Watu wa kale walifikiri kwamba tumeundwa na 'vipengele' vinne - maji, ardhi, moto na hewa; ambayo sasa tunajua sio vipengele. Hivi sasa, kuna baadhi ya vipengele 118. Vipengele vyote vimeundwa na atomi ambazo hapo awali zilifikiriwa kuwa hazigawanyiki. Mwanzoni mwa karne ya ishirini kufuatia uvumbuzi wa JJ Thompson na Rutherford, atomi zilijulikana kuwa na nuclei (iliyoundwa na protoni na neutroni) katikati na elektroni. kuzunguka karibu. Kufikia miaka ya 1970, ilijulikana kuwa protoni na nyutroni sio msingi pia lakini zinaundwa na 'up quarks' na 'down quarks' hivyo kufanya 'electrons', 'up quarks' na 'down quarks' kuwa vipengele vitatu vya msingi vya kila kitu. ndani ya ulimwengu. Pamoja na maendeleo makubwa katika fizikia ya quantum, tulijifunza kwamba chembe ni derivatives, vifurushi au pakiti za nishati katika nyanja zinazoashiria chembe sio msingi. Kilicho cha msingi ni uwanja ambao msingi wao. Sasa tunaweza kusema sehemu za quantum ndio msingi wa ujenzi wa kila kitu kwenye ulimwengu (ikijumuisha mifumo ya hali ya juu ya kibaolojia kama sisi). Sisi sote tumeundwa na uwanja wa quantum. Sifa za chembe kama vile chaji ya umeme na wingi, ni taarifa kuhusu jinsi sehemu zao zinavyoingiliana na nyanja zingine. Kwa mfano, sifa tunayoita chaji ya umeme ya elektroni ni taarifa kuhusu jinsi uwanja wa elektroni unavyoingiliana na uwanja wa sumakuumeme. Na. mali ya wingi wake ni taarifa kuhusu jinsi inavyoingiliana na uwanja wa Higgs.
Tangu nyakati za zamani, watu wamejiuliza tumeundwa na nini? Ni nini ulimwengu imeundwa na? Je, ni vitu gani vya msingi vya ujenzi wa asili? Na, ni sheria gani za msingi za asili zinazoongoza kila kitu katika ulimwengu? Mfano wa kawaida ya sayansi ni nadharia inayojibu maswali haya. Hii inasemekana kuwa nadharia ya mafanikio ya sayansi iliyowahi kujengwa katika karne zilizopita, nadharia moja ambayo inaelezea mambo mengi katika ulimwengu.
Watu walijua mapema kwamba tumeundwa na vipengele. Kila kipengele, kwa upande wake, kinaundwa na atomi. Hapo awali, ilifikiriwa kuwa atomi hazigawanyiki. Hata hivyo, mwaka wa 1897 JJ Thompson aligundua elektroni kwa kutumia kutokwa kwa umeme kupitia tube ya cathode ray. Muda mfupi baadaye, mnamo 1908, mrithi wake Rutherford alithibitisha kupitia jaribio lake maarufu la karatasi ya dhahabu kwamba atomi ina kiini kidogo chenye chaji chanya katikati ambayo huzunguka duara la elektroni. njia. Baadaye, iligundulika kuwa viini vinaundwa na protoni na neutroni.
Mnamo miaka ya 1970, iligunduliwa kuwa neutroni na protoni hazigawanyiki kwa hivyo sio msingi, lakini kila protoni na neutroni zinaundwa na chembe tatu ndogo zinazoitwa quarks ambazo ni za aina mbili - "up quarks'' na "down quarks'' (“ up quark” na “down quark” ni maneno tofauti tu maneno 'juu' na 'chini' hayamaanishi uhusiano wowote na mwelekeo au wakati). Protoni zinaundwa na "up quarks'' mbili na "down quark'' wakati neutron inaundwa na "down quarks"'' mbili na "up quark''. Kwa hivyo, "electrons", "up quarks" na "down quarks" ni chembe tatu za msingi ambazo ni matofali ya ujenzi wa kila kitu katika ulimwengu. Hata hivyo, pamoja na maendeleo katika sayansi, ufahamu huu pia umeona mabadiliko. Mashamba yanapatikana kuwa ya msingi na sio chembe.
Chembe sio msingi. Kilicho cha msingi ni uwanja unaowasimamia. Sisi sote tumeundwa na uwanja wa quantum.
Kama kwa uelewa wa sasa wa sayansi, kila kitu katika ulimwengu inaundwa na vyombo vya dhahania visivyoonekana vinavyoitwa 'mashamba' ambayo yanawakilisha msingi wa vijenzi vya asili. Shamba ni kitu ambacho kimeenezwa kote ulimwengu na huchukua thamani fulani katika kila nukta katika nafasi ambayo inaweza kubadilika kulingana na wakati. Ni kama mawimbi ya maji yanayozunguka kote ulimwengu, kwa mfano, mashamba ya sumaku na umeme yanaenea kote ulimwengu. Ingawa hatuwezi kuona nyuga za umeme au sumaku, ni halisi na za kimwili kama inavyothibitishwa na nguvu tunayohisi wakati sumaku mbili zinaletwa karibu. Kulingana na mechanics ya quantum, sehemu hufikiriwa kuwa endelevu tofauti na nishati ambayo kila wakati hupangwa katika uvimbe fulani.
Nadharia ya uwanja wa quantum ni wazo la kuchanganya mechanics ya quantum na nyanja. Kulingana na hili, maji ya elektroni (yaani ripples ya mawimbi ya maji haya) huunganishwa kwenye vifungu vidogo vya nishati. Vifurushi hivi vya nishati ndivyo tunavyoviita elektroni. Kwa hivyo, elektroni sio msingi. Wao ni mawimbi ya uwanja huo wa msingi. Vile vile, ripples ya mashamba mawili ya quark hutoa "up quarks" na "down quarks". Na hivyo ndivyo ilivyo kwa kila chembe nyingine kwenye ulimwengu. Viwanja vinasimamia kila kitu. Kile tunachofikiria kama chembe kwa kweli ni mawimbi ya shamba yaliyounganishwa kwenye vifungu vidogo vya nishati. Vigezo vya msingi vya ujenzi wetu ulimwengu ni vitu hivi vinavyofanana na umajimaji ambavyo tunaviita mashamba. Chembe ni derivatives tu ya nyanja hizi. Katika utupu safi, wakati chembe zinatolewa nje kabisa, mashamba bado yapo.
Sehemu tatu za msingi za quantum katika asili ni "electron", "up quark", na "down quark". Kuna ya nne inayoitwa neutrino, hata hivyo, hazitufanyi sisi lakini zina jukumu muhimu mahali pengine katika ulimwengu. Neutrinos ziko kila mahali, zinatiririka kila mahali bila kuingiliana.
https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fast-radio-burst-frb-20220610a-originated-from-a-novel-source/Mashamba ya jambo: Sehemu nne za msingi za quantum na chembe zinazohusiana (yaani, "electron", "up quark", "down quark" na "neutrino") huunda msingi wa ulimwengu. Kwa sababu zisizojulikana, chembe hizi nne za msingi hujizalisha mara mbili zaidi. Elektroni huzalisha "muon" na "tau" (ambayo ni mara 200 na mara 3000 nzito kuliko elektroni kwa mtiririko huo); up quarks kutoa kupanda kwa "quark ajabu" na "quark chini"; quarks chini hutoa "charm quark" na "top quark"; huku neutrino ikitoa “muon neutrino” na “tau neutrino”.
Kwa hivyo, kuna nyanja 12 ambazo hutoa chembe, tunaziita nyanja za mambo.
Ifuatayo ni orodha ya nyuga 12 zinazounda chembe 12 kwenye ulimwengu.
Viwanja vya nguvu: Sehemu 12 za mambo huingiliana kupitia nguvu nne tofauti - mvuto, electromagnetism, nguvu za nyuklia (fanya kazi kwa kiwango kidogo tu cha kiini, shikilia quarks pamoja ndani ya protoni na neutroni) na nguvu dhaifu za nyuklia (fanya kazi kwa kiwango kidogo tu cha kiini, kinachohusika na kuoza kwa mionzi na kuanzisha muunganisho wa nyuklia). Kila moja ya nguvu hizi inahusishwa na shamba - nguvu ya umeme inahusishwa na uwanja wa gluon, nyanja zinazohusiana na nguvu na nguvu za nyuklia dhaifu ni W na Z boson shamba na uwanja unaohusishwa na mvuto ni muda wa nafasi yenyewe.
Ifuatayo ni orodha ya sehemu nne za nguvu zinazohusiana na vikosi vinne.
| nguvu ya sumakuumeme | uwanja wa gluon |
| Nguvu na nguvu dhaifu za nyuklia | w & z boson shamba |
| mvuto | muda wa nafasi |
The ulimwengu imejazwa na nyanja hizi 16 (mashamba 12 pamoja na nyanja 4 zinazohusiana na nguvu nne). Sehemu hizi huingiliana pamoja kwa njia zenye upatanifu. Kwa mfano, wakati uwanja wa elektroni (mojawapo ya uwanja wa vitu), unapoanza kutikisa juu na chini (kwa sababu kuna elektroni hapo), ambayo huondoa moja ya sehemu zingine, sema uwanja wa sumaku-umeme ambayo, kwa upande wake, pia oscillate na ripple. Kutakuwa na nuru ambayo inatolewa ili itazunguka kidogo. Wakati fulani, itaanza kuingiliana na uwanja wa quark, ambao kwa upande wake, utazunguka na kuongezeka. Picha ya mwisho tunayoishia, ni ngoma ya maelewano kati ya nyanja hizi zote, zinazoingiliana.
Uwanja wa Higgs
Katika miaka ya 1960, uwanja mwingine mmoja ulitabiriwa na Peter Higgs. Kufikia miaka ya 1970, hii ikawa sehemu muhimu ya uelewa wetu kuhusu ulimwengu. Lakini hakukuwa na ushahidi wa majaribio (ikimaanisha, ikiwa tutafanya uwanja wa Higgs usikike, tunapaswa kuona chembe zinazohusiana) hadi 2012 wakati watafiti wa CERN katika LHC waliripoti ugunduzi wake. Chembe ilitenda kama ilivyotabiriwa na mfano. Chembe ya Higgs ina maisha mafupi sana, ya takriban 10-22 sekunde.
Hili lilikuwa jengo la mwisho la jengo hilo ulimwengu. Ugunduzi huu ulikuwa muhimu kwa sababu uwanja huu unawajibika kwa kile tunachoita misa katika ulimwengu.
Sifa za chembe (kama vile chaji ya umeme na wingi) ni taarifa kuhusu jinsi sehemu zao zinavyoingiliana na nyanja zingine.
Ni mwingiliano wa nyanja zilizopo katika ulimwengu ambayo huzaa sifa kama vile wingi, chaji n.k. ya chembe mbalimbali zinazopatikana kwetu. Kwa mfano, sifa tunayoita chaji ya umeme ya elektroni ni taarifa kuhusu jinsi uwanja wa elektroni unavyoingiliana na uwanja wa sumakuumeme. Vile vile, mali ya wingi wake ni taarifa kuhusu jinsi inavyoingiliana na uwanja wa Higgs.
Uelewa wa uwanja wa Higgs ulihitajika sana ili tuelewe maana ya misa katika ulimwengu. Ugunduzi wa uga wa Higgs pia ulikuwa uthibitisho wa Modeli ya Kawaida ambayo ilitumika tangu miaka ya 1970.
Sehemu za quantum na fizikia ya chembe ni nyanja zinazobadilika za masomo. Tangu ugunduzi wa uwanja wa Higgs, maendeleo kadhaa yamefanyika ambayo yana uhusiano na modeli ya Kawaida. Jitihada za kupata majibu ya vikwazo vya muundo wa Kawaida zinaendelea.
***
Vyanzo:
The Royal Institution 2017. Sehemu za Quantum: Misingi Halisi ya Ujenzi ya Ulimwengu - pamoja na David Tong. Inapatikana mtandaoni kwa https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg
***
