათ შორის ბიოლოგიური, ფიზიკოსები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ჩვენ ვსაუბრობთ სამყაროს ყოვლისმომცველ თვისებაზე. მაგრამ აღმოჩნდა, რომ ელემენტარული ნაწილაკების „სუსტ ურთიერთქმედებაში“ ირღვევა გარკვეული სიმეტრია, მათ შორის დროის შექცევადობა. გარდა ამისა, სიმეტრიები ირღვევა კოსმოლოგიურ დისტანციებზე და დროზე. მას შემდეგ, რაც სამყარო ოცი მილიარდი წლის წინ ზემკვრივი იყო, მას შემდეგ რაც ფართოვდება, დროებითი ერთგვაროვნებისა და შექცევადობის უმნიშვნელო დარღვევაა, მაგრამ ეს მცირე გავლენას ახდენს დედამიწის ჩვეულებრივ ექსპერიმენტებზე.

სიმეტრიები, რომლებზეც ჩვენ ვისაუბრეთ, მეცნიერულ ენაზე ასეა ჩამოყალიბებული: ბუნების ყველა კანონი უცვლელია სივრცეში და დროში გადაცემის მოქმედების და სივრცეში ბრუნვის მიმართ. ძალიან მაღალი სიზუსტით.

6. სარკის სიმეტრია.

თუ ზევით მარცხნივ მივატრიალებთ, ის დატრიალდება და იმოძრავებს ისევე, როგორც მბრუნავი ზედა მარჯვნივ, მხოლოდ მარჯვენა ზედა მოძრაობის ფიგურები იქნება მარცხენა ფიგურების სარკისებური გამოსახულება. სარკის სიმეტრიის შესამოწმებლად, შეგიძლიათ ააწყოთ ისეთი ინსტალაცია, რომელშიც ყველა ნაწილი და მათი განლაგება სარკისებურად იქნება წინა სიმეტრიული. თუ ორივე პარამეტრი იძლევა ერთსა და იმავე შედეგს, მაშინ ფენომენი სარკისებური სიმეტრიულია. ეს მოთხოვნა დაკმაყოფილებულია სარკისებური ასიმეტრიული მოლეკულებისთვის: თუ ისინი წარმოიქმნება თანაბარ პირობებში, მარცხენა მოლეკულების რაოდენობა უდრის მარჯვენას რაოდენობას.

ფიზიკის ისტორიაში იყო საოცარი შემთხვევა, როდესაც მატერიის ორი სარკისებური ფორმის აღმოჩენა მოხდა მიკრობების დახმარებით! თანამედროვე მიკრობიოლოგიის ფუძემდებელმა ლუი პასტერმა თქვა, რომ ხელოვნური მჟავა შედგება ორი სარკე-სიმეტრიული ფორმისგან, ერთი აბრუნებს პოლარიზაციის სიმკვრივის მიმართულებას მარჯვნივ, მეორე კი მარცხნივ. შედეგად, მიმართულება არ იცვლება.

7. ბრუნავს სივრცე – დროში.

მექანიკური მოძრაობის შესანიშნავი თვისება აღმოაჩინა გალილეომ: ისინი ერთნაირია ფიქსირებულ კოორდინატულ სისტემაში და ერთნაირად მოძრავ სისტემაში დედამიწაზე და მფრინავ თვითმფრინავში. 1924 წელს ჰოლანდიელმა ფიზიკოსმა ჰენდრიკ ანტონ ლორენცმა აღმოაჩინა, რომ ეს თვისება ასევე არსებობს ელექტროდინამიურ მოვლენებში. გზაში ცხადი გახდა მნიშვნელოვანი გარემოება: დამუხტული სხეულების სიჩქარე არ შეიძლება აღემატებოდეს სინათლის სიჩქარეს. ჰენრი პოინკარიმ აჩვენა, რომ ლორენცის შედეგები ნიშნავს, რომ ელექტროდინამიკის განტოლებები ინვარიანტულია ოთხგანზომილებიან სივრცეში ბრუნვის მიმართ, სადაც, გარდა სამი კოორდინატისა, არის კიდევ ერთი - დრო. აინშტაინმა აღმოაჩინა, რომ ეს სიმეტრია უნივერსალურია, რომ ყველა ბუნებრივი მოვლენა არ იცვლება ასეთი ბრუნვით.

როგორ ვლინდება ეს სიმეტრია ფიზიკურ კანონებში?

ყველა ფიზიკური რაოდენობა განსხვავდება იმით, თუ როგორ იცვლება ისინი ბრუნვისას. სკალარები საერთოდ არ იცვლება; სხვები - ვექტორები - ბრუნვის დროს იქცევიან ისე, როგორც საწყისიდან სივრცის რაღაც წერტილამდე გამოყვანილი სეგმენტი; როგორ ცვლის ორი ვექტორის ნამრავლი ტენსორებს; სპინორები არის რაოდენობები, საიდანაც შეიძლება შეიქმნას კვადრატული კომბინაცია, რომელიც იცვლება ვექტორის მსგავსად, ან სკალარული კომბინაცია, რომელიც არ იცვლება ბრუნვით.

სიმეტრია მოითხოვს, რომ განტოლებების ყველა თვალსაზრისით არსებობდეს სიდიდეები, რომლებიც ერთნაირად იცვლება ბრუნვის დროს. როგორც შეუძლებელია დროისა და სიგრძის, მასისა და სიჩქარის შედარება, ასევე შეუძლებელია სკალარის გათანაბრება ვექტორთან – მობრუნებისას განტოლება დაირღვევა.

სიმეტრიის არსი მდგომარეობს სწორედ სიდიდეების ამ დაყოფაში სკალერებად, ვექტორებად, ტენსორებად, სპინორებად...

ყველა სიმეტრია, რომელიც ჩვენ განვიხილეთ - სარკე, სივრცისა და დროის ერთგვაროვნება და იზოტროპია - XX საუკუნის დასაწყისში ფარდობითობის თეორიამ გააერთიანა ოთხგანზომილებიანი სივრცე-დროის ერთ სიმეტრიაში.

ყველა ბუნებრივი მოვლენა უცვლელია ამ სივრცეში ცვლის, ბრუნვისა და ასახვის მიმართ.

8. ფიზიკური ფენომენების სიმეტრია.

სივრცე-დროის სიმეტრიის გარდა, არსებობს მრავალი სხვა სიმეტრია, რომელიც აკონტროლებს ფიზიკურ მოვლენებს, განსაზღვრავს ელემენტარული ნაწილაკების თვისებებს და მათ ურთიერთქმედებას. ჩვენ დავინახავთ, რომ თითოეული სიმეტრია აუცილებლად შეესაბამება თავის კონსერვაციის კანონს, რომელიც ხორციელდება იგივე სიზუსტით, როგორც თავად სიმეტრია.

როდესაც 1930-იან წლებში შეისწავლეს რადიოაქტიური დაშლა, აღმოჩნდა, რომ დაშლის დროს გამოსხივებული ელექტრონების ენერგია ნაკლებია, ვიდრე განსხვავება ბირთვების ენერგიას შორის დაშლის წინ და შემდეგ. ფიზიკოსები ვარაუდობდნენ, რომ ნეიტრალური ნაწილაკი, ნეიტრინო, ელექტრონებთან ერთად გაფრინდება და ზედმეტ ენერგიას ატარებს. შემდეგ ნეიტრინოს არსებობა ექსპერიმენტულად დადასტურდა მატერიაზე მისი პირდაპირი მოქმედებით. ენერგია შენარჩუნებულია ისეთივე სიზუსტით, როგორც დროის ერთგვაროვნება შეინიშნება.

ასე რომ, თითოეულ სიმეტრიას აქვს თავისი კონსერვაციის კანონი. და პირიქით, როდესაც რაიმე მნიშვნელობა უცვლელი რჩება, მაშინ არის სიმეტრია, რომელიც უზრუნველყოფს ამ მნიშვნელობის შენარჩუნებას. გასაკვირი არ არის, რომ ენერგიის, იმპულსის, კუთხური იმპულსის შენარჩუნების კანონები შეინიშნება ყველა ბუნებრივ მოვლენაში, ისინი ჩვენი სამყაროს ისეთი თვისების შედეგია, როგორიცაა სივრცისა და დროის სიმეტრია.

9. სარკის სიმეტრიის დარღვევა.

აღმოჩნდა, რომ დამუხტული K-მეზონი იშლება ორი გზით: ორ ან სამ პი-მეზონად და სარკის სიმეტრია კრძალავს მას ორივე გზით დაშლას.

სარკის სიმეტრია დაკავშირებულია კონსერვაციის კანონთან - შენარჩუნებულია სიდიდე, რომელსაც პარიტეტი ჰქვია. რა არის ეს?

ნაწილაკების თვისებები არ უნდა შეიცვალოს სარკისებური არეკვლისას, მაგრამ ტალღის ფუნქციამ შეიძლება შეიცვალოს ნიშანი. როდესაც ის არ იცვლის ნიშანს, მდგომარეობას ეწოდება ლუწი, ხოლო როდესაც ის ცვლის ნიშანს, მას ეწოდება კენტი. აქედან გამომდინარე, თუ სარკის სიმეტრია არსებობს, თითოეულ ნაწილაკს აქვს გარკვეული პარიტეტი.

დაახლოებით ამავე დროს ამერიკელი ფიზიკოსები სწავლობდნენ კობალტის B-დაშლას, რომლის დროსაც ანტინეიტრინო ელექტრონები ბირთვებიდან გამოფრინდებიან. აღმოჩნდა, რომ ელექტრონები გაფრინდებიან ძირითადად ბლაგვი კუთხით იმ მაგნიტური ველის მიმართულებით, რომელშიც კობალტი იყო განთავსებული. სარკის სიმეტრიის კანონის მიხედვით, მათ თანაბრად ხშირად უწევდათ გაფრენა, როგორც ბლაგვი, ისე მკვეთრი კუთხით.

ფიზიკოსთა დაბნეულობა ისეთი იყო, რომ მათ ეჭვი ეპარებოდათ სივრცის სიმეტრიის სხვა თვისებებში. შემდეგ ლევ დავიდოვიჩ ლანდაუმ და დამოუკიდებლად ლი ზონგდაომ და იან ჩტლინინმა გამოთქვეს ვარაუდი, რომ B-დაშლაში ჩართული ელექტრონები, ნეიტრინოები და ნუკლეონები სარკისებურად ასიმეტრიულია და სიმეტრიის აღსადგენად აუცილებელია ანტინაწილაკებზე გადასვლა. როგორც ჩანს, გამოსავალი იპოვეს - გაქცევის ასიმეტრია მონაწილე ნაწილაკების ასიმეტრიით აიხსნება. მაშინ სუსტი ურთიერთქმედების ასიმეტრია არ ნიშნავს სივრცის სარკის სიმეტრიის დარღვევას.

10. მუხტი-სარკის სიმეტრია.

ყველა ბუნებრივი მოვლენისთვის, სუსტი ურთიერთქმედების გარდა, ასევე არსებობს მუხტის სიმეტრია: ბუნების კანონები არ იცვლება, თუ ყველა ელექტრული მუხტი ჩანაცვლდება შებრუნებულით.

იწინასწარმეტყველეს და აღმოაჩინეს ანტინაწილაკები - პოზიტრონი, ანტიპროტონი, ანტინეიტრონი და ა.შ. მათ შეუძლიათ შექმნან ანტი-ელემენტის ბირთვი. თუ ასეთ უარყოფითად დამუხტულ ბირთვს დაემატება პოზიტრონები, მიიღება ანტიატომი, ანტიატომებიდან - ანტიმატერია, ისეთივე თვისებებით, როგორიც ჩვეულებრივი მატერია.

ექსპერიმენტების შემდეგ, რაზეც ახლახან ვისაუბრეთ, მუხტის სიმეტრია უნდა დახვეწილიყო. მის ადგილას არის მუხტი-სარკის სიმეტრია: ბუნების კანონები არ იცვლება, თუ მსოფლიოში ყველა მუხტი ჩანაცვლდება შებრუნებული მუხტებით და ამავდროულად წარმოიქმნება სარკისებური გამოსახულება. ანტისამყარო ჩვენი სამყაროს სარკის ანარეკლია.

ასტროფიზიკოსთა უმეტესობა თვლის, რომ არ არსებობს ანტისამყაროები. ფაქტია, რომ ელექტრონებისა და პოზიტრონების განადგურება მატერიისა და ანტიმატერიის საზღვრებში უნდა მოხდეს - ისინი გადაიქცევიან კვანტების წყვილებად, რომელთა ენერგია თითოეული 0,5 მევ-ია. ასეთი კვანტები ბევრი უნდა ყოფილიყო სამყაროში, ისინი არ არიან.

მუხტი-სარკის სიმეტრია ასევე არაზუსტი აღმოჩნდა: იმავე K-მეზონის დაშლის ექსპერიმენტებში აღმოჩენილი იქნა მუხტი-სარკის სიმეტრიის კანონის ფუნდამენტურად მნიშვნელოვანი დარღვევა. ნიშნავს თუ არა ეს სივრცის ასიმეტრიას, ჯერჯერობით უცნობია.

11. სიმეტრიის სპონტანური რღვევა.

სიმეტრიულ განტოლებებს შეიძლება ჰქონდეთ ასიმეტრიული ამონახსნები. ელემენტარული ნაწილაკების თეორია ვარაუდობს, რომ მაქსიმალური სიმეტრია სუფევს ულტრაპატარა დისტანციებზე, ხოლო დიდ დისტანციებზე არის სპონტანური დარღვევა, რამაც შეიძლება მნიშვნელოვნად დაფაროს სიმეტრია. სიმეტრიის დანახვა ყოველთვის ადვილი არ არის. მისი მაგალითები ყოველ ჯერზე გვხვდება: მაგიდაზე დადებული წყლის წვეთი ასეთი დარღვევის მაგალითია; უფრო სიმეტრიული იქნება, თუ წყალი თხლად გავრცელდება მაგიდაზე. მყარი სხეულების ბროლის გისოსები - სხვადასხვა სიმეტრიის დარღვევა; ატომების ერთგვაროვანი ქაოტური განლაგება, რომელიც ხდება მაღალ ტემპერატურაზე, უფრო სრულად ასახავს სივრცის სიმეტრიას, ჰომოგენურობას და იზოტროპიას. მაგრამ საკმარისად დაბალ ტემპერატურაზე, მყარი ნივთიერების სტაბილური ასიმეტრიული მდგომარეობა არის კრისტალური გისოსი.

12. შინაგანი სიმეტრია.

ჩვენ უნდა ვისაუბროთ სიმეტრიის კიდევ ერთ ტიპზე, რომელიც ასევე გაჟღენთავს თანამედროვე ფიზიკას და ასევე სივრცულს.

არსებობს „შინაგანი სიმეტრიები“, რაც ნიშნავს ფენომენების უცვლელობას არა სივრცეში ასახვის, გადაადგილების ან ბრუნვისას, არამედ როცა იცვლება ველების ან ნაწილაკების ზოგიერთი შინაგანი თვისება. ვინაიდან ძლიერი ურთიერთქმედება სუსტად არის დამოკიდებული მონაწილე ნაწილაკების მუხტზე, ეს თვისება საშუალებას იძლევა დაადგინოს "ძლიერი ურთიერთქმედების იზოტოპური სიმეტრია" - შინაგანი სიმეტრიის მაგალითი.

ყოველი სიმეტრია (შინაგანი), ისევე როგორც სივრცითი, იწვევს თავის კონსერვაციის კანონს და პირიქით - როდესაც რაოდენობა შენარჩუნებულია ბევრ მოვლენაში, ეს, როგორც წესი, ნიშნავს, რომ არსებობს სიმეტრია, რომელიც უზრუნველყოფს კონსერვაციას.

13. ლიანდაგის ინვარიანტობა.

ლიანდაგის უცვლელობა ან ლიანდაგის სიმეტრია ნიშნავს, რომ არანაირი ელექტროდინამიკური ფენომენი არ იცვლება ვექტორული პოტენციალის იმ ცვლილებებით, რომლებიც ინარჩუნებენ ელექტრული და მაგნიტური ველების მნიშვნელობებს სივრცე-დროის თითოეულ წერტილში. ელექტროდინამიკის ამ თვისების შედეგი ექსპერიმენტულად ხორციელდება დიდი სიზუსტით. რა ცვლილებებია დაშვებული პოტენციურ ვექტორში. უმარტივესი არის კოორდინატებისგან დამოუკიდებელი მუდმივი წევრის დამატება ვექტორულ პოტენციალს. აქედან, ვექტორული პოტენციალის მნიშვნელობებში განსხვავება არ იცვლება და, შესაბამისად, დაძაბულობა იგივე იქნება. მაგრამ ირკვევა, რომ ვექტორული პოტენციალი გაცილებით მეტ თვითნებობას იძლევა - შეგიძლიათ მას გარკვეული გზით დაამატოთ კოორდინატებისა და დროის შერჩეული ფუნქცია ელექტრული და მაგნიტური ველების შეცვლის გარეშე.

ლიანდაგის ინვარიანტობა უნდა დასრულდეს სივრცის ყველა წერტილში, ეს არის ადგილობრივი სიმეტრია.

ლიანდაგის უცვლელობა უზრუნველყოფს მთლიანი მუხტის შენარჩუნებას არა მხოლოდ მთელ სივრცეში, არამედ თითოეულ წერტილში. მუხტებს შეუძლიათ მხოლოდ ზემოდან ფრენა, ისინი არ შეიძლება გაქრეს სივრცის ერთ რეგიონში და გამოჩნდნენ მეორეში ელექტრული დენის გამოჩენის გარეშე, რომელიც ატარებს მუხტს.

კარგად გამოცდილი კულონის კანონი ასევე არის ლიანდაგის უცვლელობის შედეგი; ამ მოთხოვნის უმნიშვნელო დარღვევაც კი შეცვლის გრძელი რადიოტალღების გავრცელების კანონს, რაც ეწინააღმდეგება ჩვენს ყოველდღიურ გამოცდილებას. ლიანდაგის სიმეტრიის მოთხოვნა გადამწყვეტი იყო კვანტური ელექტროდინამიკის შექმნაში, რომელშიც კვანტური მექანიკის კანონები ვრცელდება არა მხოლოდ ნაწილაკებზე, არამედ თავად ელექტრომაგნიტურ ველზეც.

ლიანდაგის ინვარიანტობის გაგება განსაკუთრებით გამდიდრდა კვანტური მექანიკის შექმნის შემდეგ. დამუხტული ნაწილაკების ტალღური ფუნქციები იცვლება ვექტორული პოტენციალის ლიანდაგის ცვლილებით ისე, რომ მთელი სისტემის მოძრაობის განტოლებები - ველები და მათთან ურთიერთქმედებული ნაწილაკები - უცვლელი რჩება. ეს განზოგადებული ლიანდაგის უცვლელობა იწვევს უამრავ შესამჩნევ შედეგებს.

14. იზოტოპური სიმეტრია.

შინაგანი სიმეტრიის ერთ-ერთი მარტივი მაგალითი – „ძლიერი ურთიერთქმედების იზოტოპური უცვლელობა“ – დადასტურდა მრავალი ექსპერიმენტით და ძალზე მნიშვნელოვანი აღმოჩნდა ბირთვის თეორიის ასაგებად.

მოდით შემოვიტანოთ ახალი კონცეფცია - იზოტოპური სპინი და დაე, მისი თვისებები დაემსგავსოს ჩვეულებრივ სპინს, მაშინ იზოსპინი 1-ს ექნება სამი პროექცია, ხოლო იზოსპინი 1/2 - ორი. ნუკლეონს აქვს ორი იზოტოპური მდგომარეობა, შესაბამისად, მისი იზოსპინი არის ½, ხოლო პროტონი და ნეიტრონი შეესაბამება ორ პროექციას: ½ და ½. პი მეზონს აქვს იზოტოპური სპინი 1. დადებითი, უარყოფითი და ნეიტრალური პი მეზონები შეესაბამება იზოსპინის 1-ის სამ პროექციას. ამრიგად, ძლიერ ურთიერთქმედებებს აქვს იზოტოპური ინვარიანტობის თვისება, ისინი არ არიან დამოკიდებული ურთიერთმოქმედი ნაწილაკების იზოტოპურ მდგომარეობაზე.

იზოტოპური სიმეტრია არაზუსტია: სხვადასხვა მუხტის ნაწილაკებს აქვთ, თუმცა ახლო, მაგრამ არათანაბარი მასები.

15. უცნაურობა.

მძლავრი ამაჩქარებლებისა და მგრძნობიარე აღმოჩენის მეთოდების შექმნამ გამოიწვია ახალი ნაწილაკების უზარმაზარი რაოდენობის აღმოჩენა. ისინი წარმოიქმნება ნუკლეონების შეჯახების შედეგად ან აღმოჩენილია მათი გავლენით მანძილზე. პირველ რიგში „უცნაური“ ნაწილაკები აღმოაჩინეს. მათი უცნაურობა ის არის, რომ ისინი არ იბადებიან ცალ-ცალკე, როგორც პი-მეზონები, არამედ მხოლოდ წყვილებში - ნაწილაკი ანტინაწილაკთან ერთად. ამ თვისების ასახსნელად საჭირო იყო ნაწილაკებისთვის სპინისა და იზოსპინის ხსენებით, კიდევ ერთი რიცხვი - „უცნაურობა“.

სხვა უცნაური ნაწილაკები მალევე აღმოაჩინეს. ნუკლეონის ან პიონის ერთსა და იმავე ოჯახში ჩასართავად საჭირო იყო იზოტოპური სიმეტრიის გართულება. საჭირო იყო უფრო ფართო სიმეტრიის დაშვება, უცნაური ნაწილაკების ჩათვლით. აღმოაჩინეს ძლიერი ურთიერთქმედების ნაწილაკების ორი დიდი ოჯახი: ბარიონები და მეზონები.

თეორიული და ექსპერიმენტული ფიზიკის წარმატებების შედეგად აღმოჩენილი ნაწილაკების სიმრავლე არ მოეწონა, არამედ მხოლოდ საგონებელში ჩააგდო თეორეტიკოსები. დაიწყო პრომატერის ან ნაწილაკების პოვნის მცდელობები, ასე რომ დაკვირვებული ნაწილაკების სიმრავლე რამდენიმე ელემენტარული, ან, უფრო ფრთხილად, უფრო ელემენტარული ნაწილაკების კომბინაციით მიიღწევა.

ერთი სიმეტრიის ისტორია.

ჰადრონების შემადგენელი ქვენაწილაკების პოვნაზე მუშაობის ისტორია უკიდურესად სასწავლო და დრამატულია. განსხვავებული ფაქტებიდან თანდათან წარმოიქმნა ჰადრონების სტრუქტურის უფრო და უფრო მკაფიო სურათი. ჩვენ ჩამოვთვლით ამ დრამის მთავარ მოვლენებს, რომელთა მიღმა დგას ყველა ქვეყნის ფიზიკოსების უზარმაზარი ძალისხმევა, დროებითი წარმატებები და წარუმატებლობები, იმ ადამიანების ბედი, რომლებმაც წლები დაკარგეს მცდარი გზაზე სიმართლის პოვნა. ამასთანავე, დავინახავთ, რომ ყოველ ჯერზე წარუმატებელი მცდელობები მიზანთან გვაახლოებდა და სწორი გადაწყვეტილებები მოამზადა.

16. კვარკები.

მთელი რიცხვი ელექტრული და ბარიონის მუხტის მქონე ნაწილაკებისგან ბარიონებისა და მეზონების დაკვირვებადი ოჯახების მოპოვების ყველა მრავალრიცხოვანი მცდელობა წარუმატებელი აღმოჩნდა. ჩიხიდან მოულოდნელი გამოსავალი იპოვეს ამერიკელმა თეორეტიკოსებმა მარი გელ-მენმა და დამოუკიდებლად ჯორჯ ცვაიგმა.

მათ ვარაუდობდნენ, რომ ყველა ჰადრონი შედგება ნაწილაკებისგან, რომელთა ბარიონის მუხტი უდრის ნუკლეონის მუხტის 1/3-ს და ელექტრული მუხტით პროტონის მუხტის 2/3 ან 1/3. ამ ნაწილაკების სპინი იგივეა, რაც ნუკლეონისა, უდრის ½-ს. ფრაქციული ელექტრული მუხტის მქონე ნაწილაკები არასოდეს გამოჩენილა გამოცდილებაში და ფიზიკოსები იმდენად მტკიცედ იყვნენ დარწმუნებულნი, რომ ყველა მუხტი ელექტრონის ან პროტონის მუხტის ჯერადია, რომ ნაწილაკების ნაწილაკების იდეა ველური ჩანდა. გელმანმა ამ ველურ ნაწილაკებს კვარკები უწოდა.

ყველა ჰადრონი, თითქოს ჯადოსნური გზით, მოხვდა იმ ჯგუფებში, რომლებსაც აქვთ იგივე თვისებები, რომლებიც ადრე იყო დადგენილი ექსპერიმენტულად.

ბარიონები შედგება კვარკების სამეულისგან ისე, რომ ბარიონის მუხტი არის 1. სამ კვარკს შეუძლია გააკეთოს ორი კომბინაცია ½ და 3/2 სპინებით, რის გამოც არსებობს ბარიონის ორი ოჯახი. კვარკების სამი ტიპი უნდა შემოღებულიყო: ზევით (u), ქვევით (ά) და უცნაური (S). კვარკს u აქვს ელექტრული მუხტი 2/3; ά – u –s კვარკები – 1/3; უცნაურ კვარკს აქვს უცნაურობა 1, ხოლო u – uά კვარკებს აქვთ უცნაურობა 0. u, ά კვარკები არის ერთი ნაწილაკის ორი იზოსპინის პროექცია იზოსპინით ½. ნეიტრონი და პროტონი განლაგებულია შემდეგნაირად: n=(uάά); p=(άuu). ადვილი მისახვედრია, რომ ამ შემთხვევაში ნეიტრონის მუხტი არის 0, პროტონის კი 1, როგორც მოსალოდნელი იყო.

კვარკები უნდა იყოს ფერადი!

ბარიონებს შორის, რომლებიც ქმნიან ათეულს 3/2 ბრუნვით, არის დელტა რეზონანსი. ou აღინიშნება ∆-ით. ეს ნაწილაკი დიდხანს არ ცოცხლობს, ძნელია მისი დანახვა თავისუფალ მდგომარეობაში. თუმცა, ის ვლინდება პი-მეზონებისა და ნუკლეონების გაფანტვით. დელტა ბარიონი არის ნუკლეონისა და პი მეზონის შეკრული მდგომარეობა. გაფანტვის პროცესში პი-მეზონი და ნუკლეონი დროებით გაერთიანებულია დელტა-ბარიონად. მაშასადამე, პი-მეზონის გაფანტვის კვეთა ნუკლეონზე მოსვენებულ მდგომარეობაში აქვს მაქსიმალური (რეზონანსი) პი-მეზონის ენერგიაზე, რომელიც შეესაბამება ამ შეკრულ მდგომარეობას.

გამოვიყენოთ ფორმულა E=mc 2, რომელიც ცნობილია სადაც არ უნდა იყოს ტელევიზორი ან რადიო, ენერგია უდრის მასას გამრავლებული სინათლის სიჩქარის კვადრატზე. პი-მეზონის ენერგიის განივი მონაკვეთზე მაქსიმუმ c 2-ზე გაყოფით და ნუკლეონის მასის დამატებით მივიღებთ დელტა რეზონანსის მასას (m ∆ =E p. +m k . /c 2). ვინაიდან ნუკლეონი და პი მეზონი არ არის უცნაური ნაწილაკები, დელტას უცნაურობა ნულის ტოლია. და ეს ნიშნავს, რომ იგი შედგება u- და ά-კვარკებისგან.

ნაწილაკების გაფანტვის გადახრის კუთხეზე ჯვრის მონაკვეთის დამოკიდებულებიდან აღმოჩნდა, რომ დელტა სპინი არის 3/2. აღმოჩენილია დელტა ბარიონის ოთხი იზოტოპური სახეობა, რომლებიც განსხვავდებიან მხოლოდ ელექტრული მუხტით.

ეს არის დელტა-ბარიონები მუხტით -1, 0, 1, 2. ჩვენ ყველა შესაძლებლობა გამოვიარეთ, შესაბამისად სხვა დელტა-ბარიონები არ არსებობს. ორმაგი უარყოფითი მუხტის მქონე ნაწილაკი შეიძლება აშენდეს მხოლოდ ანტიკვარკებისთვის: (uuu)= ∆.

განსაკუთრებული ყურადღება მივაქციოთ დელტა პლუს-პლუს ბარიონს, რომელიც, როგორც ახლა ვნახეთ, შედგება u - კვარკების სამმაგისაგან.

მაგრამ იმისათვის, რომ სპინის დელტა იყოს 3/2-ის ტოლი, აუცილებელია, რომ სამივე u-ის სპინების პროგნოზები იყოს იგივე და ½-ის ტოლი.

პაულის პრინციპთან არის წინააღმდეგობა! მართლაც, ამ პრინციპის მიხედვით, ნახევარმთლიანი სპინის მქონე ნაწილაკები ერთსა და იმავე მდგომარეობაში ვერ იქნებიან. წინააღმდეგობების თავიდან ასაცილებლად, შეიძლება სცადოთ ამ სამი კვარკის განაწილება სხვადასხვა გზით დელტა ბარიონის სივრცეში. მაგრამ ასეთი არათანაბარი განაწილებით, ენერგია იზრდება და, შესაბამისად, დელტა ბარიონის მასა. დაკვირვებული მასის ნაცვლად გაცილებით დიდს მივიღებდით. ბევრი თეორიული მცდელობა იყო პაულის პრინციპის გვერდის ავლით, მაგრამ ისინი ყველა ვერ მოხერხდა. აღმოჩნდა, რომ ერთადერთი შესაძლებლობაა ვივარაუდოთ, რომ თითოეულ კვარკს, გარდა სპინისა და მუხტისა, აქვს კიდევ ერთი მახასიათებელი, რომელსაც პირობითად „ფერი“ ერქვა. თითოეულ კვარკს შეიძლება ჰქონდეს სამი ფერიდან ერთი, ვთქვათ წითელი, ყვითელი, ლურჯი. პაულის პრინციპთან წინააღმდეგობა ამოღებულია: დელტა ბარიონში u-კვარკები მრავალფეროვანია და სხვადასხვა ნაწილაკებს არ ეკრძალებათ ერთ მდგომარეობაში ყოფნა.

კვარკებს ერთმანეთის გარეშე ცხოვრება არ შეუძლიათ.

მრავალრიცხოვანმა ექსპერიმენტულმა და თეორიულმა კვლევამ დაადასტურა კვარკების წილადური მუხტები და ტრიქრომატულობა. კვარკები ისეთივე სანდო ფიზიკის ობიექტად იქცნენ, როგორც პროტონი ან ელექტრონი. და ამავდროულად, მიუხედავად მრავალი მცდელობისა, შეუძლებელი გახდა ექსპერიმენტულად თავისუფალი ნაწილაკების ფრაქციული მუხტის პოვნა. კვარკები ენერგიული შეჯახების დროსაც კი არ გაურბიან ჰადრონებს. იზოლირებულ მდგომარეობაში შეიძლება იყოს მხოლოდ „თეთრი“ ნაწილაკები, ჰადრონები და ლეპტონები; ფერადი ნაწილაკები - კვარკები - მხოლოდ ჰადრონების შიგნით შეიძლება შეინიშნოს. მათი მოშორება შეუძლებელია ერთმანეთისგან შორს. როდესაც თქვენ ცდილობთ მათ დაშორებას, ისინი გადაიქცევიან თეთრ ნაწილაკებად.

ერთი შეხედვით, კვარკების შეზღუდვა არც ისე უცნაური თვისებაა. ნეიტრონი უსასრულოდ ცხოვრობს ბირთვებში და თავისუფალ მდგომარეობაში იშლება თხუთმეტ წუთში. რა თქმა უნდა, ეს დიდი დროა ბირთვული ნაწილაკისთვის, მაგრამ, მაგალითად, ∆-რეზონანსი იშლება ისეთ მოკლე დროში, რომ მისი დანახვა თავისუფალ მდგომარეობაში შეუძლებელია და მისი დაკვირვება შესაძლებელია მხოლოდ პიონზე ზემოქმედებით. ნუკლეონის მანძილი. კვარკები და ანტიკვარკები, როდესაც ერთმანეთს აშორებენ, ისე სწრაფად იქცევიან თეთრ ნაწილაკებად, რომ მათი აღმოჩენა შეუძლებელია ერთმანეთისგან შორს.

ამ ფიზიკური ობიექტის სინგულარობა ის არის, რომ კვარკები ერთმანეთის გარეშე არ ცხოვრობენ. სანამ კვარკი და ანტიკვარკი გადაიქცევა თეთრ ნაწილაკებად, ისინი ერთმანეთთან იმართება ძალის ურთიერთქმედებით, რაც არ უნდა შორს დაშორდნენ ერთმანეთს. ელექტროდინამიკაში ორი საპირისპირო მუხტიც იზიდავს ერთმანეთს, მაგრამ ამ მიზიდულობის სიძლიერე მცირდება მანძილის კვადრატში. ამიტომ, ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილის დაბადებისას, ეს ნაწილაკები შეიძლება ჩაითვალოს თავისუფლად, როგორც კი ისინი ოდნავ მაინც დაშორდებიან ერთმანეთს ისე, რომ პოტენციური ენერგია კინეტიკურზე ნაკლები გახდეს. კვარკ-ანტიკვარკის წყვილის შემთხვევაში ასეთი მომენტი არასდროს ხდება - მათი ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია მანძილით იზრდება!

ეს აიხსნება ველის თვისებებით, რომელიც აერთიანებს კვარკებს: ის არ მცირდება მანძილით, ისევე როგორც ელექტრული ველი.

აღმოაჩინეს სხვა ტიპებიც, ან, როგორც კვარკების გემოს უწოდებენ, "მოჯადოებული" და "ლამაზი".

თეორია სხვა არომატს უწინასწარმეტყველებს - „უმაღლეს“. ეს კვარა გამოცდილებით ჯერ არ დადასტურებულა.

ასე რომ, არსებობს ექვსი არომატის კვარკები და ანტიკვარკები - u, ά, s, c, b, t და თითოეულ კვარკს აქვს სამი ფერი.

იმედი ვიქონიოთ, რომ ეს ამოწურავს ბუნების გამომგონებლობას და აღარ იქნება კვარკები.

ველი, რომელიც ერთმანეთთან აკავშირებს კვარკებს.

რამდენადაც მნიშვნელოვანია სიმეტრიების ცოდნა, ისინი არ ამოწურავს ფიზიკური ობიექტების ყველა თვისებას. თქვენ ასევე უნდა იცოდეთ როგორ ურთიერთქმედებენ და მოძრაობენ ველები და ნაწილაკები.

ველს, რომელიც ამაგრებს კვარკებს, ეწოდა "გლუონი", ინგლისური სიტყვიდან "glue" - წებო. ისევე როგორც ელექტრომაგნიტურ ველს, კვანტური მექანიკის გამოყენება გლუონურ ველზე იწვევს ენერგიის ნახტომს. ველის ენერგია იცვლება E=RW (λ) მნიშვნელობის ნახტომებში, სადაც RW არის ტალღის სიგრძის ველის სიხშირე λ. გლუონური ველის ენერგიის ნაწილს ეწოდება "გლუონი", ისევე როგორც ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის ნაწილს "კვანტური" ან "ფოტონი".

ვინაიდან გლუონი შეიძლება ვირტუალურად (დროებით) გადაიქცეს კვარკ-ანტიკვარკ წყვილად, მისი ტალღური ფუნქცია ისევე გარდაიქმნება, როგორც წყვილის ტალღური ფუნქცია და, შესაბამისად, ერთი თეთრი ველიც შეიძლება ჩამოყალიბდეს ცხრა გლუონის ველიდან. სიმეტრია მოითხოვს, რომ რვა ფერადი გლუონური ველი თანაბრად ურთიერთქმედებდეს კვარკებთან. თეთრ გლუონურ ველს შეუძლია ურთიერთქმედება სრულიად განსხვავებული გზით - მას აქვს თავისი ურთიერთქმედების მუდმივი, რადგან ის შეიძლება გადაიქცეს მხოლოდ თეთრ კვარკების კომბინაციებად. ეს ველი, როგორც ჩანს, არასდროს ჩნდება.

მაგრამ ძლიერი ურთიერთქმედების თეორია ამით არ მთავრდება. საკმარისი არ არის კვარკებისა და რვა გლუონური ველის გარდაქმნების თვისებების პოვნა. მთავარი ამოცანაა იპოვოთ განტოლება, რომელიც აღწერს ამ ველებს და მათ ურთიერთქმედებას კვარკებთან. და ბოლოს, არანაკლებ მნიშვნელოვანია ამ განტოლებების ამოხსნა, ყველა ჰადრონის მასების და მათი ურთიერთქმედების გამოხატვა აქამდე "ელემენტარული" ნაწილაკების - გლუონებისა და კვარკების თვისებებით. ეს არის ის, რაც ფიზიკოსებმა გააკეთეს, როდესაც დაადგინეს ბირთვების და ელექტრონების თვისებები, რომლებიც ელემენტარულად ითვლებოდა.

დავუშვათ, რომ ნაწილაკი იწვევს გეიგერ-მიულერის მრიცხველში ძალადობრივ პროცესს, რის შედეგადაც ის რეგისტრირდება. ეს პროცესი მიკროკოსმოსის მასშტაბის კატასტროფაა. უზარმაზარი ხიდი ან თანამედროვე რეაქტიული თვითმფრინავი მოულოდნელად იშლება მათ სტრუქტურაში რეზონანსული ვიბრაციების გამო. ეს ჩვენთვის უკვე ნაცნობი მასშტაბის კატასტროფის მაგალითია. კატასტროფების მაგალითები შეიძლება იყოს საკმაოდ მრავალფეროვანი - სუპერგაციებული სითხის უეცარი კრისტალიზაცია, მთის კოლაფსის დაბადება, ლაზერში რადიაციის წარმოქმნა. ყველა ასეთ შემთხვევაში სისტემას ახასიათებს არასტაბილური სიმეტრია, რომელიც შეიძლება განადგურდეს სხვადასხვა სახის შემთხვევითი ფაქტორების გავლენის ქვეშ. ამ შემთხვევით ფაქტორებს შეიძლება ჰქონდეს ძალიან მცირე ეფექტი, ისინი შეიძლება ერთი შეხედვით სრულიად უვნებელი იყოს. მაგრამ ისინი ანადგურებენ სიმეტრიას და ამით იწვევენ ტურბულენტურ პროცესებს არასტაბილურ სისტემაში, რაც შეიძლება ჩაითვალოს ერთგვარ კატასტროფად.

III. დასკვნა.

მივყევი თეორიული ფიზიკოსების გზას, ფიზიკური ფენომენების განვითარებას, მტკიცებულებებს. ფიზიკის ყველა სფერო ერთმანეთშია გადაჯაჭვული მათემატიკასთან და ახსნილია ფენომენების ფიზიკური სურათი, ჩნდება ამოხსნის პროექტი, კეთდება ახალი აღმოჩენები, სადაც სიმეტრია მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. მივხვდი, რომ სიმეტრია დროის ერთგვაროვნებაა. ყველა ფიზიკური პროცესი ერთნაირად მიმდინარეობს, არ აქვს მნიშვნელობა როდის დაიწყება - გუშინ, დღეს, ხვალ... ყველა სიმეტრია, რაც ჩემს აბსტრაქტშია ასახული, გაერთიანებულია ერთ, უნივერსალურში - ყველა ბუნებრივი ფენომენი უცვლელია ძვრების, მონაცვლეობის მიმართ. , ანარეკლი სივრცეში. გასაკვირი არ არის, რომ კონსერვაციის კანონები მიღებულია სხვადასხვა სიმეტრიის შედეგად. ვუყურებ ჩემს გარშემო არსებულ სამყაროს, ვსწავლობ ფიზიკას, უნებურად ყველა აღმოჩენას ვუკავშირებ სიმეტრიას. როგორც ჩანს, ადამიანის გონებისთვის სიმეტრიას განსაკუთრებული მიზიდულობა აქვს.

სიმეტრია - ფართო და ვიწრო გაგებით, არის იდეა, რომლის გააზრებას და წესრიგის შექმნას ადამიანი საუკუნეების მანძილზე ცდილობს ყველა ფიზიკურ მოვლენაში. და ჩვენი სამყარო, მთელი თავისი სირთულეებით, როგორც ჩანს, მომავალში აშენდება სიმეტრიის კონცეფციების მიხედვით. მინდა დავასრულო ჩემი ესსე შემდეგი სიტყვებით:

„ნახვის, გაგების, დამტკიცების სიხარული ბუნების ულამაზესი საჩუქარია. ცოდნას დასასრული არ აქვს!

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის ტრენინგი

სიმეტრიის პრინციპები ფიზიკაში

ნახეთ, რა არის "სიმეტრია (ფიზიკაში)" სხვა ლექსიკონებში:

სიმეტრია მექანიკაში

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ