Ulimwengu wa asili ni mahali changamano. Harmonies huruhusu watu na wanasayansi kutofautisha mpangilio ndani yake. Katika fizikia, imeeleweka kwa muda mrefu kuwa kanuni ya ulinganifu inahusiana kwa karibu na sheria za uhifadhi. Sheria tatu maarufu zaidi ni: uhifadhi wa nishati, kasi na kasi. Kuendelea kwa shinikizo ni matokeo ya ukweli kwamba mitazamo ya asili haibadilika kwa muda wowote. Kwa mfano, katika sheria ya Newton ya uvutano, mtu anaweza kufikiria kwamba GN, mvuto thabiti, inategemea wakati.
Katika hali hii hakuna nishati itakayohifadhiwa. Kutoka kwa utafutaji wa majaribio wa ukiukaji wa hifadhi ya nishati, vikwazo vikali vinaweza kuwekwa kwa mabadiliko yoyote kama hayo kwa muda. Kanuni hii ya ulinganifu ni pana kabisa na inatumika katika quantum na vile vile katika mechanics ya classical. Wanafizikia wakati mwingine hurejelea parameta hii kama homogeneity ya wakati. Vile vile, uhifadhi wa kasi ni matokeo ya ukweli kwamba hakuna mahali maalum. Hata kama ulimwengu umeelezewa kwa mujibu wa kuratibu za Cartesian, sheria za asili hazitajali hilozingatia chanzo.
Ulinganifu huu unaitwa "invariance ya tafsiri" au homogeneity ya nafasi. Hatimaye, uhifadhi wa kasi ya angular unahusiana na kanuni inayojulikana ya maelewano katika maisha ya kila siku. Sheria za asili hazibadiliki chini ya mzunguko. Kwa mfano, haijalishi tu jinsi mtu anachagua asili ya kuratibu, lakini haijalishi jinsi anavyochagua mwelekeo wa shoka.
Darasa la kipekee
Kanuni ya ulinganifu wa muda, zamu na mzunguko huitwa ulinganifu unaoendelea, kwa sababu unaweza kusogeza shoka za kuratibu kwa kiasi chochote kiholela na kuzungusha kwa pembe isiyo ya kawaida. Darasa lingine linaitwa discrete. Mfano wa maelewano ni tafakari zote mbili kwenye kioo na usawa. Sheria za Newton pia zina kanuni hii ya ulinganifu baina ya nchi mbili. Mtu anapaswa kutazama tu msogeo wa kitu kikianguka kwenye uwanja wa mvuto, na kisha kusoma mwendo huo huo kwenye kioo.
Ingawa mwelekeo ni tofauti, inatii sheria za Newton. Hii inajulikana kwa mtu yeyote ambaye amewahi kusimama mbele ya kioo safi, kilichopigwa vizuri na amechanganyikiwa kuhusu mahali ambapo kitu kilikuwa na picha ya kioo ilikuwa wapi. Njia nyingine ya kuelezea kanuni hii ya ulinganifu ni kufanana kati ya kushoto na kinyume. Kwa mfano, kuratibu za Cartesian zenye sura tatu kawaida huandikwa kulingana na "sheria ya mkono wa kulia". Hiyo ni, mtiririko chanya kwenye mhimili wa z upo katika mwelekeo ambao kidole gumba kinaelekeza ikiwa mtu atazungusha mkono wake wa kulia kuzunguka z, kuanzia x Oy na kuelekea x.
Siyo ya kawaidakuratibu mfumo 2 ni kinyume. Juu yake, mhimili wa Z unaonyesha mwelekeo ambao mkono wa kushoto utakuwa. Taarifa kwamba sheria za Newton hazibadiliki ina maana kwamba mtu anaweza kutumia mfumo wowote wa kuratibu, na kanuni za asili zinaonekana sawa. Na pia inafaa kuzingatia kwamba ulinganifu wa usawa kwa kawaida huonyeshwa kwa herufi P. Sasa hebu tuendelee na swali linalofuata.
Uendeshaji na aina za ulinganifu, kanuni za ulinganifu
Uwiano sio uwiano pekee wa kuvutia wa sayansi. Nyingine inaitwa mabadiliko ya wakati. Katika mechanics ya Newton, mtu anaweza kufikiria rekodi ya video ya kitu kinachoanguka chini ya nguvu ya mvuto. Baada ya hapo, unahitaji kuzingatia kuendesha video kinyume. Hatua zote mbili za "mbele kwa wakati" na "nyuma" zitatii sheria za Newton (mwendo wa kinyume unaweza kuelezea hali ambayo haikubaliki sana, lakini haitakiuka sheria). Urejeshaji wa wakati kwa kawaida huonyeshwa kwa herufi T.
Muunganisho wa chaji
Kwa kila chembe inayojulikana (elektroni, protoni, n.k.) kuna antiparticle. Ina molekuli sawa, lakini kinyume cha malipo ya umeme. Antiparticle ya elektroni inaitwa positron. Protoni ni antiprotoni. Hivi karibuni, antihydrogen imetolewa na kujifunza. Uunganishaji wa malipo ni ulinganifu kati ya chembe na antiparticles zao. Ni wazi kwamba hazifanani. Lakini kanuni ya ulinganifu ina maana kwamba, kwa mfano, tabia ya elektroni katika uwanja wa umeme ni sawa na vitendo vya positron kinyume chake. Uunganishaji wa malipo umeashiriwaherufi C.
Ulinganifu huu, hata hivyo, si uwiano kamili wa sheria za asili. Mnamo 1956, majaribio yalionyesha bila kutarajia kwamba katika aina ya mionzi inayoitwa uozo wa beta, kulikuwa na asymmetry kati ya kushoto na kulia. Ilichunguzwa kwa mara ya kwanza katika kuoza kwa viini vya atomiki, lakini inaelezwa kwa urahisi zaidi katika mtengano wa π meson iliyo na chaji hasi, chembe nyingine inayoingiliana kwa nguvu.
Nayo, hutengana kuwa muon, au kuwa elektroni na antineutrino yao. Lakini kuoza kwa malipo fulani ni nadra sana. Hii inatokana (kupitia hoja inayotumia uhusiano maalum) na ukweli kwamba dhana daima huibuka na mzunguko wake sambamba na mwelekeo wake wa mwendo. Ikiwa maumbile yangekuwa ya ulinganifu kati ya kushoto na kulia, mtu angepata nusu ya wakati wa neutrino na msokoto wake wa mzunguuko na sehemu yenye kinyume chake.
Hii ni kutokana na ukweli kwamba katika kioo mwelekeo wa harakati haurekebishwi, lakini kwa mzunguko. Inahusishwa na hii ni π + meson iliyo na chaji chanya, antiparticle π -. Huoza na kuwa neutrino ya elektroni ikiwa na mduara sambamba na kasi yake. Hii ndio tofauti kati ya tabia yake. Kinza chembe zake ni mfano wa uvunjaji wa miunganisho ya chaji.
Baada ya ugunduzi huu, swali liliibuliwa kama ukiukwaji wa ubadilishaji wa wakati T ulikuwa umekiukwa. Kulingana na kanuni za jumla za mechanics ya quantum na uhusiano, ukiukaji wa T unahusiana na C × P, bidhaa ya muunganisho wa malipo na usawa. SR, ikiwa hii ni kanuni nzuri ya ulinganifu inamaanisha kuwa uozo π + → e + + ν lazima uende na sawa.kasi kama π - → e - +. Mnamo 1964, mfano wa mchakato unaokiuka CP uligunduliwa ukihusisha seti nyingine ya chembe zinazoingiliana sana zinazoitwa Kmesons. Inatokea kwamba nafaka hizi zina mali maalum ambayo inaruhusu sisi kupima ukiukwaji mdogo wa CP. Haikuwa hadi 2001 ambapo usumbufu wa SR ulipimwa kwa uthabiti katika kuoza kwa seti nyingine, B mesons.
Matokeo haya yanaonyesha wazi kwamba kukosekana kwa ulinganifu mara nyingi kunavutia sawa na uwepo wake. Hakika, mara tu baada ya ugunduzi wa ukiukaji wa SR, Andrei Sakharov alibainisha kuwa ni sehemu muhimu katika sheria za asili kwa kuelewa ukuu wa maada juu ya antimatter katika ulimwengu.
Kanuni
Hadi sasa inaaminika kuwa mchanganyiko wa CPT, muunganisho wa chaji, usawazishaji, ubadilishaji wa wakati, umehifadhiwa. Hii inafuatia kutoka kwa kanuni za jumla za uhusiano na mechanics ya quantum, na imethibitishwa na tafiti za majaribio hadi sasa. Ikiwa ukiukaji wowote wa ulinganifu huu utapatikana, utakuwa na madhara makubwa.
Kufikia sasa, uwiano unaojadiliwa ni muhimu kwa kuwa unaleta sheria za uhifadhi au uhusiano kati ya viwango vya athari kati ya chembe. Kuna darasa lingine la ulinganifu ambalo huamua nguvu nyingi kati ya chembe. Uwiano huu unajulikana kama uwiano wa eneo au geji.
Ulinganifu mmoja kama huo husababisha mwingiliano wa sumakuumeme. Nyingine, katika hitimisho la Einstein, kwa mvuto. Katika kuweka kanuni yake ya jumlaKatika nadharia ya uhusiano, mwanasayansi alisema kuwa sheria za asili zinapaswa kupatikana sio tu ili ziwe zisizobadilika, kwa mfano, wakati wa kuzunguka kwa kuratibu kwa wakati mmoja kila mahali kwenye nafasi, lakini kwa mabadiliko yoyote.
Hisabati ya kuelezea jambo hili ilitengenezwa na Friedrich Riemann na wengine katika karne ya kumi na tisa. Einstein alirekebisha kwa kiasi na kubuni upya baadhi kwa mahitaji yake mwenyewe. Inabadilika kuwa ili kuandika equations (sheria) zinazotii kanuni hii, ni muhimu kuanzisha shamba ambalo kwa njia nyingi sawa na umeme (isipokuwa kwamba ina spin ya mbili). Inaunganisha kwa usahihi sheria ya Newton ya mvuto na vitu ambavyo sio vikubwa sana, vinavyosonga haraka au vilivyolegea. Kwa mifumo ambayo iko hivyo (ikilinganishwa na kasi ya mwanga), uhusiano wa jumla husababisha matukio mengi ya kigeni kama vile shimo nyeusi na mawimbi ya mvuto. Haya yote yanatokana na dhana ya Einstein isiyo na hatia.
Hisabati na sayansi nyingine
Kanuni za ulinganifu na sheria za uhifadhi zinazosababisha umeme na sumaku ni mfano mwingine wa uwiano wa ndani. Ili kuingia hii, mtu lazima ageuke kwenye hisabati. Katika mechanics ya quantum, sifa za elektroni zinaelezewa na "kazi ya wimbi" ψ(x). Ni muhimu kwa kazi kuwa ψ nambari changamano. Kwa upande wake, inaweza kuandikwa kila wakati kama bidhaa ya nambari halisi, ρ, na vipindi, e iθ. Kwa mfano, katika mechanics ya quantum, unaweza kuzidisha utendaji wa wimbi kwa awamu isiyobadilika, bila athari.
Lakini ikiwa kanuni ya ulinganifuiko juu ya kitu chenye nguvu zaidi, kwamba equations hazitegemei hatua (kwa usahihi zaidi, ikiwa kuna chembe nyingi zilizo na malipo tofauti, kama kwa asili, mchanganyiko maalum sio muhimu), ni muhimu, kama kwa uhusiano wa jumla, kuanzisha. seti tofauti ya nyanja. Kanda hizi ni za sumakuumeme. Utumiaji wa kanuni hii ya ulinganifu unahitaji kwamba uga utii milinganyo ya Maxwell. Hili ni muhimu.
Leo, mwingiliano wote wa Muundo wa Kawaida unaeleweka kufuata kutoka kwa kanuni kama hizo za ulinganifu wa kipimo cha ndani. Kuwepo kwa bendi za W na Z, pamoja na wingi wao, nusu ya maisha, na sifa zingine zinazofanana, zimetabiriwa kwa mafanikio kama tokeo la kanuni hizi.
Nambari zisizoweza kupimika
Kwa sababu kadhaa, orodha ya kanuni zingine zinazowezekana za ulinganifu imependekezwa. Mfano mmoja kama huo wa dhahania unajulikana kama supersymmetry. Ilipendekezwa kwa sababu mbili. Kwanza kabisa, inaweza kueleza kitendawili cha muda mrefu: "Kwa nini kuna nambari chache sana zisizo na kipimo katika sheria za asili."
Kwa mfano, Planck alipotambulisha h yake isiyobadilika, aligundua kuwa inaweza kutumika kuandika wingi na vipimo vya wingi, kuanzia na Newton isiyobadilika. Nambari hii sasa inajulikana kama thamani ya Planck.
Mwanafizikia mkuu wa quantum Paul Dirac (aliyetabiri kuwepo kwa antimatter) aligundua "tatizo la idadi kubwa". Inatokea kwamba kuwasilisha asili hii ya supersymmetry inaweza kusaidia kutatua tatizo. Supersymmetry pia ni muhimu katika kuelewa jinsi kanuni za uhusiano wa jumla zinawezakuendana na ufundi wa quantum.
Supersymmetry ni nini?
Kigezo hiki, ikiwa kipo, kinahusiana na fermions (chembe zilizo na nusu-integer spin zinazotii kanuni ya kutengwa kwa Pauli) na bosons (chembe zilizo na msokoto kamili zinazotii kinachojulikana kama takwimu za Bose, ambayo husababisha tabia ya leza. na Bose condensates). Walakini, kwa mtazamo wa kwanza, inaonekana kuwa ya kijinga kupendekeza ulinganifu kama huo, kwa sababu ikiwa ingetokea kwa asili, mtu angetarajia kwamba kwa kila fermion kutakuwa na kifua chenye misa sawa, na kinyume chake.
Kwa maneno mengine, pamoja na elektroni inayojulikana, lazima kuwe na chembe inayoitwa kiteuzi, ambacho hakina spin na haitii kanuni ya kutengwa, lakini katika mambo mengine yote ni sawa na elektroni. Vile vile, fotoni inapaswa kurejelea chembe nyingine iliyo na spin 1/2 (ambayo inatii kanuni ya kutengwa, kama elektroni) yenye uzito wa sifuri na sifa kama vile fotoni. Chembe hizo hazijapatikana. Hata hivyo, inabadilika kuwa ukweli huu unaweza kusuluhishwa, na hii hupelekea hatua moja ya mwisho kuhusu ulinganifu.
Nafasi
Uwiano unaweza kuwa uwiano wa sheria za asili, lakini si lazima udhihirishwe katika ulimwengu unaowazunguka. Nafasi inayozunguka sio sare. Imejazwa na kila aina ya vitu vilivyo katika maeneo fulani. Walakini, kutokana na uhifadhi wa kasi, mwanadamu anajua kwamba sheria za asili ni linganifu. Lakini katika hali fulani uwiano"kuvunjwa papo hapo". Katika fizikia ya chembe, neno hili linatumika kwa ufinyu zaidi.
Ulinganifu unasemekana kukatika moja kwa moja ikiwa hali ya chini ya nishati hailingani.
Hali hii hutokea katika hali nyingi katika asili:
- Katika sumaku za kudumu, ambapo upangaji wa mizunguko inayosababisha sumaku katika hali ya chini kabisa ya nishati huvunja ubadilikaji wa mzunguko.
- Katika mwingiliano wa mesoni π, ambao unafifisha uwiano unaoitwa chiral.
Swali: "Je, ulinganifu wa hali ya juu upo katika hali iliyovunjika" sasa ni mada ya utafiti mkali wa majaribio. Inachukua mawazo ya wanasayansi wengi.
Kanuni za ulinganifu na sheria za uhifadhi wa kiasi halisi
Katika sayansi, sheria hii inasema kwamba sifa mahususi inayoweza kupimika ya mfumo uliotengwa haibadiliki inapoendelea kukua kwa wakati. Sheria kamili za uhifadhi ni pamoja na akiba ya nishati, kasi ya mstari, kasi yake, na chaji ya umeme. Pia kuna sheria nyingi za takriban kuachwa zinazotumika kwa idadi kama vile wingi, usawa, leptoni na nambari ya baryon, ugeni, hyperzary, n.k. Kiasi hiki huhifadhiwa katika aina fulani za michakato ya kimwili, lakini sivyo vyote.
Nadharia ya mtu mwingine
Sheria ya mtaa kwa kawaida huonyeshwa kihisabati kama mlingano wa mwendelezo wa tofauti ambao hutoa uwiano kati ya wingi wa wingi nauhamisho wake. Inasema kwamba nambari iliyohifadhiwa katika nukta au kiasi inaweza tu kubadilishwa na ile inayoingia au kutoka kwenye sauti.
Kutoka kwa nadharia ya Noether: kila sheria ya uhifadhi inahusiana na kanuni ya msingi ya ulinganifu katika fizikia.
Sheria zinachukuliwa kuwa kanuni za kimsingi za asili zinazotumika kwa upana katika sayansi hii, na pia katika nyanja zingine kama vile kemia, biolojia, jiolojia na uhandisi.
Sheria nyingi ni sahihi au kamili. Kwa maana kwamba zinatumika kwa michakato yote inayowezekana. Kwa nadharia ya Noether, kanuni za ulinganifu ni sehemu. Kwa maana kwamba ni halali kwa michakato fulani, lakini si kwa wengine. Pia anasema kwamba kuna mawasiliano ya mtu-mmoja kati ya kila mmoja wao na uwiano unaotofautiana wa asili.
Matokeo muhimu hasa ni: kanuni ya ulinganifu, sheria za uhifadhi, nadharia ya Noether.
