"С.Хокинг. Черные дыры и молодые вселенные " - читать интересную книгу автора

Сначала мы делим материальное содержимое Вселенной на две части:
вещественные частицы, такие как кварки, электроны, мюоны и т. п., и
взаимодействия, такие как гравитация, электромагнетизм и прочее.
Вещественные частицы описываются полями с полуцелым спином и подчиняются
принципу Паули, который не допускает, чтобы хотя бы две такие тождественные
частицы были в одном состоянии. Вот почему твердые тела не сжимаются в точку
и не испускают лучи в бесконечность. Вещественные частицы делятся на две
группы: адроны, состоящие из кварков, и лептоны, включающие в себя все
остальное.
Взаимодействия феноменологически делятся на четыре категории. В порядке
убывания силы они таковы: сильные ядерные взаимодействия, относящиеся только
к адронам; электромагнетизм, взаимодействующий с заряженными адронами и
лептонами; слабые ядерные силы, взаимодействующие со всеми адронами и
лептонами; и, наконец, гравитация - самая слабая, взаимодействующая со всем.
Взаимодействия представляются полями с целочисленным спином, не
подчиняющимися принципу Паули. Это означает, что они могут иметь много
частиц в одном и том же состоянии. В случае электромагнетизма и гравитации
взаимодействия, кроме всего прочего, являются дальнодействующими, то есть
поля, произведенные большим числом материальных частиц, складываются все
вместе и образуют поле, которое можно выявить на макроскопическом уровне. По
этой причине они оказались первыми, для которых были разработаны теории:
Ньютоном в XVII веке - закон всемирного тяготения - и Максвеллом в XIX
веке - теория электромагнетизма. Однако эти теории в основном не
совмещались, потому что ньютоновская теория была инвариантна, если всей
системе придавалась любая постоянная скорость, в то время как теория
Максвелла определяла особую скорость - скорость света. Под конец оказалось,
что Ньютонову теорию гравитации нужно изменить, чтобы состыковать ее с
инвариантными свойствами теории Максвелла. Это сделала общая теория
относительности Эйнштейна, сформулированная в 1915 году.
Общая теория относительности, описывающая гравитацию, и Максвеллова
теория электромагнетизма были так называемыми классическими теориями, то
есть имели дело с величинами, которые могли непрерывно изменяться и, по
крайней мере в принципе, могли измеряться с произвольной точностью. Однако
когда попытались применить такие теории для построения модели атома,
возникла проблема. Обнаружилось, что атом состоит из маленького положительно
заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов.
Естественно было допустить, что электроны вращаются по орбитам вокруг ядра,
как Земля вокруг Солнца. Но классическая теория утверждала, что электроны
должны излучать электромагнитные волны. Эти волны забирали бы энергию,
отчего электроны должны были по спирали приближаться к ядру, приводя к
сжатию атома.
Эта проблема была решена благодаря несомненно величайшему достижению
теоретической физики XX века: базовым постулатом явился принцип
неопределенности Гейзенберга, утверждающий, что две величины, такие как
положение и импульс частицы, нельзя измерить одновременно с произвольной
точностью. Относительно атома это означало, что в своем низшем
энергетическом состоянии электрон не может лежать на ядре, потому что в этом
случае были бы точно определены его положение (на ядре) и скорость
(нулевая). Вместо этого и положение, и скорость должны были быть размазаны
вокруг ядра с каким-то вероятностным распределением. В этом состоянии