Калибровочные симметрии - Научная революция
При создании общей теории относительности Эйнштейн обнаружил, что попытки включения тяготения в специальную теорию относительности (СТО) наталкиваются на серьезные трудности, связанные с тем, что в этом случае не работает глобальная Лоренц-инвариантность. Поставив во главу угла задачу распространения принципа инвариантности применительно к любым системам отсчета, в том числе и к неинерциальным, Эйнштейн приходит к выводу, что Лоренц-инвариантность не является более глобальным свойством, но в то же время продолжает играть центральную роль в теории в качестве локальной инвариантности. А это означает, что, если галилеево пространство максимально однородно, то в общей теории относительности такого рода однородность существует локально, в бесконечно малом, то есть здесь должна существовать возможность свободного изменения масштаба от одной точки пространства к другой, что означает кривизну траектории, отклонение ее от прямой линии. Условие выполнения инвариантности физических законов относительно локальных преобразований требует введения гравитационного поля, роль которого состоит в компенсации эффектов, связанных с этим изменением масштаба или, как говорят, вызванных калибровкой от точки к точке.
Термин "калибровка" вошел в физику из жаргона железнодорожников, употребляемый в значении перехода с узкой колеи на широкую. Под калибровкой, по аналогии с железнодорожной терминологией, первоначально понималось именно изменение уровня или масштаба. В СТО законы физики не изменяются относительно переноса (или сдвига) при калибровке расстояния. То есть траектории движения остаются прямолинейными, пространственный сдвиг оказывается одинаковым у всех точек пространства. Иначе говоря, здесь работают глобальные калибровочные преобразования. В общей теории относительности инвариантность физических законов достигается только относительно локальных калибровочных преобразований. При этом в общей теории относительности обнаруживается совершенно новый подход к природе физических взаимодействий, что в существенной степени расширило смысл самого понятия "калибровочное преобразование", возведя его в принцип, который лежит в основе всего фундамента современной физики. Калибровочный принцип называют динамическим нововведением в общей теории относительности. Нововведением является тот факт, что гравитационное поле здесь не постулируется, а выводится как результат инвариантности лагранжиана теории относительно группы локальных калибровочных преобразований. То есть требование инвариантности порождает определенный конкретный вид взаимодействия. А это уже принципиально новый подход в физике. Благодаря ему современная физика отошла от исторической традиции, согласно которой заранее давалась форма взаимодействий, установленная экспериментально и теоретически описанная некоторыми умными физиками. Форма взаимодействия более не постулируется, а выводится как результат инвариантности относительно групп определенных локальных преобразований, как способы, которыми в природе должно компенсироваться локальное калибровочное преобразование. И неважно, какие виды симметрий (калибровочные в прямом смысле или другие) обусловливают эти взаимодействия. В каждом случае теории, в которых работает этот принцип, называют калибровочными. Иными словами, калибровочная инвариантность позволяет ответить на вопрос: "Почему и зачем в природе существуют такого рода взаимодействия?"
Для обеспечения инвариантности относительно локальных калибровочных преобразований в различных пространствах (в каждом конкретном случае) производят замену обычных производных ковариантными (впервые введены в общей теории относительности) путем добавления таких слагаемых, которые позволяют построить лагранжиан, инвариантный одновременно или по отдельности относительно калибровочных преобразований во всех соответствующих внутренних пространствах частиц. Калибровочный принцип оказался важным инструментом теоретической физики, это основной принцип, на котором строится единая теория всех взаимодействий в физике. Но представляется, что этот принцип выходит далеко за рамки собственно физики и может стать мощным методологическим регулятивом при решении ряда проблем социального и экономического характера. Очевидно, что такие принципы, как социальная справедливость, равенство, устойчивый уровень жизни населения и др. и могут быть поставлены в соответствии с категорией симметрии. А это говорит о том, что путь к достижению этих идеалов может стать в том числе и математическим. Лагранжев формализм, использованный в экономике, мог бы стать мощнейшим фактором в регулировании денежной системы, контроле за монопольными отраслями производства и др. Важно и то, что лагранжев подход, ставящий во главу угла обеспечение конкретных видов симметрии, с изменением ситуации позволяет строить лагранжиан путем замены обычных производных ковариантными производными, отличающимися от первоначальных. Это указывает на мобильность и перспективность калибровочного подхода
Похожие статьи
-
Самопроизвольное (спонтанное) зарождение - Научная революция
Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Аристотель...
-
Понятие симметрии - Научная революция
Симметрия как философская категория означает процесс существования и становления тождественных моментов в определенных условиях и определенных отношениях...
-
Биохимическая эволюция - Научная революция
Среди астрономов, геологов и биологов принято считать, что возраст Земли составляет примерно 4,5-5 млрд. лет. По мнению многих биологов, в далеком...
-
Третья научная революция. Диалектизация естествознания - Научная революция
Начало процессу стихийной диалектизации естественных наук, составившему суть третьей революции в естествознании, положила работа немецкого ученого и...
-
Теория панспермии - Научная революция
Эта теория не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни, а выдвигает идею о ее внезапном происхождении. Поэтому ее...
-
Теория стационарного состояния - Научная революция
Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало;...
-
Теории возникновения жизни - Научная революция
Теории, касающиеся возникновения Земли, да и всей Вселенной, разнообразны и далеко не достоверны. Согласно теории стационарного состояния, Вселенная...
-
ЗНАЧЕНИЕ СИММЕТРИИ В ПОЗНАНИИ ПРИРОДЫ - Основы учения о симметрии
Идея симметрии часто являлась отправным пунктом в гипотезах и теориях ученых прошлого. Вносимая симметрией упорядоченность проявляется, прежде всего, в...
-
Методы научного познания - Методология и методы естественнонаучного познания
Метод и методология. Деятельность людей в любой ее форме определяется целым рядом факторов. Конечный ее результат зависит не только от того, кто...
-
Значение симметрии в познании природы - Симметрия в природе
Идея симметрии часто являлась отправным пунктом в гипотезах и теориях ученых прошлого. Вносимая симметрией упорядоченность проявляется, прежде всего, в...
-
Понятие "научная программа" - Понятия "научная программа" и "научная картина мира"
Понятие "научная программа" сформировалось в методологии науки. Научная программа (НП), включающая в себя систему единых принципов, претендует на...
-
История возникновения учения о симметрии - Симметрия в природе
Симметрия является фундаментальным свойством природы, представление о котором, как отмечал академик В. И. Вернадский, "слагалось в течение десятков,...
-
Современная научная картина мира и ее отличие от ненаучных картин мира - Научная картина мира
Основой современной научной картины мира являются фундаментальные знания, полученные, прежде всего, в области физики. Однако в последние десятилетия...
-
Математика и окружающая среда - Методология научного исследования в естествознании
Повсюду нас окружают движение, переменные величины и их взаимо-связи. Различные виды движения и их закономерности составляют основной объект изучения...
-
Основные пространственно-временные виды симметрий - Симметрия в природе
1. Сдвиг начала координат. Эта операция не изменяет физических законов, что связано с физической эквивалентностью всех точек пространства, т. е. с его...
-
ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ УЧЕНИЯ О СИММЕТРИИ - Основы учения о симметрии
Симметрия является фундаментальным свойством природы, представление о котором, как отмечал академик В. И. Вернадский, "слагалось в течение десятков,...
-
Научное познание: структура и методы - Естествознание - единая наука о природе
Структура научного познания Понятие метода и методологии (и границы научного метода) Классификация методов научного познания Главное назначение научной...
-
ОСНОВНЫЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ВИДЫ СИММЕТРИЙ - Основы учения о симметрии
1. Сдвиг начала координат. Эта операция не изменяет физических законов, что связано с физической эквивалентностью всех точек пространства, т. е. с его...
-
Мировой порядок-сис-ма междунар. соглашений, узаконивающая создающиеся после крупнейших полит. и военных трансформаций балансы сил. Новый междунар....
-
Общенаучные методы исследования - Методология научного исследования в естествознании
Процесс познания как основа любого научного исследования представляет собой сложный диалектический процесс постепенного воспроизведения в сознании...
-
Взаимосвязь общей научной и естественнонаучной картин мира - Научная картина мира
Научный картина мир естественнонаучный Важнейшие концепции естествознания служат основой научных представлений об общей картине природы, поскольку в них...
-
Понятие "метод" (от греч. "методос" -- путь к чему-либо) означает совокупность приемов и операций практического и теоретического освоения...
-
Мнение научного сообщества о теории эволюцианизма - Концепции современного естествознания
"У идеи естественного отбора удивительная судьба, - пишет В. И. Назаров, - родившись в биологии, она захватила умы физиков, химиков, математиков,...
-
Общие, особенные и частные методы естествознания - Методы научного познания
Различаются рассматриваемые уровни познания и по объектам исследования. Проводя исследование на эмпирическом уровне, ученый имеет дело непосредственно с...
-
Важной закономерностью развития науки принято считать единство процессов дифференциации и интеграции научного знания. Современную науку недаром называют...
-
Ресурсы: возобновляемые и невозобновляемые. Проблема распределения основных ископаемых ресурсов в мире. Ресурсы могут стать причиной конфликта (рост...
-
Появление в научной литературе интереса к глобальным проблемам было связано с тем, что глобальные исследования касались единого процесса, происходящего...
-
Функции эмпирической, теоретической и прикладной сторон естествознания - Методы научного познания
Главная опора, фундамент науки -- это, конечно, установленные факты. Если они установлены правильно (подтверждены многочисленными свидетельствами...
-
Говоря о состоянии цивилизации, необходимо различать понятия "кризис", "катастрофа" и "коллапс". Кризис означает переломный момент, решительный исход, т....
-
ВВЕДЕНИЕ - Основы учения о симметрии
Под симметрией (от греч. symmetria -- соразмерность) в широком смысле понимают правильность в строении тела и фигуры. Учение о симметрии представляет...
-
В последнее время в средствах массовой информации распространяется много предсказаний, пожеланий, догадок и фантазий о клонировании живых организмов....
-
Если в эпоху палеолита потребовалось 30 тыс. лет для удвоения населения мира, то к началу нашей эры удвоение происходило уже за 1 тыс. лет, к середине 19...
-
Глобальное моделирование - научное направление, сформированное в результате построения глобальных моделей, и исследование их с помощью различных...
-
ПРИМЕРЫ СИММЕТРИИ В ПРИРОДЕ - Основы учения о симметрии
Симметрия веками оставалась тем свойством, которое занимало умы философов, астрономов, математиков, художников, архитекторов и физиков. Древние греки...
-
Введение - Методы научного познания
Наука явилась главной причиной столь бурно протекающей НТР, перехода к постиндустриальному обществу, повсеместному внедрению информационных технологий,...
-
Примеры симметрии в природе - Симметрия в природе
Симметрия веками оставалась тем свойством, которое занимало умы философов, астрономов, математиков, художников, архитекторов и физиков. Древние греки...
-
Естественно - научное познание явлений и объектов природы структурно состоит из эмпирического и теоретического уровней исследования. Без сомнения,...
-
В гносеологическом плане глобальные проблемы рассматриваются как теоретическое определение задач, вытекающих из фиксируемых назревших противоречий...
-
Глобализация и модернизация - процессы социальной трансформации: г. - новый всемирный процесс социальной трансформации, м. незападных стран - локальный...
-
Заключение - Концепция ноосферы и ее научный статус
В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится...
Калибровочные симметрии - Научная революция