Нерешенные проблемы фундаментальной физики

Какие нерешенные задачи существуют в современной физике? Как устроен классический осциллятор? Какова роль нулевых колебаний? И что описывает квантовая хромодинамика? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Эмиль Ахмедов.

В чем состоит проблема космологической постоянной: представьте себе лунку, в которой лежит шарик. Если шарик не возбуждать, он будет просто лежать на дне лунки, а если его расшатать, он начнет колебаться, без трения он будет колебаться вечно. Это называется классическим осциллятором. 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. Это так называемые нулевые колебания. Они происходят в любой квантовой системе, в том числе, квантовой теории поля.

В чем заключается проблема конфайнмента: известно, что ядро состоит из протонов и нейтронов, которые взаимодействуют друг с другом при помощи ядерных сил. Если увеличивать энергию, сталкивая протоны и наращивая энергию, то мы увидим рождение все новых частиц, так называемых адронов. Адроны — это сильно взаимодействующие частицы. Чудом является то, что все эти адроны описываются одним способом, а именно, что они состоят из кварков.

Проблема квантовой гравитации в том, что у квантовой теории поля есть проблемы с существованием бесконечных частот. В том смысле, что вы поле можете гнуть как угодно, со сколь угодной высокой точностью, но из-за этого происходят разного сорта расходимости. Во всех остальных квантовых теориях поля, с которыми мы имеем дело, эти расходимости могут быть устранены переопределением так называемых констант связей. Проблема с гравитацией в том, что для того, чтобы устранить такие расходимости, необходимо иметь бесконечное количество констант связей.