Vad som finns i universum på den mest grundläggande nivån? Finns det en minsta möjliga tegel eller uppsättning av tegel från vilken du kan bygga bokstavligen allt i vårt Universum som inte kan delas i något mindre? På denna fråga vetenskap har en hel del intressanta svar, men som inte riktigt final och final. Eftersom det i fysik så finns det alltid utrymme för osäkerhet, särskilt när det kommer till vad vi hittar på i framtiden.
Om du vill veta vad som finns i universum, var skulle du börja? För tusentals år sedan, fantasi och logik var de bästa verktyg som finns för människan. Vi visste om saken, men hade ingen aning om vad det är. Det antogs att det finns flera grundläggande ingredienser som du kan kombinera och kombinera olika sätt, i olika miljöer för att skapa alla ting.
Vi kunde visa experimentellt att fråga, det kan vara fast, flytande eller gas, upptar utrymmet. Vi kunde visa att det har en massa. Vi kan slå ihop det i stora mängder, eller att bryta upp dem i mindre avsnitt. Och bryta ned frågan och att få tillgång till de allra minsta beståndsdelar, som kommer att visa hur “grundläggande” det kan vara, detta är lite olika. Detta kunde vi inte.
Vissa ansåg att frågan kan bestå av olika delar såsom eld, jord, luft och vatten. Andra trodde att det bara finns en grundläggande komponent i verkligheten är monaden som allt annat vänder sig om och går. Andra, såsom pythagoreerna, trodde att det skulle vara en geometrisk matematiska struktur, om regler för verkligheten, samt Montering av dessa strukturer har lett till framväxten av det kända Universum.
Tanken att en verkligt grundläggande partikel existerar, men går tillbaka till Orderscom Demokritos, som levde för 2 400 år sedan. Även om det bara var en idé som Han tror att all materia består av odelbara partiklar, som han kallade atomer (“ἄτομος” på grekiska betyder “odelbar”). Atomer, enligt hans mening, är sammanslagna i bakgrunden av den tomma rymden. Även om hans idéer innehöll många andra konstiga detaljer, begreppet grundläggande partiklar var fast och vänster.
Ta ett stycke tyg som du vill ha, och försöker att skära. Sedan bryta det i ännu mindre bitar. Varje gång du gör det, eller missbruk och / eller missbruk, men tanken på att skära av meningen: nästa lager kommer att vara tjockare än din “kniv”. Makroskopiska objekt blivit mikroskopiska, komplexa föreningar blir enkla molekyler; – molekylerna blir atomer, atomerna blir elektroner och atomkärnan; atomkärnan bli protoner och neutroner, som i sig är uppdelad i kvarkar och gluoner.
På minsta möjliga nivå vi kan ta allt vi vet, grundläggande, odelbara, partikel-som objekt: kvarkar, leptoner och bosoner av Standard modell.
Som för fysiska kvantiteter, de är definierade av kvantfysikens regler på ett sätt. Varje quantum i Universum — struktur med noll energi kan beskrivas som innehåller en viss mängd energi. Eftersom allt som existerar kan beskrivas som en partikel och en våg, kan du ställa in begränsningar och gränser för den fysiska storlekar för alla dessa fotoner.
Medan molekylerna kan väl beskriva verkligheten på nanometerskala (10-9 meter), och atomerna helt beskriva verkligheten av omfattningen av Ångström (10-10 meter), atomkärnan är ännu mindre, och enskilda protoner och neutroner gå i omfattningen av en femtometer (10-15 m). Partiklar i standardmodellen och mindre. De energier som vi kunde testa, kan vi med säkerhet säga att alla kända partiklar är pointlike och strukturellt gratis att 10-19 meter.
Det bästa av vår experimentell kunskap gör det möjligt för oss att namnge dessa grundläggande partiklar i naturen. Partiklar och antipartiklarna, och bosoner av Standard modell är grundläggande experimentella och teoretiska perspektiv. Och ju högre energi av partiklar, tydligare struktur i verkligheten.
Large hadron Collider tillåter oss att begränsa tillämpningsområdet för den grundläggande partiklar på det sättet, men colliders i framtiden, eller är extremt känsliga experiment från kosmisk strålning kan ge oss många storleksordningar ytterligare: till 10-21 att 10-26, eller ens för den mest extrema energi kosmisk strålning.
Med allt detta, dessa idéer införa restriktioner på vad vi vet och kan säga. Det följer att om vi studsa en partikel (eller antipartikel eller foton) med en viss mängd energi med en annan partikel i vila, påverkas partikel kommer att bete sig i grunden punkt sätt i våra experiment, detektorer och möjliga energi. Dessa experiment upprätta en empirisk gräns för hur stort det kan vara tänkbart grundläggande partiklar, och som kollektivt kallas experiment på djupt oelastisk spridning.
Detta betyder att dessa partiklar riktigt grundläggande? Inte på alla. De kan vara:
- och ytterligare delbar, dvs de kan delas upp i mindre delar.
- resonans med varandra när det tyngre “kusiner” lätta partiklar utgör exciterat tillstånd eller komposit version av lungorna;
- inte partiklar, utan snarare partiklar i utseende med en djupare underliggande struktur.
Dessa idéer finns i överflöd i scenarier som Technicolor (och dessa skript var begränsad efter upptäckten av Higgsbosonen, men det är möjligt), men mest framträdande är representerade i string-teorin.
Det är ingen oföränderlig lag som kräver att det ska vara gjort av partiklar. Verklighetsbaserad partikel är en teoretisk idé som stöds av och är förenlig med experiment, våra experiment har begränsad energi och den information som kan berätta för oss om de grundläggande verkligheten. I scenarier som strängteorin alla så kallade “grundläggande partiklar” kan vara något mer än en sträng vibrerar eller roterar med en viss frekvens, med en öppen (inte ansluten med två ändar) eller slutna karaktär (när två ändar är länkade). Strängar kan klyvas, bildar två quantum där innan var det en, eller ansluta skapa en quantum från två tidigare befintliga.
På en grundläggande nivå finns det inget krav på att delar av vårt Universum var noll-dimensionella punkt partiklar.
Det finns många scenarion där olösta mysterier i vårt Universum som mörk materia och mörk energi, består inte av partiklar, utan snarare från en vätska eller företrädd av en fastighet i rymden. Typ av rum-tiden i sig är okänt; det kan vara i grunden quantum eller icke-quantum i naturen, kan vara diskret eller kontinuerlig.
Partiklarna, som är kända för oss nu, som vi anser vara grundläggande, kan ha antingen en begränsad, icke-noll storleken i en eller flera dimensioner, eller de kan vara en sann punkt, potentiellt ner till Planck längd eller mindre.
Det viktigaste att förstå är att allt vi vet i vetenskapen, att villkor. Inklusive den grundläggande karaktären av partiklar. Det är inget okränkbara eller oföränderligt. Alla av vår vetenskapliga kunskap är bara den bästa approximation till verkligheten att vi har lyckats bygga hittills. Teorier som bäst beskriver vårt Universum, kan förklara alla de observerade fenomen, att skapa nya, kraftfulla, testbara förutsägelser och har inga alternativ.
Men detta innebär inte att det är rätt i någon absolut mening. Vetenskap alltid syftar till att samla in mer data, för att utforska nya områden och scenarier och granska dig själv om det är en konflikt. Partiklar som är kända för oss idag verkar de grundläggande, men det garanterar inte att naturen kommer att fortsätta att indikera förekomsten av mer grundläggande partiklar, om vi fortsätter att dyka in i kärnan av dessa partiklar.
Vad tycker du, är det mer grundläggande partiklar? Berätta för oss i vår chatt i Telegram.