Как осмыслить то, чего нельзя увидеть. От сил к фундаментальным взаимодействиям

ЧТО ТАКОЕ ФИЗИКА?

Взаимодействие

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА БЫТОВОМ УРОВНЕ

Сила — физическая величина, являющаяся мерой воздействия на

КАК МЫ ВОСПРИНИМАЕМ СИЛЫ

Эксперимент
Единицы измерения
Сравнение

МЕХАНИКА

Тащишь на веревочке, вращаешь педали, ударяешь
и т. п…
АКТИВНОЕ МЕХАНИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Трение, реакция

КАК БЫТЬ?

Сил много
Могут ли быть связаны
Где искать связи, если да

СКОРАЯ ПОМОЩЬ

ФИЗИКА

Атомизм
Электромагнетизм
Гравитация

МАТЕМАТИКА

Закон сохранения энергии
Потенциальный характер сил
Гамильтонов и Лагранжев формализмы

АТОМИЗМ, ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Вещество состоит из атомов и молекул
Электромагнитные силы (Закон

МАТЕМАТИКА

Энергия = Кинетическая + Потенциальная
Так для большинства известных сил (но не

ПРИНЦИП НАИМЕНЬШЕГО ДЕЙСТВИЯ ЛАГРАНЖЕВ ФОРМАЛИЗМ

Число, которое сопоставляется каждому возможному перемещению системы
Выбирая, наименьшее

ПРОБЛЕМА

Лагранжев и Гамильтонов формализмы не описывают системы с диссипацией энергии
Если стартовать

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

ОСТАЮТСЯ ВОПРОСЫ

Две разные теории имеют одинаковое математическое выражение
Как быть с трением?
Как

ОТВЕТЫ

Трения нет
Квантовая теория поля (КТП)
Теория групп

КТП

Материя состоит из полей

ПОЛЕ

Функция или совокупность числовых функций от координат пространства и времени
Существует сразу

ЧАСТИЦЫ

Квантовое поле – когда пружинки квантовые (они колеблются всегда)
Когда одна из

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА ПОЛЕЙ

Каждое поле описывается каким-то действием
Поля бывают свободные и взаимодействующие
Чтобы

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОЛЕЙ

ВОПРОСЫ

Как понять какого вида должно быть это взаимодействие?
Как его себе представить?

КАК ПРЕДСТАВИТЬ

КОРРЕЛЯЦИОННАЯ ФУНКЦИЯ

ПОЛЯ

Поля материи
Поля переносчики взаимодействия – частицы, которые отвечают за силы

КАК ПОНЯТЬ КАКОЙ ДОЛЖНА БЫТЬ ВЕРШИНА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (РАССМОТРИМ НА ПРИМЕРЕ КЭД)

КЭД

ТАК КАК ВСЕ-ТАКИ ОНИ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮТ

ПОЛЕ ЭЛЕКТРОНА

U(1) – первоначальная симметрия уравнения Дирака
U(1) то же самое, что

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ

А ЧТО ЕСЛИ

Симметрия калибровочная
Уравнения движения меняются
Мы не хотим, чтобы менялись
Надо добавить

ВЫВОДЫ

Можно подбирать поля, которые по умолчанию обладают глобальными симметриями и делать

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

КАК ПОНЯТЬ КАКУЮ СИММЕТРИЮ ВЫБРАТЬ

Эксперимент