पुस्तक "सूक्ष्म भौतिकी। जन, ईथर और विश्व शक्तियों का एकीकरण "

सभी को नमस्कार, आज हमने फ्रैंक विल्सेक द्वारा प्रिंटिंग हाउस को एक पुस्तक सौंपी है, जो वैक्यूम के द्रव्यमान, ऊर्जा और प्रकृति के बारे में नवीनतम भौतिक विचारों की पृष्ठभूमि का अध्ययन करता है। लेखक, भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेता, हमारे अविश्वसनीय ब्रह्मांड पर आधुनिक विचार स्थापित करता है और मौलिक भौतिक विज्ञान के एक नए स्वर्ण युग की भविष्यवाणी करता है। पदार्थ और ऊर्जा की एकता के बारे में एक शानदार कहानी, प्राथमिक कणों और उनकी बातचीत के बारे में - यह गंभीर लोकप्रिय विज्ञान साहित्य की एक उत्कृष्ट कृति है।

यहाँ हम "फर्मी ड्रेगन" पुस्तक का एक अंश प्रकाशित करते हैं।

शुरुआत से ही यह स्पष्ट था कि अन्य, नई ताकतों ने परमाणु दुनिया पर शासन किया। परमाणु भौतिकी के क्लासिक बल गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुंबकत्व हैं। हालाँकि, प्रतिकारक बल नाभिक में कार्य करते हैं: नाभिक में एक सामान्य धनात्मक आवेश होता है, और समान आवेश पीछे हटते हैं। किसी भी एक नाभिक में द्रव्यमान की थोड़ी मात्रा पर काम करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल विद्युत प्रतिकर्षण को दूर करने के लिए बहुत कमजोर होते हैं। (हम इस पुस्तक के दूसरे भाग में गुरुत्वाकर्षण की कमजोरी के बारे में अधिक बात करेंगे।) एक नए बल की आवश्यकता थी। उसे मजबूत बातचीत का नाम मिला। नाभिक के लिए एक दूसरे के साथ कसकर जुड़े रहने के लिए, मजबूत बातचीत पहले से ज्ञात किसी भी व्यक्ति की तुलना में अधिक शक्तिशाली होनी चाहिए।

प्रयोगकर्ताओं और सिद्धांतकारों के परिष्कार में दर्जनों वर्षों का प्रयास किया गया कि वे मौलिक समीकरणों की खोज करें जो यह बताते हैं कि परमाणु नाभिक में क्या होता है। आश्चर्यजनक रूप से, लोग आमतौर पर उन्हें खोजने में कामयाब रहे।

स्पष्ट कठिनाई यह है कि परमाणु नाभिक का छोटा आकार कार्रवाई में इन समीकरणों को देखने में हस्तक्षेप करता है। यह परमाणु से लगभग 100,000 गुना छोटा है। यह हमें नैनो तकनीक से परे एक लाख गुना दूर ले जाता है। नाभिक सूक्ष्म पोषक प्रौद्योगिकी के क्षेत्र से संबंधित है। मैक्रोस्कोपिक उपकरणों, जैसे तराजू या साधारण चिमटी का उपयोग करके नाभिक में हेरफेर करने की कोशिश करते हुए, हम एफिल टावरों की एक जोड़ी के साथ रेत के एक अनाज को उठाने की कोशिश कर रहे एक विशालकाय से भी बदतर परिणाम प्राप्त करते हैं। यह एक मुश्किल काम है। परमाणु दुनिया का अध्ययन करने के लिए, पूरी तरह से नए प्रयोगात्मक तरीकों को विकसित करना और असामान्य प्रकार के उपकरण बनाना आवश्यक था। अगले अध्याय में, हम एक अल्ट्रा-स्ट्रोबोस्कोपिक नैनोमाइक्रोस्कोप (जिसे स्टैनफोर्ड टू माइल लीनियर एक्सेलेरेटर (एसएलएसी) के रूप में जाना जाता है) और एक रचनात्मक विनाश स्टेशन (लार्ज इलेक्ट्रॉन-पोजिट्रॉन कोलाइडर (बीईपीके के रूप में जाना जाता है) के रूप में जाना जाएगा। खोज कहाँ की गई

एक अन्य कठिनाई यह थी कि माइक्रोनानोस्कोम, जैसा कि यह निकला, उन कानूनों का पालन करता है जो पहले अध्ययन किए गए सब कुछ से पूरी तरह से अलग हैं। जोरदार बातचीत के लिए श्रद्धांजलि देने से पहले, भौतिकविदों को एक व्यक्ति के लिए सोचने के प्राकृतिक तरीके को छोड़ना पड़ा और इसे अजीब नए विचारों के साथ बदलना पड़ा। हम अगले कुछ अध्यायों में इन विचारों की अधिक विस्तार से जाँच करेंगे। वे इतने अजीब हैं कि अगर मैं सिर्फ उन्हें तथ्यों के रूप में दे दूं, तो वे आपको प्रशंसनीय नहीं लगेंगे *, हालांकि, उन्हें ऐसा प्रतीत नहीं होना चाहिए। नए विचारों में से कुछ पहले से ज्ञात सभी चीजों से पूरी तरह से अलग हैं। वे विरोधाभास कर सकते हैं - और शायद वास्तव में विरोधाभास! - आपने स्कूल में क्या पढ़ा। (यह इस बात पर निर्भर करता है कि आपने किस स्कूल में दाखिला लिया और कब।) इस छोटे अध्याय में, मैं बताऊंगा कि किसने हमें क्रांति के लिए प्रेरित किया। यह अध्याय परमाणु भौतिकी की पारंपरिक अवधारणा को संयोजित करने का कार्य करता है, जो अभी भी मेरी नई समझ के साथ उच्च विद्यालय के छात्रों और नए लोगों के लिए आई हुई अधिकांश भौतिकी पाठ्यपुस्तकों में प्रस्तुत किया जाता है।

ड्रैगन फाइट

जेम्स चैडविक की 1932 में न्यूट्रॉन की खोज एक ऐतिहासिक घटना थी। चैडविक की खोज के बाद, समझने का मार्ग सरल लग रहा था। ऐसा लगता था कि कोर के भवन ब्लॉकों की खोज की गई थी। वे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन हैं, दो प्रकार के कण जो लगभग एक ही वजन के होते हैं (एक न्यूट्रॉन 0.2% भारी होता है) और इसमें समान रूप से अन्य इंटरैक्शन होते हैं। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के बीच सबसे स्पष्ट अंतर यह है कि प्रोटॉन में एक सकारात्मक विद्युत आवेश होता है, और न्यूट्रॉन विद्युत रूप से तटस्थ होता है। इसके अलावा, एक पृथक न्यूट्रॉन अस्थिर है। इसके अस्तित्व की अवधि लगभग 15 मिनट है, जिसके बाद न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन (और एक ही समय में एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो भी उत्पन्न होता है) में बदल जाता है। केवल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को एक साथ जोड़कर, आप विभिन्न आवेशों और द्रव्यमानों के साथ नाभिक के मॉडल बना सकते हैं जो लगभग ज्ञात नाभिक के समान मापदंडों के अनुरूप होते हैं।

ऐसा लगता था कि इन मॉडलों को समझना और परिष्कृत करना केवल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन पर काम करने वाली ताकतों को मापने का विषय था। ये ताकतें नाभिक को क्षय से बचाएंगी। इन बलों का वर्णन समीकरण मजबूत बातचीत का एक सिद्धांत बन जाएगा। इस सिद्धांत के समीकरणों को हल करते हुए, हम इसका परीक्षण कर सकते हैं और भविष्यवाणियां कर सकते हैं। इस प्रकार, हम "परमाणु भौतिकी" नामक एक नया लेकोनिक अध्याय लिखेंगे, जिसका केंद्रीय विचार एक सरल और सुरुचिपूर्ण समीकरण द्वारा वर्णित "परमाणु बल" होगा।

अन्य प्रोटॉन (न्यूट्रॉन या अन्य नाभिक) के साथ प्रोटॉन टक्करों का अध्ययन करने के लिए कार्रवाई प्रेरित प्रयोगकर्ताओं का ऐसा कार्यक्रम। हम ऐसे प्रयोगों को कहते हैं, जिनमें कण दूसरों के साथ टकराते हैं और अध्ययन करते हैं कि क्या हुआ, एक प्रकीर्णन प्रयोग। विचार यह है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के विक्षेपण का अध्ययन करके, या, जैसा कि हम कहते हैं, प्रकीर्णन, आप यह निर्धारित कर सकते हैं कि बल उन पर क्या कार्य करते हैं।

यह सरल रणनीति बुरी तरह विफल रही। पहले, शक्ति बहुत जटिल थी। यह पाया गया कि यह न केवल कणों के बीच की दूरी पर, बल्कि उनके वेगों और उनके स्पिन की दिशाओं पर भी एक जटिल निर्भरता है। यह जल्द ही स्पष्ट हो गया कि हम इस बल के लिए एक सरल और सुंदर कानून नहीं ढूंढ पाएंगे, जो न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम या बिजली के लिए कूलॉम्ब के नियम के साथ एक स्थान के योग्य हो।

दूसरे, जो भी बदतर था, "शक्ति" शक्ति नहीं थी। जब दो ऊर्जावान प्रोटॉन टकराते हैं, न कि केवल उनका विक्षेपण होता है। अक्सर परिणामस्वरूप दो से अधिक कण बनते हैं, जो जरूरी नहीं कि प्रोटॉन होते हैं। वास्तव में, भौतिकविदों द्वारा उच्च-ऊर्जा प्रकीर्णन प्रयोगों के दौरान, कणों की कई नई प्रजातियों की खोज की गई थी। नए कण, जिनमें से दर्जनों पाए गए हैं, अस्थिर हैं, इसलिए हम आमतौर पर उन्हें प्रकृति में नहीं देखते हैं। हालांकि, जब उनका विस्तार से अध्ययन किया गया, तो यह पता चला कि उनके अन्य गुण, विशेष रूप से मजबूत अंतःक्रियाएं और आकार, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के समान मापदंडों के समान हैं।

इन खोजों के बाद, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को अपने आप पर विचार करना या यह सोचने के लिए अप्राकृतिक हो गया कि मुख्य समस्या उन ताकतों को निर्धारित करना है जो उनकी बातचीत का निर्धारण करते हैं। इसके बजाय, पारंपरिक अर्थों में "परमाणु भौतिकी" एक बड़े विषय का हिस्सा बन गया है, जिसमें कभी नए कण और स्पष्ट रूप से उनके निर्माण और क्षय की जटिल प्रक्रियाएं शामिल हैं। प्राथमिक कणों के नए "चिड़ियाघर" का वर्णन करने के लिए, इस नए प्रकार के ड्रेगन, "हैड्रोन" नाम का आविष्कार किया गया था।

हीड्रा

रसायन विज्ञान में अनुभव ने इन सभी कठिनाइयों को समझाने की संभावना का सुझाव दिया। शायद प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और अन्य हैड्रॉन प्राथमिक कण नहीं हैं। हो सकता है कि उनमें सरल गुण वाली सरल वस्तुएँ हों।

वास्तव में, यदि आप प्रोटॉन और न्यूट्रॉन पर परमाणुओं और अणुओं पर समान प्रयोग करते हैं, तो उनके टकराव के बाद क्या रहता है, इसका अध्ययन करने पर आपको जटिल परिणाम मिलेंगे। आप अपनी नई प्रजातियों (या उत्तेजित परमाणुओं, आयनों और कणों) को प्राप्त करने के लिए अणुओं को पुनर्व्यवस्थित और विघटित कर सकते हैं, दूसरे शब्दों में, रासायनिक प्रतिक्रियाएं करते हैं। बातचीत का सरल नियम केवल इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों का पालन करता है। परमाणु और अणु, कई इलेक्ट्रॉनों और नाभिकों से मिलकर, इसके अधीन नहीं हैं। क्या प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और उनके हाल ही में खोजे गए रिश्तेदारों के लिए समान पैटर्न हो सकता है? क्या उनकी स्पष्ट जटिलता को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि वे छोटे भवन ब्लॉकों से मिलकर बने हैं जो बहुत सरल कानूनों का पालन करते हैं?

टुकड़ों में कुछ तोड़ना एक मोटा तरीका हो सकता है, लेकिन यह विधि इस बात का पता लगाने के लिए भी सबसे विश्वसनीय हो सकती है कि इसमें क्या शामिल है। यदि दो परमाणु दृढ़ता से पर्याप्त रूप से टकराते हैं, तो वे अपने घटक इलेक्ट्रॉनों और नाभिक में क्षय करेंगे। इस प्रकार, जिन बिल्डिंग ब्लॉकों की वे रचना करते हैं, वे खोजे जाते हैं।

हालांकि, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अंदर सरल निर्माण ब्लॉकों की खोज ने असामान्य कठिनाइयों को जन्म दिया है। यदि आप वास्तव में दृढ़ता से प्रोटॉन से टकराते हैं, तो आपको और भी अधिक प्रोटॉन मिलेंगे, कभी-कभी उनके हैड्रोन रिश्तेदारों के साथ। उच्च ऊर्जा पर दो प्रोटॉन की टक्कर का एक विशिष्ट परिणाम तीन प्रोटॉन, एक एंटीन्यूट्रॉन और कई पी-मेसन्स की उपस्थिति है। परिणामी कणों का कुल द्रव्यमान मूल के द्रव्यमान से अधिक होता है। हमने इस अवसर पर पहले चर्चा की, और अब यह फिर से हमसे आगे निकल गया है। छोटे और लाइटर बिल्डिंग ब्लॉक खोलने के बजाय, कभी उच्च ऊर्जा के लिए आगे बढ़ रहे हैं और कभी मजबूत टक्करों का निर्माण कर रहे हैं, तो आप बस एक ही अधिक का पता लगाते हैं। सरलीकरण के रुझान नहीं देखे गए हैं। यह वैसा ही है, जैसे आपने एक ही किस्म के दो सेबों को एक साथ धकेला हो और एक ही किस्म के तीन सेब मिले हों, एक किस्म का सेब, तरबूज, एक दर्जन चेरी और एक जोड़ा तोरी।

फ़र्मी ड्रैगन एक मिथक से एक बुरा सपना बन गया है। हाइड्रा के सिर को काट दें और उसकी जगह कुछ नए दिखाई देंगे।

सरल भवन ब्लॉक मौजूद हैं। हालांकि, उनकी मौलिक "सरलता" का अर्थ एक अजीब और विरोधाभासी व्यवहार है जो उन्हें प्रयोगों के दौरान सिद्धांत और मायावी दोनों के लिए क्रांतिकारी बनाता है। उन्हें समझने या यहां तक ​​कि उन्हें समझने के लिए, हमें फिर से शुरू करना होगा।

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