Основы фундаментальной физики

10 лекций об основных понятиях и проблемах современной физики, отобранных физиком Эмилем Ахмедовым

01.10.2013
82 109
© ПостНаука/ Роман Мельников

С какими явлениями мы сталкиваемся на очень маленьких и очень больших масштабах длин? Что составляет предмет фундаментальной физики? Почему ученым интересна именно эта проблема, а не иная? Как строятся теории, описывающие наш мир на самом фундаментальном уровне? Мы обсудим коротко и простыми словами эти и другие вопросы в курсе по основам фундаментальной физики.

1

Специальная теория относительности

Физик Эмиль Ахмедов о преобразованиях Лоренца, теореме Нётер и Global Positioning System
В основе специальной теории относительности, так же, как и в основе подавляющего большинства ныне существующих теорий, лежат несколько базовых фактов. Факт первый: если какая-то теория инвариантна относительно каких-то симметрий, то из этого следует закон сохранения. Например, из симметрии плоского пространства относительно сдвигов в любом направлении следует закон сохранения импульса. Из симметрии пространства-времени относительно сдвигов вдоль времени следует закон сохранения энергии.

2

Общая теория относительности

Физик Эмиль Ахмедов о неинерциальных системах отсчета, ковариантности и физическом смысле искривления пространства
Разные координатные сетки в пространстве-времени отвечают разным системам отсчета. Если координатные сетки плоские и пространство плоское, то переход от одной к другой – это переход от инерциальной системы отсчета к инерциальной системе отсчета. Если же вы в плоском пространстве перейдете от квадратной координатной сетки к какой-то более сложной, и при этом затронуто время, то оказывается, что вы перешли в неинерциальную систему отсчета. Физический смысл такого преобразования отмечает переходы в неинерциальную систему отсчета. Вы также можете искривить пространство.

3

Гравитационные волны

Астрофизик Сергей Попов о черных дырах в ОТО, излучении Хокинга и происхождении гравитационных волн
Звезды чаще всего рождаются не поодиночке, а парами. Например, пусть возникла пара из двух массивных звезд. Затем обе поочередно взорвались как сверхновые и дали две черных дыры, и они крутятся друг вокруг друга. Представим, как два шарика катаются по нашей резиновой плоскости, от них обязательно побежит рябь. В случае пары черных дыр это очень хороший процесс для испускания гравитационных волн, потому что у нас сразу есть большие массы, заключенные в компактные области и двигающиеся с огромными скоростями.

4

Квантовая теория поля

Физик Дмитрий Казаков о понятии квантового поля, теории перенормировок и диаграммах Фейнмана
В конце 40-ых-начале 50-ых годов прошлого века знаменитый американский физик Ричард Фейнман придумал наглядный язык, на котором мы все теперь и разговариваем, - это язык графики.

5

Черные дыры

Физик Эмиль Ахмедов об изучении черных дыр, Карле Шварцшильде и гигантских черных дырах
Много вопросов, связанных с черными дырами, остается все еще открытыми. Среди них — как на микроскопическом уровне происходит рождение излучения Хокинга в поле черных дыр. Кроме того, несмотря на то, что все меньше и меньше людей сомневаются в существовании этого эффекта, он не подтвержден экспериментально. В связи с этим возникает вопрос о реальности его существования. Также пока нет ответа на то, как происходит отклик в эффекте Хокинга. То есть как происходит уменьшение массы черной дыры при рождении соответствующего излучения и что является его результатом? Что происходит на конечной стадии испарения, и если дыра не полностью испаряется, то что остается в результате?

6

Нерешенные проблемы фундаментальной физики

Физик Эмиль Ахмедов о конфайнменте, космологической постоянной и квантовой гравитации
Квантовая частица - не шарик, а волна, поэтому в случае, если вы рассматриваете волну в лунке, она представляет собой стоячую волну. Это называется квантовой частицей. А основное состояние квантового осциллятора - это такой горбик, который имеет не нулевую энергию, то есть даже основное состояние квантового осциллятора имеет не нулевую энергию.

7

Квантовая гравитация

Физик Дмитрий Казаков о квантовании, рассеянии гравитонов и теории струн.
По всей вероятности, ученые не совсем правильно написали модель гравитации и она несколько сложнее. Помимо гравитонов есть другие элементарные частицы, которые тоже должны давать свой вклад в рассеяние гравитонов. И вклад этих частиц должен скомпенсировать вклад гравитонов, и все должно получиться как нужно. По этому пути мы движемся уже довольно давно, и некоторые успехи достигнуты.

8

Теория струн

Физик Эмиль Ахмедов о концептуальной особенности, достоинствах, недостатках и перспективах теории струн
Если задаться вопросом, почему это теория именно струн, а не мембран или каких-то других объектов, то это будет поиск под фонарем, потому что мы знаем, как сформулировать теорию линейных объектов, но не очень умеем работать с объектами, содержащими большее число внутренних измерений. С точечными объектами — частицами — мы уже достаточно хорошо научились работать, с линейными тоже неплохо, а с объектами с большим числом измерений пока из рук вон плохо. В частности, один из вопросов — "Что такое теория для мембран?"

9

D-браны

Физик Эмиль Ахмедов о дискретности пространства, мембранах и недостатках ОТО
Основной проблемой общей теории относительности является то, что непонятно, какая теория заменяет ее на мелких масштабах. В данный момент понятно, что это теория, которая описывает пространство и время на крупных масштабах. Мечтой теоретиков является понять природу пространства. Например, мы знаем, что все описывается при помощи квантов, дискретной величиной, а пространство и время непрерывны.

10

Голографическая дуальность

Физик Эмиль Ахмедов о параметрах квантовой электродинамики, увеличении размерности, сильной и слабой нелинейности
Старый подход к фундаментальной физике заключался в том, что необходимо было найти какую-то теорию поля, которая описывает тот или иной круг явлений. Например, рождение, рассеяние, излучение, поглощение электромагнитных волн описывает квантовая электродинамика.

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, доцент факультета математики НИУ ВШЭ
Узнал сам? Поделись с друзьями!
  • alex b

    Спасибо большое за курс-выборку! Очень интересно! Жду лекции по D-бранам, хочется узнать о них больше.

  • Guest

    Кварковая Система

  • Кварковая Система ! =)

  • Valera Kondaurov

    К создателям сайта. По поводу курсов лекций — можно сделать плэйлисты в Youtube для удобства просмотра и скачивания?

  • Denis Zhdanov

    я тоже за плейлисты на ютубе. Смотрю на телевизоре, пока там целиком только антропология.

  • Попов Павел

    Познавательный курс. Одно хочется сказать — блажен кто верует.

  • LeoFH

    Про петлевую квантовую гравитацию запилите плиз!))
    а то не очень понятно, что там есть какие то подвижки.

    на мой взгляд, самая многообещающая теория, но последние работы по ней годом 2006м этак датируются.

    похоже все на нее подзабили.

    Опубликовано материалов
    03586
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    12 033
  • 2
    Гасан Гусейнов
    5 921
  • 3
    ПостНаука
    2 848
  • 4
    Михаил Соколов
    2 370
  • 5
    Андрей Цатурян
    2 192
  • 6
    Татьяна Тимофеева
    2 129
  • 7
    ПостНаука
    2 122
  • Новое

  • 2 848
  • 486
  • 2 129
  • 1 281
  • 1 344
  • 2 370
  • 12 033
  • 2 192
  • 2 122