Вакуумът ще бъде претеглен - в - колайдер, Телеграф, Около света

Най-мощният ускорител на елементарни частици на нашето време ще тества интуицията на древните гърци

Един в много

Първите гръцки философи са вярвали в съществуването на материален принцип (архе), от който се ражда всичко съществуващо. И ако някои от тях - като Талес или Хераклит - намалиха цялото разнообразие на света около тях (и нас) до някакъв съществуващ елемент: или вода, или огън, или въздух, или земя, то други - например Анаксимандър - предложиха в това качество чувствено невъзприемаеми същности - например апейрон. Подобна идея (за универсалното единство на света) обаче не винаги е била подкрепяна от интелектуалния елит на човешката цивилизация. По-специално, Аристотел съвсем ясно разделя света на земния свят, който според него се състои от горните елементи, и небесния свят (космос), който според него се състои от специална космическа субстанция - етер.

Науката на новото време е родена от критиката на аристотелизма. Както в писанията на Джордано Бруно (Giordano Bruno, 1548–1600), така и в трактатите, написани малко по-късно от Бенедикт Спиноза (Benedictus de Spinoza, 1632–1677), в една или друга степен се говори за една единствена субстанция за всичко и всеки, проявяваща се в разнообразието на материалния свят около нас, въпреки факта, че последният е представен от различни частици че се състои от. Утвърждаването на класическия атомизъм поради откриването на периодичния закон в края на 19 век може да се счита за триумфално отмъщение на аристотелизма - само че не е имало четири елемента, както е при Аристотел, а сто и четири. Според тази теория основата на всяко химично вещество са молекулите - неговите първични "градивни елементи", състоящи се от атоми - неделими частици, чието име, порадисходството на функциите, учените от 19 век са заимствали от древните атомисти - Демокрит, Левкип и Епикур. Разнообразието от химични свойства на материята се обяснява с разнообразието от атоми и техните комбинации.

Екзотичната форма на материята, електромагнитното поле, не се вписваше в тази обща картина. Хипотезата за съществуването му е изразена от Майкъл Фарадей (Michael Faraday, 1791-1867) и Джеймс Максуел (James Clerk Maxwell, 1831-1879). Конкретен вид от това поле беше светлината, която е електромагнитна вълна. Тази вълна беше аналогична на обикновена механична вълна, а средата, в която се разпространяваше тази вълна, беше аналогична на непрекъсната механична среда. Тъй като електромагнитните вълни (в частност радиовълните) се разпространяват навсякъде и практически без ограничения, тази непрекъсната, механично подобна среда трябва да е запълнила абсолютно цялото пространство. По аналогия с етера на Аристотел той се нарича етер.

Така до края на 19 век идеята за универсалността и единството на света е принудена да „отстъпи“ под „натиска“, както изглеждаше тогава, на упорити и неопровержими факти. Разнообразието от атоми и "присъствието" на етера не се вписват в концепцията за "единните принципи". Едва няколко десетилетия по-късно вътрешната структура на атома е открита и ситуацията се променя радикално. Стана ясно, че атомът се състои от по-прости от него частици, които отново получиха името „елементарни“. В същото време стана ясно, че етерът като универсална среда не съществува и че светлината не е вълна, а поток от частици, способен да проявява вълнови свойства (по-специално да се огъва около препятствия по пътя си). Идеята за поле и идеята за частица се сляха помежду си и идеята за систематизиране на „елементите“, описвайки ги с един принцип, придоби втори вятър.

Нашите стандарти

Съвременната версия на "теорията на елементите" на днешните физици се нарича "стандартен модел" на елементарните частици. Той до голяма степен включва всички постижения на миналия век по отношение на първоначалните принципи на структурата на материята, въпреки че има редица хипотези, които не са включени в стандартния модел. Същността на тази теория е следната.

Основните частици на материята (които се наричат фермиони) се разпознават в Стандартния модел като два класа: лептони и кварки. Всеки от класовете е "набор" от шест частици. Най-известните от лептоните са електронът, открит в самото начало на 20 век, и неговата античастица, позитронът. В допълнение, лептоните са три вида неутрино, въпросът за наличието на маса в които се обсъжда от около две десетилетия, както и положителни и отрицателни тау и мю лептони. В този случай неутриното са електрически неутрални частици, а зарядите на положителните и отрицателните тау и мю лептони са равни съответно на зарядите на позитрона и електрона.

Кварките също са представени от шест вида, като всеки от тях може да бъде в три специфични състояния, наречени "цвят". Кварките u, c, t имат положителен електрически заряд, равен на 2/3 от заряда на позитрона, а кварките d, s, b имат отрицателен заряд, равен на 1/3 от заряда на електрона. Самите кварки не съществуват в свободно състояние, те винаги са "свързани" в частиците, които образуват. Най-„значимите“ частици, образувани от кварките, са нуклоните (протони и неутрони) – частиците, които изграждат атомните ядра.

Тези "основни" частици също трябва да взаимодействат помежду си и за това обменят полеви частици. Съвременната физика разграничава четири вида полета и всяко има своя собствена частица носител. Силно (вътреядрено) поле има глуонна частица,слабият (отговорен за радиоактивния разпад) е вионът (W, Z бозони), добре познатият електромагнитен има добре познатия фотон, а гравитационният има гравитон. Глуонът и бозоните W и Z са открити експериментално, докато гравитонът е хипотетична частица.

От всичките четири фундаментални взаимодействия, слабото беше последното, което беше открито, именно поради своята слабост. Това се случи през първата половина на 20 век. Но едва към края на този век имаше надежда за взаимодействие за обединяване. През 60-те години Глашоу (Шелдън Лий Глашоу, р. 1932 г.), Салам (Абдус Салам, 1926–1996 г.) и Уайнбърг (Стивън Уайнбърг, р. 1933 г.) изграждат теорията за електрослабото взаимодействие, за което получават Нобелова награда по физика през 1979 г. През 1983 г. експериментално са открити W и Z бозони – носители на електрослабото взаимодействие и така теорията за електрослабото взаимодействие получава емпирична обосновка.

В Стандартния модел към тях се добавя силно взаимодействие, но все още е невъзможно да се провери неговата валидност в това: носителите на това комбинирано взаимодействие все още не са открити - и следователно те все още се считат за хипотетични частици.

Как да добавим гравитация към стандартния модел все още не е ясно дори теоретично, поради липсата на квантова теория за гравитацията. В общата теория на относителността гравитацията се въвежда като геометрично свойство на пространството, което го отличава от всички други негеометрични полета. Известен теоретичен пробив е вероятно с развитието на теорията на струните и М-теорията, но сега тези теории са все още много далеч от окончателната формулировка. И при всички случаи проблемите с емпиричната проверка на тези теории ще останат.

Комбинирани взаимодействия

Комбинирани носители на взаимодействие

Маса на покой на носителите на взаимодействие