Фейнман и квантовая электродинамика
Американский физик Ричард Фейнман (1918–1988) в 1965 году получил Нобелевскую премию за разработку теории квантовой электродинамики, науки о взаимодействии света с атомами и их электронами. Он способствовал будущему развитию нанотехнологии (изучения машин размером в одну миллиардную долю сантиметра) и теории кварков (фундаментальных частиц, из которых состоят «элементарные» частицы, например, протоны и электроны), а также теории сверхтекучести (состояния материи, в котором вещество течет без сопротивления).
Фейнман был выпускником Массачусетского Технологического Института, и защитил докторскую диссертацию в Принстонском Университете, у Джона Уиллера, который воспитал многих знаменитых ученых, например, Хью Эверетта. Тема диссертации Фейнмана «Принцип наименьшего действия в квантовой механике», отражала специфику его подхода — использовать базовые принципы для решения фундаментальных проблем.
Работа Фейнмана в области квантовой электродинамики, принесшая ему Нобелевскую премию, была посвящена изучению того, как электроны, позитроны (частицы с той же массой, как электроны, но с противоположным зарядом) и фотонов (кванты световой энергии) взаимодействуют друг с другом. Вместе с работами других ученых в той же области, квантовая электродинамика до сих пор остается самой точной физической теорией, составляя основу общепринятого понимания квантовой теории.
Для иллюстрации взаимодействия элементарных частиц друг с другом, Фейнман придумал то, что теперь называется «диаграммами Фейнмана». Эти диаграммы дают нам интуитивное представление о движении частиц («пространственно-временной подход»). Он предложил думать о путях частицы, как об идущих из одной точки в пространстве и времени в другую через области, которые слишком малы, чтобы их можно было точно измерить. Его метод дает правила для вычисления тенденций и вероятностей, связанных с каждым из возможных путей частицы. Складывая все эти тенденции, мы получаем наиболее вероятный физический процесс, который можно измерить в повседневной реальности.
Гравитация
В повседневной жизни, мы знаем о гравитации потому, что ощущаем, как наш вес давит на наши ступни, когда мы стоим, или на ягодицы, когда мы сидим на стуле или на земле. Мы наблюдаем приливы и отливы, вызываемые силами тяготения Земли и Луны. Гравитация влияет на погоду, заставляя плотный холодный воздух опускаться вниз, и позволяя более легкому, более теплому воздуху оставаться наверху. Без гравитации, все мы и окружающие нас предметы улетели бы в космическое пространство. Гравитация составляет часть того ощущения, которое мы испытываем, будучи живыми телами на Земле. Гравитация связана со всем, что мы называем своим «домом». Без гравитации Земля разлетелась бы на куски, и мы бы жили в открытом космосе.
Гравитация — это сила тяготения между всеми объектами, которая притягивает их друг к другу. Это универсальная сила, воздействующая на самые большие и самые малые объекты, на все формы материи и энергии. Гравитация — очень слабая сила, но для огромных объектов (например, планет) сила гравитации может быть весьма большой. Таким образом, гравитация управляет движением астрономических тел. Взгляните на небо; гравитация удерживает луну околоземной орбите, она удерживает Землю и другие планеты нашей солнечной системы на их орбитах вокруг Солнца. На самом деле, гравитация управляет видимым движением всех звезд, замедляя расширение вселенной, так как звезды и галактики притягивают друг друга. Гравитация создает черные дыры. Когда звезда исчерпывает топливо, необходимое для горения, в дело вступает гравитация, и сжимает звезду в крохотное ничто, именуемое черной дырой.
Гравитация — самая слабая из четырех фундаментальных сил: она слабее электромагнетизма, а также слабых и сильных ядерных сил, связывающих частицы в атоме. Гравитация настолько слаба, что почти не влияет на строение атомов. В отличие от других сил, гравитация не так быстро убывает с расстоянием. В то время, как электромагнитные силы или силы, действующие между частицами, участвуют как в притяжении так и в отталкивании, гравитация только притягивает, и ее действие сохраняется на больших расстояниях.
Ньютон выдвинул хорошую теорию гравитации, а Эйнштейн уточнил ее своим принципом общей относительности как характеристики пространства. Однако, никто, включая Эйнштейна, не знает, что представляет собой гравитация, и как она связана с другими силами. Моя гипотеза основана на том, что я вижу, и в чем я уверен: гравитация — это пример глубокой демократии; важны все ее уровни. Она и реальна, и подобна сновидению, она помогает нам отождествляться с нашим существованием на Земле, и, в то же время, она никогда не оставляет нас, даже когда мы находимся далеко от этой планеты.