आपण शेवटी कशाचे बनलेले आहोत? विश्वाचे मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स काय आहेत?

प्राचीन लोक असे मानत होते की आपण चार घटकांनी बनलेले आहोत - पाणी, पृथ्वी, अग्नि आणि वायु; जे आम्हाला आता माहित आहे की ते घटक नाहीत. सध्या, काही 118 घटक आहेत. सर्व घटक अणूंनी बनलेले आहेत जे एकेकाळी अविभाज्य मानले जात होते. जे.जे. थॉम्पसन आणि रदरफोर्ड यांच्या शोधानंतर विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीस, अणू केंद्रस्थानी आणि इलेक्ट्रॉन्सचे केंद्रक (प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनपासून बनलेले) बनलेले असल्याचे ज्ञात होते. परिभ्रमण सुमारे 1970 च्या दशकापर्यंत, हे ज्ञात होते की प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन एकतर मूलभूत नसून ते 'अप क्वार्क' आणि 'डाऊन क्वार्क' बनलेले आहेत अशा प्रकारे 'इलेक्ट्रॉन', 'अप क्वार्क' आणि 'डाऊन क्वार्क' हे प्रत्येक गोष्टीचे तीन सर्वात मूलभूत घटक बनतात. मध्ये विश्व. क्वांटम फिजिक्स मधील पथब्रेकिंग घडामोडींसह, आम्ही शिकलो की कण हे प्रत्यक्षात डेरिव्हेटिव्ह आहेत, कणांना सूचित करणाऱ्या फील्डमधील ऊर्जेचे बंडल किंवा पॅकेट मूलभूत नाहीत. मूलभूत काय आहे ते क्षेत्र आहे जे त्यांना अधोरेखित करते. आम्ही आता म्हणू शकतो की क्वांटम फील्ड हे प्रत्येक गोष्टीचे मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स आहेत विश्व (आमच्यासारख्या प्रगत जैविक प्रणालींसह). आपण सर्व क्वांटम फील्डने बनलेले आहोत. इलेक्ट्रिक चार्ज आणि वस्तुमान यांसारख्या कणांचे गुणधर्म, त्यांची फील्ड इतर फील्डशी कशी संवाद साधतात याबद्दलची विधाने आहेत. उदाहरणार्थ, ज्या गुणधर्माला आपण इलेक्ट्रॉनचा इलेक्ट्रिक चार्ज म्हणतो ते इलेक्ट्रॉन फील्ड इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डशी कसे संवाद साधते याबद्दलचे विधान आहे. आणि. त्याच्या वस्तुमानाचा गुणधर्म हे हिग्ज फील्डशी कसे संवाद साधते याबद्दलचे विधान आहे.  

प्राचीन काळापासून लोकांना प्रश्न पडला आहे की आपण कशापासून बनलो आहोत? काय आहे विश्व बनलेले? निसर्गाचे मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स कोणते आहेत? आणि, निसर्गाचे मूलभूत नियम काय आहेत जे सर्व काही नियंत्रित करतात विश्व? मानक मॉडेल विज्ञानाचा सिद्धांत हा या प्रश्नांची उत्तरे देतो. हा विज्ञानाचा गेल्या शतकांमध्ये तयार केलेला यशस्वी सिद्धांत असल्याचे म्हटले जाते, हा एकच सिद्धांत आहे जो जगातील बहुतेक गोष्टींचे स्पष्टीकरण देतो. विश्व.  

आपण घटकांपासून बनलेले आहोत हे लोकांना लवकर माहीत होते. प्रत्येक घटक, यामधून, अणूंचा बनलेला असतो. सुरुवातीला असे मानले जात होते की अणू अविभाज्य आहेत. तथापि, 1897 मध्ये जेजे थॉम्पसनने कॅथोड किरण ट्यूबद्वारे विद्युत डिस्चार्ज वापरून इलेक्ट्रॉन शोधले. त्यानंतर लगेचच, 1908 मध्ये, त्याच्या उत्तराधिकारी रदरफोर्डने त्याच्या प्रसिद्ध सोन्याच्या फॉइल प्रयोगाद्वारे हे सिद्ध केले की अणूच्या मध्यभागी एक लहान सकारात्मक चार्ज केलेला केंद्रक असतो ज्याभोवती नकारात्मक चार्ज केलेले इलेक्ट्रॉन वर्तुळ करतात. कक्षा. त्यानंतर, असे आढळून आले की न्यूक्ली प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनपासून बनलेले आहे.  

1970 च्या दशकात, असे आढळून आले की न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉन अविभाज्य नाहीत म्हणून ते मूलभूत नाहीत, परंतु प्रत्येक प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉन हे क्वार्क नावाच्या तीन लहान कणांपासून बनलेले आहेत जे दोन प्रकारचे आहेत - "अप क्वार्क" आणि "डाउन क्वार्क" (" अप क्वार्क” आणि “डाउन क्वार्क” हे फक्त भिन्न क्वार्क आहेत. प्रोटॉन हे दोन "अप क्वार्क" आणि एक "डाऊन क्वार्क" बनलेले असतात तर न्यूट्रॉन दोन "डाउन क्वार्क" आणि "अप क्वार्क" पासून बनलेले असतात. अशा प्रकारे, “इलेक्ट्रॉन”, “अप क्वार्क” आणि “डाऊन क्वार्क” हे तीन सर्वात मूलभूत कण आहेत जे पृथ्वीवरील प्रत्येक गोष्टीचे घटक आहेत. विश्व. तथापि, विज्ञानाच्या प्रगतीमुळे या समजातही बदल झाले आहेत. फील्ड मूलभूत आहेत आणि कण नाहीत.  

कण हे मूलभूत नसतात. मूलभूत काय आहे ते क्षेत्र त्यांना अधोरेखित करते. आपण सर्व क्वांटम फील्डने बनलेले आहोत. 

विज्ञानाच्या सध्याच्या समजानुसार, सर्व काही विश्व निसर्गाच्या मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक्सचे प्रतिनिधित्व करणाऱ्या 'फील्ड' नावाच्या अदृश्य अमूर्त घटकांपासून बनलेले आहे. फील्ड अशी गोष्ट आहे जी पसरलेली आहे विश्व आणि अंतराळातील प्रत्येक बिंदूवर एक विशिष्ट मूल्य घेते जे वेळेनुसार बदलू शकते. हे द्रव्याच्या तरंगांसारखे आहे जे सर्वत्र हलते विश्व, उदाहरणार्थ, चुंबकीय आणि विद्युत क्षेत्र पसरलेले आहेत विश्व. जरी आपण विद्युत किंवा चुंबकीय क्षेत्रे पाहू शकत नसलो तरी, दोन चुंबक जवळ आल्यावर आपल्याला जाणवणाऱ्या शक्तीने ते वास्तविक आणि भौतिक आहेत. क्वांटम मेकॅनिक्सच्या मते, फील्ड ही उर्जेच्या विपरीत सतत असतात असे मानले जाते जी नेहमी काही वेगळ्या गुठळ्यांमध्ये पार्सल केली जाते.

क्वांटम फील्ड थिअरी म्हणजे क्वांटम मेकॅनिक्सला फील्डमध्ये जोडण्याची कल्पना. यानुसार, इलेक्ट्रॉन द्रवपदार्थ (उदा. या द्रवाच्या लहरींचे तरंग) उर्जेच्या छोट्या बंडलमध्ये बांधले जातात. ऊर्जेचे हे बंडल म्हणजे ज्याला आपण इलेक्ट्रॉन म्हणतो. अशा प्रकारे, इलेक्ट्रॉन मूलभूत नाहीत. त्या त्याच अंतर्निहित शेताच्या लाटा आहेत. त्याचप्रमाणे, दोन क्वार्क फील्डच्या तरंगांमुळे “अप क्वार्क” आणि “डाउन क्वार्क” निर्माण होतात. आणि मधील इतर प्रत्येक कणाच्या बाबतीतही हेच सत्य आहे विश्व. फील्ड सर्व काही अधोरेखित करतात. आपण ज्याला कण समजतो ते खरं तर ऊर्जेच्या छोट्या बंडलमध्ये बांधलेल्या शेतांच्या लाटा असतात. आमचे मूलभूत मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉक्स विश्व हे द्रवासारखे पदार्थ आहेत ज्यांना आपण फील्ड म्हणतो. कण हे या क्षेत्रांचे केवळ व्युत्पन्न आहेत. शुद्ध व्हॅक्यूममध्ये, जेव्हा कण पूर्णपणे बाहेर काढले जातात तेव्हा फील्ड अजूनही अस्तित्वात असतात.   

निसर्गातील तीन सर्वात मूलभूत क्वांटम फील्ड म्हणजे “इलेक्ट्रॉन”, “अप क्वार्क” आणि “डाउन क्वार्क”. न्यूट्रिनो नावाचा एक चौथा आहे, तथापि, ते आपल्याला बनवत नाहीत परंतु इतरत्र महत्वाची भूमिका बजावतात विश्व. न्यूट्रिनो सर्वत्र असतात, ते संवाद न साधता सर्वत्र सर्वत्र प्रवाहित होतात.

पदार्थ फील्ड: चार मूलभूत क्वांटम फील्ड आणि त्यांच्याशी संबंधित कण (उदा., “इलेक्ट्रॉन”, “अप क्वार्क”, “डाऊन क्वार्क” आणि “न्यूट्रिनो”) याच्या आधारे तयार होतात. विश्व. अज्ञात कारणांमुळे, हे चार मूलभूत कण स्वतःला दुप्पट पुनरुत्पादित करतात. इलेक्ट्रॉन्स "म्युओन" आणि "टाऊ" (जे अनुक्रमे इलेक्ट्रॉनपेक्षा 200 पट आणि 3000 पट जड आहेत) पुनरुत्पादित करतात; अप क्वार्क "विचित्र क्वार्क" आणि "बॉटम क्वार्क" ला जन्म देतात; डाउन क्वार्क "मोहक क्वार्क" आणि "टॉप क्वार्क" ला जन्म देतात; तर न्यूट्रिनो "म्युऑन न्यूट्रिनो" आणि "टाऊ न्यूट्रिनो" ला जन्म देतात.  

अशा प्रकारे, 12 फील्ड आहेत जी कणांना जन्म देतात, आम्ही त्यांना म्हणतो पदार्थ फील्ड.

खाली 12 पदार्थ क्षेत्रांची यादी आहे जी मध्ये 12 कण बनवतात विश्व.  

फोर्स फील्ड: 12 पदार्थ क्षेत्र चार वेगवेगळ्या शक्तींद्वारे एकमेकांशी संवाद साधतात - गुरुत्व, विद्युत चुंबकत्व, मजबूत आण्विक शक्ती (केवळ न्यूक्लियसच्या लहान प्रमाणात कार्य करा, क्वार्कला प्रोटॉन आणि न्यूट्रॉनमध्ये एकत्र धरा) आणि कमकुवत आण्विक शक्ती (केवळ न्यूक्लियसच्या लहान प्रमाणात कार्य करा, किरणोत्सर्गी क्षयसाठी जबाबदार आणि विभक्त संलयन सुरू करा). यापैकी प्रत्येक बल एका क्षेत्राशी संबंधित आहे - विद्युत चुंबकीय शक्ती संबंधित आहे ग्लुऑन फील्ड, मजबूत आणि कमकुवत आण्विक शक्तींशी संबंधित फील्ड आहेत W आणि Z बोसॉन क्षेत्र आणि गुरुत्वाकर्षणाशी संबंधित क्षेत्र आहे अवकाश काळ स्वतः.

खाली चार फोर्सशी संबंधित चार फोर्स फील्डची यादी आहे.    

अगोदर निर्देश केलेल्या बाबीसंबंधी बोलताना विश्व या 16 फील्डने भरलेले आहे (12 मॅटर फील्ड अधिक 4 फील्ड चार फोर्सशी संबंधित). हे क्षेत्र सामंजस्याने एकमेकांशी संवाद साधतात. उदाहरणार्थ, जेव्हा इलेक्ट्रॉन फील्ड (मॅटर फील्डपैकी एक), वर आणि खाली (कारण तिथे एक इलेक्ट्रॉन आहे) तरंगू लागते, जे इतर फील्डपैकी एकाला किक करते, इलेक्ट्रो-चुंबकीय क्षेत्र म्हणा, जे यामधून, oscillate आणि लहरी देखील. तेथे प्रकाश असेल जो उत्सर्जित होईल जेणेकरून थोडासा दोलायमान होईल. काही क्षणी, ते क्वार्क फील्डशी संवाद साधण्यास सुरवात करेल, जे यामधून, दोलन आणि लहरी होईल. शेवटचे चित्र म्हणजे या सर्व क्षेत्रांमधील कर्णमधुर नृत्य, एकमेकांना गुंफलेले.  

हिग्ज फील्ड

1960 मध्ये, पीटर हिग्जने आणखी एका क्षेत्राची भविष्यवाणी केली होती. 1970 च्या दशकापर्यंत, हे आमच्याबद्दलच्या समजाचा अविभाज्य भाग बनले विश्व. परंतु 2012 पर्यंत LHC मधील CERN संशोधकांनी त्याचा शोध नोंदवला तोपर्यंत कोणताही प्रायोगिक पुरावा नव्हता (म्हणजे, जर आपण हिग्ज फील्ड रिपल बनवले तर आपल्याला संबंधित कण दिसला पाहिजे). मॉडेलने वर्तवल्याप्रमाणे कणाने तंतोतंत वर्तन केले. हिग्ज कणाचे आयुष्य फारच कमी आहे, सुमारे 10^-22 सेकंद  

चा हा अंतिम बिल्डिंग ब्लॉक होता विश्व. हा शोध महत्त्वाचा होता कारण आपण ज्याला वस्तुमान म्हणतो त्याला हे क्षेत्र जबाबदार आहे विश्व.  

कणांचे गुणधर्म (जसे इलेक्ट्रिक चार्ज आणि वस्तुमान) हे त्यांचे फील्ड इतर फील्डशी कसे संवाद साधतात याबद्दलचे विधान आहेत.  

मध्ये उपस्थित असलेल्या फील्डचा संवाद आहे विश्व जे आपल्याद्वारे अनुभवलेल्या वेगवेगळ्या कणांचे वस्तुमान, चार्ज इत्यादी गुणधर्मांना जन्म देतात. उदाहरणार्थ, ज्या गुणधर्माला आपण इलेक्ट्रॉनचा इलेक्ट्रिक चार्ज म्हणतो ते इलेक्ट्रॉन फील्ड इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डशी कसे संवाद साधते याबद्दलचे विधान आहे. त्याचप्रमाणे, त्याच्या वस्तुमानाचा गुणधर्म हे हिग्ज फील्डशी कसे संवाद साधते याबद्दलचे विधान आहे.

हिग्स फील्डचे आकलन खरोखरच आवश्यक होते जेणेकरून आम्हाला द मधील वस्तुमानाचा अर्थ समजला विश्व. हिग्जच्या फील्डचा शोध देखील 1970 च्या दशकापासून अस्तित्वात असलेल्या मानक मॉडेलची पुष्टी करणारा होता.

क्वांटम फील्ड आणि पार्टिकल फिजिक्स ही अभ्यासाची डायनॅमिक फील्ड आहेत. हिग्जच्या फील्डचा शोध लागल्यापासून, स्टँडर्ड मॉडेलवर बेअरिंग असलेल्या अनेक घडामोडी घडल्या आहेत. मानक मॉडेलच्या मर्यादांसाठी उत्तरांचा शोध सुरूच आहे.

*** 

स्रोत:  

द रॉयल इन्स्टिट्यूट 2017. क्वांटम फील्ड्स: द रिअल बिल्डिंग ब्लॉक्स ऑफ द युनिव्हर्स – डेव्हिड टॉंगसह. येथे ऑनलाइन उपलब्ध आहे https://www.youtube.com/watch?v=zNVQfWC_evg  

***