چه نوع ماده ای را می شناسید؟ ماده و جوهر: معنا و تفاوت آنها

مفهوم " ماده«یک مقوله فلسفی کلی است که گاهی سعی می‌کنند آن را به همه چیز تعمیم دهند، به ویژه به دلیل ظهور ماتریالیسم در قرن بیستم. این رویکرد به مفهوم ماده، که غالباً دارای معنایی عرفانی است، بیشتر بر فیزیک تأثیر می گذارد. تاثیر منفی. شما اغلب می توانید به بحث در مورد موضوعاتی مانند مادی بودن افکار، مادی بودن سایه های اجسام، مادی بودن زمان، وجود ماده به شکل ماده خالص، تولد ماده از انرژی، ماهیت مادی برخورد کنید. سایر تشعشعات و غیره

فیزیک میدانی در این گونه مسائل عرفانی ـ فلسفی بسیار قاطع است. برخلاف تصور غالب که هر چیزی که واقعاً وجود دارد مادی است، ماده به عنوان طیف بسیار باریکی از چیزها درک می شود. یعنی پایه ها مانند پروتون و الکترون و ماده متشکل از آنها. هر چیز دیگری در فیزیک میدانی غیر مادی تلقی می شود که از بسیاری از مشکلات و تضادهای منطقی ذاتی فیزیک مدرن جلوگیری می کند.

به عنوان مثال، یکی از موجودات واقعاً موجود، اما نه مادی در نظر گرفته می شود یا به زبان سنتی، . آنها شامل معروف نیستند ذرات بنیادی، از قوانین اشیاء مادی تبعیت نمی کند و دارای ویژگی های مادی مانند یا نیست. محیط یا میدان‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند، به عنوان مثال، و از قوانین خود تبعیت می‌کنند و حوزه جداگانه‌ای از فیزیک را نشان می‌دهند.

یکی دیگر از موضوعات مطالعه فیزیکی که نباید با ماده اشتباه گرفته شود، است. به عنوان مثال، بار روی فنر می تواند مادی باشد، اما ارتعاشات آن فرآیندی است که ربطی به ماده ندارد. خود بار ممکن است دارای ویژگی های مادی باشد، مانند جرم، و فرآیند نوسانی به خودی خود جرم ندارد، اما می تواند با کمیت هایی مانند دوره یا فرکانس مشخص شود.

بر اساس قیاس، اعتقاد بر این است که، به عنوان مثال، مادی نیست. نور یک فرآیند نوسانی میدان الکترومغناطیسی یا ماده نیست. در نتیجه، نسبت دادن خواص مادی مانند نور به نور، یا اعمال قاعده اضافه که فقط برای اجسام مادی معتبر است، نادرست است.

بنابراین سرعت انتشار اغتشاشات در محیط میدان (نور) به سرعت منبع این اختلالات بستگی ندارد، همانطور که سرعت انتشار دایره ها روی آب به سرعت پرواز سنگ بستگی ندارد. منجر به شکل گیری آنها شد. با این حال، یک خطای عمیق فلسفی مرتبط با تلاش برای اعمال قوانین نور که فقط برای اجسام مادی معتبر هستند و به ویژه قانون جمع سرعت ها، منجر به آغاز قرن 19- قرن بیستم تا سردرگمی عظیم در فیزیک. این امر مستلزم بجای منطق علمی ساده و شفاف، استفاده از انحنا، اعوجاج زمانی و بسیاری از تکنیک های رسمی دیگر در چارچوب نظریه های گیج کننده و اغلب متناقض بود.

فیزیک میدانی نیز مفاهیم منطقی مصنوعی را که توسط انسان برای توصیف ایجاد شده است، در نظر نمی گیرد پدیده های فیزیکیو . مثلاً مفاهیم مکان و زمان را شامل می شود که از نظر آنها فقط یک دستورالعمل مطلق است، اما نمی تواند بر پدیده ها و فرآیندها تأثیر بگذارد، همانطور که خود آنها نمی توانند تأثیر بگذارند. مفاهیم یکسانی عبارتند از , که چیزی بیش از عددی نیست که حرکت اجسام مادی را مشخص می کند. با این حال، این تعداد نیست جوهر مادی، نمی تواند چیزی به دنیا بیاورد یا در فرآیند برخی از فرآیندها متولد شود. فیزیک میدانی، تمام این دستکاری‌ها با انرژی، مکان و زمان را که در فیزیک مدرن نهفته است، عرفانی می‌داند و آنها را جدی نمی‌گیرد.

همه موارد فوق را می توان به صورت زیر خلاصه کرد. در قرن بیستم، فیزیک تحت تأثیر مضر ظهور ماتریالیسم قرار گرفت، در نتیجه آنها برای اعلام همه چیز مادی یا مادی عجله کردند. با این حال، این تنها به طلوع عرفان در چارچوب نظریه های فیزیکی مدرن منجر شد. فیزیک میدانی ادعا می کند که برای بررسی عینی موجودات فیزیکی خاصی که به طور عینی وجود دارند، لزوماً نباید آنها را با ماده شناسایی کرد و به طور خودکار ویژگی ها و قوانین قابل اعمال برای اجسام مادی را به آنها تعمیم داد. ماده به معنای ذرات و اجسام فیزیکی تنها یکی از رده‌های مسائل فیزیکی است که ویژگی‌ها و قوانین فیزیکی خاص خود را دارد، اما در دنیای ما نیز موجودات فیزیکی متفاوتی وجود دارد.

مفاهیمی مانند ماده و جوهر به دسته های بنیادی تعلق دارند دانش علمیجهان و به هم مرتبط هستند. با این حال، در اصل، این دو اصطلاح کاملاً متفاوت هستند که حاوی یک ایده کلی از دیدگاه مدرن از جهان هستند. با تشخیص تفاوت بین آنها، می توانید مرز را به وضوح شناسایی کنید و ماهیت هر مفهوم را کاملاً مشخص ارائه دهید، در حالی که حفظ رابطه، به استثنای آن، مهم است. ویژگی های عمومی، که پیامد تلقی متناقض این مقولات است که فقط مرزها را محو می کند و از اصل منتهی می کند.

اصل ماده

علم فلسفی ماده را جوهری معین می داند که اساس همه مادیات و پدیده های جهان است.یعنی خود تعریف ماده از یک نگاه غیر استاندارد به آن می آید که فراتر از درک عادی است. مفهوم خاصی از "پایه" برای هر چیزی که در دنیای واقعی با آن روبرو می شویم ایجاد شده است.

این رویکرد نیز دلیلی برای ادغام مقوله‌های ماده و جوهر می‌شود که ویژگی‌های تعیین‌کننده این واژه‌ها ویژگی‌های کاملاً مشابهی پیدا می‌کنند و حتی در مواردی می‌توان آن‌ها را با یکدیگر یکی دانست، به همین دلیل است که آنها را می‌توان با هم یکی دانست. معنی واقعینامشخص می شود.

به عنوان مثال، تعریف نسبتاً رایجی از ماده وجود دارد که در آن به عنوان مقوله ای مشخص می شود واقعیت عینی، که از طریق محسوسات در ذهن انسان منعکس می شود و به طور مطلق وجود دارد. در واقع، این خاصیت را باید به ماده نسبت داد، زیرا نشانه ای از اساس همه چیز و پدیده ها نیست، فقط استقلال وجود را می توان به عنوان ویژگی صحیح شناخت.

و این تنها یکی از بسیاری از تناقضاتی است که در تعاریف مختلف ماده وجود دارد. تقریباً در هر صورت، نویسندگان گفته های معروفدر توصیفات خود از ماده، عدم امکان پوشاندن همه چیز را نشان دادند خواص فیزیکیو هنگامی که سعی می شد همه چیز را به فیزیک تقلیل دهد، فرمول بندی حتی مبهم تر شد و دوباره به احساسات انسانی گره خورد، که ویژگی بیشتر ماده است.

به سختی می توان یکی، دقیق ترین تعریف ممکن از ماده را مشخص کرد. اگر حداقل تعدادی از آنها را با هم مقایسه کنید، می توانید تناقضات زیادی را هم در خود نظریه ها و هم بین آنها پیدا کنید.

برای توصیف ماده بدون اعطای ویژگی های یک جوهر، کافی است آن را به این صورت تعریف کنیم ماده پیوسته ای که زیربنای هستی است.

ماده چیست

ماده، درست مانند ماده، یکی از شرکت کنندگان اصلی هر اتفاقی است که در دنیای واقعی رخ می دهد. اولین چیزی که ماده را از جوهر جدا می کند، مشتق بودن آن است.

ماده مفهومی تعمیم‌یافته‌تر است، چیزی شبیه مبنای اولیه که می‌توان مشتق جداگانه‌ای را از آن جدا کرد - جوهر.

یکی دیگر از ویژگی های اساسی یک ماده که ماهیت آن را تعیین می کند این است گسستگی. یک ماده می تواند جزء جداگانه ای باشد که امکان تداوم را رد می کند. علاوه بر این، می تواند شامل تعداد معینی از اشیاء باشد که به سطوح مختلف سلسله مراتب تقسیم می شوند.

این مقوله در همه علوم معنای کاربردی تری نسبت به ماده دارد و در بیشتر موارد بیانگر یک شی مجزا برای مطالعه و آزمایش اعم از واقعی و نظری است، در حالی که ماده را می توان منحصراً موضوع آزمایش های ذهنی دانست.

مشخصات- این بارزترین وجه تمایز ماده است. با جزئیات کاملاً به سطوح ساختاری، از الکترون گرفته تا اجسام ماکروسکوپی و سیستم‌های زمین‌شناسی تقسیم می‌شود، بنابراین تعریف و بررسی آن از دیدگاه یک مفهوم فلسفی بسیار آسان‌تر است.

وضعیت ماده مشتق، امکان وجود ماده را در ساختمان جوهر منتفی نمی کند. از آنجایی که ماده اساس همه چیز است، این بدان معناست که لزوماً در مشتق آن وجود خواهد داشت، که به وضوح بر مرزهای بین این دو مفهوم تأکید می کند.

مقایسه نهایی

بر اساس موارد فوق، می توان تفاوت های اصلی بین جوهر و ماده را که به راحتی از ماهیت مقوله های مرتبط به هم ناشی می شود، خلاصه کرد.
ماده اساس اساسی اشیاء و پدیده های جهان است و ماده مشتق آن است.
یک ماده موجودیت جداگانه ای است که می توان آن را بر اساس دستاوردها به اجزای سازنده آن تقسیم کرد پیشرفت علمی. امروزه تعریف دقیقی از ماده وجود ندارد و تمامی تلاش ها برای رساندن معنای این مقوله دارای تناقضات درونی فراوان و همچنین بین خود تعاریف است.
ماده با تداوم استثنایی مشخص می شود، در حالی که ماده کیفیت مخالف دارد - گسستگی.
ماده است بخش جدایی ناپذیرمواد، در حالی که خود ماده جدایی ناپذیر است، زیرا اصل اساسی جهان است.

در مرز این دو مفهوم است که انواع و اقسام قوانین و نظریه‌ها به دست می‌آیند که خود را به شکل‌های مختلف در دنیای مادی نشان می‌دهند، بنابراین تفکیک صحیح آنها و برجسته کردن تفاوت‌های اصلی بسیار مهم است.

یک عنصر اساسی برای مطالعه کمیت غالب علوم طبیعیماده است در این مقاله به بررسی ماده، اشکال حرکت و خواص آن خواهیم پرداخت.

ماده چیست؟

در طول قرون متمادی، مفهوم ماده تغییر کرده و بهبود یافته است. بنابراین، افلاطون، فیلسوف یونان باستان، آن را زیرلایه چیزها می دانست که با ایده آنها مخالف است. ارسطو گفت که این چیزی ابدی است که نه می توان آن را خلق کرد و نه از بین برد. بعدها، فیلسوفان دموکریتوس و لوکیپوس تعریفی از ماده به عنوان یک جوهر بنیادی معین ارائه کردند که همه اجسام در جهان ما و جهان از آن تشکیل شده اند.

مفهوم مدرن ماده توسط V.I. لنین ارائه شد که طبق آن یک مقوله عینی مستقل و مستقل است که توسط ادراک و احساسات انسان بیان می شود، همچنین می توان از آن کپی و عکس گرفت.

صفات ماده

ویژگی های اصلی ماده سه است:

فضا.
زمان.
حرکت.

دو مورد اول از نظر خصوصیات اندازه شناسی متفاوت هستند، یعنی می توان آنها را با ابزارهای خاص به صورت کمی اندازه گیری کرد. فضا بر حسب متر و مشتقات آن اندازه گیری می شود و زمان بر حسب ساعت، دقیقه، ثانیه و همچنین بر حسب روز، ماه، سال و غیره اندازه گیری می شود. بازگشت به هر نقطه زمانی اولیه غیر ممکن است. بر خلاف زمان، مکان بیشتر است مفهوم پیچیدهو دارد اندازه گیری سه بعدی(ارتفاع، طول، عرض). بنابراین، همه انواع ماده می توانند در یک دوره زمانی معین در فضا حرکت کنند.

اشکال حرکت ماده

هر چیزی که ما را احاطه کرده است در فضا حرکت می کند و با یکدیگر تعامل دارد. حرکت پیوسته اتفاق می افتد و اصلی ترین خاصیت است که همه انواع ماده دارند. در همین حال، این فرآیند نه تنها در هنگام تعامل چندین شی، بلکه در درون خود ماده نیز می تواند رخ دهد و باعث تغییرات آن شود. اشکال زیر حرکت ماده متمایز می شود:

مکانیکی حرکت اجسام در فضا است (سیبی که از شاخه می افتد، خرگوش در حال دویدن).

فیزیکی - زمانی رخ می دهد که بدن ویژگی های خود را تغییر می دهد (به عنوان مثال، حالت فیزیکی). مثال: برف ذوب می شود، آب تبخیر می شود و غیره.
شیمیایی - اصلاح ترکیب شیمیاییمواد (خوردگی فلز، اکسیداسیون گلوکز)
بیولوژیکی - در موجودات زنده رخ می دهد و رشد رویشی، متابولیسم، تولید مثل و غیره را مشخص می کند.

شکل اجتماعی - فرآیندها تعامل اجتماعی: ارتباط، برگزاری جلسات، انتخابات و غیره.
زمین شناسی - حرکت ماده را در داخل مشخص می کند پوسته زمینو داخل سیاره: هسته، گوشته.

همه اشکال ماده فوق به هم پیوسته، مکمل و قابل تعویض هستند. آنها نمی توانند به طور مستقل وجود داشته باشند و خودکفا نیستند.

خواص ماده

باستانی و علم مدرنخواص زیادی به ماده نسبت داد. رایج ترین و واضح ترین آن حرکت است، اما ویژگی های جهانی دیگری نیز وجود دارد:

مخلوق و زوال ناپذیر است. این خاصیت به این معنی است که هر جسم یا جوهری برای مدتی وجود دارد، رشد می کند و به عنوان یک شی اصیل وجود ندارد، اما ماده متوقف نمی شود، بلکه صرفاً به اشکال دیگر تبدیل می شود.
در فضا جاودانه و بی نهایت است.
حرکت مداوم، دگرگونی، اصلاح.
پیش تعیین، وابستگی به عوامل و علل مولد. این خاصیت نوعی تبیین منشأ ماده در نتیجه برخی پدیده هاست.

انواع اصلی ماده

دانشمندان مدرن سه مورد را شناسایی می کنند انواع بنیادیموضوع:

ماده ای که در حالت سکون دارای جرم مشخصی است رایج ترین نوع آن است. این می تواند از ذرات، مولکول ها، اتم ها و همچنین ترکیبات آنها تشکیل شده باشد که یک جسم فیزیکی را تشکیل می دهند.
میدان فیزیکی یک ماده مادی ویژه است که برای اطمینان از تعامل اجسام (مواد) طراحی شده است.
خلاء فیزیکی یک محیط مادی با کمترین سطح انرژی است.

ماده

جوهر نوعی از ماده است که خاصیت اصلی آن گسستگی یعنی ناپیوستگی، محدودیت است. ساختار آن شامل ذرات ریز به شکل پروتون، الکترون و نوترون است که یک اتم را می‌سازند. اتم ها به مولکول ها ترکیب می شوند و ماده را تشکیل می دهند که به نوبه خود یک جسم فیزیکی یا ماده سیال را تشکیل می دهد.

هر ماده دارای تعدادی ویژگی فردی است که آن را از سایرین متمایز می کند: جرم، چگالی، نقطه جوش و ذوب، ساختار. شبکه کریستالی. در شرایط خاصی می توان مواد مختلف را با هم ترکیب و مخلوط کرد. در طبیعت در سه حالت تجمع یافت می شوند: جامد، مایع و گاز. در این حالت، حالت خاصی از تجمع فقط با شرایط محتوای ماده و شدت برهمکنش مولکولی مطابقت دارد، اما این حالت نیست. ویژگی های فردی. بنابراین، آب در دماهای مختلف می تواند به صورت مایع، جامد و گاز به خود بگیرد.

زمینه فیزیکی

انواع ماده فیزیکی نیز شامل مؤلفه ای به عنوان میدان فیزیکی است. این سیستم معینی را نشان می دهد که در آن اجسام مادی با هم تعامل دارند. میدان یک جسم مستقل نیست، بلکه حامل ویژگی های خاص ذرات تشکیل دهنده آن است. بنابراین، تکانه آزاد شده از یک ذره، اما توسط ذره دیگر جذب نمی شود، بخشی از میدان است.

میدان‌های فیزیکی شکل‌های ناملموس واقعی ماده هستند که خاصیت تداوم دارند. آنها را می توان بر اساس معیارهای مختلف طبقه بندی کرد:

بسته به بار تشکیل دهنده میدان، میدان های الکتریکی، مغناطیسی و گرانشی متمایز می شوند.
با توجه به ماهیت حرکت بارها: میدان دینامیکی، آماری (شامل ذرات باردار است که نسبت به یکدیگر بی حرکت هستند).
توسط طبیعت فیزیکی: میدان های ماکرو و میکرو (که با حرکت ذرات باردار منفرد ایجاد می شوند).
بسته به محیط هستی: خارجی (که ذرات باردار را احاطه می کند)، داخلی (میدان درون ماده)، درست (مقدار کل میدان های خارجی و داخلی).

خلاء فیزیکی

در قرن بیستم، اصطلاح «خلاء فیزیکی» در فیزیک به عنوان مصالحه ای بین ماتریالیست ها و ایده آلیست ها برای توضیح برخی پدیده ها ظاهر شد. اولی خواص مواد را به آن نسبت داد، در حالی که دومی استدلال کرد که خلاء چیزی بیش از پوچی نیست. فیزیک مدرن قضاوت های ایده آلیست ها را رد کرده و ثابت کرده است که خلاء یک محیط مادی است که میدان کوانتومی نیز نامیده می شود. تعداد ذرات موجود در آن برابر با صفر است که البته مانع از ظهور کوتاه مدت ذرات در فازهای میانی نمی شود. در نظریه کوانتومی، سطح انرژی خلاء فیزیکی به طور معمول حداقل است، یعنی برابر با صفر. با این حال، به طور تجربی ثابت شده است که میدان انرژی می تواند بارهای منفی و مثبت داشته باشد. این فرضیه وجود دارد که جهان دقیقاً در شرایط یک خلاء فیزیکی برانگیخته پدید آمده است.

ساختار خلاء فیزیکی هنوز به طور کامل مورد مطالعه قرار نگرفته است، اگرچه بسیاری از خواص آن شناخته شده است. بر اساس نظریه سوراخ دیراک، میدان کوانتومی متشکل از کوانتوم های متحرک با بارهای یکسان است، که خوشه هایی از آنها به شکل جریان های موجی حرکت می کنند.

موضوع مطالعه علم فیزیک، ماده، خواص و اشکال ساختاری آن است که دنیای اطراف ما را می‌سازد. با توجه به مفاهیم فیزیک مدرن دو نوع ماده وجود دارد: جوهر و میدان. ماده نوعی ماده متشکل از ذرات بنیادی است که جرم دارند. کوچکترین ذره یک ماده که تمام خواص آن را دارد - یک مولکول - از اتمها تشکیل شده است. به عنوان مثال، یک مولکول آب از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل شده است. اتم ها از چه چیزی ساخته شده اند؟ هر اتم از یک هسته با بار مثبت و الکترون هایی با بار منفی تشکیل شده است که در اطراف آن حرکت می کنند (شکل 21.1).

اندازه الکترون تا

به نوبه خود، هسته از پروتون و نوترون تشکیل شده است.

می توانید سوال زیر را بپرسید. پروتون ها و نوترون ها از چه چیزی ساخته شده اند؟ پاسخ مشخص است - از کوارک ها. در مورد الکترون چطور؟ معنی مدرنمطالعات ساختار ذرات به ما اجازه پاسخ به این سوال را نمی دهد.

میدان به عنوان یک واقعیت فیزیکی (یعنی یک نوع ماده) اولین بار توسط M. Faraday معرفی شد. او پیشنهاد کرد که برهمکنش بین اجسام فیزیکی از طریق نوع خاصی از ماده، که میدان نامیده می شود، رخ می دهد.

هر میدان فیزیکی نوع خاصی از تعامل بین ذرات ماده را فراهم می کند. در طبیعت یافت می شود چهار نوع اصلی تعامل: الکترومغناطیسی، گرانشی، قوی و ضعیف.

برهمکنش الکترومغناطیسی بین ذرات باردار مشاهده می شود. در این صورت جاذبه و دافعه ممکن است.

برهم کنش گرانشی که مظهر اصلی آن قانون است جاذبه جهانی، در جاذبه اجسام بیان می شود.

نیروی قوی برهمکنش بین هادرون ها است. شعاع عمل آن به ترتیب m است، یعنی به ترتیب اندازه هسته اتم.

در نهایت، آخرین برهمکنش، برهمکنش ضعیفی است که از طریق آن ذره ای گریزان مانند نوترینو با ماده واکنش می دهد. هنگام پرواز در فضای بیرونی، برخورد با زمین، آن را مستقیماً سوراخ می کند. نمونه ای از فرآیندی که در آن برهمکنش ضعیف آشکار می شود، واپاشی بتا یک نوترون است.

جرم همه فیلدها برابر با صفر است. یکی از ویژگی های میدان، نفوذپذیری آن به سایر میدان ها و مواد است. میدان از اصل برهم نهی تبعیت می کند. میدان هایی از یک نوع، وقتی روی هم قرار می گیرند، می توانند یکدیگر را تقویت یا ضعیف کنند، که برای ماده غیرممکن است.

ذرات کلاسیک ( نقاط مادی) و میدانهای فیزیکی پیوسته - اینها عناصری هستند که تصویر فیزیکی جهان در آنها جمع آوری شده است نظریه کلاسیک. با این حال، چنین تصویر دوگانه ای از ساختار ماده کوتاه مدت بود: ماده و میدان در یک مفهوم واحد از یک میدان کوانتومی ترکیب می شوند. هر ذره اکنون یک کوانتوم میدان است، یک حالت خاص از میدان. در تئوری میدان کوانتومی هیچ تفاوت اساسی بین خلاء و ذره وجود ندارد. نظریه کوانتومیمیدان‌ها به وضوح نشان می‌دهند که چرا فضا بدون ماده غیرممکن است: «تهی بودن» فقط حالت خاصی از ماده است و فضا شکلی از وجود ماده است.

بنابراین، تقسیم ماده به میدان و جوهر به عنوان دو نوع ماده، مشروط و در چارچوب فیزیک کلاسیک موجه است.

ما نمی توانیم بیشتر جهان خود را رصد کنیم - 95 درصد جرم کیهان را ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل می دهد. هنوز مشخص نیست که ماده تاریک از چه چیزی تشکیل شده است، اما این فرض وجود دارد که می تواند اکسیون ها، ذرات بنیادی مسئول حفظ تقارن زمانی باشند.

برای آگاهی انسانگذشته و آینده ابعاد متضادی هستند: اولی را به یاد می آوریم، دومی را انتظار داریم. فیلمی که با پایان شروع می شود برای ما غیر واقعی به نظر می رسد. مال ما از گذشته به آینده هدایت می شود.

به نظر می رسد جهت زمان تزلزل ناپذیر است. اما اگر فیلمی درباره ذرات زیراتمی بسازیم، متوجه می‌شویم که نسخه بازتاب‌شده آن واقعیت را کاملاً دقیق منعکس می‌کند. قوانین اساسی فیزیک، به استثنای برخی موارد، در هر جهتی از زمان صادق است: پیکان زمان برای آنها قابل برگشت است.

اگر از قوانین منطق رسمی پیروی کنید، معکوس شدن زمان باید به طور اساسی تغییر کند قوانین فیزیکی. اما در واقعیت اینطور نیست. برای توصیف این پدیده، فیزیکدانان از اصطلاحات T-invariance یا T-symmetry استفاده می کنند.

بر خلاف قوانین اساسیفیزیکدانان، ما زندگی روزمره T-invariance را نقض می کند. این اختلاف فاحش ما را به این سوال سوق می دهد: چرا دنیای واقعی "نامتقارن T" است؟ آیا ممکن است موجوداتی وجود داشته باشند که با افزایش سن جوان تر شوند؟ و آیا می توانیم از برخی فرآیندهای فیزیکی برای برگرداندن زمان به عقب استفاده کنیم؟

متأسفانه علم هنوز نمی تواند پاسخ دقیقی بدهد. اما ما می توانیم حدس بزنیم که چرا تقارن T اصلا وجود دارد. نسخه مدرن عمیق تر و پیچیده تر از مفروضات 50 سال پیش است، اما در عین حال دارای یک شکاف است. و اگر علم آن را کشف کند، شاید بتوانیم جوهر ماده تاریک - بخش نامرئی ماده جهان را درک کنیم. اما در مورد ماده تاریک - کمی بعد.

تاریخچه مطالعه تقارن T در سال 1956 آغاز شد. در آن زمان، دانشمندان T.D. لی و اس.ان. یانگ در مورد وجود P-invariance، یک آنالوگ فضایی از تقارن T فکر کرد. اگر P-invariance وجود داشته باشد، آنگاه رویدادها می توانند مانند یک آینه منعکس شوند. با این حال، نتایج آزمایش‌های لی و یانگ نشان داد که P-invariance فقط برای برهمکنش‌های گرانشی، الکترومغناطیسی و قوی ظاهر می‌شود. برای تعاملات ضعیف وجود نداشت.

سپس فیزیکدانان از تقارن فضایی به زمانی حرکت کردند O y وجود T-invariance برای مدتی بدیهی بود - تا اینکه در سال 1964، تیمی از دانشمندان به رهبری جیمز کرونین و والنتینا فیچ یک اثر ضعیف را در فروپاشی مزون های K کشف کردند که تقارن زمانی را می شکند. این کشف فیزیکدانان را هیجان زده کرده است: چگونه تقارن T می تواند هم دقیق و هم تقریبی باشد؟ این مشکل توسط ماکوتو کوبایاشی و توشیهیده ماسکاوا حل شد. در سال 1973، آنها پیشنهاد کردند که تغییر ناپذیری T تقریبی فقط یک نتیجه تصادفی از دیگر اصول عمیق تر است.

در آن زمان، طرح کلی مدل استاندارد فیزیک ذرات به یک چارچوب نظری قدرتمند و تجربی موفق تبدیل شده بود. این بر اساس نظریه نسبیت، مکانیک کوانتومی و قانون ریاضی یکنواختی است. اما اتصال این ایده ها دشوار بود: آنها با هم امکانات تعاملات اساسی را محدود می کنند.

کوبایاشی و ماسکاوا اظهار داشتند که اگر فیزیک به دو خانواده ذرات شناخته شده در آن زمان، کوارک ها و لپتون ها محدود می شد، آنگاه همه برهم کنش ها از تقارن T پیروی می کردند. اما کشف کرونین و فیچ وجود گروه سومی از ذرات را که تقارن T را می شکنند روشن کرد. پس از آن، این ذرات در واقع پیدا شدند.

با این حال، داستان به همین جا ختم نمی شود. در فرضیه کوبایاشی و ماسکاوا خلأ وجود داشت. جرارد تهوف نوع جدیدی از برهمکنش را کشف کرد که تقارن T را می شکند - و این برای فیزیکدانان نظری غافلگیرکننده بود. نقض تقارن T در این مورد بیشتر از کرونین و فیچ بود. با این حال، طبیعت سرسختانه این حفره را نادیده می گیرد - T-invariance به شدت رعایت می شود.

تنها یک توضیح برای خدشه ناپذیری تقارن T امتحان خود را پس داده است. این ایده روبرتو پچی و هلن کوین برای گسترش مدل استاندارد از طریق یک میدان خنثی کننده است که رفتار آن به ویژه نسبت به تعامل جدید t'Hooft حساس است. اگر یک برهمکنش جدید وجود داشته باشد، میدان خنثی کننده قدر خود را تنظیم می کند تا اثر این برهمکنش را جبران کند. چنین میدان خنثی کننده ای، به نظر می رسد، راه گریز ما را می بندد. ذرات تولید شده توسط میدان خنثی کننده اکسیون نامیده می شوند.

بر اساس این تئوری، آکسیون ها ذرات بسیار سبک و با عمر طولانی هستند که به طور ضعیفی با ماده تعامل دارند. اما ما چیزی در مورد جرم آنها نمی دانیم: در طیف گسترده ای از ارزش ها قرار دارد. همین مشکل در مورد ذرات دیگر وجود داشت: بوزون هیگز، کوارک جذاب و کوارک بالا - قبل از اینکه هر یک از این ذرات کشف شود، نظریه تمام خواص آنها به جز مقدار جرم آنها را پیش بینی می کرد. معلوم شد که نیروی برهمکنش یک محور با جرم آن متناسب است. بنابراین، با کاهش جرم آکسیون، بیشتر و بیشتر گریزان می شود.

پیش از این، فیزیکدانان بر روی مدل هایی تمرکز کرده بودند که در آنها محور ارتباط نزدیکی با بوزون هیگز داشت. علاوه بر این، پیشنهاد شد که جرم آکسیون باید در حد 10 کو - یک پنجاهم جرم یک الکترون باشد. بیشتر آزمایش‌هایی که قبلاً در مورد آنها صحبت کردیم به دنبال چنین آکسیونی بودند - اما معلوم شد که چنین آکسیون‌هایی وجود ندارند. بنابراین، دانشمندان تصمیم گرفتند که به توده های محوری بسیار پایین تر روی آورند.

چنین آکسیون هایی باید در اولین لحظات به وفور تولید شده باشند انفجار بزرگ. اگر آکسیون ها واقعا وجود دارند، پس باید جهان را به شکل مایع آکسیونی پر کنند. و این مایع باید بر چگالی جرم کلی جهان تأثیر بگذارد، زیرا آکسیون ها دارای جرم هستند. جرم اکسیون ها تقریباً برابر با جرم ماده تاریک تخمین زده می شود - در واقع، ماده مرموزی که 22٪ از جهان را پر می کند ممکن است از این ذرات فرضی تشکیل شده باشد.

جستجوی آزمایشی برای آکسیون ها در چندین جبهه ادامه دارد. دو مورد از امیدوارکننده ترین آزمایش ها با هدف یافتن سیال آکسیون انجام شده است. یکی از آنها، ADMX (Axion Dark Matter Experiment)، از آنتن های فوق حساس ویژه برای تبدیل اکسیون های پس زمینه به پالس های الکترومغناطیسی. دیگری، CASPer (آزمایش تقدم چرخش محور کیهانی)، به دنبال نوسانات کوچک در حرکت اسپین های هسته ای است که می تواند توسط سیال آکسیون ایجاد شود. علاوه بر این، این آزمایش‌های پیچیده تقریباً کل محدوده توده‌های محوری ممکن را پوشش می‌دهند. شاید اگر این آزمایش‌ها وجود آکسیون‌ها را ثابت کند، متوجه شویم که ماده تاریک در واقع از چه چیزی ساخته شده است.