goldin-novikova-vvedenie-v-kvantovuyu-fiziku-2002 (810754), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Обратимся теперь к С-преобразованиям. При С-преобразованиях протоны заменяются на антипротоны, электроны на позитроны и т.д. Как выглядят физические законы в этом новом мире? Никакие законы классической физики при таком переходе не меняются. Гравитация притягивает все предметы без исключения, одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются и в том случае, когда речь идет об антипротонах и позитронах, а не о протонах и электронах. Ничто не меняется и в законах сильного взаимодействия. Мы могли бы быть построены нс из частиц, а из античастиц и спокойно пить «античай» на «антибалконе» (если бы, конечно, весь окружающий нас мир тоже испытал С-преобразование, т. к.
иначе возникла оы аннигиляция!). Всегда ли это так? Гели бы законы физики исчерпывались перечисленными взаимодействиями, это было бы так. Л на свмом деле? Мы еще не готовы ответить на этот вопрос. Во всяком случае, если говорить о слабом взаимодействии, роль которого сразу после Большого взрыва, после «б)д Ьапп»'а, при котором возникла наша Вселенная, была отнюдь не мала, то, как мы скоро увидим, это не так...
Т-преобразование — это обращение времени. До последнего времени все были убеждены, что если изменить знак времени, то все физические законы останутся без изменения. В уравнение Ньютона входят 888. Симмяп ни в еизикь вторые, а не первые производные координат по времени.
При изменении знака времени уравнение не меняется. Не изменяет своего вида уравнение Шредингера и т.д. Если направить столкнувшиеся шары или частицы, которые разлетелись после соударения, в обратную сторону, то вся картина рассеяния повторится в обратном порядке. При изменении знака времени все ядерные процессы пойдут в обратном направлении, пройдут через те же стадии и приведут к состояниям, которые раньше были начальными (только скорости изменят свое направление, как это н должно происходить с первыми производными по времени).
Так что классическая физика и физика сильных взаимодействий к Т-преобразовзнию нечувствительны. До 50-х годов 20-го столетия физики были убеждены в том, что нечувствительность к Оъ Р- и Т-преобразованиям, или Съ Р- и Т-симметрия, является одним из основных законов природы, так же, как, например, законы сохранения энергии и импульса.
Говоря современным языком, предполагалось, что все законы физики должны сохранять С-, Р- и Т-четности. Этим требованиям должны были удовлетворять и все предлагавшиеся новые теории. Оказалось, однако, что при слабых взаимодействиях ни одно из этих утверждений несправедливо.
Объясним, как это было показано. В 195б-57 годах было обнаружено, что рождаюцгиеся при 3- распаде электроны продольно поляризованы. Это означает, что их спин направлен не как угодно, а преимушественно параллельно направлению их движения (точнее — противоположно этому направлению). Или, как еще говорят, электроны нри 3 -распаде имеют преимушественно «левую поляризацию».
Слово «преимущественно» мы использовали потому, что степень поляризации электронов равна не единице, а ю,Гс, где и— скорость электронов, а с, как всегда, — скорость света. Не следует думать, что электроны всегда имеют левую поляризацию. Они могут иметь любую поляризацию или не иметь ее вовсе. Мы говорим здесь об электронах, рождающихся при 3 -распаде, и только о них. Посмотрим, как процесс 3 -распада выглядит в зеркале. (Напомним, что либо зеркал должно быть три, либо — если зеркало одно— его направление должно быть правильно выбрано.) Скорость, как всякий вектор, при отражении изменит знак, а спин, т.
е. момент импульса, свой знак сохранит. При наблюдении в зеркале мы увидим, что рождаюшиеся при 3"-распаде электроны, преимушественно имеют не левую, а правую поляризацию. Явление, наблюдаемое в зеркале, отличается от исходного. Иначе говоря, при 3 -распаде Р-четность не сохраняется. Здесь следует подчеркнуть, что 3 -распад происходит под действием сил слабого взаимодействия. Итак, и р и слабом взаимодействии Рсимметрия нарушается. ГЛАВА 16 Продолжим рассмотрение Д-распада.
Обратимся к,д"-распаду. В таких же опытах было обнаружено, что рождающиеся при 3+-распаде позитроны преимущественно «право поляризованы». Значит, переход от электронов к позитронам, т.е. С-преобразование — влечет за собой изменение левой поляризации на правую, т.е. при »3-распаде и С-четность не сохраняется. С л абое в за и моде й с т вне н а ру ш ае т, как Р- , так и С-четность. В течение некоторого времени сохранялось убеждение (Л.Д.Ландау), что при слабом взаимодействии сохраняется СР-четпостгч т.е.
что слабое взаимодействие не приводит к изменениям, если С- и Р- преобразования произвести одновременно. Оказалось, что и это не так. Это было доказано при изучении распада Кв-мезонов. Мы не будем рассматривать этот вопрос подробнее. В настоящее время господствует убеждение, что законы природы инвариантны только по отношению к СРТ-преобразованиям, иначе говоря, к одновременному применению всех трех преобразований. Это утверждение даже получило название «СРТ вЂ” теоремы». СРТ-и нвариантность лежит в основе всех существующих т е о р и й. Здесь следует заметить, что СРТ-инвариантность достаточна для того, чтобы были равны массы и электрические заряды (с точностью до знака) частиц и античастиц.
Конечно, и это утверждение должно быть экспериментально проверено. Проще всего это сделать, проверяя, действительно ли частицы и античастицы имеют одинаковые массы. Для такой проверки нельзя сравнивать массы протона и антипротона, потому что соответствующие измерения приходится производить в совершенно разных опытах: что хорошо для стабильного протона, не годится для антипротона. Нельзя производить эти опыты и с электронами и позитронами. Такие опыты сейчас производятся на К+ и К -~астицах.
Различие масс этих частиц пока не обнаружено, Следует надеяться, ~то его и нет. Однако, необходимая точность в этих опытах пока не достигнута. ф 87. Элементарные частицы и космос Теория элементарных частиц позволяет пролить свет на происхождение и динамику Вселенной в первые минуты ее существования. Эта динамика во многом определила сегодняшнее состояние и свойства мира.
Вселенная — иаш дом. Наша планета Земля — это одна из планет, вращающихся вокруг «нашей» звезды — Солнца. Солнечная система сравнительно невелика. Расстояние Земли от Солнца составляет всего 8 световых минут. Световая минута это расстояние, которое свет проходит в течение 1 минуты. Как нетрудно найти, зто расстояние рав- $8? Элвмпнтхяныв члстицы и космос 455 но 3 10вим/с 8 60 с = 1,4 10з км.
(3 10в км/с — это скорость света в пустоте). Для измерений в космосе эта единица слишком мала, и расстояния принято измерять в световых годах — в расстояниях, которые проходит свет в течение года. Легко найти, что ! световому году соответствует расстояние равное 9,5 10'з км. В астрономии используется и другая единица изчереиия расстояний — парсек. ! парсек = 3,3 св года. Солнце — это одна из звезд, составляющих нашу галактику.
Чтобы отличать «нашу» галактику ото всех других, ее пишут с большой буквы: Галактика. Галактику раньше называли «Млечным путем» (это название употребляется и сейчас). Галактика представляет собой диск диаметром 80000 св. лет и толщиной 6000 св. лет. В состав Галактики входят 10'! звезд.
Вокруг нее расположен ореол диаметром 100000 св. лет. Солнечная система вращается вместе с Галактикой. Галактика имеет спиральные «рукава». Солнечная система расположена в начале одного из них на расстоянии 30000 св. лет от центра вращения. Вселенная содержит огромное количество галактик. Среди светящихся объектов, которые мы наблюдаем, имеются «взрывающиеся» звезды. Каждая из них испускает кратковременно больше света, чем целая галактика. В состав Вселенной входит также несветящаяся материя. По оценкам в ней сосредоточено 90% массы Вселенной. Заметную часть этой материи, повидимому, составляют нейтрино. В состав Вселенной входят также «черные дыры», Их массы так велики, что они втягивают обратно все световые кванты, которые были бы испущены объектами меньшей массы.
Об их существовании мы знаем потому, что они отклоняют «к себе» пролетающий мимо свет, испускаемый другими телами, и поглощают свет, падающий на них. Галактики разлетаются друг от друга с огромной скоростью, так что плотность вещества во Вселенной уменьшается. Нередко вместо этого говорят, что размеры Вселенной увеличиваются. Неизвестно, имеет ли смысл это утверждение, потому что мы не знаем, конечна Вселенная или бесконечна. Утверждение об увеличении размеров имеет смысл только в первом случае, Однако, поскольку говорить так проще, мы тоже будем пользоваться этим утверждением.
Эксперименталъные методы. Дальнейшие рассуждения будут основаны на том, что галактики разлетаются, и на законе Хаббла — на связи между удалением галактик и скоростью их удаления. Этот закон был получен Хабблом в результате сопоставления экспериментальных данных. Познакомимся с тем, как они получаются. Надежнее всего измеряется скорость удаления звезд <и галактик). Для ее измерения используется доплеровское смещение спектральных 456 ГЛАВА 16 линий. Пусть светящийся объект удаляется от неподвижного наблюдателя.
Посмотрим на гребешки световых волн. Вследствие удаления каждый следующий гребешок испускается с несколько большего расстояния. На «дорогу» ему потребуется немного больше времени, и он запоздает относительно предыдущего гребешка на несколько большее время, чем для наблюдателя, движущегося вместе с источником света. 11озтому время, которое разделяет гребешки, у неподвижного наблюдателя 1у нас с вами) окажется увеличенным. Измеренная нами длина волны тоже окажется увеличенной 1зто явление названо «красным смещениемь), а частота света уменьшенной. И наоборот: наблюдатель, к которому источник света приближается, обнаружит увеличение частоты света.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
