Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на

Парадоксы Вселенной: масса продолжает удивлять физиков

© Иллюстрация РИА Новости . NASAМасса меняет структуру пространства-времени
Масса меняет структуру пространства-времени

МОСКВА, 23 июн — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Масса — одно из основополагающих и в то же время загадочных понятий в науке. В мире элементарных частиц ее не отделить от энергии. Она ненулевая даже у нейтрино, а большая ее часть находится в невидимой части Вселенной. РИА Новости рассказывает, что известно физикам о массе и какие с ней связаны тайны.

Так художник представил себе протон и кварки внутри него
Физики нашли внутри протонов самую плотную форму материи во Вселенной

Относительно и элементарно

В пригороде Парижа в штаб-квартире Международного бюро мер и весов хранится цилиндр из сплава платины и иридия массой ровно один килограмм. Это эталон для всего мира. Массу можно выразить через объем и плотность и считать, что она служит мерой количества вещества в теле. Но физиков, изучающих микромир, столь простое объяснение не устраивает.

Представьте, что нужно подвинуть этот цилиндр. Его высота не превышает и четырех сантиметров, тем не менее придется приложить заметное усилие. Еще больше усилий потребуется, чтобы сдвинуть, к примеру, холодильник. Необходимость прикладывать силу физики объясняют инерцией тел, а массу рассматривают как коэффициент, связывающий силу и возникающее ускорение (F = ma).

Масса служит мерой не только движения, но и гравитации, заставляющей тела притягивать друг друга (F = GMm/R2). Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз.

Гравитация не менее загадочна, чем масса. Предположение о том, что при движении некоторые очень массивные тела могут излучать гравитационные волны, экспериментально подтвердили только в 2015 году на детекторе LIGO. Через два года это открытие удостоилось Нобелевской премии.

Так художник представил себе гравитационную обсерваторию LISA и сверхмассивную черную дыру
Гравитация: почему слияния черных дыр не помогут найти новые измерения

Согласно принципу эквивалентности, предложенному Галилеем и уточненному Эйнштейном, гравитационная и инерционная массы равны. Из этого следует, что массивные объекты способны искривлять пространство-время. Звезды и планеты создают вокруг себя гравитационные воронки, в которых крутятся естественные и искусственные спутники, пока не упадут на поверхность.

© Иллюстрация РИА Новости . Алина ПолянинаКварк взаимодействует с полем Хиггса
Кварк взаимодействует с полем Хиггса

Откуда берется масса

Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона и кирпичиков мироздания — кварков — масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю. Вселенная без массы представляла бы собой хаос из квантов различных излучений, носящихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет.

Квадрупольный сверхпроводящий магнит, один из компонентов новой версии БАК
ЦЕРН начал постройку обновленной версии Большого адронного коллайдера

Но откуда у частиц берется масса?

"При создании Стандартной модели в физике частиц — теории, которая описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех элементарных частиц, возникли большие трудности. Модель содержала неустранимые расходимости, обусловленные наличием у частиц ненулевых масс", — рассказывает РИА Новости Александр Студеникин, доктор наук, профессор кафедры теоретической физики физфака МГУ имени М. В. Ломоносова.

Решение нашли европейские ученые в середине 1960-х, предположив, что в природе существует еще одно поле — скалярное. Оно пронизывает всю Вселенную, но его влияние заметно только на микроуровне. Частицы словно увязают в нем и таким образом приобретают массу.

Таинственное скалярное поле назвали в честь британского физика Питера Хиггса — одного из основателей Стандартной модели. Его имя носит и бозон — возникающая в поле Хиггса массивная частица. Ее обнаружили в 2012 году в экспериментах на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе. Через год Хиггсу вместе с Франсуа Энглером присудили Нобелевскую премию.

Земля и Анти-Земля
Загадки Вселенной: почему антиматерия еще не уничтожила наш мир

Охота за призраками

Частицу-призрак — нейтрино — тоже пришлось признать массивной. Это связано с наблюдениями потоков нейтрино от Солнца и космических лучей, которые долго не удавалось объяснить. Оказалось, что частица способна во время движения превращаться в другие состояния, или осциллировать, как говорят физики. Без массы это невозможно.

"Электронные нейтрино, рождающиеся, например, в недрах Солнца, в строгом смысле нельзя считать элементарными частицами, так как их масса не имеет определенного значения. Но в движении каждое из них может рассматриваться как суперпозиция элементарных частиц (тоже именуемых нейтрино) с массами m1, m2, m3. Из-за различия в скорости массовых нейтрино в детекторе регистрируются не только электронные нейтрино, но и нейтрино других типов, например мюонные и тау-нейтрино. Это следствие смешивания и осцилляций, предсказанных в 1957 году Бруно Максимовичем Понтекорво", — поясняет профессор Студеникин.

Солнечные нейтрино пронзают Землю и ее обитателей
Нейтринная "санта-барбара": что известно о личной жизни частиц-призраков

Установлено, что масса нейтрино не может превышать две десятые электронвольта. Но точное значение пока неизвестно. Этим ученые занимаются в эксперименте KATRIN в Технологическом институте Карлсруэ (Германия), запущенном 11 июня. 

"Вопрос о величине и природе массы нейтрино — один из главных. Его решение послужит основой для дальнейшего развития наших представлений о структуре", — заключает профессор.

Казалось бы, о массе в принципе все известно, осталось уточнить нюансы. Но это не так. Физики подсчитали, что материя, которая поддается нашему наблюдению, занимает всего пять процентов массы вещества во Вселенной. Остальное — гипотетические темные материя и энергия, которые ничего не излучают и потому не регистрируются. Из каких частиц состоят эти неведомые части мироздания, какова их структура, как они взаимодействуют с нашим миром? Это предстоит выяснить следующим поколениям ученых.

Оценить 184
Лучшие комментарии
ВМВадим Монахов23 июня 2018, 11:34
В статье даётся попытка изложить сложные вещи настолько просто, что они воспринимаются как шарлатанство. Идёт рассказ о неком "поле, пронизывающем всю Вселенную", вместо рассказа о спонтанном нарушении симметрии, которое происходит благодаря наличию бозона Хиггса, и появлению благодаря этому безмассовых фотонов и массивных промежуточных W и Z бозонов. И что сначала была теория с бозоном Хиггса, а потом экспериментально обнаружили W и Z бозоны, а недавно и сам бозон Хиггса. Про фотоны и так все знают.
И что до сих пор непонятно, почему массы фермионов (кварков, электронов, нейтрино) ненулевые, и что они не имеют отношения к бозону Хиггса. И что физикам во многом до сих пор непонятно, что такое масса (гравитационный заряд) и как она возникает, так как это связано с пониманием природы пространства-времени. А квантовая теория гравитации, которая должна дать объяснение, пока не построена, и её построение сталкивается с огромными сложностями.
Хм..., ну и название статьи... "Удивле́ние — когнитивная эмоция, возникающая при возникновении неожиданной ситуации. Адекватная реакция на отклонение от нормы." И это про физиков то?? То есть получается так - они знают всё про массу, но продолжают удивляться её разнообразным свойствам? В прочем оно понятно - гуманитариям (как автор) не понять физиков ))) Хотя сама статья написана доступным для понимая простым языком, хотя не берусь судить за нынешнее поколение - Бог его знает КАКУЮ физику сейчас в школах преподают...
Рекомендуем
РИА
Новости
Лента
новостей
Чтобы участвовать в дискуссии
авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
loader
Чаты
Заголовок открываемого материала