우주의 미해결 신비와 비교할 때, 지난 반세기 동안 물리학에서 결정화 된 가장 심오한 사실 중 하나에 대해 훨씬 적은 말을합니다. 놀랍게도 자연은 다르지 않기 때문입니다. 암스테르담 대학교의 이론 물리학자인 다니엘 바우만 (Daniel Baumann)은“우리가 가진 물리 법칙에는 자유가 없다”고 말했다.
1960 년대 이후, 지난 10 년 동안 Baumann과 같은 물리학 자들은 자연의 법칙이 무엇인지 추론하기 위해“부트 스트랩”으로 알려진 기술을 사용했습니다. 이 접근법은 법이 본질적으로 상호 일관성을 통해 서로를 지시한다고 가정합니다. 즉, 자연은“자체 부트 스트랩으로 스스로를 끌어냅니다”. 이 아이디어는 우주에 대해 막대한 양을 설명하는 것으로 밝혀졌습니다.
부트 스트랩 래핑 할 때 물리학 자들은 다른 양의 "스핀"또는 고유 각 운동량을 가진 기본 입자가 지속적으로 행동 할 수있는 방법을 결정합니다. 이를 통해 그들은 우주를 형성하는 알려진 힘의 기본 형태를 재발견합니다. 가장 인상적인 것은 스핀의 두 단위를 가진 입자의 경우입니다. 노벨상 수상자 인 Steven Weinberg가 1964 년에 보여 주듯이, 스핀 -2 입자의 존재는 불가피하게 일반 상대성으로 이어집니다-Albert Einstein의 중력 이론으로 이어집니다. 아인슈타인은 엘리베이터가 떨어지는 엘리베이터와 뒤틀린 공간과 시간에 대한 추상적 인 생각을 통해 일반 상대성에 도달했지만, 이론은 기본 입자의 수학적으로 일관된 행동에서 직접적으로 이어집니다.
.CEA Saclay의 이론 물리학 연구소의 이론 물리학자인 Laurentiu Rodina는 2014 년에 Weinberg의 증거를 현대화하고 일반화하는 데 도움을 준 Cea Saclay의 이론 물리학자인 Laurentiu Rodina는“저는이 불가피한 중력 [및 기타 세력]이 자연에 대한 가장 깊고 영감을주는 사실 중 하나라고 생각합니다.
부트 스트랩이 작동하는 방법
입자의 스핀은 근본적인 대칭 또는 변환 할 수있는 방법을 반영합니다. 예를 들어, 스핀 -1 입자는 한 번의 전체 회전으로 회전 한 후 동일한 상태로 돌아갑니다. Spin- $ latex \ frac {1} {2} $ 입자는 동일한 상태로 돌아 오려면 2 개의 전체 회전을 완료해야하며, 스핀 2 입자는 반 턴 후에 동일하게 보입니다. 기본 입자는 0, $ latex \ frac {1} {2} $, 1, $ latex \ frac {3} {2} $ 또는 2 단위의 스핀을 운반 할 수 있습니다.
주어진 스핀의 입자에 어떤 행동이 가능한지 파악하기 위해 부트 스트랩퍼는 두 개의 입자와 같은 간단한 입자 상호 작용을 고려하여 3 분의 1을 산출합니다. 입자의 회전은 이러한 상호 작용에 제약 조건을 제한합니다. 예를 들어, 스핀 -2 입자의 상호 작용은 모든 참여 입자가 180도 씩 회전 할 때 동일하게 유지되어야합니다.
상호 작용은 몇 가지 다른 기본 규칙에 순종해야합니다. 운동량은 보존되어야합니다. 상호 작용은 지역성을 존중해야하며, 이는 공간과 시간에 회의를 통해 입자가 흩어 지도록 지시해야한다. 그리고 가능한 모든 결과의 확률은 단위로 알려진 원칙 인 최대 1을 추가해야합니다. 이러한 일관성 조건은 입자 상호 작용이 만족 해야하는 대수 방정식으로 해석됩니다. 특정 상호 작용에 해당하는 방정식에 솔루션이있는 경우, 이러한 솔루션은 본질적으로 실현되는 경향이 있습니다.
예를 들어, 광자의 경우, 질량이없는 스핀 -1 빛의 빛 및 전자기를 고려하십시오. 이러한 입자의 경우, 4 인 입자 상호 작용을 설명하는 방정식 (2 개의 입자가 들어가고 2 개는 충돌하고 산란 후 2 개가 나오는 경우에 실행 가능한 솔루션이 없습니다. 따라서 광자는 이런 식으로 상호 작용하지 않습니다. Baumann은“이것이 밝은 파도가 서로 흩어져 있지 않으며 거시적 거리를 볼 수있는 이유입니다. 그러나 광자는 다른 유형의 입자와 관련된 상호 작용에 참여할 수 있지만, 예를 들어 Spin- $ raindx \ frac {1} {2} $ 전자와 같은 상호 작용에 참여할 수 있습니다. 광자의 상호 작용에 대한 이러한 제약은 154 세의 전자기 이론 인 Maxwell의 방정식으로 이어집니다.
또는 원자 핵에 결합하는 강한 힘을 전달하는 글루온, 입자를 복용하십시오. 글루온은 또한 질량이없는 스핀 -1 입자이지만, 동일한 질량이없는 스핀 -1 입자가 여러 유형의 경우를 나타냅니다. 광자와는 달리 글루온은 4 입자 상호 작용 방정식을 만족시킬 수 있습니다. 이 글루온의 자기 상호 작용에 대한 제약은 양자 크롬 역학에 의해 주어진 설명, 강한 힘의 이론과 일치합니다.
세 번째 시나리오는 질량이있는 스핀 -1 입자와 관련이 있습니다. 우주 출생 중에 대칭이 부러 졌을 때 질량이 시작되었습니다. 상수 - 전능 한 히그 스 필드의 가치는 자발적으로 0에서 양수로 이동하여 많은 입자를 질량으로 흡수했습니다. Higgs 대칭의 파괴는 방사성 붕괴를 담당하는 약한 힘의 운반자 인 W와 Z Bosons라는 대규모 스핀 1 입자를 만들었습니다.
프랑스 오사 오세에있는 이론 물리학 실험실의 이론 물리학자인 Adam Falkowski는“Spin-2의 경우 기적이 일어난다”고 말했다. 이 경우, 처음에 4 입자 상호 작용 방정식에 대한 솔루션은 무한대에 맞서는 것으로 보인다. 그러나 물리학 자들은이 상호 작용이 세 가지 다른 방식으로 진행될 수 있으며 세 가지 다른 옵션과 관련된 수학적 용어는 무한을 취소하기 위해 완벽하게 공모하여 해결책을 허용합니다.
.그 용액은 중력입니다 :스핀 -2 입자는 그 자체와 다른 모든 입자와 동일한 강도를 가진 스핀 2 입자입니다. 이 짝수는 일반 상대성의 중심 교리로 곧장 이어집니다. 동등성 원칙, 아인슈타인의 자료는 중력이 구부러진 시공간을 통한 가속과 구별 할 수 없으며 중력 질량과 고유 질량은 동일합니다. Falkowski는 부트 스트랩 접근법에 대해 다음과 같이 말했습니다.“이 추론은 아인슈타인의 초록보다 훨씬 더 설득력이 있습니다.”
따라서, 기본 대칭에 의한 기본 입자 상호 작용에 대한 제약을 통해 생각함으로써, 물리학 자들은 원자를 형성하는 강력하고 약한 힘의 존재와 우주를 크게 조각하는 전자기와 중력의 힘을 이해할 수있다.
.또한 부트 스트랩퍼는 많은 다른 스핀 -0 입자가 가능하다는 것을 발견했습니다. 유일한 알려진 예는 다른 입자들에게 질량을 부여하는 대칭 중개 Higgs 필드와 관련된 입자 인 Higgs Boson입니다. 인형이라고 불리는 가상의 스핀 -0 입자는 우주의 초기 확장을 주도했을 수 있습니다. 이러한 입자의 각 운동량 부족은 대칭이 적은 대칭을 제한한다는 것을 의미합니다. 이로 인해 Bootstrappers는 Nature의 통치 법에 대해 덜 추론 할 수 있으며 Nature 자체는 더 창의적인 라이센스를 가지고 있습니다.
spin- $ raindx \ frac {1} {2} $ matter 입자들도 더 많은 자유가 있습니다. 이것들은 우리가 물질이라고 부르는 거대한 입자의 가족을 구성하며, 질량과 커플 링에 의해 다양한 힘으로 개별적으로 차별화됩니다. 예를 들어, 우리의 우주에는 글루온과 광자와 상호 작용하는 Spin- $ latex \ frac {1} {2} $ quarks가 포함되어 있습니다.
스핀 스펙트럼은 4 입자 상호 작용 방정식의 무한도가 더 높은 스핀 값을 갖는 모든 질량이없는 입자를 제거하기 때문에 2에서 정지합니다. 높은 스핀 상태는 매우 방대하다면 존재할 수 있으며, 그러한 입자는 문자열 이론과 같은 중력의 양자 이론에서 역할을합니다. 그러나 더 높은 스핀 입자는 감지 할 수 없으며 거시적 세계에 영향을 줄 수 없습니다.
발견되지 않은 국가
Spin- $ latex \ frac {3} {2} $ 입자는 0, $ latex \ frac {1} {2} $, 1, $ latex \ frac {3} {2} $, 2 패턴을 완성 할 수 있지만“SuperSymmetry”가 우주에서 진실한 경우에만, Irtger의 모든 힘이 상반기가있는 경우에만, 즉, Irtger가 절반의 인수를 가진 경우에만 가능합니다. 최근 몇 년 동안 실험은 가장 간단한 버전의 초대칭을 배제했습니다. 그러나 스핀 스펙트럼의 격차는 일부 물리학자가 초대형이 사실이며 스핀-$ raindx \ frac {3} {2} $ 입자가 존재한다는 희망을 불러 일으키기위한 이유로 일부 물리학자를 공격합니다.
그의 작품에서 Baumann은 부트 스트랩을 우주의 시작에 적용합니다. 최근 Quanta 기사는 그와 다른 물리학 자들이 어떻게 대칭과 다른 원칙을 사용하여 그 첫 순간의 가능성을 제한하는지 설명했습니다.
Baumann은“단지 미학적으로 기쁘다”며“법률은 불가피하다.
수정 : 2019 년 12 월 16 일
이 이야기의 원래 버전은 부트 스트랩 방법을 사용하는 물리학 자들이 네 가지 자연의 힘을“재발견”하거나“재발 명”할 수 있다고 말했습니다. 이 문구는 그들이 그 세력의 세부 사항에 대해 전적으로 지식을 얻을 수 있으며 그것이 허용되는 유일한 힘이라고 암시했다. 대신, 부트 스트랩 방법은 가능한 힘에 강한 제약을줍니다. 질량이없는 스핀 -1 및 스핀 -2 입자의 경우, 부트 스트랩은 각각 전자기 및 일반 상대성으로 이어진다. 대량의 스핀 -0, 대량의 스핀 -1 입자 및 동일한 유형의 다중 질량이없는 스핀 -1 입자의 경우, 부트 스트랩은 상호 작용의 특성에 대해 더 느슨한 제약 조건을 배치하지만 HIGGS 필드, 약한 힘 및 강한 힘은 가능성으로 나타납니다. 기사의 텍스트와 하위 헤드 라인이 그에 따라 개정되었습니다.
