Все мы и всё вокруг нас сделано из вещества, и сколько-нибудь заметных количеств антивещества в нашей Галактике нет (по счастью). Более того, из наблюдений следует, что в видимой части Вселенной нет областей, где, наоборот, много антивещества и нет вещества.
Как количественно охарактеризовать асимметрию между веществом и антивеществом во Вселенной?
Что требуется для того, чтобы эта асимметрия образовалась?
Если ответы на эти общие вопросы сегодня дать можно, то вопрос о конкретном механизме образования асимметрии, поставленный еще А. Д. Сахаровым в 1967 году, до сих пор не решен.
Мы обсудим некоторые гипотезы на этот счет, для чего нам потребуется совершить экскурсию в мир элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий. Происхождение вещества во Вселенной — та область, где тесно пересекаются физика сверхбольших расстояний — космология — и физика сверхмалых расстояний, управляющая элементарными частицами.
Валерий Анатольевич Рубаков — академик РАН, профессор кафедры квантовой статистики и теории поля физического факультета МГУ, главный научный сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН. Область научных интересов: физика элементарных частиц, квантовая теория поля и космология. Провел исследования по теории ранней Вселенной. Внес основополагающий вклад в теорию квантовой гравитации. Изучает различные модели объединения взаимодействий. Автор гипотезы о распаде протона.
Лекция состоялась в научно-популярном лектории центра "Архэ" 4 декабря 2018 года.
Лекция посвящена тому, как последние открытия повлияли на наше представление о макромире и какие вопросы встали на повестку дня. Эволюция вселенной в первые мгновения после большого взрыва. Темная материя и темная энергия. Вещество и антивещество. Законы сохранения и барионное число. Как объяснить неоднородность вселенной. Теория инфляционной вселенной. Флуктуации вакуума. Реликтовые гравитационные волны.
Почему физики так уверены в существовании темной материи? Ее никто никогда не видел. Если наша теория указывает на ее существование, а мы ее не видим, может, нам стоит менять теорию? Каковы свойства темной материи? Может ли существовать параллельный мир со звездами из темной материи? Академик Валерий Рубаков приводит доказательства существования темного вещества и описывает его удивительные свойства. Ведет передачу Алексей Семихатов.
До какой степени было сжато пространство Вселенной перед Большим взрывом? Можно ли так или иначе повторить эти опыты, поместив Вселенную "в пробирку"? Можно ли создать в маленькой области пространства такие условия, при которых она разовьется во Вселенную, подобную нашей? Впервые этот вопрос был поставлен в середине 80-х годов прошлого столетия. Тогда на этот вопрос был получен отрицательный ответ. Однако недавно появились новые теории, которые дают надежду на создание «довольно экзотических возможностей», при которых рождение Вселенной в лаборатории будет возможно.
Обсуждается вопрос о том, существуют ли самосогласованные физические теории, в которых в принципе возможно создание вселенной в лаборатории, то есть такая динамика, при которой конечная и небольшая область пространства, заполненная материей с небольшой полной энергией, развилась бы в область вселенной, похожую на нашу. До недавнего времени бытовала точка зрения, основанная на теореме Пенроуза о сингулярности, что таких теорий не существует. В последнее время ситуация в корне изменилась.
Основная работа Хокинга была выполнена в середине 1970-х. Я думаю, что я не ошибусь, если скажу, что это основная работа. Она была связана с физикой черных дыр и то, что называют "хокинговское излучение". Это капитальный результат, который состоял в том, что… Вообще мы представляем себе черную дыру как нечто, что поглощает свет, частицы, все в себя засасывает, и ничего наружу не выплескивает. Ничего подобного. Выясняется, что если учесть квантовые эффекты, то черная дыра излучает. О его вкладе в современную картину мира и о его контактах с советскими физиками будем говорить с академиком РАН Валерием Рубаковым.
Что такое микромир и макромир? Из чего состоит темная материя? И что такое WIMP? Об общем энергетическом балансе Вселенной, теории скрытой массы и частицах темной материи этом рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.
Беседа физиков Валерия Рубакова и Дмитрия Казакова о бозоне Хиггса, Стандартной модели и новых открытиях на коллайдере. Дмитрий Казаков в своей лекции «Пятая сила и фантазии о единой теории» рассказывает о том, что мир построен из кварков и лептонов, их имеется по три пары тех и других, но атомные ядра образованы протонами и нейтронами, составными объектами, которые в свою очередь состоят лишь из двух сортов кварков, а оболочки атомов образованы электронами. Остальные кварки и лептоны рождаются на ускорителях, но зачем-то понадобились природе. Лекция Валерия Рубакова называется «Что стоит за известными законами микромира?». В ней идет речь об открытиях ХХ века, о том, что сложнейшие свойства протонов, нейтронов и мезонов, как выяснилось, сводятся к гораздо более простым свойствам кварков; казавшиеся ранее независимыми электромагнитные и слабые силы оказались единым электрослабым взаимодействием.
Существование тесной взаимосвязи космоса с практически невидимым микромиром — самый загадочный аспект современной физики. Планеты и даже целые скопления небесных звёзд «разбросаны» по бескрайним просторам, подобно пылинкам и элементарным частицам. Казалось бы, это лишь метафоричная связь. Но уже в первую секунду возникновения Вселенной, всё её содержимое состояло именно из мельчайших частичек — кварков. Невероятно, но эфемерные кирпичики вещества — основной строительный материал всего мироздания. Всего 6 видов или ароматов кварков, соединившись, образуют атомы, молекулы и другие частицы, а затем — Макрокосмос. Устройство Вселенной учёным удалось изучить достаточно детально, а вот с элементарными крупинками веществ нередко возникают проблемы. Не так быстро они раскрывают свои тайны, как хотелось бы. Даже единую теорию, которая могла бы описать весь известный «зоопарк» частиц, до сих пор создать не удаётся. Насколько наши знания о микромире полны и достоверны? Как кваркам удалось создать галактики и на что ещё способны эти крошечные частицы?
Физика элементарных частиц стремится определить строительные блоки материи и описать взаимодействия, которые их связывают: законы, по которым живет все во Вселенной и развивается сама Вселенная. На сегодняшний день наиболее точной теоретической конструкцией описания физики элементарных частиц является так называемая Стандартная модель, которая в свою очередь построена на теории квантовых полей. Однако в Стандартной модели есть внутренние трудности, которые указывают на ее неполноту. Кроме того, существует целый ряд экспериментальных результатов, которым Стандартная модель не дает адекватного объяснения, таких как темная материя и темная энергия, асимметрия материи и антиматерии во Вселенной, массы нейтрино. Об этом дискуссия Валерия Рубакова — академика РАН, главного научного сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН, и Эдуарда Бооса — доктора физико-математических наук, заведующего отделом экспериментальной физики высоких энергий НИИ ядерной физики МГУ.
В последнее время учёным удаётся всё лучше и подробнее изучить, как выглядит микромир. Микроскопы позволили увеличить объекты в сто раз, в тысячу, в десять тысяч раз. Наконец, удалось построить электронные микроскопы, способные показать отдельные атомы. Но учёным интересно увидеть не только атомы, но и заглянуть внутрь атомов. Ядро атома — в сто тысяч раз меньше самого атома. Для изучения материи на этом масштабе нужны ускорители частиц. Всё более мощные и более изощрённые. И, наконец, дойдя до самого глубокого уровня, куда невозможно заглянуть даже при помощи самых мощных ускорителей, учёным приходится браться за неожиданный инструмент — за телескоп. Фильм рассказывает о том, какими методами ведется изучение структуры нашей вселенной в различных микромасштабах.
Обсуждается вопрос о том, существуют ли самосогласованные физические теории, в которых в принципе возможно создание вселенной в лаборатории, то есть такая динамика, при которой конечная и небольшая область пространства, заполненная материей с небольшой полной энергией, развилась бы в область вселенной, похожую на нашу. До недавнего времени бытовала точка зрения, основанная на теореме Пенроуза о сингулярности, что таких теорий не существует. В последнее время ситуация в корне изменилась.
Беседа физиков Валерия Рубакова и Дмитрия Казакова о бозоне Хиггса, Стандартной модели и новых открытиях на коллайдере. Дмитрий Казаков в своей лекции «Пятая сила и фантазии о единой теории» рассказывает о том, что мир построен из кварков и лептонов, их имеется по три пары тех и других, но атомные ядра образованы протонами и нейтронами, составными объектами, которые в свою очередь состоят лишь из двух сортов кварков, а оболочки атомов образованы электронами. Остальные кварки и лептоны рождаются на ускорителях, но зачем-то понадобились природе. Лекция Валерия Рубакова называется «Что стоит за известными законами микромира?». В ней идет речь об открытиях ХХ века, о том, что сложнейшие свойства протонов, нейтронов и мезонов, как выяснилось, сводятся к гораздо более простым свойствам кварков; казавшиеся ранее независимыми электромагнитные и слабые силы оказались единым электрослабым взаимодействием.
Физика элементарных частиц стремится определить строительные блоки материи и описать взаимодействия, которые их связывают: законы, по которым живет все во Вселенной и развивается сама Вселенная. На сегодняшний день наиболее точной теоретической конструкцией описания физики элементарных частиц является так называемая Стандартная модель, которая в свою очередь построена на теории квантовых полей. Однако в Стандартной модели есть внутренние трудности, которые указывают на ее неполноту. Кроме того, существует целый ряд экспериментальных результатов, которым Стандартная модель не дает адекватного объяснения, таких как темная материя и темная энергия, асимметрия материи и антиматерии во Вселенной, массы нейтрино. Об этом дискуссия Валерия Рубакова — академика РАН, главного научного сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН, и Эдуарда Бооса — доктора физико-математических наук, заведующего отделом экспериментальной физики высоких энергий НИИ ядерной физики МГУ.
В последнее время учёным удаётся всё лучше и подробнее изучить, как выглядит микромир. Микроскопы позволили увеличить объекты в сто раз, в тысячу, в десять тысяч раз. Наконец, удалось построить электронные микроскопы, способные показать отдельные атомы. Но учёным интересно увидеть не только атомы, но и заглянуть внутрь атомов. Ядро атома — в сто тысяч раз меньше самого атома. Для изучения материи на этом масштабе нужны ускорители частиц. Всё более мощные и более изощрённые. И, наконец, дойдя до самого глубокого уровня, куда невозможно заглянуть даже при помощи самых мощных ускорителей, учёным приходится браться за неожиданный инструмент — за телескоп. Фильм рассказывает о том, какими методами ведется изучение структуры нашей вселенной в различных микромасштабах.