В физике фундаментальные взаимодействия или фундаментальные силы — это взаимодействия в природе, которые, по-видимому, не сводятся к более базовым взаимодействиям. Известно о существовании четырех фундаментальных взаимодействий: [1]
Гравитационные и электромагнитные взаимодействия создают дальнодействующие силы, эффекты которых можно наблюдать непосредственно в повседневной жизни. Сильные и слабые взаимодействия создают силы в субатомных масштабах и управляют ядерными взаимодействиями внутри атомов .
Некоторые ученые выдвигают гипотезу о существовании пятой силы , однако эти гипотезы остаются лишь предположениями.
Каждое из известных фундаментальных взаимодействий может быть описано математически как поле . Гравитационная сила приписывается кривизне пространства-времени , описанной общей теорией относительности Эйнштейна . Остальные три являются дискретными квантовыми полями , и их взаимодействия опосредованы элементарными частицами, описываемыми Стандартной моделью физики частиц . [2]
В Стандартной модели сильное взаимодействие переносится частицей, называемой глюоном , и отвечает за связывание кварков вместе, образуя адроны , такие как протоны и нейтроны . Как остаточный эффект, оно создает ядерную силу , которая связывает последние частицы, образуя атомные ядра . Слабое взаимодействие переносится частицами, называемыми W- и Z-бозонами , и также действует на ядра атомов , опосредуя радиоактивный распад . Электромагнитная сила, переносимая фотоном , создает электрические и магнитные поля , которые отвечают за притяжение между орбитальными электронами и атомными ядрами, которое удерживает атомы вместе, а также за химическую связь и электромагнитные волны , включая видимый свет , и составляет основу электротехники. Хотя электромагнитная сила намного сильнее гравитации, она имеет тенденцию нейтрализовывать себя внутри крупных объектов, поэтому на больших (астрономических) расстояниях гравитация имеет тенденцию быть доминирующей силой и отвечает за удержание вместе крупномасштабных структур во Вселенной, таких как планеты, звезды и галактики.
Многие физики-теоретики полагают, что эти фундаментальные силы связаны и объединяются в единую силу при очень высоких энергиях в крошечном масштабе, масштабе Планка , [3], но ускорители частиц не могут производить огромные энергии, необходимые для экспериментального исследования этого. Разработка общей теоретической основы, которая объяснила бы связь между силами в единой теории, является, пожалуй, величайшей целью сегодняшних физиков-теоретиков . Слабые и электромагнитные силы уже были объединены с помощью электрослабой теории Шелдона Глэшоу , Абдуса Салама и Стивена Вайнберга , за которую они получили Нобелевскую премию по физике 1979 года. [4] [5] [6] Некоторые физики стремятся объединить электрослабые и сильные поля в рамках так называемой Великой объединенной теории (GUT). Еще более сложной задачей является поиск способа квантования гравитационного поля, что приведет к теории квантовой гравитации (QG), которая объединит гравитацию в общей теоретической основе с другими тремя силами. Некоторые теории, в частности теория струн , стремятся объединить как Квантовую гильдию, так и Великую теорию объединения в одну структуру, объединяя все четыре фундаментальных взаимодействия вместе с генерацией массы в рамках теории всего (ТВ).
В своей теории 1687 года Исаак Ньютон постулировал пространство как бесконечную и неизменную физическую структуру, существующую до, внутри и вокруг всех объектов, в то время как их состояния и отношения разворачиваются с постоянной скоростью повсюду, таким образом, абсолютное пространство и время . Выводя, что все объекты, несущие массу, приближаются с постоянной скоростью, но сталкиваются ударом, пропорциональным их массам, Ньютон сделал вывод, что материя проявляет силу притяжения. Его закон всемирного тяготения подразумевал, что между всеми объектами существует мгновенное взаимодействие. [7] [8] Как обычно интерпретируется, теория движения Ньютона моделировала центральную силу без сообщающейся среды. [9] [10] Таким образом, теория Ньютона нарушила традицию, восходящую к Декарту , что не должно быть никакого действия на расстоянии . [11] Напротив, в 1820-х годах, объясняя магнетизм, Майкл Фарадей вывел поле , заполняющее пространство и передающее эту силу. Фарадей предположил, что в конечном итоге все силы объединяются в одну. [12]
В 1873 году Джеймс Клерк Максвелл объединил электричество и магнетизм как эффекты электромагнитного поля, третьим следствием которого был свет, движущийся с постоянной скоростью в вакууме. Если бы его теория электромагнитного поля была верна во всех инерциальных системах отсчета , это противоречило бы теории движения Ньютона, которая опиралась на теорию относительности Галилея . [13] Если бы, вместо этого, его теория поля применялась только к системам отсчета, находящимся в покое относительно механического светоносного эфира — предположительно заполняющего все пространство как внутри материи, так и в вакууме и проявляющего электромагнитное поле — тогда ее можно было бы примирить с теорией относительности Галилея и законами Ньютона. (Однако такой «эфир Максвелла» был позже опровергнут; законы Ньютона, по сути, пришлось заменить.) [14]
Стандартная модель физики элементарных частиц разрабатывалась во второй половине 20-го века. В Стандартной модели электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия ассоциируются с элементарными частицами , поведение которых моделируется в квантовой механике (КМ). Для успешного предсказания вероятностных результатов КМ физика элементарных частиц традиционно моделирует события КМ в поле, заданном специальной теорией относительности , в целом релятивистской квантовой теорией поля (КТП). [15] Частицы силы, называемые калибровочными бозонами — переносчиками силы или частицами-посланниками базовых полей — взаимодействуют с частицами материи, называемыми фермионами . Повседневная материя — это атомы, состоящие из трех типов фермионов: верхних кварков и нижних кварков, составляющих, а также электронов, вращающихся по орбите, ядро атома. Атомы взаимодействуют, образуют молекулы и проявляют дополнительные свойства посредством электромагнитных взаимодействий между своими электронами, поглощающими и испускающими фотоны, переносчиками силы электромагнитного поля, которые, если им не мешают, преодолевают потенциально бесконечное расстояние. КТП электромагнетизма — это квантовая электродинамика (КЭД).
Носителями силы слабого взаимодействия являются массивные W- и Z-бозоны . Электрослабая теория (ЭСТ) охватывает как электромагнетизм, так и слабое взаимодействие. При высоких температурах вскоре после Большого взрыва слабое взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и бозон Хиггса изначально были смешанными компонентами другого набора древних полей, нарушающих симметрию. По мере охлаждения ранней Вселенной эти поля разделились на дальнодействующее электромагнитное взаимодействие, короткодействующее слабое взаимодействие и бозон Хиггса. В механизме Хиггса поле Хиггса проявляет бозоны Хиггса, которые взаимодействуют с некоторыми квантовыми частицами таким образом, что наделяет эти частицы массой. Сильное взаимодействие, носителем силы которого является глюон , проходящий ничтожно малое расстояние между кварками, моделируется в квантовой хромодинамике (КХД). ЭСТ, КХД и механизм Хиггса составляют Стандартную модель (СМ) физики элементарных частиц . Прогнозы обычно делаются с использованием методов вычислительного приближения, хотя такая теория возмущений неадекватна для моделирования некоторых экспериментальных наблюдений (например, связанных состояний и солитонов ). Тем не менее, физики широко принимают Стандартную модель как наиболее экспериментально подтвержденную теорию науки.
Помимо Стандартной модели , некоторые теоретики работают над объединением электрослабых и сильных взаимодействий в рамках Великой объединенной теории [16] (GUT). Некоторые попытки GUT предполагают наличие «теневых» частиц, так что каждая известная частица материи ассоциируется с неоткрытой частицей силы , и наоборот, полностью суперсимметрией (SUSY). Другие теоретики стремятся квантовать гравитационное поле, моделируя поведение его гипотетического носителя силы, гравитона , и достичь квантовой гравитации (QG). Одним из подходов к QG является петлевая квантовая гравитация (LQG). Еще другие теоретики стремятся объединить как QG, так и GUT в одной структуре, сводя все четыре фундаментальных взаимодействия к Теории всего (ToE). Наиболее распространенной целью ToE является теория струн , хотя для моделирования частиц материи она добавила SUSY к частицам силы — и, строго говоря, стала теорией суперструн . Несколько, казалось бы, разрозненных теорий суперструн были объединены на основе М-теории . Теории, выходящие за рамки Стандартной модели, остаются в высшей степени спекулятивными и не имеют серьезной экспериментальной поддержки.
В концептуальной модели фундаментальных взаимодействий материя состоит из фермионов , которые несут свойства, называемые зарядами и спином ± 1 ⁄ 2 (собственный угловой момент ± ħ ⁄ 2 , где ħ — приведенная постоянная Планка ). Они притягивают или отталкивают друг друга, обмениваясь бозонами .
Взаимодействие любой пары фермионов в теории возмущений можно смоделировать следующим образом:
Обмен бозонами всегда переносит энергию и импульс между фермионами, тем самым изменяя их скорость и направление. Обмен может также переносить заряд между фермионами, изменяя заряды фермионов в процессе (например, превращая их из одного типа фермиона в другой). Поскольку бозоны переносят одну единицу углового момента, направление спина фермиона изменится с + 1 ⁄ 2 на − 1 ⁄ 2 (или наоборот) во время такого обмена (в единицах приведенной постоянной Планка ). Поскольку такие взаимодействия приводят к изменению импульса, они могут приводить к возникновению классических ньютоновских сил . В квантовой механике физики часто используют термины «сила» и «взаимодействие» как взаимозаменяемые; например, слабое взаимодействие иногда называют «слабой силой».
Согласно современному пониманию, существует четыре фундаментальных взаимодействия или силы: гравитация , электромагнетизм, слабое взаимодействие и сильное взаимодействие. Их величина и поведение сильно различаются, как описано в таблице ниже. Современная физика пытается объяснить каждое наблюдаемое физическое явление этими фундаментальными взаимодействиями. Более того, сокращение числа различных типов взаимодействия рассматривается как желательное. Два примера — это объединение :
Как величина («относительная сила»), так и «диапазон» связанного потенциала, как указано в таблице, имеют смысл только в рамках довольно сложной теоретической структуры. В таблице ниже перечислены свойства концептуальной схемы, которая остается предметом текущих исследований.
Современный (пертурбативный) квантово-механический взгляд на фундаментальные силы, отличные от гравитации, заключается в том, что частицы материи ( фермионы ) не взаимодействуют друг с другом напрямую, а переносят заряд и обмениваются виртуальными частицами ( калибровочными бозонами ), которые являются переносчиками взаимодействия или посредниками сил. Например, фотоны опосредуют взаимодействие электрических зарядов , а глюоны опосредуют взаимодействие цветных зарядов . Полная теория включает возмущения, выходящие за рамки просто фермионов, обменивающихся бозонами; эти дополнительные возмущения могут включать бозоны, обменивающиеся фермионами, а также создание или уничтожение частиц: см. примеры на диаграммах Фейнмана .
Гравитация является самым слабым из четырех взаимодействий на атомном уровне, где доминируют электромагнитные взаимодействия.
Гравитация является самой важной из четырех фундаментальных сил для астрономических объектов на астрономических расстояниях по двум причинам. Во-первых, гравитация имеет бесконечный эффективный диапазон, как электромагнетизм, но в отличие от сильных и слабых взаимодействий. Во-вторых, гравитация всегда притягивает и никогда не отталкивает; напротив, астрономические тела стремятся к почти нейтральному чистому электрическому заряду, так что притяжение к одному типу заряда и отталкивание от противоположного заряда в основном компенсируют друг друга. [19]
Несмотря на то, что электромагнетизм намного сильнее гравитации, электростатическое притяжение не имеет значения для больших небесных тел, таких как планеты, звезды и галактики, просто потому, что такие тела содержат одинаковое количество протонов и электронов и поэтому имеют чистый электрический заряд, равный нулю. Ничто не «отменяет» гравитацию, поскольку она только притягивает, в отличие от электрических сил, которые могут быть как притягивающими, так и отталкивающими. С другой стороны, все объекты, имеющие массу, подвержены гравитационной силе, которая только притягивает. Следовательно, только гравитация имеет значение для крупномасштабной структуры вселенной.
Большой радиус действия гравитации делает ее ответственной за такие крупномасштабные явления, как структура галактик и черных дыр , и, будучи только притягивающей, она замедляет расширение Вселенной . Гравитация также объясняет астрономические явления в более скромных масштабах, такие как планетарные орбиты , а также повседневный опыт: падение предметов; тяжелые предметы ведут себя так, как будто они приклеены к земле, а животные могут прыгать только на определенную высоту.
Гравитация была первым взаимодействием, описанным математически. В древности Аристотель выдвинул гипотезу, что объекты разной массы падают с разной скоростью. Во время научной революции Галилео Галилей экспериментально определил, что эта гипотеза была неверной при определенных обстоятельствах — пренебрегая трением из-за сопротивления воздуха и выталкивающих сил, если присутствует атмосфера (например, случай падения наполненного воздухом воздушного шара по сравнению с наполненным водой воздушным шаром), все объекты ускоряются к Земле с одинаковой скоростью. Закон всемирного тяготения Исаака Ньютона (1687) был хорошим приближением поведения гравитации. Современное понимание гравитации вытекает из Общей теории относительности Эйнштейна 1915 года, более точного (особенно для космологических масс и расстояний) описания гравитации в терминах геометрии пространства - времени .
Объединение общей теории относительности и квантовой механики (или квантовой теории поля ) в более общую теорию квантовой гравитации является областью активных исследований. Предполагается, что гравитация передается безмассовой частицей со спином 2, называемой гравитоном .
Хотя общая теория относительности была экспериментально подтверждена (по крайней мере для слабых полей, т.е. не черных дыр) на всех масштабах, кроме самых малых, существуют альтернативы общей теории относительности . Эти теории должны сводиться к общей теории относительности в некотором пределе, и основное внимание в наблюдательной работе уделяется установлению пределов того, какие отклонения от общей теории относительности возможны.
Предложенные дополнительные измерения могли бы объяснить, почему сила гравитации настолько слаба. [20]
Электромагнетизм и слабое взаимодействие кажутся очень разными при обычных низких энергиях. Их можно моделировать с помощью двух разных теорий. Однако выше энергии объединения, порядка 100 ГэВ , они сольются в единую электрослабую силу.
Электрослабая теория очень важна для современной космологии , особенно для того, как развивалась вселенная . Это потому, что вскоре после Большого взрыва, когда температура была еще выше примерно 10 15 K , электромагнитная сила и слабая сила все еще были объединены в комбинированную электрослабую силу.
За вклад в объединение слабого и электромагнитного взаимодействия между элементарными частицами Абдус Салам, Шелдон Глэшоу и Стивен Вайнберг были удостоены Нобелевской премии по физике в 1979 году. [21] [22]
Электромагнетизм — это сила, действующая между электрически заряженными частицами. Это явление включает в себя электростатическую силу, действующую между заряженными частицами в состоянии покоя, и комбинированный эффект электрических и магнитных сил, действующих между заряженными частицами, движущимися относительно друг друга.
Электромагнетизм имеет бесконечный диапазон, как и гравитация, но он гораздо сильнее. Это сила, которая связывает электроны с атомами и удерживает молекулы вместе . Она отвечает за повседневные явления, такие как свет , магниты , электричество и трение . Электромагнетизм в основе своей определяет все макроскопические и многие свойства химических элементов на атомном уровне .
В четырехкилограммовой (~1 галлон) кувшине воды содержится
полного заряда электронов. Таким образом, если мы поместим два таких кувшина на расстоянии метра друг от друга, электроны в одном из кувшинов будут отталкивать электроны в другом кувшине с силой
Эта сила во много раз больше веса планеты Земля. Атомные ядра в одном кувшине также отталкивают ядра в другом с той же силой. Однако эти отталкивающие силы компенсируются притяжением электронов в кувшине A к ядрам в кувшине B и притяжением ядер в кувшине A к электронам в кувшине B, в результате чего результирующая сила отсутствует. Электромагнитные силы намного сильнее гравитации, но имеют тенденцию к нейтрализации, так что для тел астрономических масштабов гравитация доминирует.
Электрические и магнитные явления наблюдались с древних времен, но только в 19 веке Джеймс Клерк Максвелл открыл, что электричество и магнетизм являются двумя аспектами одного и того же фундаментального взаимодействия. К 1864 году уравнения Максвелла строго количественно описали это единое взаимодействие. Теория Максвелла, переформулированная с использованием векторного исчисления , является классической теорией электромагнетизма, подходящей для большинства технологических целей.
Постоянная скорость света в вакууме (обычно обозначаемая строчной буквой c ) может быть выведена из уравнений Максвелла, которые согласуются со специальной теорией относительности. Однако специальная теория относительности Альберта Эйнштейна 1905 года , которая следует из наблюдения, что скорость света постоянна независимо от того, насколько быстро движется наблюдатель, показала, что теоретический результат, вытекающий из уравнений Максвелла, имеет глубокие последствия, выходящие далеко за рамки электромагнетизма, для самой природы времени и пространства.
В другой работе, которая отошла от классического электромагнетизма, Эйнштейн также объяснил фотоэлектрический эффект , используя открытие Макса Планка, что свет передается в «квантах» определенного содержания энергии на основе частоты, которые мы теперь называем фотонами . Начиная примерно с 1927 года, Поль Дирак объединил квантовую механику с релятивистской теорией электромагнетизма . Дальнейшие работы в 1940-х годах Ричарда Фейнмана , Фримена Дайсона , Джулиана Швингера и Син-Итиро Томонаги завершили эту теорию, которая теперь называется квантовой электродинамикой , пересмотренной теорией электромагнетизма. Квантовая электродинамика и квантовая механика обеспечивают теоретическую основу для электромагнитного поведения, такого как квантовое туннелирование , при котором определенный процент электрически заряженных частиц движется способами, которые были бы невозможны в рамках классической электромагнитной теории, что необходимо для функционирования повседневных электронных устройств, таких как транзисторы .
Слабое взаимодействие или слабая ядерная сила ответственны за некоторые ядерные явления, такие как бета-распад . Электромагнетизм и слабая сила теперь понимаются как два аспекта единого электрослабого взаимодействия — это открытие стало первым шагом к единой теории, известной как Стандартная модель . В теории электрослабого взаимодействия носителями слабой силы являются массивные калибровочные бозоны, называемые W- и Z-бозонами . Слабое взаимодействие — единственное известное взаимодействие, которое не сохраняет четность ; оно лево-право асимметрично. Слабое взаимодействие даже нарушает CP-симметрию, но сохраняет CPT .
Сильное взаимодействие , или сильная ядерная сила , является наиболее сложным взаимодействием, в основном из-за того, как оно меняется с расстоянием. Ядерная сила является мощной силой притяжения между нуклонами на расстояниях около 1 фемтометра (фм, или 10 −15 метров), но она быстро уменьшается до незначительности на расстояниях свыше 2,5 фм. На расстояниях менее 0,7 фм ядерная сила становится отталкивающей. Этот отталкивающий компонент отвечает за физический размер ядер, поскольку нуклоны не могут приблизиться ближе, чем позволяет сила.
После открытия ядра в 1908 году стало ясно, что для преодоления электростатического отталкивания , проявления электромагнетизма, положительно заряженных протонов необходима новая сила, сегодня известная как ядерная сила. В противном случае ядро не могло бы существовать. Более того, сила должна была быть достаточно сильной, чтобы втиснуть протоны в объем, диаметр которого составляет около 10 −15 м , что намного меньше диаметра всего атома. Из-за короткого радиуса действия этой силы Хидеки Юкава предсказал, что она связана с массивной частицей силы, масса которой составляет приблизительно 100 МэВ.
Открытие пиона в 1947 году ознаменовало начало современной эры физики элементарных частиц. Сотни адронов были открыты с 1940-х по 1960-е годы, и была разработана чрезвычайно сложная теория адронов как сильно взаимодействующих частиц. Наиболее примечательны:
Хотя каждый из этих подходов предлагал идеи, ни один из них не привел непосредственно к фундаментальной теории.
Мюррей Гелл-Манн вместе с Джорджем Цвейгом впервые предложили дробно заряженные кварки в 1961 году. На протяжении 1960-х годов разные авторы рассматривали теории, похожие на современную фундаментальную теорию квантовой хромодинамики (КХД), как простые модели для взаимодействия кварков. Первыми, кто выдвинул гипотезу о глюонах КХД, были Му-Янг Хан и Ёитиро Намбу , которые ввели цветовой заряд кварка. Хан и Намбу выдвинули гипотезу, что он может быть связан с полем, переносящим силу. Однако в то время было трудно понять, как такая модель могла бы постоянно ограничивать кварки. Хан и Намбу также приписали каждому цвету кварка целый электрический заряд, так что кварки были дробно заряжены только в среднем, и они не ожидали, что кварки в их модели будут постоянно ограничены.
В 1971 году Мюррей Гелл-Манн и Харальд Фрицш предположили, что калибровочное поле цвета Хана/Намбу является правильной теорией взаимодействий на коротких расстояниях дробно заряженных кварков. Чуть позже Дэвид Гросс , Фрэнк Вильчек и Дэвид Политцер обнаружили, что эта теория обладает свойством асимптотической свободы , что позволило им установить контакт с экспериментальными доказательствами . Они пришли к выводу, что КХД является полной теорией сильных взаимодействий, правильной на всех масштабах расстояний. Открытие асимптотической свободы привело большинство физиков к принятию КХД, поскольку стало ясно, что даже свойства сильных взаимодействий на больших расстояниях могут согласовываться с экспериментом, если кварки постоянно ограничены : сильное взаимодействие неограниченно возрастает с расстоянием, захватывая кварки внутри адронов.
Предполагая, что кварки ограничены, Михаил Шифман , Аркадий Вайнштейн и Валентин Захаров смогли вычислить свойства многих низколежащих адронов непосредственно из КХД, используя лишь несколько дополнительных параметров для описания вакуума. В 1980 году Кеннет Г. Уилсон опубликовал компьютерные вычисления, основанные на первых принципах КХД, установив с уверенностью, равносильной уверенности, что КХД будет ограничивать кварки. С тех пор КХД является устоявшейся теорией сильных взаимодействий.
КХД — это теория дробно заряженных кварков, взаимодействующих посредством 8 бозонных частиц, называемых глюонами. Глюоны также взаимодействуют друг с другом, а не только с кварками, и на больших расстояниях силовые линии коллимируются в струны, грубо моделируемые линейным потенциалом, постоянной силой притяжения. Таким образом, математическая теория КХД не только объясняет, как кварки взаимодействуют на коротких расстояниях, но и струноподобное поведение, обнаруженное Чу и Фраучи, которое они проявляют на больших расстояниях.
Традиционно взаимодействие Хиггса не считается одной из четырех фундаментальных сил. [23] [24]
Тем не менее, хотя это не калибровочное взаимодействие и не порождено какой-либо симметрией диффеоморфизма , кубическая связь Юкавы поля Хиггса производит слабое притягивающее пятое взаимодействие. После спонтанного нарушения симметрии через механизм Хиггса члены Юкавы остаются в форме
с юкавской связью , массой частицы (в эВ ) и ожидаемым значением вакуума Хиггса 246,22 ГэВ . Следовательно, связанные частицы могут обмениваться виртуальным бозоном Хиггса, давая классические потенциалы вида
с массой Хиггса125,18 ГэВ . Поскольку приведенная комптоновская длина волны бозона Хиггса настолько мала (1,576 × 10−18 м , что сопоставимо с W- и Z-бозонами ), этот потенциал имеет эффективный диапазон в несколько аттометров . Между двумя электронами он начинается примерно в 10 11 раз слабее слабого взаимодействия и растет экспоненциально слабее на ненулевых расстояниях.
Были предприняты многочисленные теоретические попытки систематизировать существующие четыре фундаментальных взаимодействия на основе модели электрослабого объединения.
Теории великого объединения (GUT) — это предложения, показывающие, что три фундаментальных взаимодействия, описанные Стандартной моделью, являются различными проявлениями одного взаимодействия с симметриями , которые разрушаются и создают отдельные взаимодействия ниже некоторого чрезвычайно высокого уровня энергии. Ожидается, что GUT также предскажут некоторые из соотношений между константами природы, которые Стандартная модель рассматривает как несвязанные, а также предскажут объединение калибровочной связи для относительных сил электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий (например, это было проверено на Большом электрон-позитронном коллайдере в 1991 году для суперсимметричных теорий). [ указать ]
Теории всего, которые интегрируют GUT с теорией квантовой гравитации, сталкиваются с большим барьером, поскольку ни одна из теорий квантовой гравитации, включая теорию струн , петлевую квантовую гравитацию и теорию твисторов , не получила широкого признания. Некоторые теории ищут гравитон, чтобы завершить список частиц-переносчиков силы Стандартной модели, в то время как другие, такие как петлевая квантовая гравитация, подчеркивают возможность того, что само время-пространство может иметь квантовый аспект.
Некоторые теории за пределами Стандартной модели включают гипотетическую пятую силу , и поиск такой силы является текущим направлением исследований экспериментальной физики. В суперсимметричных теориях некоторые частицы приобретают свои массы только через эффекты нарушения суперсимметрии, и эти частицы, известные как модули , могут передавать новые силы. Еще одной причиной поиска новых сил является открытие того, что расширение Вселенной ускоряется (также известное как темная энергия ), что приводит к необходимости объяснения ненулевой космологической постоянной и, возможно, других модификаций общей теории относительности . Пятые силы также были предложены для объяснения таких явлений, как нарушения CP , темная материя и темный поток .
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )невозможна полностью галилеево-ковариантная теория связанной системы Шредингера-Максвелла (где плотность и ток поля Шредингера действуют как источник нерелятивистского поля Максвелла)