Antieke mense het gedink ons bestaan uit vier 'elemente' – water, aarde, vuur en lug; wat ons nou weet nie elemente is nie. Tans is daar sowat 118 elemente. Alle elemente bestaan uit atome wat vroeër as ondeelbaar gedink is. Teen die vroeë twintigste eeu na JJ Thompson en Rutherford se ontdekkings, was bekend dat atome bestaan uit kerne (gemaak van protone en neutrone) in die middel en elektrone wentel rond. Teen die 1970's was dit bekend dat protone en neutrone ook nie fundamenteel is nie, maar bestaan uit 'op-kwarks' en 'af-kwarks' wat 'elektrone', 'op-kwarke' en 'af-kwarks' die drie mees fundamentele bestanddele van alles maak. in die heelal. Met die baanbrekende ontwikkelings in kwantumfisika het ons geleer dat deeltjies eintlik afgeleides is, die bondels of pakkies energie in die velde wat deeltjies impliseer, is nie fundamenteel nie. Wat fundamenteel is, is veld wat hulle onderlê. Ons kan nou sê kwantumvelde is die fundamentele boustene van alles in die heelal (insluitend gevorderde biologiese stelsels soos ons). Ons bestaan almal uit kwantumvelde. Eienskappe van deeltjies soos elektriese lading en massa is stellings oor hoe hul velde met ander velde in wisselwerking tree. Byvoorbeeld, die eienskap wat ons elektriese lading van 'n elektron noem, is 'n stelling oor hoe die elektroneveld met die elektromagnetiese veld in wisselwerking tree. En. die eienskap van sy massa is die stelling oor hoe dit met die Higgs-veld in wisselwerking tree.
Sedert die antieke tye het mense gewonder waaruit ons bestaan? Wat is die heelal bestaan uit? Wat is die fundamentele boustene van die natuur? En, wat is die basiese natuurwette wat alles in die heelal? Standaardmodel van die wetenskap is die teorie wat hierdie vrae beantwoord. Daar word gesê dat dit die suksesvolle teorie van wetenskap is wat ooit oor die afgelope eeue gebou is, een enkele teorie wat die meeste van die dinge in die heelal.
Mense het vroeg geweet dat ons uit elemente bestaan. Elke element bestaan op sy beurt uit atome. Aanvanklik is gedink dat atome ondeelbaar is. In 1897 het JJ Thompson egter elektrone ontdek deur elektriese ontlading deur katodestraalbuis. Kort daarna, in 1908, het sy opvolger Rutherford deur sy beroemde goue foelie-eksperiment bewys dat 'n atoom 'n klein positief gelaaide kern het in die middel waaromheen negatief gelaaide elektrone in sirkel. wentelbane. Daarna is gevind dat kerne uit protone en neutrone bestaan.
In die 1970's is ontdek dat neutrone en protone nie ondeelbaar is nie, dus nie fundamenteel nie, maar elke proton en neutron bestaan uit drie kleiner deeltjies genoem kwarke wat van twee tipes is - "op kwarks" en "af kwarks" (“ op-kwark” en “af-kwark” is bloot verskillende kwarks. Die terme 'op' en 'af' impliseer geen verband met rigting of tyd nie). Protone bestaan uit twee "op-kwarks" en 'n "af-kwark" terwyl 'n neutron uit twee "af-kwarks" en 'n "op-kwark" bestaan. Dus, "elektrone", "op kwarks" en "af kwarke" is drie mees fundamentele deeltjies wat boustene van alles in die heelal. Met vooruitgang in die wetenskap het hierdie begrip egter ook veranderinge ondergaan. Daar word gevind dat velde fundamenteel is en nie deeltjies nie.
Deeltjies is nie fundamenteel nie. Wat fundamenteel is, is die veld wat hulle onderlê. Ons bestaan almal uit kwantumvelde.
Soos per huidige begrip van wetenskap, alles in die heelal bestaan uit onsigbare abstrakte entiteite genoem 'velde' wat die fundamentele boustene van die natuur verteenwoordig. 'n Veld is iets wat oor versprei is heelal en neem 'n bepaalde waarde op elke punt in die ruimte wat met tyd kan verander. Dit is soos rimpelings van vloeistof wat dwarsdeur die heelal, byvoorbeeld, magnetiese en elektriese velde is versprei oor die heelal. Alhoewel ons nie elektriese of magnetiese velde kan sien nie, is hulle werklik en fisies soos blyk uit die krag wat ons voel wanneer twee magnete nader gebring word. Volgens kwantummeganika word daar gedink dat velde kontinu is, anders as energie wat altyd in sekere afsonderlike klonte opgepak word.
Kwantumveldteorie is die idee om kwantummeganika met velde te kombineer. Hiervolgens word die elektronvloeistof (nl. rimpelings van die golwe van hierdie vloeistof) in klein bondels energie gebind. Hierdie bondels energie is wat ons elektrone noem. Elektrone is dus nie fundamenteel nie. Hulle is die golwe van dieselfde onderliggende veld. Net so gee rimpelings van die twee kwarkvelde aanleiding tot "op-kwarks" en "af-kwarks". En dieselfde is waar van elke ander deeltjie in die heelal. Velde lê onder alles. Waaraan ons as deeltjies dink, is eintlik golwe van die velde wat in klein bondels energie vasgebind is. Die basiese fundamentele boustene van ons heelal is hierdie vloeistofagtige stowwe wat ons velde noem. Deeltjies is bloot afgeleides van hierdie velde. In suiwer vakuum, wanneer deeltjies heeltemal uitgehaal word, bestaan velde steeds.
Drie mees basiese kwantumvelde in die natuur is "elektron", "op kwark" en "af kwark". Daar is 'n vierde een genaamd neutrino, maar hulle vorm nie ons nie, maar speel 'n belangrike rol elders in die heelal. Neutrino's is oral, hulle stroom oral deur alles sonder om interaksie te hê.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Materievelde: Die vier basiese kwantumvelde en hul geassosieerde deeltjies (nl. "elektron", "op-kwark", "af-kwark" en "neutrino") vorm die grondgesteente van die heelal. Om onbekende redes reproduseer hierdie vier fundamentele deeltjies hulself twee keer. Elektrone reproduseer "muon" en "tau" (wat onderskeidelik 200 keer en 3000 keer swaarder as elektrone is); bo-kwarks gee aanleiding tot “vreemde kwark” en “onderste kwark”; dons-kwarks gee aanleiding tot "sjarme-kwark" en "top-kwark"; terwyl neutrino aanleiding gee tot "muon neutrino" en "tau neutrino".
Daar is dus 12 velde wat aanleiding gee tot deeltjies, noem ons dit materievelde.
Hieronder is die lys van 12 materievelde wat 12 deeltjies in die heelal.
Krag velde: Die 12 materievelde is in wisselwerking met mekaar deur vier verskillende kragte – swaartekrag, elektromagnetisme, sterk kernkragte (werk slegs op klein skaal van kern, hou kwarks bymekaar binne protone en neutrone) en swak kernkragte (werk slegs op klein skaal van kern, verantwoordelik vir radioaktiewe verval en inisieer kernfusie). Elkeen van hierdie kragte word geassosieer met 'n veld - elektromagnetiese krag word geassosieer met gluon veld, velde wat verband hou met sterk en swak kernkragte is W en Z boson veld en die veld wat verband hou met swaartekrag is ruimte-tyd self.
Hieronder is die lys van vier kragvelde wat met vier kragte geassosieer word.
| elektromagnetiese krag | gluon veld |
| Sterk en swak kernkragte | w & z boson veld |
| swaartekrag | ruimte tyd |
Die heelal is gevul met hierdie 16 velde (12 materievelde plus 4 velde wat met vier kragte geassosieer word). Hierdie velde werk op harmonieuse maniere saam. Byvoorbeeld, wanneer die elektronveld (een van die materievelde) op en af begin waai (omdat daar 'n elektron daar is), skop dit een van die ander velde af, byvoorbeeld elektromagnetiese veld wat op sy beurt ossilleer en rimpel ook. Daar sal lig wees wat uitgestraal word sodat dit 'n bietjie sal ossilleer. Op 'n stadium sal dit begin in wisselwerking met die kwarkveld, wat op sy beurt sal ossilleer en rimpel. Die laaste prentjie waarmee ons eindig, is die harmonieuse dans tussen al hierdie velde wat mekaar inmekaar steek.
Higgs veld
In 1960's is een ander veld deur Peter Higgs voorspel. Teen die 1970's het dit 'n integrale deel geword van ons begrip oor die heelal. Maar daar was geen eksperimentele bewyse nie (wat beteken dat as ons Higgs-veld laat rimpel, moet ons geassosieerde deeltjie sien) tot 2012 toe CERN-navorsers by LHC sy ontdekking gerapporteer het. Die deeltjie het presies opgetree soos deur die model voorspel. Die Higgs-deeltjie het 'n baie kort lewe, van ongeveer 10-22 sekondes.
Dit was die finale bousteen van die heelal. Hierdie ontdekking was belangrik omdat hierdie veld verantwoordelik is vir wat ons massa noem in die heelal.
Eienskappe van deeltjies (soos elektriese lading en massa) is stellings oor hoe hul velde met ander velde in wisselwerking tree.
Dit is die interaksie van die velde wat in die heelal wat aanleiding gee tot eienskappe soos massa, lading ens. van verskillende deeltjies wat deur ons ervaar word. Byvoorbeeld, die eienskap wat ons elektriese lading van 'n elektron noem, is 'n stelling oor hoe die elektroneveld met die elektromagnetiese veld in wisselwerking tree. Net so is die eienskap van sy massa die stelling oor hoe dit met die Higgs-veld in wisselwerking tree.
'n Begrip van Higgs-veld was regtig nodig sodat ons die betekenis van massa in die heelal. Ontdekking van Higgs se veld was ook bevestiging van die Standaardmodel wat sedert 1970's in plek was.
Kwantumvelde en partikelfisika is dinamiese studierigtings. Sedert die ontdekking van Higgs se veld het verskeie ontwikkelings plaasgevind wat betrekking het op die Standard-model. Die soeke na antwoorde vir die beperkings van die Standard-model duur voort.
***
Bronne:
The Royal Institution 2017. Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe – met David Tong. Aanlyn beskikbaar by https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
