Nisbiylik nazariyasidagi takyonlar

Massa bilan taqqoslash
Moddalarni massa bilan aralashtirmaslik kerak, chunki zamonaviy fizikada ikkalasi bir xil emas. [9] Materiya - bu har qanday "jismoniy moddani" tavsiflovchi umumiy atama. Aksincha, massa substansiya emas, aksincha materiya va boshqa moddalar yoki tizimlarning miqdoriy xususiyatidir; fizikada massaning har xil turlari aniqlanadi - tinchlik massasi, inertsiya massasi, relyativistik massa, massa-energiya.


Materiya deb qaralishi kerak bo'lgan narsalar to'g'risida turli xil qarashlar mavjud bo'lsa-da, moddaning massasi aniq ilmiy ta'riflarga ega. Yana bir farq shundaki, materiyaning antimadda deb nomlangan "qarama-qarshi" tomoni bor, ammo massaning teskari tomoni yo'q - ma'lumki, "antimassa" yoki manfiy massa degan narsa yo'q, garchi olimlar bu tushunchani muhokama qilsalar ham. Antimateriya odatdagi hamkasbi bilan bir xil (ya'ni ijobiy) massa xususiyatiga ega.


Ilm-fanning turli sohalarida materiya atamasi turli xil, ba'zan esa bir-biriga mos kelmaydigan tarzda qo'llaniladi. Ushbu usullarning ba'zilari massani oddiy miqdordagi moddadan ajratish uchun hech qanday sabab bo'lmagan paytdan boshlab bo'sh tarixiy ma'nolarga asoslangan. Shunday qilib, "materiya" so'zining yagona umumiy kelishilgan ilmiy ma'nosi yo'q. Ilmiy jihatdan "massa" atamasi aniq belgilangan, ammo "materiya" ni bir necha usul bilan aniqlash mumkin. Ba'zan fizika sohasida "materiya" oddiygina, masalan, kvarklar va leptonlar kabi tinchlik massasini ko'rsatadigan (ya'ni yorug'lik tezligida harakat qila olmaydigan) zarralar bilan tenglashtiriladi. Ammo fizika va kimyoda materiya to'lqin o'xshash va zarracha xususiyatlarini namoyish etadi, ya'ni to'lqin zarralari ikkiligi deb ataladi. [10] [11] [12]


Ta'rif
Atomlarga asoslangan
"Materiya" ning fizikaviy va kimyoviy tuzilishiga qarab ta'rifi quyidagicha: materiya atomlardan iborat. [13] Bunday atom moddasini ba'zan oddiy moddalar deb ham atashadi. Masalan, dezoksiribonuklein kislota molekulalari (DNK) bu ta'rif ostida materiyadir, chunki ular atomlardan iborat. Ushbu ta'rifni zaryadlangan atomlar va molekulalarni o'z ichiga olgan holda kengaytirish mumkin, shuning uchun plazmalar (ionlarning gazlari) va. Shu bilan bir qatorda proton, neytron va elektron ta'rifini qabul qilish mumkin.
Protonlar, neytronlar va elektronlarga asoslangan
Atomlar va molekulalarning ta'rifiga qaraganda "materiya" ning aniqroq ta'rifi quyidagicha: materiya atomlar va molekulalar nimadan iborat bo'lishidan iborat bo'lib, musbat zaryadlangan protonlar, neytral neytronlar va salbiy zaryadlangan elektronlardan iborat bo'lgan narsani anglatadi. [14] Ushbu ta'rif atomlar va molekulalardan tashqariga chiqadi, ammo tarkibiga shunchaki atom yoki molekula bo'lmagan ushbu qurilish bloklaridan hosil bo'lgan moddalar kiradi, masalan, eski katod nurlari trubkasidagi televizordagi elektron nurlar yoki oq mitti moddalar - odatda uglerod va kislorod yadrolari buzilib ketgan elektronlar dengizidir. Mikroskopik darajada proton, neytron va elektron kabi moddalarni tashkil etuvchi "zarralari" kvant mexanikasi qonunlariga bo'ysunadi va to'lqin-zarracha ikkilikini namoyish etadi. Keyinchalik chuqurroq darajadagi protonlar va neytronlar kvarklardan va ularni bog'laydigan kuch maydonlaridan (glyonlardan) iborat bo'lib, keyingi ta'rifga olib keladi.
Karkklar va leptonlar asosida
Yuqoridagi bahsda ko'rinib turganidek, "oddiy materiya" deb atash mumkin bo'lgan ko'plab dastlabki ta'riflar uning tuzilishiga yoki "qurilish bloklari" ga asoslangan edi. Elementar zarralar miqyosida ushbu an’anaga amal qilgan ta’rifni quyidagicha ifodalash mumkin: "oddiy materiya - bu kvarklar va leptonlardan tashkil topgan hamma narsa" yoki "oddiy materiya - antiquar va antileptonlardan tashqari har qanday elementar fermiyalardan iborat hamma narsa". . [15] [16] [17] Ushbu formulalar orasidagi bog'liqlik quyidagicha.
Leptonlar (eng mashhuri elektron) va kvarklar (ulardan barionlar, masalan, proton va neytronlar hosil bo'ladi) atomlarni hosil qiladi, bu esa o'z navbatida molekulalarni hosil qiladi. Atomlar va molekulalar materiya deb aytilganligi sababli, ta'rifni quyidagicha ifodalash tabiiy: "oddiy materiya - bu atomlar va molekulalar yaratilgan narsalardan hosil bo'lgan narsa". (Shu bilan birga, ushbu qurilish bloklaridan atom yoki molekula bo'lmagan materiyani ham yaratish mumkinligiga e'tibor bering.) Keyin, elektronlar leptonlar, protonlar va neytronlar kvarklardan iborat bo'lganligi sababli, bu ta'rif materiyaning quyidagi ta'rifiga olib keladi. elementar fermionlarning to'rt turidan ikkitasi bo'lgan "kvarklar va leptonlar" bo'lish (qolgan ikkitasi antiquarks va antileptonlar bo'lib, ularni keyinchalik ta'riflanganidek antimateriya deb hisoblash mumkin). Kariterlar va Grannislar: "Oddiy moddalar butunlay birinchi avlod zarralaridan, ya'ni [yuqoriga] va [pastga] kvarklaridan, shuningdek, elektron va uning neytrinalaridan iborat." [16] (Yuqori avlod zarralari tezda birinchi avlod zarralariga aylanib ketadi). va shuning uchun tez-tez uchratilmaydi. [18])
"Kvarklar va leptonlar" ta'rifiga ko'ra kvarklardan (binafsha rangda) va leptonlardan (yashil rangda) hosil bo'lgan elementar va kompozit zarralar materiyaga aylanadi, o'lchov bozonlari (qizil rangda) esa ahamiyatga ega bo'lmaydi. Biroq, kompozit zarrachalarga xos bo'lgan o'zaro ta'sir energiyasi (masalan, neytronlar va protonlar tarkibidagi glyonlar) oddiy moddalar massasiga hissa qo'shadi.
Oddiy materiyaning bu ta'rifi avval paydo bo'lganidan ko'ra nozikroq. Oddiy moddalarni tashkil etuvchi barcha zarralar (leptonlar va kvarklar) elementar fermionlardir, barcha kuch tashuvchilar esa elementar bozonlardir. [19] Zaif kuchga vositachilik qiladigan W va Z bosonlari kvarklardan yoki leptonlardan yasalgan emas va ular massaga ega bo'lsa ham oddiy materiya emas. [20] Boshqacha qilib aytganda, massa oddiy materiya uchun xos bo'lgan narsa emas.


Ammo oddiy materiyaning kvark-lepton ta'rifi nafaqat materiyaning asosiy qurilish bloklarini aniqlaydi, balki tarkibiy qismlardan (masalan, atom va molekulalardan) iborat kompozitsiyalarni ham o'z ichiga oladi. Bunday kompozitsiyalar tarkibiy qismlarni bir-biriga bog'lab turadigan o'zaro ta'sir energiyasini o'z ichiga oladi va kompozit massasining asosiy qismini tashkil qilishi mumkin. Misol tariqasida, katta miqdordagi atom massasi shunchaki uni tashkil etuvchi protonlar, neytronlar va elektronlar massalarining yig'indisidir. Ammo chuqurroq qazish jarayonida protonlar va neytronlar glyon maydonlari bilan bog'langan kvarklardan iborat (qarang: kvant xromodinamikasi dinamikasi) va bu glyon maydonlari hadronlarning massasiga katta hissa qo'shadi. [21] Boshqacha qilib aytganda, oddiy materiyaning "massasini" tashkil etadigan narsalarning aksariyati protonlar va neytronlar tarkibidagi kvarklarning bog'lanish energiyasiga bog'liq. [22] Masalan, nuklondagi uchta kvark massasining yig'indisi taxminan 12,5 MeV / c2 ni tashkil qiladi, bu nuklon massasiga nisbatan kam (taxminan 938 MeV / c2). [23] [24] Xulosa shuki, kundalik narsalar massasining aksariyati uning elementar tarkibiy qismlarining o'zaro ta'sir energiyasidan kelib chiqadi.
Standard Model materiya zarralarini uch avlodga guruhlaydi, bu erda har bir avlod ikkita kvark va ikkita leptondan iborat. Birinchi avlod - yuqoriga va pastga qarab kvarklar, elektron va elektron neytrino; ikkinchisiga joziba va g'alati kvarklar, muon va muon neytrinoni o'z ichiga oladi; uchinchi avlod yuqori va pastki kvarklar va tau va tau neytrinodan iborat. [25] Buning eng tabiiy izohi shundaki, yuqori avlodlarning kvarklari va leptonlari birinchi avlodlarning hayajonlangan holatidir. Agar shunday bo'lsa, demak, kvarklar va leptonlar elementar zarralar emas, balki kompozit zarralardir. [26]


Moddaning ushbu kvark-lepton ta'rifi, keyinchalik quyida muhokama qilinadigan "(aniq) moddaning saqlanishi" qonunlarini ta'riflashga olib keladi. Shu bilan bir qatorda, materiyaning massa-hajm-kosmik tushunchasiga qaytish mumkin, bu esa keyingi ta'rifga olib keladi, unda antimateriya materiyaning subklassi sifatida qo'shiladi.