Hvad er der i universet på det mest grundlæggende niveau? Er der en mindste muligt mursten eller et sæt af klodser, som du kan bygge bogstaveligt talt alt i Universet, der ikke kan opdeles i noget mindre? Til dette spørgsmål, som videnskaben har en masse interessante svar, men der er ikke rigtig endelige og sidste. Fordi i fysik er der altid plads til usikkerhed, især når det kommer til, hvad vi finder i fremtiden.
Hvis du gerne vil vide, hvad der er i universet, hvor ville du begynde? For tusinder af år siden, fantasi og logik var de bedste værktøjer til rådighed for mennesket. Vi vidste om sagen, men havde ingen idé om, hvad det er. Det blev antaget, at der er flere grundlæggende ingredienser, som du kan kombinere og kombinere det med forskellige måder, i forskellige sammenhænge — til at skabe alle ting.
Vi var i stand til at vise eksperimentelt, at sag, enten det er fast, flydende eller gas, indtager den plads. Vi var i stand til at vise, at det har en masse. Vi kunne flette det i store mængder, eller bryde op i mindre. Og nedbryde sagen og til at få adgang til de mindste bestanddele, som vil vise, hvordan “grundlæggende” det kan være, det er lidt anderledes. Dette kunne vi ikke.
Nogle mente, at sagen kan bestå af forskellige elementer, såsom ild, jord, luft og vand. Andre mente, at der kun er en grundlæggende del af virkeligheden, er den monade, hvorfra alt andet vender sig og går. Andre, såsom Pythagoreans, mente, at der bør være en geometrisk matematisk struktur, om regler for virkeligheden, og Samling af disse strukturer, der førte til fremkomsten af den kendte Univers.
Tanken om, at en virkelig fundamental partikel eksisterer, men kan dateres tilbage til Orderscom Demokrit, der boede på 2.400 år siden. Selv om det bare var en idé, at Democritus troede, at alt stof er sammensat af udelelige partikler, som han kaldte atomer (“ord” på græsk betyder “udelelig”). Atomer, efter hans mening, er fusioneret i baggrunden af den tomme plads. Selv om hans ideer, der er indeholdt mange andre mærkelige detaljer, de grundlæggende partikler, der var fast og venstre.
Tag et stykke stof, som du ønsker, og prøve at skære. Derefter bryde det op i endnu mindre stykker. Hver gang du gør det, eller misbrug og / eller misbrug, men tanken om at skære af betydning: det næste lag vil være tykkere end din “kniv”. Makroskopiske objekter bliver mikroskopiske; komplekse forbindelser bliver til simple molekyler; molekyler bliver atomer; atomer bliver elektroner og atomkerner; atomkerne blive protoner og neutroner, som i sig selv er opdelt i kvarker og gluoner.
På den mindst mulige niveau, vi kan tage alt, hvad vi ved, er grundlæggende, udelelig partikel-som objekter: kvarker, leptons og bosoner af Standard modellen.
Som for den fysiske mængder, de er defineret af regler om kvantefysik. Hver quantum i Universet — struktur med nul energi kan beskrives som indeholder en vis mængde energi. Da alt, hvad der eksisterer, kan beskrives som en partikel og en bølge, du kan indstille begrænsninger og grænser for de fysiske størrelser for sådanne fotoner.
Mens de molekyler, der kan beskrive virkeligheden på nanometer-skala (10-9 meter), og de atomer, der perfekt beskriver virkeligheden i omfanget af Ångstrøm (10-10 meter), atomkerner er endnu mindre, og de enkelte protoner og neutroner gå i omfanget af en femtometer (10-15 m). Partiklerne i Standard modellen og mindre. De energier, der var vi i stand til at teste, kan vi trygt sige, at alle kendte partikler er pointlike og strukturelt gratis til 10-19 meter.
De bedste af vores viden giver os mulighed for at navngive disse fundamentale partikler i naturen. Partikler og antipartikler, og bosoner Standard modellen er grundlæggende eksperimentelle og teoretiske synsvinkler. Og jo højere energi af partiklerne er, jo mere tydelig struktur af virkeligheden.
Large hadron Collider giver os mulighed for at begrænse omfanget af de fundamentale partikler, men det colliders af fremtiden, eller er ekstremt følsomme eksperimenter fra kosmiske stråler, kunne bringe os mange størrelsesordener yderligere: 10-21 at 10-26, eller selv for den mest ekstreme energy kosmiske stråler.
Med alt dette, alle disse ideer pålægge restriktioner på, hvad vi ved og kan sige. Det følger heraf, at hvis vi bounce en partikel (eller antiparticle eller foton) med en vis mængde energi med en anden partikel i hvile, de ramte partikel opfører sig på en grundlæggende punkt måde inden for vores eksperimenter, detektorer og opnåelige energi. Disse eksperimenter etablere en empirisk grænse for, hvor stort kan være tænkeligt, at de grundlæggende partikler, og tilsammen betegnes som forsøg på dybt uelastisk spredning.
Dette betyder, at disse partikler virkelig grundlæggende? Overhovedet ikke. De kan være:
- og yderligere kan deles, dvs at de kan opdeles i mindre bestanddele;
- resonans hinanden, når de tungere “fætre” af lys partikler udgør ophidset tilstand eller composite version af lungerne;
- ikke er partikler, men snarere partikler i udseende med en dybere underliggende struktur.
Disse ideer findes til overflod i scenarier som Technicolor (og disse scripts var begrænset efter opdagelsen af Higgs-partiklen, men det er muligt), men mest fremtrædende er repræsenteret i strengteori.
Der er ingen uforanderlige lov, der kræver, at den skal være lavet af partikler. Virkeligheden baseret partikel er en teoretisk idé, der understøttes af og er i overensstemmelse med eksperimenter, vores eksperimenter er begrænset i energi og de oplysninger, der kan fortælle os om de grundlæggende virkelighed. I scenarier som strengteori alle de såkaldte “fundamentale partikler” kan være noget mere end en streng vibrerende og roterende med en bestemt frekvens, der er et åbent (ikke tilsluttet med to ender) eller lukkede karakter (når de to ender er forbundet). Strenge kan der være risiko for, at danne to quantum, hvor der før var det en, eller oprette forbindelse, at skabe en quantum fra to tidligere eksisterende.
På et grundlæggende niveau, der er ikke noget krav om, at dele af vores Univers var nul-dimensional punkt partikler.
Der er mange scenarier, hvor uløste mysterier i vores Univers, såsom mørkt stof og mørk energi, ikke består af partikler, men snarere ud fra en flydende eller repræsenteret ved en ejendom på plads. Arten af rum-tid i sig selv er ukendt; det kan være fundamentalt quantum eller ikke-quantum i naturen, kan være diskret eller kontinuert.
De partikler, der er kendt for os nu, som vi anser for grundlæggende, kan have enten en begrænset, ikke-nul størrelsen i en eller flere dimensioner, eller de kan være en sand punkt, potentielt ned til Planck længde eller mindre.
Det mest vigtige ting at forstå, er, at alt, hvad vi kender i videnskab, at betingelserne. Herunder de grundlæggende karakter af partikler. Der er ikke noget ukrænkeligt, eller uforanderlige. Alle vores videnskabelige viden er kun den bedste tilnærmelse til virkeligheden, at vi har formået at bygge til dato. Teorier, der bedst beskriver vores Univers, kan forklare de observerede fænomener, til at skabe nye, kraftfulde, testbare forudsigelser, og de har ingen alternativer.
Men det betyder ikke, at der er rigtige i nogen absolut forstand. Videnskab søger altid at indsamle flere data, for at udforske nyt territorium og scenarier og revision, selv hvis der er en konflikt. Partikler, vi kender i dag synes grundlæggende, men det gør ikke garantere, at naturen vil fortsætte med at angive eksistensen af mere fundamentale partikler, hvis vi fortsætter med at dykke ned i essensen af disse partikler.
Hvad tror du, er der mere fundamentale partikler? Fortæl os i vores chat i Telegrammet.