Пять открытий фундаментальной физики, оказавшихся полной неожиданностью

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/10/27/five-discoveries-in-fundamental-physics-that-came-as-total-surprises/
  • Перевод

Hubble Extreme Deep Field — наш самый детальный снимок Вселенной, демонстрирующий галактики, существовавшие в период, когда возраст Вселенной составлял 3-4% от нынешнего. То, что мы смогли увидеть так много, просто достаточно долго изучая казавшийся чёрным участок неба, тоже стало невероятным сюрпризом – но в список он не попал

Изучая метод научного познания, мы представляем себе чёткую процедуру, следуя которой, можно добраться до понимания естественных процессов, происходящих во Вселенной. Начинаем с идеи, выполняем эксперимент, и либо подтверждаем, либо опровергаем её – в зависимости от результата. Вот только реальный мир гораздо более неряшлив. Иногда можно провести эксперимент и получить результат, кардинально отличающийся от ожиданий. Иногда правильно объяснение требует выхода воображения далеко за пределы разумных и логических заключений. Сегодня мы неплохо понимаем Вселенную, но на пути к этому мы встречали множество сюрпризов. Осуществляя дальнейший прогресс, мы наверняка наткнёмся на что-то ещё. Вот исторический экскурс, описывающий пять величайших сюрпризов в истории науки.


Если выстрелить ядром из пушки в направлении, обратном движению автомобиля, и с точно такой же скоростью, в результате скорость снаряда окажется нулевой. Если бы мы выстрелили светом, он всегда двигался бы со скоростью света

1) Скорость света не меняется из-за скорости источника. Представьте, что вы очень сильно бросили мяч. В зависимости от того вида спорта, которым вы увлекаетесь, он может достичь скорости до 45 м/с. Теперь представьте, что вы находитесь в поезде, двигающемся со скоростью 135 м/с. Если вы бросите мяч с поезда в направлении его движения, с какой скоростью он полетит? Просто складываем скорости – 180 м/с. Теперь представьте, что вместо мяча вы испустили луч света. Сложим скорость света и скорость поезда – и получим неправильный ответ.


Интерферометр Майкельсона (вверху) продемонстрировал пренебрежимо малое изменение поведения света (внизу, сплошная) по сравнению с тем, что было бы, если бы сработал закон относительности Галилея (внизу, пунктир). Скорость света оставалась постоянной вне зависимости от направления ориентации интерферометра – включая направление, параллельное или перпендикулярное движению Земли в космосе.

Эта идея была центральной в специальной теории относительности Эйнштейна, но экспериментально её открыл не Эйнштейн; это был Альберт Майкельсон, чья передовая работа продемонстрировала этот результат в 1880-х. Запускаете ли вы луч света в направлении движения Земли, перпендикулярно этому направлению, или в противоположном направлении – разницы нет. Свет всегда движется с одной и той же скоростью: c, скоростью света в вакууме. Майкельсон разработал интерферометр, чтобы измерить скорость движения Земли относительно эфира, а вместо этого проложил дорогу для относительности. Его нобелевская премия 1907 года остаётся самым известным нулевым результатом и самым важным в истории науки.


Атом гелия с ядром в примерном масштабе

2) 99,99% массы атома сосредоточено в невероятно плотном ядре. Слышали ли вы о "пудинговой модели атома"? Сегодня она кажется странной, но в начале XX века считалось общепринятым, что атом состоит из смеси отрицательно заряженных электронов (изюминок), встроенных в положительно заряженное вещество (пудинг), заполняющее всё пространство. Электроны можно вынуть из него, что объясняет явление статического электричества. Годами композитная модель атома Томсона, с небольшими электронами, расположенными на положительно заряженной подложке, была общепринятой. Пока её не решил проверить Эрнест Резерфорд.


Опыт Резерфорда с золотой фольгой показал, что атом по большей части пустой, но в одной его точке имеется концентрация массы, серьёзно превышающей массу альфа-частицы: атомное ядро.

Запуская высокоэнергетические заряженные частицы (от радиоактивного распада) в очень тонкий лист золотой фольги, Резерфорд ожидал, что они будут проходить её насквозь. Большая часть из них так и сделала, но некоторые эффектно отскочили! Как вспоминает Резерфорд:
Это было самое невероятное, что произошло со мной в жизни. Это было почти настолько же невероятно, как если бы вы выстрелили пятнадцатидюймовым снарядом в салфетку, а он бы отскочил от неё и попал в вас.

Резерфорд обнаружил атомное ядро, содержащее практически всю массу атома и ограниченное объёмом в 10-15 от размера всего атома. Так родилась современная физика, проложившая путь квантовой революции XX века.


Два типа (излучающий и неизлучающий) бета-распада нейтрона. Бета-распад, в отличие от альфа- или гамма-распада, не сохраняет энергию – если вы не сможете обнаружить нейтрино.

3) «Недостающая энергия» привела к открытию крохотной, почти невидимой частицы. Во всех наблюдаемых взаимодействиях между частицами энергия всегда сохраняется. Её можно превратить из одного типа в другой – потенциальная, кинетическая, масса покоя, химическая, атомная, электрическая, и т.д. – но её нельзя создать или уничтожить. Поэтому почти сотню лет назад было так удивительно узнать, что у некоторых продуктов радиоактивных распадов получается немного меньше общей энергии, чем у изначальных реагентов. Это привело Бора к мысли, что энергия сохраняется всегда… за исключением тех случаев, когда теряется. Но Бор ошибся, а у Паули появилась другая идея.


Превращение нейтрона в протон, электрон и антиэлектронное нейтрино – решение проблемы несохранения энергии при бета-распаде

Паули спорил, что энергия должна сохраняться, поэтому в 1930-х предположил существование новой частицы: нейтрино. Эта «маленькая нейтронная» частичка не вступала в магнитные взаимодействия, а вместо этого обладала крохотной массой и уносила с собой кинетическую энергию. Многие отнеслись к этому скептически, но в опытах среди продуктов ядерных реакций в 1950-х и 1960-х в итоге были найдены нейтрино и антинейтрино, что помогло привести физиков к Стандартной Модели и модели слабых ядерных взаимодействий. Это яркий пример того, как теоретические предсказания иногда могут привести к потрясающим прорывам, после того, как будут выработаны соответствующие экспериментальные технологии.


Кварки, антикварки и глюоны в Стандартной Модели обладают цветным зарядом – в дополнение к остальным свойствам вроде массы и электрического заряда. Все эти частицы, насколько нам известно, точечные, и распределены по трём поколениям

4) У всех частиц, с которыми мы взаимодействуем, есть нестабильные высокоэнергетические родственники. Часто говорят, что научные достижения обычно встречают не возгласом «эврика», а замечанием «хмм, вот странно…» – но в фундаментальной физике встречался и первый вариант. Если зарядить электроскоп – в котором два проводящих металлических листка соединены с другим проводником – оба листка получат одинаковый заряд и будут отталкиваться. Если поместить его в вакуум, листки не должны терять заряды, но они со временем их теряют. Лучшим объяснением для этого было то, что из внешнего космоса на Землю летят высокоэнергетические частицы, космические лучи, и результат их столкновений разряжал электроскоп.


Астрономия космических лучей зародилась в 1912-м, когда Виктор Гесс отправился на воздушном шаре в верхние слои атмосферы и обнаружил частицы, падающие на Землю из космоса.

В 1912 Виктор Гесс при помощи воздушного шара провёл опыт для поиска этих высокоэнергетических космических частиц, и сразу же обнаружил их в изобилии, став отцом космических лучей. Сконструировав камеру с магнитным полем, можно измерить скорость и отношение заряда к массе на основе закругления пути частицы. Протоны, электроны, и даже первые частицы антиматерии были обнаружены именно так, но крупнейший сюрприз произошёл в 1933-м, когда Пол Кунц, работая с космическими лучами, обнаружил след частицы, очень похожей на электрон, только в сотни раз тяжелее!


Первый из обнаруженных мюонов, вместе с другими частицами космических лучей, оказался обладателем такого же заряда, как у электрона, только с массой в сотни раз больше – это было видно из его скорости и радиуса искривления пути

Существование мюона со временем жизни всего 2,2 мкс позднее было подтверждено на опыте, когда его обнаружили Карл Андерсон и его студент Сет Неддермайер, использовавшие наземную камеру Вильсона. Когда физик Исидор Раби, сам удостоившийся нобелевской премии за открытие ядерного магнитного резонанса, узнал о существовании мюона, он изрёк известную теперь фразу: «А это кто заказал?» Позже было установлено, что как композитные частицы (протоны и нейтроны) так и фундаментальные (кварки, электроны, нейтрино) обладают несколькими поколениями более тяжёлых родственников, и мюон стал первой из открытых частиц «второго поколения».


Чем дальше вы смотрите в пространство, тем дальше вы смотрите во времени. Во времени нельзя заглянуть дальше, чем 13,8 млрд лет: это наша оценка возраста Вселенной. Экстраполяция данных обратно к самым ранним временам привела к появлению идеи Большого взрыва.

5) Вселенная началась с Большого взрыва, но это открытие было сделано совершенно случайно. В 1940-х Георгий Антонович Гамов с коллегами выдвинули радикальную идею: Вселенная, в текущий момент расширяющаяся и охлаждающаяся, в прошлом не только была горячее и плотнее, но была произвольно горячей и плотной. Если экстраполировать назад достаточно далеко, получится Вселенная, достаточно горячая для ионизации всей имеющейся в ней материи, а ещё дальше распадутся даже атомные ядра. Идея получила известность как Большой Взрыв, и из неё вышло два главных прогноза:
1. Во Вселенной, с которой мы начали, должны были находиться не просто протоны и электроны, но целая смесь лёгких элементов, синтезированных вместе при высоких энергиях.
2. Когда Вселенная остыла достаточно для формирования нейтральных атомов, излучение высокой энергии освободилось и вечно путешествует по прямой, пока не наткнётся на что-либо, испытывая красное смещение и теряя энергию при расширении Вселенной.

Они предсказали, что температура этого «реликтового излучения» будет на несколько градусов выше абсолютного нуля.


Согласно первоначальным наблюдениям Пензиаса и Уилсона, в галактической плоскости есть несколько источников излучения (в середине), но сверху и снизу был почти идеально однородный фон

В 1964 году Арно Пензиас и Боб Уилсон случайно открыли остаточное излучение Большого взрыва. Работая с радиоантенной в лабораториях Белла для изучения радаров, они обнаружили наличие равномерного шума, исходящего из всех мест в небе. Это было не Солнце, не Галактика, не атмосфера Земли – но они не знали, что это было. Они чистили поверхность антенны тряпками, разгоняли голубей, но шум никуда не девался. Только когда результаты измерений увидел физик, знакомый с детальными предсказаниями принстонской группы (Дик, Пиблз, Уилкинсон, и т.д.), и с радиометром, который строился как раз для обнаружения подобного сигнала, они поняли значимость того, что обнаружили. Впервые стало известно происхождение Вселенной.


Квантовые флуктуации, присущие космосу, протянулись по всей Вселенной во время космической инфляции, и породили звёзды, галактики и другие крупномасштабные структуры Вселенной, известные нам сегодня. На 2017-й год это наилучшее представление о происхождении структуры и материи Вселенной.

Оглядываясь назад, на собранные к сегодняшнему дню научные знания, на их предсказательные способности и на то, как столетия открытий преобразовали наши жизни, можно поддаться искушению смотреть на науку как на постоянное развитие идей. Но на самом деле история науки неряшлива, полна неожиданностей и отягощена разногласиями. Для работающих на границе современных знаний, наука — это риски, изучение новых сценариев, попытки пойти в неизведанном направлении. История, оставшаяся в нашей памяти, полна успехов, но реальная история полна тупиков, неудачных опытов и явных ошибок. Тем не менее, открытый разум, желание и возможность проверять идеи, наша способность учиться на результатах и пересматривать заключения, ведёт нас из тьмы к свету. И в итоге от этого выигрывают все.
Поделиться публикацией
Комментарии 63
    0
    Так я не понял, на текущий момент существуют виртуальные частицы и черные дыры испаряются или нет?
      +2
      Ну поскольку эффект Казимира таки наблюдали, то виртуальные частицы есть. А вот излучение Хокига — пока гипотеза.
        +1
        Виртуальные частицы существуют, но в немного другом смысле. Может и в том, что Вы думаете есть.
        Под виртуальной частицей будем иметь в виду такую элментарную частицу, которая не описывается psy-функцией, например |s-anti-s>, а например такую, которая описывается функцией
        (a|s-anti-s> + b|u-anti-u> + c|d-anti-d>)/sqrt(a^2+b^2+c^2).
        Так вот такие частицы существуют, причем кажется «независимо от нас, от наших знаний о нем» © Учебник физики за кажется 8 класс.
        Правда квантовая механика говорит, что при попытке измерить состояние частицы мы получим либо s-anti-s, либо u-anti-u, либо u-anti-u.
          –3
          Если-бы виртуальные частицы существовали в реальности их бы никто виртуальными не называл, по моему так.
            0
            Ну, некоторые «элементарные» частитцы имеют цвет, запах, странность, а вы о какой-то виртуальности.
              0
              Не понял сарказма… виртуальность — это свойство из совсем другой оперы, и к перечисленным не имеет никакого отношения. Имелось ввиду, что в.ч. — это артефакты вычислительных методов и не существуют «на самом деле», потому они и не реальные.
                0
                Это не «вычислительные» артефакты (если только не подразумевать вычисления «матрицы» из гипотезы о вселенной-симуляции).

                При передаче им энергии от других частиц они становятся обычными (реальными) частицами. Или в экстремально сильных полях (электромагнитном, гравитационном), точнее в полях с экстремальным градиентом. А в некоторых случаях их влияние можно засечь даже без перевода из «виртуальных» в реальные — например эффект Казимира.
                  0
                  Насколько я понимаю, для полной «реализации» например t-кварка с полной энергией E и «вероятностью» p необходимо столкнуться с другой частицей так, чтобы в с.о. ЦМ величина pE превратилась в полную энергию E.
                  P.S. Все высказанное мною выше является плодом авторской фантазии и предмета «физика высоких энергий» у меня в универе не было:)
                    0
                    артефакты (если только не подразумевать вычисления «матрицы» из гипотезы о вселенной-симуляции).
                    — артефакты — не баги, артефакты — это
                    Артефакт (лат. artefactum от arte — искусственно + factus — сделанный) в обычном понимании — любой искусственно созданный объект, продукт человеческой деятельности. явление, процесс, предмет, свойство предмета или процесса, появление которого в наблюдаемых условиях по естественным причинам невозможно или маловероятно.
                    — гугле. Понимается ввиду некий конструкт использующися в теории но на практике не существующий. Например, в классической механике такими являются силы и моменты сил. которые кмк гораздо менее реальны чем например импульсы и моменты импульса соответственно.
                      0
                      Но на практике они тоже существуют, а не только как особенность используемых расчетных методов в квантовой механике.

                      Как в эффекте Казимира — если двинуть 2 пластины(в общем случае не обязательно пластины, вообще 2 любых тела, пластины просто дают самый выраженный эффект и при этом самый простой для расчета) достаточно близко, то их начинает сдавливать друг к другу вполне реальная (измеримая) сила, за счет того что внутри (в зазоре между пластинами) плотность «супа» из виртуальных частиц ниже чем снаружи от них. За счет того, что расстояние между пластинами ограничивает максимальную длину волны виртуальных частиц между ними. И эту силу можно измерить на практике, она не только в расчетах появляется.

                      Или как рождение пар частица-атичастица «из ничего» (физического вакуума). Достаточно передать виртуальным частицам достаточно энергии (не меньше чем эквивалент их массы покоя) и если другие законы сохранения не мешают, то они станут полностью реальными частицами. Как например фотоны очень высоких энергий(гамма-кванты) могут из пустоты создавать электрон-позитронные пары. На самом деле не из ничего — эти пары в виде виртуальных позитронов и электронов и так постоянно присутствуют, фотон лишь передает им часть своей энергии и тогда они становятся обычными частицами с ненулевой массой и неограниченным сроком существования.

                      Или градиент поля — если достичь очень высокой напряженности поля (к пример электрического), настолько сильного чтобы оно не давало постоянно образующимся парам виртуальных частиц сливаться обратно — они начнут появляться «из пустоты».
                      На этом эффекте уже даже пробуют технологии создавать — например получения античастиц из виртуальных античастиц в экстремальных электрических полях создаваемых сверхмощными импульсными лазерами.
                +1
                Вроде они определяются виртуальными именно потому, что их нельзя обнаружить. Их энергия, или время жизни, или же частота/положение такого, что полностью входит в предел неопределённости и любое измерение, направленное на обнаружение такой частицы даст погрешность превосходящую полезный результат. Но можно превратить виртуальные частицы в реальные, примером чего часто приводится эффект Вавилова — Черенкова, где виртуальные фотоны электромагнитного взаимодействия в среде не могут поспевать за двигающейся частицей, из-за чего их можно обнаружить.
                  0
                  Тут речь не о неопределенности в таком смысле. Есть суперпозиция состояний, например:
                  1) с вероятностью 36% это электрон, который находится в основном у Вас в бутылке (стеклянной);
                  2) с остальными 64% — совсем другой электрон, который с вероятностью 99.9999% расположен на Марсе.
                  Обнаружим мы либо тот, либо тот.
                  А ограничивать виртуальные фотоны скоростью света в среде — это ИМХО совсем не правильно. Они могут и на масштабе 0.1 А летать.
              +1
              Список интересный, но не совсем соответствует названию статьи.
              Что действительно является полнейшей неожиданностью, так это постоянство скорости света и корпускулярно-волновой дуализм. А открытие нейтрино, кварков, нескольких поколений частиц, реликтового фона, бозона Хигса — это просто очередное открытие неизвестных до этого объектов.
                0
                Что действительно является полнейшей неожиданностью, так это постоянство скорости света...

                Постоянство скорости света вытекает из закона относительности инерциальных систем отсчёта. И довольно просто:

                — Если у вас законы механики в любых инерциальных системах одинаковы и в одной из этих инерциальных систем обнаружена максимальная скорость — то и во всех иных инерциальных системах будет существовать (иметь место быть) максимальная скорость и мало того — величина этой скорости будет одинакова во всех инерциальных системах отсчёта.

                Ну, а то что эта абстрактная (в теории) максимальная скорость есть скорость света в вакууме (совпала) — ну, так уж вышло практически и не вытекает ниоткуда теоретически. (С)

                Что действительно является полнейшей неожиданностью, так это… корпускулярно-волновой дуализм.

                Корпускулярно-волновой дуализма не существует. Был введён на заре для хоть какого-то уяснения (приближения) к макромиру (тогда старались понять квантовую механику). Выброшен давно как хлам ненужный. — Но до сих пор сидит и в учебниках школьных и в головах некоторых (да что там — большинства) людей. — Мем не выбивается из мозгов людей так просто (Вспоминая Докинза).
                  +2
                  Когда это он был выброшен?
                    0
                    FransisJasper
                    Когда это он был выброшен?
                    Когда переименовали «волновую механику» в «квантовую механику» (успешно).
                    Когда переименовали «волновую функцию» в «амплитуду плотности вероятности» (а вот этот мем не прошёл).

                    Alexeyslav
                    Повидимому имелось в виду что найдено объяснение поведения света объясняющее его поведение как частицы и волны. При этом отпала необходимость рассматривать его свойства отдельно как частицы и волны, это нужно было только в начале для понимания.
                    Не совсем, ниже будет подробно пояснено.

                    Pshir На «законы механики в любых инерциальных системах одинаковы»
                    Это является нетривиальным утверждением.
                    Верно, но первое слово там было "Если".

                    Pshir На «в одной из этих инерциальных систем обнаружена максимальная скорость»
                    Это является нетривиальным утверждением.
                    Верно, могла (максимальная скорость) и не быть обнаружена или вообще её могло не быть.

                    Kolegg
                    Не ставьте телегу впереди лошади. Постулировалось постоянство скорости света, а уж из него и принципа относительности вытанцовывалась вся теория.
                    Нет, иначе теория называлась бы не "Теорией относительности", а "Теорией постоянства скорости света в вакууме". — Из того, что Если у вас законы механики в любых инерциальных системах одинаковы и в одной из этих инерциальных систем обнаружена максимальная скорость, то с неизбежностью надвигающегося поезда появляется то, что эта скорость будет максимальной в любых инерциальных системах и мало того, величина её будет во всех этих инерциальных системах одинакова.
                    Если вы с этим не согласны — смиритесь. (С) Или разберитесь.

                    Deerenaros
                    Постоянство скорости света именно что дичь.
                    Если вы принимаете как постулат что все инерциальные системы равноправны и законы механики в них одинаковы вы с неизбежностью придёте к тому, что если в одной из них вдруг обнаружена максимальная скорость, то эта скорость будет максимальной в любых инерциальных системах и мало того, величина её будет во всех этих инерциальных системах одинакова. — Если вы это не приемлете — то вы не приемлете и равноправие инерциальных систем отсчета. — Выбирайте!

                    zuborg
                    Спасибо за развернутый комментарий
                    Пожалуйста, тем более за сутки кто-то из писателей поставил даже плюс, — обычно чем больше разжевываешь, тем больше минусов получаешь.

                    zuborg
                    Лично для Вас открытие максимальной скорости является или не является неожиданным и сногшибательным открытием?
                    Нет. Лично для меня странна любая бесконечность — бесконечная скорость, размер, время, энергия и прочее и прочее. Ибо всё… конечно. ;-)

                    zuborg
                    электрон как физический объект проявляет свойства неделимой частицы (корпускулы) или объемной волны (исходя из элементарной логики, если корпускулярно-волнового дуализма не существует, то истинным может быть максимум один вариант)?
                    Смотрите. Реально (обычно на экране за мишенью) мы видим либо интерференцию либо её отсутствие. — Логично первое считать проявлением волны, а второе неделимой частицы. Так и порешили физики вначале. Но потом…

                    Возьмём стандартный, из учебников, пример — прохождение квантовой частицы через две щели. Если «смотрим» (датчиком) через какую щель прошла квантовая частица — то квантовая частица проявляет свойство неделимой частицы, если «не смотрим» (датчик убираем) через какую щель прошла квантовая частица — то свойство волны (на экране после прохождения щелей виден рисунок интерференции).
                    Казалось бы корпускулярно-волновой дуализм на лицо! Но давайте немного подумаем и… усложним опыт:

                    Мы многократно увеличим число «щелей» и уберём от них наши датчики (датчик — это некий прибор, передающим нам (экспериментаторам) сигнал о прохождении квантовой частицы через щель).

                    Для этого мы будем рассеивать пучок очень медленных (энергия порядка 0,1эв) нейтронов на кристалле. — Это реальный опыт, а выдуманный. — Роль щелей будут играть… ядра атомов кристаллической решётки кристалла. Нейтрон может рассеяться на ядре двумя способами — с переворотом спина или без переворота спина. (К примеру, летят два нейтрона, у одного спин вверх, у другого вниз, оба столкнулись с ядром кристалла (произошло рассеяние на ядре кристалла), у одного нейтрона спин перевернулся от этого — и дальше полетели оба нейтрона с одинаковым направлением спина и прямо в экран и «впечатались»). Важно тут понять понятие «различимая альтернатива» и «неразличимая альтернатива».

                    «Различимая альтернатива» наступает тогда, когда после рассеяния у нейтрона и ядра атома кристалла спины поменяли направление (ну, хоть как-то).
                    «Неразличимая альтернатива» наступает тогда, когда после рассеяния у нейтрона и ядра атома кристалла спины никак не изменились (вообще), хотя возможно изменилась траектория нейтрона, летящего к экрану.

                    Вы, надеюсь, узнаёте в поведении ядра атома кристалла тот самый «датчик» из классического опыта с двумя щелями. — Только в нашем опыте ядро атома кристалла никак не связано с чем-то, что подаёт сигнал экспериментатору. Но несмотря на это «датчик» этот «работает».

                    Проведя опыт мы увидим следующую картину:

                    Как её объяснить?
                    Без привлечения корпускулярно-волновой дуализма можно так:
                    Если при рассеянии спин нейтрона переворачивается, то «альтернативы различимы» и мы складываем вероятности волновой функции. (сумма квадратов модулей волновой функции) — (эти нейтроны порождают фон на экране)
                    Если при рассеянии спин нейтрона НЕ переворачивается, то «альтернативы НЕразличимы» и мы складываем амплитуды вероятностей волновой функции. (квадрат модуля суммы волновых функций) — (эти нейтроны порождают интерференционные полосы на экране).

                    И всё — никакого корпускулярно-волновой дуализма тут не используется при описании этого реального опыта.

                    Попробуем объяснить картинку с привлечением корпускулярно-волновой дуализма, например так:
                    Если при рассеянии спин нейтрона переворачивается, то нейтрон проявляет свойства частицы — (эти нейтроны порождают фон на экране)
                    Если при рассеянии спин нейтрона НЕ переворачивается, то нейтрон проявляет свойства волны — (эти нейтроны порождают интерференционные полосы на экране).

                    Что использовать — выбирать вам. Но имеет ли смысл (кроме убеждений глубинного вашего философского плана) считать тот или иной нейтрон волной или частицей только потому что у него при рассеянии перевернулся (или нет) спин? — При этом неважно само направление спина нейтрона «впечатывающегося» в экран (для картинки на экране) — а важен сам факт случившегося некого квантового события — переворачивался ли спин при рассеянии или нет.

                    P.S. «альтернативы НЕразличимы» или «альтернативы различимы» — вот это более глубокие понятие, которые могут наступать в мире квантовых частиц не только при переворачивании спина!
                      0

                      Вы классно ответили, правда есть маленькая проблема — это философия. По сути вы заменили корпускулярно-волновой дуализм на различимость альтернатив. Честно говоря, моего мат. аппарата уже не хватает, чтобы идти глубже, однако есть мнение человека, с которым я тесно общался. И его слова заключались как раз в том, что как не крути математикой красивой картины чет не получается. Что у Ньютона все очень красиво ровно до того момента, что вся вселенная уже давно должна была быть маленькой точкой с огромной массой, ибо 13 лярдов все только и делало, что падало бы (ну, понятное дело что про 13 млрд тогда никто не знал, это забегаю вперед). Собственно сейчас вся физика крайне не красива — она состоит из лоскутков "непримиримых" теорий, а сильная специализация научных сотрудников только усугубляет все. А по сути реально шарящих по пальцам пересчитать.


                      Понятное дело, что различимость более глубокая тема, но она крайне тяжела для понимания. Я уже молчу про гильбертовы пространства, тензорные операции и совершенно иную квантовую логику, основанную на запутанности и расширенном дуализме.

                        0
                        Deerenaros
                        Вы классно ответили, правда есть маленькая проблема — это философия. По сути вы заменили корпускулярно-волновой дуализм на различимость альтернатив.
                        Это верно. Без философии тут никак — иначе только голые формулы — не более того.

                        Deerenaros
                        Собственно сейчас вся физика крайне не красива — она состоит из лоскутков «непримиримых» теорий, а сильная специализация научных сотрудников только усугубляет все.
                        Но это тоже философия — не париться о том, что «на самом деле есть истина» — а брать разные «лоскуты представления» и работать с ними.

                        Пример текста из инета: "Бозон Хиггса был обнаружен на Большом адронном коллайдере в качестве частицы, но вы наверняка слышали словосочетание «поле Хиггса», такой делокализованной вещи, которая заполняет все пространство. Это происходит, поскольку при определенных условиях вроде экспериментов со столкновением частиц более уместно обсуждать возбуждения поля Хиггса, нежели определять характеристики частицы, тогда как при других условиях вроде общих обсуждений того, почему у определенных частиц есть масса, более уместно обсуждать физику в терминах взаимодействия с квантовым полем вселенских масштабов. Это просто разные языки, описывающие одни и те же математические объекты."

                        Deerenaros
                        Понятное дело, что различимость более глубокая тема, но она крайне тяжела для понимания.
                        Верно. Но она хоть помогает уйти от корпускулярно-волнового дуализма. Ведь спин — это не единственное что может меняться и есть много иных квантовых чисел.

                        Pshir на «Верно, могла (максимальная скорость) и не быть обнаружена или вообще её могло не быть.»
                        Так вот то, что максимальная скорость есть, как раз и является тем самым удивительным и неожиданным фактом, о котором здесь написано.
                        Не факт. Ибо никто не запрещал иметь максимальную скорость в инерционной системе отсчёта. — О том что электромагнитные поля распространяются с максимальной скорость (скоростью света в вакууме) в разных инерционных системах отсчёта было известно ещё в 19 веке. И это, похоже, ни у кого не вызывало какого-то недоумения и удивления. Вот отсутствие эфира удивило многих.

                        Кстати, из википедии: "Существуют также аксиоматики (СТО), которые не используют принцип относительности — а только принцип постоянства скорости света."

                        Ну, что тут скажешь — математически можно, похоже, переставлять вперёд что хошь. ;-)
                        Но мне ближе принцип относительности — а максимальная скорость? - её могло и не быть.
                          0
                          На всякий случай сообщу такую инфу. В максимально грубом приближении факт того, что открытый бозон с массой около 125 ГэВ отвечает за поле Хиггса, доказывается вот чем.
                          Распады типа
                          H -> b + anti-b, H -> tau + anti-tau
                          и т.д. обладают таким свойством, что их вероятность (или скорее сечение процесса) пропорционально квадрату массы частиц. Это объясняется тем фактом, что константа связи бозона Хиггса с фермионами пропорциональна их массе покоя (собственно следует из идеи механизма Хиггса).
                          Так что на данный момент физики не только точно знают, что открыли частицу со спином 0 и четностью "+" (настоящий скаляр), но и что её свойства указывают на конкретную связь частицы с полем Хиггса.
                          Но так как вер. распада пропорциональна квадрату массы, то эта величина наибольшая именно для процесса
                          H -> b + anti-b
                          Остается на эксперименте мелочь — выловить распад бозона H на фоне обычного процесса рождения пары b + anti-b.

                          Правда с фотоном там все не так просто, как будто у него выходит масса покоя:
                          распад на Z-бозон и фотон; вероятность в СМ: 0,16%
                        +1
                        Верно, могла (максимальная скорость) и не быть обнаружена или вообще её могло не быть.
                        Так вот то, что максимальная скорость есть, как раз и является тем самым удивительным и неожиданным фактом, о котором здесь написано.
                          0
                          Но кажется весь вывод преобразований Лоренца следует из понятия «инвариантность фазы ЭМ волны», которая видимо следует из нер. формы уравнений Максвелла.
                            0
                            Помоему неожиданным фактом является обнаружение конечной скорости света в вакууме. Но это не означает, что данная скорость и есть максимально возможной. Возможно мы просто ее еще не обнаружили.
                              +1
                              Конечность скорости света не столь неожиданна. Это же не является контринтуитивным фактом.
                                0
                                Помоему неожиданным фактом является обнаружение конечной скорости света в вакууме. Но это не означает, что данная скорость и есть максимально возможной. Возможно мы просто ее еще не обнаружили.
                                Так как величина этой скорости не меняется по крайней мере в двух инерциальных системах отсчёта, то это неизбежно (в СТО) означает что величина этой скорости и есть максимальная скорость.
                          0
                          Спасибо за развернутый комментарий, но не вижу в нем ответов на два простых вопроса:

                          Лично для Вас открытие максимальной скорости является или не является неожиданным и сногшибательным открытием?
                          И второй — электрон как физический объект проявляет свойства неделимой частицы (корпускулы) или объемной волны (исходя из элементарной логики, если корпускулярно-волнового дуализма не существует, то истинным может быть максимум один вариант)?
                            0
                            Повидимому имелось в виду что найдено объяснение поведения света объясняющее его поведение как частицы и волны. При этом отпала необходимость рассматривать его свойства отдельно как частицы и волны, это нужно было только в начале для понимания.
                              0
                              Про частицу и волну история такая. Человечество имело интуитивное представление о «частицах» (ну, это такие маленькие шарики) и о «волне» (ну, это это типа как на воде). И то, и другое — некоторые модели, о них легко думать, поскольку есть красивые аналоги в макро-мире.
                              При изучении нового объекта «элементарная частица» вдруг оказалось, что её свойства не совпадают точно ни с моделью «частица», ни с моделью «волна», а вместо этого проявляет часть свойств, похожих на свойства «частицы» и часть, похожих на свойства «волны». Думать об этом трудно, поскольку макро-аналога нет. Но тем не менее никакого дуализма нет, частица не «выбирает» модель, а просто проявляет свойства, не укладывающиеся в одну из этих двух моделей.
                              +4
                              законы механики в любых инерциальных системах одинаковы
                              Это является нетривиальным утверждением.
                              в одной из этих инерциальных систем обнаружена максимальная скорость
                              Это тоже.
                                +2
                                Не ставьте телегу впереди лошади. Постулировалось постоянство скорости света, а уж из него и принципа относительности вытанцовывалась вся теория.
                                  +1
                                  Ничего непонятно из вашего текста!

                                  Постоянство скорости света именно что дичь. Даже сейчас она воспринимается как нарушение всех правил, очень приятных и простых правил относительности движения (Галилея-Ньютона), а тогда это было просто ересью, пьяной фантазией обдолбанных теоретиков (напомню, что физика это в первую очередь про объяснение эмпирического опыта, а не про подгонка эмпирического опыта под объяснения; хотя сегодня границы немного смазаны, это всё ещё остаётся тем самым), и если бы не престиж Майкельсона вряд ли бы кто-нибудь вообще обратил бы внимание на этот странный факт ещё пару десятилетий.

                                  Корпускулярно-волновой дуализм никуда не делся, просто его расширила квантовая теория поля, которая правда на данный момент не очень полна (не хватает матана, вот чуть-чуть). Более того, корпускулярно-волновой дуализм весьма живой и даже больше — именно он положил начало всей современной физике, именно он заставил рассматривать мир не через призму одной теории, а через призму двух теорий, с разных сторон и под разными масштабами. А сегодня теорий столько, что хоть жопой жуй, некоторые друг с другом дружат, некоторые не очень, но у всех есть две очень серьёзные проблемы: шизанутая математика и невероятная сложность эксперимента. Причём они идут рядом за ручку: сложность коррекции почти любой современной теории такова, что затягивается на десятилетие (ибо проверить, перепроверить, да ещё пару ошибок по пути найти), а пока не будет теории непонятно каким образом получать новый эмперический опыт, ибо он весь завязан на стандартную модель, на которую натянули всякого хлама. Ибо сегодня эмперический опыт это редко то, что можно увидеть или почувствовать, а то, что покажет прибор. И если не знать что искать, то совершенно непонятно какой прибор строить.
                                +13
                                Пять списков «топ 10», оказавшихся полной неожиданностью. Шесть неожиданных перечислений. Случайное количество случайных вещей!
                                  +3

                                  Растущая неопределённость!

                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                    0
                                    Виртуальный фотон имеет не больше массы покоя, чем реальный. А все прочее может порождаться виртуальными фотонами при сохранении 3 зарядов и энергии. Взаимодействавать с полем Хиггса виртуальные глюоны могут без проблем (ведь наверное нужно вз-ать для порождения бозона этого поля?).
                                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                        0
                                        об этом есть статья в вики (хотя довольно малоинформативная).
                                          0
                                          0.6 нДж/м^3 имеющейся в астрофизических моделях плотности ТЭ — это вполне нормальная величина.
                                          Если кто-то пытается уложить кучу электронов и получает 3*10^-17/м^2 вместо постоянной Lambda = 1*10^-52/м^2 -значит придуманная теоретиками куча электронов не существует в этой Вселенной или таки описывается парами частиц [mc^2] + [-mc^2].
                                    +2
                                    Они чистили поверхность антенны тряпками, разгоняли голубей, но шум никуда не девался. <> Впервые стало известно происхождение Вселенной.

                                    Что ни говорите, а это смешно.
                                      0
                                      Ну допустим материя сгустилась в /остаточно/ наблюдаемых неоднородностях, теперь вопрос откуда взялись неоднородности. Помоему уже давно понятно что в макро- и микро- можно копать до бесконечности и по итогам всё равно Ясного Окончательного Ответа не будет. Это всё занятно конечно, но возводить это до «теперь-то мы понимаем что тут произошло» как-то наивно.
                                        0
                                        квантовые флуктуации же
                                        0
                                        Кстати, чистили от органического налета на поверхности антенны, появившегося в результате жизнедеятельности голубей.
                                          0
                                          А он как-то мог создавать шум?
                                            0
                                            В сухом виде — диэлектрик как краска и не должен оказывать влияния, но какие свойства у влажного неизвестно. Они пытались избавиться от шума всеми доступными способами.
                                          0
                                          А вот физикам было не очень смешно — голуби залезали внутрь антенны (ибо там сухо и немного теплее чем снаружи) и массово гадили там. А физикам — потом это чистить.
                                            0
                                            Хех, я понимаю. Просто с детства осталось представление, что всякие научные приборы — это какие-то тонюсенькие проволочки, непонятные конструкции хрупкие до невозможности. Поэтому это «чистить тряпками от голубей» резко контрастировало и рассмешило:)
                                          –1

                                          Так что там с поколениями у бозонов? Вот уж точно неожиданное открытие, пора на Нобелевку?

                                            0
                                            Все таки, не «Арно Пензиас и Боб Уилсон», а Джоселинн Белл.
                                            А Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию.

                                            Одна из не очень красивых историй.
                                              0
                                              Вы, наверное, путаете с открытием пульсаров?
                                              –2
                                              Очередной неожиданностью может стать принцип EmDrive, если его работоспособность будет доказана, конечно.
                                                0
                                                Любою науку, особенно точные области. То, что имеет доказательную базу. Но блин, один вопросик. Большой взрыв – уже не гипотеза ?? С каких пор. Кто опроверг утверждение, что звезды и туманности, атомы, частички не распределены равномерно во всех измерениях? Или что так было не всегда. Вот скажите. Я не злостный противник теории большого взрыва, может так оно и было. Но кто это решил?
                                                  0
                                                  Была попытка доказать факт инфляции, но более поздний анализ показал, что могли не учесть часть погрешностей:
                                                  ru.wikipedia.org/wiki/BICEP
                                                    0
                                                    Других объяснений свойств реликтового излучения нет.
                                                      0
                                                      Что, если большой взрыв был, но это событие как взрыв сверхновой. То есть, звезды и галактики уже были.
                                                        0
                                                        Это бы сильно сказалось на однородности реликтового излучения и мы бы до сих пор видели «тени» от крупномасштабных структур того времени. Если бы таковые существовали конечно.

                                                        Но на практике никакой структуры в реликтовом излучении нет, оно очень однородно и равномерно как в пространстве так и во времени. Есть только мельчайшие флуктуации (микро отклонения от однородного фона).

                                                        В самыми ранними этапами зарождения вселенной еще не совсем ясно, но вот то что вскоре после рождения все вселенная
                                                        1 — была на многие порядки компактнее чем сейчас
                                                        2 — была вся заполнена очень однородной горячей плазмой по всему объему

                                                        Это уже надежно доказанные факты.
                                                          0
                                                          много раз уже обсасывалось: «big bang» — это не «большой взрыв», а просто неудачно подобранные слова, ставшие постепенно официальным термином, и ещё более неудачно калькированные на русский
                                                          просто (just, не simple) вся энергия и всё пространство имели бесконечно малый объём и в какой-то момент этот объём перестал быть бесконечно малым
                                                          0
                                                          Вы видите какую-то равномерную сферу в реликтовом излучении? Хотя шучу, видим мы красное смещение по закону Хаббла.
                                                        0
                                                        Это было почти настолько же невероятно, как если бы вы выстрелили пятнадцатидюймовым снарядом в салфетку, а он бы отскочил от неё и попал в вас.


                                                        Никто никогда не выстреливал миллиардом снарядов по салфеткам.
                                                          0
                                                          Салфеткам, состоящих из мельчайших точек в которых сконцентрирована такая масса которая способна изменить траекторию летящего снаряда.
                                                            0
                                                            Резерфорд мог подозревать, что масса «снаряда» меньше массы «салфетки» как минимум в квадриллион раз? То есть вводя понятие «альфа-частица» уже знали её заряд, а вот для точной оценки массы наверное нужны были не самые простые расчеты.
                                                              0
                                                              Массу тоже примерно знали — уже делали оценки по наблюдениям отклонения траекторий полетов известных заряженных частиц (электрон, протон, альфа) в постоянном магнитном поле.

                                                              И такой опыт позволил как раз сделать вывод что в материи имеются какие-то очень компактные (т.к. большинство частиц пролетало практически не меняя траекторию и только частично замедляясь — это альфачистицы «продирались» сквозь электронные оболочки атомов) частицы. Но при этом с массой и электрическим зарядом намного большим чем у самих альфачастиц использовавшихся для «зондирования». (иначе не было бы отскоков вообще в обратную сторону при прямых «жестких» столконовениях

                                                              В статье несколько упущен момент почему этот результат «неожиданный». Неожиданный потому, что не только другие ученые того времени, но даже сам Резерфорд ставивший опыт никаких таких гипотез (о наличии плотного ядра) не ставил. Он собирался как раз проверить и надежно подтвердить «модель пудинга» (относительно равномерное распределение массы и заряда по объему материи). А вместо этого получил прямо противоположный результат.

                                                              P.S.
                                                              Еще из «неожиданных» открытий странно что не отмечено открытие расширения вселенной с ускорением. Когда проводились соответвующие работы ученые были уререны, что расширение вселенной замедляется. И работы были направлены на то, что измерить скорость этого замедления. И тут неожиданно оказалось, что не только замедления нет, а имеет наоборот ускорение процесса расширения.
                                                          +1

                                                          Кстати, по поводу интерферометра Майкельсона. Где-то на YouTube видел ролик, как человек собрал такой интерферометр, но закрепил его вертикально на стойке. При вращении интерференционная картина менялась. Он там что-то говорил про эфир, но опыт показывает воздействие гравитации Земли на свет. По опыту видно, что чем ближе к поверхности Земли, тем сильнее гравитационное воздействие. Что не противоречит ОТО и даже наоборот — подтверждает правдивость Теории относительности Эйнштейна.

                                                            0
                                                            Я так понимаю, теория относительность работает чертовски хорошо… но… в философском смысле она является реакционной, а не прогрессивной. Ограничение на максимальную скорость ставит крест на осмысленных межзвездных путешествиях, и остается только ронять слезы на страницы книг фантастов. Эх.
                                                              +1

                                                              Не видев ролика — объяснение может быть ещё проще. В горизонтальной конструкции проще обепечить достаточную жёсткость, чтобы не возникал перекос и изменение длины плеч при вращении. В вертикальной это сложнее.

                                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                            Самое читаемое