Предыдущая страница реферата | 1  2

Приведенные в эпиграфе слова одного из пионеров «симметрийного» (группового) подхода в физике Г. Вейля (1885—1955 гг.) являются обобщением основного тезиса «Эрлангенской программы».

Теория относительности ввела в физический мир группы Лоренца и Пуанкаре, играющие фундаментальную роль в теоретической физике. Квантовая механика представила идеальный объект для приложений одного из замечательных разделов теории групп — теории представлений, что было отмечено появлением в 30-е годы монографий Г. Вейля, Е.П. Вигнера, Б.Л. Ван-дер-Вардена, посвященных применению в ней методов теории групп.

Однако это не означает, что теория групп сразу нашла всеобщее признание у физиков XX п. Скорее наоборот. Так спустя пять лет после создания теории относительности в стенах Принстонского университета состоялся (приводимый теперь в качестве курьеза) диалог между математиком О. Вебленом и физиком Дж. Джинсом, в котором последний о теории групп сказал, что «этот раздел математики никогда не принесет какой-либо пользы физике». Но Джине ошибся. К счастью, его мнение, в опровержение которого решающий вклад внесли по иронии судьбы профессора Принстонского университета Г. Вейль и Е. П. Вигнер, не повлияло на развитие теоретико-группового направления в физике: теория групп не только «принесла пользу физике», но и стала одним из мощных средств современного; теоретического анализа физических явлений. Особенно ярко это проявилось после открытия Т.Д. Ли и Ч.Янгом закона несохранения четности в слабых взаимодействиях (1956 г.) и успехов знаменитого «восьмеричного пути» М.Гелл-Манна и Ю.Неемана (1961 г.) в систематике элементарных частиц, приведшего к выдвижению одной из изящнейших гипотез физики XX в. — кварковому строению материи. Теперь за работы по применению симметрии в физике присуждаются Нобелевские премии (Ли и Янг, 1957; Вигнер, 1963; Гелл-Манн, 1969), понятия «группа», «представление», «симметрия» (с эпитетами «точная», «нарушенная», «скрытая», «динамическая»), «коэффициенты Клебша—Гордана» и т. д. прочно вошли в лексикон физиков (что отражено в известном сборнике «Физики шутят». М., «Мир», 1966), а теоретико-групповые методы плодотворно применяются как в фундаментальных исследованиях, так и при решении конкретных задач.

Принцип симметрии как инструмент создания «Всеобщей теории»

Для выявления связей четырех типов пришлось обратиться к поискам особого типа симметрии. Простым примером подобного типа симметрии может служить зависимость работы, совершаемой при подъеме груза, от высоты подъема. Затрачиваемая энергия зависит от разности высот, но не зависит от характера пути подъема. Существенна только разность высот и совершенно не имеет значения, от какого уровня мы начинаем измерение. Можно сказать, что мы имеем здесь дело с симметрией относительно выбора начала отсчета.

Подобным образом можно вычислять энергию движения электрического заряда в электрическом поле. Аналогом высоты будет здесь напряжение поля или, иначе, электрический потенциал. Затрачиваемая энергия при движении заряда будет зависеть только от разности потенциалов между конечной и начальной точками в пространстве поля. Мы имеем здесь дело с так называемой калибровочной или, по-другому, с масштабной симметрией. Калибровочная симметрия, отнесенная к электрическому полю, тесно связана с законом сохранения электрического заряда.

Калибровочная симметрия оказалась важнейшим средством, порождающим возможность разрешить многие трудности в теории элементарных частиц и в многочисленных попытках объединения различных типов взаимодействий. В квантовой электродинамике, например, возникают различные расходимости. Устранить эти расходимости удается в силу того, что так называемая процедура перенормировки, устраняющая трудности теории, тесно связана с калибровочной симметрией. Появляется идея, что трудности при построении теории не только электромагнитных, но и других взаимодействий могут быть преодолены, если удастся найти другие, скрытые симметрии.

Калибровочная симметрия может принимать обобщенный характер и может быть отнесена к любому силовому полю. В конце 60-х гг. С.Вайнберг (р. 1933) из Гарвардского университета и А.Садам (р. 1926) из Империал колледжа в Лондоне, опираясь на работы Ш.Глэшоу (р. 1932), предприняли теоретическое объединение электромагнитного и слабого взаимодействий. Они использовали при этом идею калибровочной симметрии и связанное с этой идеей понятие калибровочного поля.

Для электромагнитного взаимодействия применима простейшая форма калибровочной симметрии. Оказалось, что симметрия слабого взаимодействия сложнее, чем электромагнитного. Сложность эта обусловлена сложностью самого процесса, так сказать,механизма слабого взаимодействия. В процессе слабого взаимодействия происходит, например, распад нейтрона. В этом процессе могут участвовать такие частицы, как нейтрон, протон, электрон и нейтрино. Причем за счет слабого взаимодействия происходит взаимное превращение частиц.

Опуская детали хода рассуждений, скажем, что для калибровочной симметрии в области слабых взаимодействий пришлось ввести три новых силовых поля. При квантовом описании введенных полей необходимо было допустить существование новых типов частиц — переносчиков взаимодействия. Так были предсказаны, а затем и найдены W (плюс) частица, W (минус) частица, а затем и нейтральная Z частица. Открытие этих частиц в начале 80-х годов привлекло особенное внимание к теории Вайнберга — Салама. Хотя надо заметить, что признание ведущей роли теоретических идей выразилось в том, что уже в 1979 г. Вайнберг и Садам вместе с Глэшоу, еще до убедительного экспериментального подтверждения своих теоретических построений, были удостоены Нобелевской премии.

Однако обнаружились трудности. Калибровочные поля по своей природе представляют собою дальнодействуюшие поля. В силу этого частицы, переносчики взаимодействия, должны, казалось, иметь нулевую массу покоя. Но получалось, что W и Z имеют огромную массу в сравнении, скажем, с массой электрона. В таком случае нарушается калибровочная симметрия.

Вайнберг и Садам интерпретировали такое нарушение симметрии, как основание для различения электромагнитных и слабых взаимодействий. Слабое взаимодействие столь мало в сравнении с электромагнитным потому, что частицы W и Z обладают очень большой массой.

С позиции методологического анализа кратко описываемой познавательной ситуации, имея в виду значимость принципа симметрии, все же приходится отметить, что констатация нарушения калибровочной симметрии была и остается лишь сигналом к поиску неизвестных еще симметрии. В физической литературе подчеркивается как существенное достижение мысль о так называемом "спонтанном нарушении симметрии". Однако методологически существенно подчеркнуть другую сторону ситуации в познании единства взаимодействий.

Физическая мысль все же искала выход из трудностей, связанных с проблемой бесконечностей в теоретических построениях. Именно эта проблема и была особенно важной и определяющей для принятия теории. Чтобы не погружаться в специального рода расчеты, я просто еще раз процитирую английского автора Девиса из его книги "Суперсила": "Решающее значение для исключения бесконечностей имела высокая степень симметрии, заложенная в электрослабой теории" [2].

Поверим, как говорится, на слово знатоку достижений современной физики частиц и необычайно возвышенных проблем космологии. Так называемое "спонтанное нарушение симметрии" оказывается лишь сигналом к тому, чтобы искать и находить, как говорит Девис, симметрии "более высокой степени".

Заключение

Представления о симметрии и ее следствиях в разных областях деятельности (искусстве, науке, технике, обыденной жизни) использовались человечеством с древнейших времен. В физике принципы симметрии также играли важную роль, как в античное время, так и в период ее становления как самостоятельной науки.

Сегодня, факты симметрии физических систем выражаются с помощью групп преобразований. Инструментом для извлечения следствий симметрий физических задач является аппарат теории представлений и инвариантов групп симметрий. Подход, основанный на «Эрлангенской программе», успешно развивается, активно вовлекая в свою сферу все новые задачи и симметричные объекты.

Список литературы

Карасев В.П. Симметрия в физике. М.: «Знание», 1978. 63 с.

Девис П. Суперсила (поиски единой теории природы). М., 1989. 123 с.

Овчинников Н.Ф. Философские проблемы классической и некласической физики. Современная интерпретация. М.: ИФРАН, 1998. С. 79 - 98

Материалы журнала «Bild der Wissenschaft»

Скачали данный реферат: Пашков, Dionina, Kuraev, Jalovegin, Лосев, Eremej, Alina.
Последние просмотренные рефераты на тему: сочинение на тему образ, греция реферат, качество реферат, решебник по математике 6.





Предыдущая страница реферата | 1  2