Tag Archives: Simetrija

Gravitacija: Možda smo ju do sada potpuno pogrešno shvatali

Simetrija je bila jedno od vodećih načela fizičara u traženju osnovnih prirodnih zakona. Što znači da zakoni prirode imaju simetriju? To znači da zakoni izgledaju isto i prije i nakon operacije, slično ogledalskoj refleksiji.




Fizičari su u svojim zakonima tražili zakone koji objašnjavaju i mikroskopski svijet elementarnih čestica, kao i makroskopski svijet univerzuma i Velikog praska, očekujući da bi takvi temeljni zakoni trebali biti simetrije u svim okolnostima. Međutim, prošle godine su dvojica fizičara pronašla teorijski dokaz da na najosnovnijem nivou priroda ne poštuje simetriju.

Kako su to uradili? Gravitacija i hologram

U fizičkom svijetu postoje četiri temeljne sile: elektromagnetizam, jaka sila, slaba sila i gravitacija. Gravitacija je jedina sila koja je još uvijek neobjašnjiva na kvantnom nivou. Njeni efekti na velike objekte, poput planeta ili zvijezda, relativno se lako mogu vidjeti, ali stvari se kompliciraju kada čovjek pokuša razumjeti gravitaciju u malom svijetu elementarnih čestica.

Da bi pokušali shvatiti gravitaciju na kvantnom nivou, Hirosi Ooguri, direktor Kavli instituta za fiziku i matematiku svemira u Tokiju, i Daniel Harlow, docent na Massachusetts Institute of Technology, započeli su s holografskim principom. Ovaj princip objašnjava trodimenzionalne pojave pod utjecajem gravitacije na dvodimenzionalnom ravnom prostoru na koji gravitacija ne utječe. Ovo nije stvarno predstavljanje našeg svemira, ali je dovoljno blizu da istraživačima pomogne u proučavanju njegovih osnovnih aspekata.




Par je zatim pokazao kako kvantni kod za ispravljanje grešaka, koje objašnjavaju kako trodimenzionalni gravitacijski fenomeni iskaču iz dvije dimenzije, poput holograma, nisu kompatibilni s bilo kojom simetrijom; što znači da takva simetrija ne može biti moguća u kvantnoj gravitaciji.

Za dalje čitanje posjetite:

https://phys.org/news/2020-01-gravity-wrong.html

Svemir ne bi trebao postojati tvrde CERN fizičari!

Ukratko

Tim istraživača u CERN-u je još jednom pokušao shvatiti zašto univerzum postoji uprkos osnovnoj simetriji koja bi trebala rezultirati trenutnim uništenjem. Nažalost, njihovo istraživanje magnetizma protona i antiprotona nije pokazalo nikakve razlike među njima.

Univerzalni Paradoks

S tačno jednakom količinom materije i antimaterije, naš univerzum je savršeno simetričan. Iako to zvuči predivno, to stvara veliki problem sa egzistencijalnim posledicama. Budući da poseduje ovu osnovnu simetriju, naš univerzum ne bi trebalo da postoji.
Prema standardnom modelu fizike, svemir je imao jednake količine antimaterije i materije kada je stvoren. Problem sa tim je činjenica da je svaka čestica antimaterije trebala anihilirati odgovarajuću česticu materije, ne ostavljajući ništa za sobom. Osim što nije, a ovde se pitamo zašto.
Ovaj se problem ranije primetio, a studija objavljena u časopisu “Nature” potvrđuje da naš univerzum nikada nije trebao da nastane.

Naučnici su često razmatrali mogućnost da postoji neka trenutno nepoznata razlika između materije i antimaterije – različita masa, različita naelektrisanja, nešto drugo – što omogućava univerzumu da postoji.
Da bi se dodatno istražila ova mogućnost, naučnici Evropske organizacije za nuklearna istraživanja (CERN) u Švajcarskoj odlučili su da potraže razliku u magnetizmu. Koristili su metodu koju su izradili istraživači sa Univerziteta Majnc da bi izračunali magnetizam antimaterije sa preciznošću koja nikada ranije nije bila viđena, ali, na žalost, nisu mogli pronaći nikakvu razliku.
“Sva naša zapažanja su pronašla potpunu simetriju između materije i antimaterije, zbog čega univerzum ne bi trebalo zapravo da postoji”, rekao je istraživač Christian Smorra u saopćenju za štampu u Mainzu. “Asimetrija mora negde da postoji, ali jednostavno ne razumemo gde je razlika. Koji je izvor sloma simetrije?”

Godine rada

Iako istraživači CERN-a nisu bili u stanju da primete bilo kakvu razliku između materije i antimaterije, njihovi radovi rezultirali su našim do sada najdetaljnijim istraživanjem magnetizma antimaterije.

Pošto je nemoguće držati antimateriju u fizičkom kontejneru, tim je izmislio metod koji uključuje par Penning zamki da zadrže antiprotone koristeći magnetna i električna polja.
“Merenje antiprotona bilo je izuzetno teško, i radili smo na tome deset godina. Konačni proboj došao je sa revolucionarnom idejom da se merenje vrši sa dve čestice “, rekao je Stefan Ulmer, portparol multinacionalne BASE saradnje u CERN-u.
“Ovaj rezultat je kulminacija višegodišnjeg kontinuiranog istraživanja i razvoja i uspješnog završetka jedne od najtežih merenja ikada izvedenih u Penning instrumentu.

Međutim, što se tiče egzistencijalnog problema svemira, praktično smo se vratili tačno gde smo započeli: materija i antimaterija su fundamentalno simetrični. Ne možemo uočiti razliku u smislu mase, naelektrisanja i čak i magnetizma koji pokazuju protoni i antiprotoni. Na osnovu svega što znamo, univerzum ne bi trebao postojati. Ipak, istraživači se nadaju da će se odgovor na kraju pojaviti. Kao sljedeći korak, planiraju da izvrše mjerenja protona i antiprotona na još višoj preciznosti razvijanjem inovativnih metoda u narednih nekoliko godina.U međuvremenu, saradnja CERN-a nazvana ALPHA gleda na fundamentalne simetrije između vodonika i antihidrogenskih atoma, pa je možda jedna od ovih istraživačkih grupa našla nešto što bi bilo u suprotnosti sa činjenicom da naš univerzum ne bi trebao postojati.”, (1)

Izvori:

  1. https://futurism.com/cern-research-finds-the-universe-should-not-actually-exist/
  2. https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-39-why-does-light-stretch-as-the-universe-expands-e0a94466e2ba

Šta su u fizici simetrije?

Simetrije (fizika)

Dirak je pretpostavio da ako postoji elektron sa negativnim naelektrisanjem -e i spinom 1/2, onda postoji i čestica sa pozitivnim naelektrisanjem +e i istom vrednošću spina. Tako je teoretski na osnovu simetrije pretpostavljeno postojanje pozitrona, što je kasnije i eksperimentalno otkriveno.

Simetrije u fizici su simetrije fizičkog sistema ili fizičkog zakona i odnose se na invarijantnost ili kovarijantnost. Invarijantnost fizičkog sistema ili zakona podrazumeva njegovu nepromenljivost na transformacije. Kovarijantnost se odnosi na to da jednačine koje opisuju sistem ili zakon zadržavaju svoj oblik, tj. postoji transformacija koja rešenje jednačine u jednom koordinatnom sistemu jednoznačno prebacuje u rešenje u drugom koordinatnom sistemu.

U fizici je koncept simetrije veoma važan, jer simetrije fizičkih sistema pojednostavljuju rešavanje problema u njima. U kvantnoj fizici značaj simetrije je još veći u odnosu na klasičnu fiziku, jer uopštavanje osobina omogućava teoretsku predikciju novih fenomena. Simetrije se u fizici pronalaze u svim oblastima proučavanja i teorija simetrija ima vrlo veliku primenu za razumevanje i proučavanje.

 

Transformacija prostora

Neke od najvažnijih prostornih transformacija su prostorne inverzije (refleksije sve tri ose), prostorne translacije, rotacije. Transformacije prostora se svode na transformacije koordinatnih sistema čija je gmatematička struktura grupa. U fizici se posmatraju grupe koje pripadaju nekoj mnogostrukosti. Najprimenjenije su Lijeve grupe kod kojih su preslikavanja među elementima analitička preslikavanja, a i oblast promene parametara, odnosno mnogostrukost kojoj Lijeve grupe pripadaju je analitička.

Prostorne simetrije su one transformacije koordinata ili koordinatnih sistema pri kojim jednačine kretanja ne menjaju oblik.

 

Simetrije u različitim oblastima fizike

  • Klasična fizika

U klasičnoj fizici su preko transformacija prostora i vremena definisane i transformacije brzine, odnosno impulsa, a preko njih su definisane i transformacije svih drugih opservabli.

  • Kvantna mehanika

U kvantnoj mehanici se simetrije drugačije pojavljuju od nalaženja u klasičnoj mehanici. Često korišćene simetrije su simetrija prostor-vremena i unutrašnje simetrije. Stanja fizičkog sistema u kvantnoj mehanici su vektori u prostoru stanja i njihove transformacije se reprezentuju unitarnim operatorima u prostoru stanja.

Formulisano preko komutatora, grupa transformacija predstavlja simetriju ukoliko svi njeni generatori komutiraju sa hamiltonijanom i tada su generatori kretanja zapravo konstante kretanja. Posledica komutacije generatora simetrije sa hamiltonijanom povlači osobinu da se hamiltonijan i podskup sačinjen od ovih generatora mogu dijagonijalizovati istovremeno. Tada svojstvena stanja generatora simetrije daju dodatne kvantne brojeve koji razlikuju stanja iste energije, odnosno uklanjaju degeneraciju, a pri tome se održavaju u vremenu.

  • Fizika elementarnih čestica

U teoriji elementarnih čestica simetrija ima ključnu ulogu, jer je na osnovu nje urađena klasifikacija čestica i određena njihova struktura i bez poznavanja njihove dinamike.

 

Reference

  1. Otkriće pozitrona, CERN timelines, pristupljeno: 27. septembar 2015.
  2. Kvantna mehanika, Maja Burić, Fizički fakultet Univerziteta u Beogradu, pristupljeno: 10. mart 2015.

Izvor: Wikipedia

Šta su u fizici simetrije?

Simetrije (fizika)

Dirak je pretpostavio da ako postoji elektron sa negativnim naelektrisanjem -e i spinom 1/2, onda postoji i čestica sa pozitivnim naelektrisanjem +e i istom vrednošću spina. Tako je teoretski na osnovu simetrije pretpostavljeno postojanje pozitrona, što je kasnije i eksperimentalno otkriveno.

Simetrije u fizici su simetrije fizičkog sistema ili fizičkog zakona i odnose se na invarijantnost ili kovarijantnost. Invarijantnost fizičkog sistema ili zakona podrazumeva njegovu nepromenljivost na transformacije. Kovarijantnost se odnosi na to da jednačine koje opisuju sistem ili zakon zadržavaju svoj oblik, tj. postoji transformacija koja rešenje jednačine u jednom koordinatnom sistemu jednoznačno prebacuje u rešenje u drugom koordinatnom sistemu.

U fizici je koncept simetrije veoma važan, jer simetrije fizičkih sistema pojednostavljuju rešavanje problema u njima. U kvantnoj fizici značaj simetrije je još veći u odnosu na klasičnu fiziku, jer uopštavanje osobina omogućava teoretsku predikciju novih fenomena. Simetrije se u fizici pronalaze u svim oblastima proučavanja i teorija simetrija ima vrlo veliku primenu za razumevanje i proučavanje.

 

Transformacija prostora

Neke od najvažnijih prostornih transformacija su prostorne inverzije (refleksije sve tri ose), prostorne translacije, rotacije. Transformacije prostora se svode na transformacije koordinatnih sistema čija je gmatematička struktura grupa. U fizici se posmatraju grupe koje pripadaju nekoj mnogostrukosti. Najprimenjenije su Lijeve grupe kod kojih su preslikavanja među elementima analitička preslikavanja, a i oblast promene parametara, odnosno mnogostrukost kojoj Lijeve grupe pripadaju je analitička.

Prostorne simetrije su one transformacije koordinata ili koordinatnih sistema pri kojim jednačine kretanja ne menjaju oblik.

 

Simetrije u različitim oblastima fizike

  • Klasična fizika

U klasičnoj fizici su preko transformacija prostora i vremena definisane i transformacije brzine, odnosno impulsa, a preko njih su definisane i transformacije svih drugih opservabli.

  • Kvantna mehanika

U kvantnoj mehanici se simetrije drugačije pojavljuju od nalaženja u klasičnoj mehanici. Često korišćene simetrije su simetrija prostor-vremena i unutrašnje simetrije. Stanja fizičkog sistema u kvantnoj mehanici su vektori u prostoru stanja i njihove transformacije se reprezentuju unitarnim operatorima u prostoru stanja.

Formulisano preko komutatora, grupa transformacija predstavlja simetriju ukoliko svi njeni generatori komutiraju sa hamiltonijanom i tada su generatori kretanja zapravo konstante kretanja. Posledica komutacije generatora simetrije sa hamiltonijanom povlači osobinu da se hamiltonijan i podskup sačinjen od ovih generatora mogu dijagonijalizovati istovremeno. Tada svojstvena stanja generatora simetrije daju dodatne kvantne brojeve koji razlikuju stanja iste energije, odnosno uklanjaju degeneraciju, a pri tome se održavaju u vremenu.

  • Fizika elementarnih čestica

U teoriji elementarnih čestica simetrija ima ključnu ulogu, jer je na osnovu nje urađena klasifikacija čestica i određena njihova struktura i bez poznavanja njihove dinamike.

 

Reference

  1. Otkriće pozitrona, CERN timelines, pristupljeno: 27. septembar 2015.
  2. Kvantna mehanika, Maja Burić, Fizički fakultet Univerziteta u Beogradu, pristupljeno: 10. mart 2015.

Izvor: Wikipedia