Естественность: Естественность — Психологос

Опубликовано автором

Содержание

Естественность и Стандартная Модель / Хабр

Что такое «естественность?»

Что имеют в виду специалисты по физике частиц и теории струн, говоря, что определённый набор частиц и взаимодействий является «естественным»? Они не имеют в виду то, что он является «частью природы». Во Вселенной всё по определению является частью природы.

У слова «естественный» есть много значений. Учёные в нашем контексте используют не значение «связанный с природой», а значение «типичный» или «обобщённый», «ожидаемый», «обычный». Например: «естественно, ребёнок, ударившись головой, заорал», или «естественно, ближе к центру жить стоит дороже», или «я не носил эти очки много месяцев, и они, естественно, запылились». А неестественно – это когда ребёнок не кричит, когда в центре города дёшево, и когда очки чистые. Обычно, когда происходит что-то неестественное, тому есть причина.

В большинстве контекстов физики частиц и связанных с этой тем сюрпризы встречаются крайне редко. Это значит, что взглянув на физическую систему, вы увидите, что она ведёт себя так, как вы, набрав некоторого научного опыта, можете от неё ожидать. А если она так себя не ведёт, то, как показывает опыт, тому есть причина. А если эта причина неочевидна, то неестественное поведение системы может говорить о каком-то экстремальном эффекте, который вам пока неизвестен.


Для наших целей понятие естественности важно потому, что в природе есть два больших сюрприза, с которыми приходится сталкиваться нам, специалистам по физике частиц, и нашим друзьям. Первый – то, что космологическая постоянная (которую часто называют тёмной энергией) удивительно маленькая по сравнению с тем, чего можно было бы ожидать естественным образом. Второй – что иерархия между силой гравитации и силой других взаимодействий удивительно большая, по сравнению с тем, чего можно было бы ожидать.

Второй сюрприз можно переформулировать так: Стандартная Модель (совместно с теорией гравитации Эйнштейна) – набор уравнений, используемых нами для предсказания поведения всех известных элементарных частиц и сил – удивительно, чрезвычайно, невероятно неестественная теория.

В физике есть ещё только один аспект – возможно, единственный аспект во всей науке – ещё менее естественный, чем Стандартная Модель, и это космологическая постоянная.

Понятия естественного и неестественного

Полагаю, что концепцию естественности лучше всего опишет одна история.

Пара моих друзей из колледжа, назовём их Аня и Стив, поженились, и теперь у них есть двое детей-подростков. Когда эти дети были моложе – им было 4 и 7 лет – они вели себя, как дикари. Жёстко играли, обижались друг на друга, швырялись вещами, и за ними постоянно приходилось присматривать.

Однажды Аня купила очень красивые цветы и поставила их в любимую стеклянную вазу. Но до того, как она успела поставить вазу на кухонный стол, в дверь позвонили. Она побежала с вазой к двери, и по пути, не подумав, поставила вазу на небольшой неустойчивый столик, стоявший рядом со стеной детской игровой комнаты.

Через полчаса Стив вернулся домой с детьми, и отправил их в игровую комнату, чтобы они там побыли, пока они с Аней пришли бы в себя после рабочего дня и приготовили ужин. Они слышали обычные звуки: удары, падения, звук отскакивающих мячей и падающих игрушек, крики «нечестно» и «прекрати», крик, который закончился почти сразу же после того, как начался.

Через 45 минут Аня заметила, что вазы с цветами на кухонном столе нет. Поискав её в кухне и в столовой, она внезапно вспомнила, что поставила её и забыла в самом опасном месте дома.

Она побежала в игровую комнату, надеясь, что не опоздала. И что вы думаете, она нашла там, когда открыла дверь?

Догадайтесь. У вас есть три варианта (рис. 1). Выберите наиболее вероятный:

1. Ваза стояла там же, где она её оставила, аккуратно расположившись в центре стола.
2. Ваза была разбита, и раздавленные цветы валялись на полу.
3. Ваза свисала со стола прямо на краю, в миллиметре от катастрофы.


Рис. 1

Правильный ответ: №3. Она свисала с края.

Подозреваю, вы мне не верите. По крайней мере, если даже и верите, то считаете, что для случившегося должно быть какое-то сложное объяснение, и я его вам дам. Невероятно, чтобы два маленьких ребёнка бесились в комнате и каким-то образом случайно довели вазу до такого ненадёжного расположения. Поскольку то, что ваза была именно там – не стоя прочно на столе, не упав на пол, а где-то посередине – это же… неестественно!

Тому должно быть объяснение.

Может, с краю стола был клей, и ваза прилипла к нему перед тем, как упасть? Может, один из детей прятался за столом и держал вазу, чтобы разыграть маму? Может, её муж завязал вокруг вазы ниточку и прикрепил её к столу, или к потолку, чтобы ваза не падала? Может, ваза и стол намагничены?

Что-то настолько неестественное не могло случиться само по себе. Особенно в комнате, в которой два ребёнка бесятся и швыряются вещами.

Неестественное естество Стандартной Модели

Теперь обратимся к Стандартной Модели, скомбинированной с Эйнштейновской теорией гравитации.


Рис. 2

Представьте себе похожую на нашу Вселенную, описываемую полным набором уравнений – на языке теоретической физики это называется теорией – похожим на Стандартную Модель (плюс гравитация). Для простоты допустим, что в этой Вселенной есть все те же самые элементарные частицы и взаимодействия, что и в нашей. Отличие состоит в том, что сила взаимодействий, и сила, с которой поле Хиггса взаимодействует с другими известными частицами и с самим собой (что в результате определяет массу известных частиц), немного отличается от нашей – допустим, на 1%, 5% или даже на 50%. Вообще, давайте представим ВСЕ такие вселенные. Все вселенные, описываемые уравнениями типа Стандартной Модели, в которых сила взаимодействий всех полей и частиц друг с другом меняется вплоть до 50%. На что будут похожи миры, описываемые этими немного отличающимися уравнениями (миры показаны на рис. 2 в виде кучки?)

Среди воображаемых миров мы найдём три основных класса со следующими свойствами.

1. Среднее значение поля Хиггса равно нулю; то есть, поле Хиггса отключено. В таких мирах масса частицы Хиггса будет в десять тысяч триллионов (10 000 000 000 000 000) раз больше, чем в нашем. Все остальные известные элементарные частицы будут безмассовыми (за исключением некоторых отдельных особенностей).

В частности, у электрона не будет массы, и в этом мире не будет никаких атомов.

2. Поле Хиггса включено на полную. Его среднее значение, и масса частицы Хиггса, и масса всех известных частиц, будет в десять тысяч триллионов (10 000 000 000 000 000) раз больше, чем в нашей вселенной. В таком мире не будет атомов или привычных нам крупных объектов. К примеру, там не сможет сформироваться ни звезда, ни планета – они обязательно сколлапсируют в чёрную дыру.

3. Поле Хиггса включено на небольшую величину. Его среднее значение примерно соответствует нашему – возможно, в несколько раз больше или меньше, но сравнимо. Массы известных частиц, хотя и будут отличаться от тех, что есть в нашем мире, но не сильно. И все частицы, у которых в нашем мире есть масса, будут обладать массой. В некоторых из этих миров даже смогут появляться атомы, планеты и другие структуры. В иных могут быть экзотические и непривычные нам вещи. Но по крайней мере некоторые базовые свойства таких миров будут нам знакомы.

Какая же доля миров попадает в класс №3? Среди всех рассматриваемых нами теорий типа Стандартной Модели какая доля будет хоть немного напоминать нашу?

До смешного, до абсурдного малая доля (рис. 3). Если вы выберете Вселенную случайным образом из нашего набора миров, похожих на Стандартную Модель, то шанс, что он будет хоть немного напоминать наш, будет невероятно меньше того, что вы беспечно оставили вазу на столе и она оказалась на краю катастрофы чисто случайно.


Рис. 3

Иначе говоря, если Стандартная Модель (плюс гравитация) описывает всё, что существует в нашем мире, тогда среди всех возможных миров мы живём в чрезвычайно необычном – таком же неестественном, как ваза, отстоящая на ширину одного атома от падения со стола. Классы 1 и 2 вселенных естественные, типичные, обобщённые. Большая часть теорий типа Стандартной Модели выдаст вселенную из этих классов. В класс 3, в который входит и наша Вселенная, включает в себя возможные, но неестественные и нетипичные миры.

То, что нам выпало жить в такой необычной вселенной – особенно, поскольку мы живём, что довольно естественно, на обычной планете, вращающейся вокруг обычной звезды в обычной галактике – неожиданно, шокирующе, и странно. И заслуживает, как и странно расположенная ваза, объяснения. Однозначно приходится подозревать о существовании скрытого механизма, чего-то, связанного со вселенной, что пока нам неизвестно, что позволяет нашей вселенной естественно жить на краю.

А аналогия играющих детей, подвергающих вазу опасности и делающих её сбалансированное расположение маловероятным? Это сама квантовая механика – основные принципы работы мира. Квантовые эффекты не умеют мирно сосуществовать со случайным и нестабильным балансом.

Чуть позже я перейду к обсуждению квантовых эффектов и того, как они делают Стандартную Модель неестественной. Но сначала, хотя я и надеюсь, что вам понравилась моя история, я хочу отметить, что между вазой на столе и вселенной есть одно важное отличие. Если кто-нибудь ударит по столу с вазой она, вероятно, упадёт, или, если нам повезёт, соскользнёт к центру стола. В иных мирах она легко может сдвинуться со своей шаткой позиции. Для нашей вселенной, наоборот, не существует опасности плавно изменить свои свойства и превратиться во вселенную классов 1 или 2. Хотя возможно, что когда-нибудь она внезапно изменится и станет совсем другой благодаря процессу под названием тунеллирование или вакуумный распад, это событие непредставимо далеко от нас. Беспокоиться об этом не стоит.

Реальная проблема вселенной находится в прошлом: как, среди огромного количества возможных вселенных, мы оказались в такой неестественной? Есть ли в нашей вселенной что-то такое, чего мы пока не знаем, что делает её не такой неестественной, как она кажется? Или же с этим как-то связано то, что многие (большинство) естественных вселенных не приспособлены для жизни? Или, возможно, люди ещё недостаточно умны, и этому существует другое научное объяснение? Какой бы ни была эта причина, она либо связана с фактом вне времени, либо с чем-то, что случилось очень давно; вселенная (точнее, по крайней мере тот участок, который мы можем наблюдать глазами и телескопами) оставался неизменно неестественным (если Стандартная Модель полностью его описывает) миллиарды лет, и в ближайшем будущем меняться не будет.

В любом случае, проследуем далее и разберёмся в квантовой физике, делающей описанную Стандартной Моделью (и гравитацией) вселенную такой невероятно необычной.

Квантовая физика и (не)естественность

Перед дальнейшим чтением необходимо сначала прочесть про квантовые флуктуации и их энергию. В той статье вы найдёте ещё одну проблему естественности: проблему космологической постоянной.

Вернёмся к Хиггсу (и другим схожим частицам)

Квантовые флуктуации полей и их вклад в плотность энергии пустого пространства (т.н. вакуумная энергия) играют в нашей истории большую роль. Но наша цель обязывает нас отставить проблему космологической постоянной и сконцентрироваться на частице Хиггса и на том, почему Стандартная Модель неестественная. Мы сделаем это не потому, что проблема космологической постоянной не очень важная, и не потому, что мы уверены, что две этих проблемы не связаны между собой. Но поскольку космологическая постоянная непосредственно связана с гравитацией, а проблема частицы Хиггса и естественность Стандартной Модели никак не связаны с гравитацией напрямую, вполне возможно, что они разрешаются разными способами. И каждая из двух проблем сама по себе нереально сложная; если нам придётся решать их одновременно, тогда всё будет ещё хуже. Так давайте пока отправим космологическую постоянную в уголок, чтобы она там прикорнула. Но мы будем помнить, что в комнате присутствует слон, которого мы не сможем игнорировать вечно.

Теперь к полю Хиггса. Нам нужно ответить на три очень важных вопроса, связанных с полем Хиггса и его частицей. Я сформулирую эти вопросы исходя из предположения, что Стандартная Модель верна, или почти верна. Но если это не так, не стоит волноваться: изучаемые идеи останутся по сути теми же самыми, даже если потребуется их немного перефразировать.

1. Поле Хиггса включено. Его среднее значение везде и всегда, по крайней мере, с самых ранних этапов жизни Вселенной, ненулевое. Почему?
2. Его среднее значение равно 246 ГэВ. Что его задаёт?
3. Масса частицы Хиггса равна примерно 125 ГэВ/с2. Что её задаёт?

Я объясню вам, как и почему эти вопросы связаны с проблемой зависимости энергии пустого пространства (часть которой проистекает из квантовых флуктуаций полей) от среднего значения поля Хиггса.

Величина поля Хиггса и энергия пустого пространства

Как определить среднее значение любого поля (не только поля Хиггса) по Вселенной? Ответ: среднее значение поля должно обладать следующим свойством: если вы немного изменяете его значение, увеличивая или уменьшая, тогда энергия пустого пространства должна увеличиться. Коротко говоря, значение поля должно быть таким, что энергия пустого пространства в этом случае будет находиться в минимуме – не обязательно в самом минимальном, но одном из локальных (если минимумов больше одного, то выбор конкретного из них может зависеть от истории Вселенной, или от более сложных вещей, которых я пока касаться не буду).

Пара примеров того, как энергия пустого пространства в нашей Вселенной, или в какой-то воображаемой вселенной, может зависеть от поля Хиггса, или от какого-то другого похожего поля, показано на рис. 4. В каждом из двух случаев я нарисовал два минимума, где может расположиться поле Хиггса – но это случайный выбор. В других случаях минимумов может быть более двух, или только один. Из того, что в нашем мире поля Хиггса включено, следует, что в энергии вакуума вселенной существует минимум, для которого значение поля Хиггса равно 246 ГэВ. И хотя из предыдущего моего рассказа это не очевидно, мы уверены, исходя из того, что мы знаем о природе и об уравнениях, что не существует минимума, в котором поле Хиггса равно нулю, и поэтому в нашей Вселенной поле Хиггса не выключено. Так что в нашей Вселенной зависимость энергии вакуума от поля Хиггса, по-видимому, выглядит больше похожей на левую часть рисунка, чем на правую, но, как мы увидим, оно может быть непохожим ни на одну из них. Если Стандартная Модель описывает физику на гораздо больших энергиях и на куда как меньших расстояниях, чем те, что мы изучаем на Большом адронном коллайдере, тогда форма соответствующей кривой будет гораздо сложнее – как мы увидим позднее.


Рис. 4: по горизонтали – среднее значение поля Хиггса, по вертикали – плотность энергии. Масса частицы Хиггса задаётся искривлениями графика, формирующими минимумы.

Масса частицы Хиггса и энергия пустого пространства

Что насчёт массы частицы Хиггса? Она определяется (рис. 4) тем, как быстро энергия пустого пространства меняется при отклонении значения поля Хиггса от предпочитаемого. Почему?

Частица Хиггса – это маленькое возмущение поля Хиггса – то есть, при проходе частицы Хиггса полю Хиггса приходится немного меняться, оно становится то больше, то меньше. Поскольку мы знаем, что среднее значение поля Хиггса находится в минимуме энергии пустого пространства, любое небольшое изменение этого значения немного увеличивает эту энергию. Эта дополнительная энергия (на самом деле, её половина) и даёт энергию массы частицы Хиггса (через E = mc2). Если форма кривой вокруг минимума весьма плоская, то для изготовления частицы Хиггса требуется мало энергии, поскольку дополнительная энергия в возмущении поля Хиггса будет малой. Но если рядом с минимумом кривая сильно изогнута, тогда у частицы Хиггса большая масса.

Таким образом плоскость или заострённость кривой на графике в том месте, где находится значение поля Хиггса – кривизна в минимуме – определяет массу частицы Хиггса.

Почему сложно сделать массу частицы Хиггса маленькой

Измеренная масса частицы Хиггса примерно равна 125-126 ГэВ/с2, что где-то в 134 раза больше массы протона. Почему мы не можем просто подставить эту массу в наши уравнения и закончить с вопросом, откуда она взялась?

Проблема в том, что значение поля Хиггса, и масса частицы Хиггса не подставляются в используемые нами уравнения напрямую; они выводятся из используемых нами уравнений при помощи сложных расчётов. И тут мы сталкиваемся с определёнными трудностями.

Мы получаем эти два числа – среднее значение и массу поля и частицы – изучая то, как энергия пустого пространства зависит от поля Хиггса. И эта энергия, как и в любой теории поля, такой, как Стандартная Модель, является суммой многих вещей:

• энергии флуктуаций самого поля Хиггса,
• энергии флуктуаций поля верхнего кварка,
• энергии флуктуаций поля W,
• энергии флуктуаций поля Z,
• энергии флуктуаций поля нижнего кварка,
• энергии флуктуаций поля тау лептона,
• …

И так для всех полей в природе, непосредственно взаимодействующих с полем Хиггса. Схематически (настоящих энергий там нет) я изобразил их в виде синих кривых на рис. 5. Каждый график изображает одну составляющую энергии пустого пространства и то, как она изменяется, когда среднее значение поля Хиггса меняется от нуля до максимального значения, на которое у меня хватает смелости, и которое я назвал vmax.

Некоторые из вас могли читать о том, что эти вычисления энергии пустого пространства дают в ответе бесконечность. Это так, но это к делу не относится; это технический момент, истинный, если только принять vmax бесконечно большим – что явно не так. Я обнаружил, что многие люди, учёные и нет, считают (благодаря книгам людей, не являющихся экспертами, и предыдущему поколению экспертов – даже самого Фейнмана), что эти бесконечности важны и связаны с обсуждением естественности. Это не так. Мы ещё вернёмся к этому распространённому недопониманию, включающему подмену математическими тонкостями физически важных эффектов.


Рис. 5: какие вклады вносят в поле Хиггса разные поля, каким оно должно быть в итоге, и каким мы его наблюдаем в реальности

Что такое vmax? Это величина, до которой можно довести значение поля Хиггса, не теряя уверенности в том, что наши расчёты остаются в рамках Стандартной Модели. Под vmax я подразумеваю то, что если бы значение поля Хиггса было бы больше этой величины (что сделало бы массу верхнего кварка большей, чем примерно vmax/с2), тогда Стандартная Модель перестала бы точно описывать всё происходящее в физике частиц. Иначе говоря, vmax — граница между областью, в которой Стандартная Модель применима, и областью, где это не так.

Однако значение vmax нам неизвестно. И это неведение ещё сыграет свою роль. Судя по тому, что мы знаем из опытов на БАК, vmax должно быть порядка 500 ГэВ или более. Однако, из всего, что мы знаем, следует, что vmax может оказаться и в 10 000 000 000 000 000 раз больше этого. Дальше уже мы зайти не можем, поскольку там уже начинает играть роль гравитация. Если бы vmax была такой огромной, верхние кварки были бы такими тяжёлыми, что они превратились бы в крохотные чёрные дыры! А мы знаем, что Стандартная Модель такие явления не описывает. В этот момент уже должна вступать в силу квантовомеханическая версия гравитации – а может и ещё раньше.

Итак, нам известно, что vmax находится где-то между 500 ГэВ и 1 000 000 000 000 000 000 ГэВ. На рис. 5 я предположил, что оно гораздо больше 500 ГэВ. Рассмотрим рис. 6, на котором она приближается к 500 ГэВ.

Каждый из вкладов, изображённых в верхнем ряду рис. 5, мы можем подсчитать (в принципе, а также, по большому счёту, и на практике) для любого поля Хиггса от нуля и до vmax, и для всех квантовых флуктуаций с энергиями менее vmax. (Тут я сильно упрощаю – на самом деле эта энергия Emax не должна быть точно такой же, как vmax, но давайте не будем усложнять сверх необходимого). Если vmax большое, тогда каждый из этих вкладов тоже очень большой – и, что важнее, варьирование, происходящее при изменении значения поля Хиггса от нуля до vmax, тоже очень большие – порядка vmax4 / (hc)3.

Но это ещё не всё. К этому необходимо добавить и другие вклады, показанные во втором ряду рис. 5, проистекающие из физических явлений, о которых мы пока не знаем ничего или почти ничего, из физики, которая напрямую не появляется в Стандартной Модели. Технически вклад этих эффектов неизвестной физики появляется в параметрах, определяющих уравнения Стандартной Модели в качестве входных данных. Но это входные данные, а не то, что мы рассчитываем, именно потому, что они поступают из неизвестных источников. В дополнение к эффектам квантовых флуктуаций известных полей с ещё большими энергиями, могут также существовать эффекты:

• квантовой механики гравитации,
• тяжёлых, пока не открытых нами частиц,
• взаимодействий, имеющих значение на расстояниях, более коротких, чем мы можем измерить;
• других, более экзотических вкладов от, к примеру, струн или D-бран в струнной теории, или какой-то ещё теории,
• что-то ещё…

Некоторые из них могут, прямо или косвенно, зависеть от значения поля Хиггса. Эти неизвестные эффекты я изобразил красным. Эти кривые на 100% взяты из головы. Мы не знаем об этих эффектах ничего, кроме того, что они могут существовать (а эффекты гравитации точно существуют), и что некоторые из них, или все они могут быть довольно большими. Такими же большими, или ещё больше тех, о которых мы знаем, изображённых в верхнем ряду. В принципе, все эти неизвестные эффекты могут быть нулевыми – но это не решит проблемы естественности, как мы далее увидим, поэтому, можно предположить, что они ненулевые.

Важно тут то, что нет никаких очевидных причин полагать, будто неизвестные эффекты, нарисованные красным, каким бы то ни было образом связаны с известными эффектами, нарисованными синим. В самом деле, почему эффекты квантовой гравитации или какой-то новой силы, никак не связанной со слабым ядерным взаимодействием, должны быть как-то связаны с плотностью энергии квантовых флуктуаций поля верхнего кварка или поля W? Они выглядят концептуально раздельными источниками плотности энергии пустого пространства.

И вот, в чём загадка. Когда мы складываем все эти вклады в энергию пустого пространства, каждый из которых велик, а многие из которых очень сильно варьируются при изменении поля Хиггса от нуля до максимума, который мы можем рассматривать – мы обнаруживаем удивительно плоскую кривую, показанную зелёным. Рядом с вертикальной осью она почти идеально ровная. И всё же её минимум находится не в нуле поля Хиггса; он немного отходит от нуля, там, где значение поля Хиггса равно 246 ГэВ. Все эти различные вклады, синие и красные, изгибающиеся вверх и вниз под разными углами, почти идеально (но не совсем) взаимно уничтожают друг друга при сложении. Выглядит так, будто вы накидали несколько гор из Монтаны в глубокое ущелье Калифорнии, и получили равнину плоскую, как Канзас. Как это произошло?

Насколько серьёзна проблема? Насколько неожиданно это взаимное уничтожение? Ответ зависит от vmax. Если vmax равно всего 500 ГэВ, тогда никакого особенного взаимного уничтожения и не нужно – см. рис. 6. Но если vmax огромно, то взаимное уничтожение удивительно точное, как на рис. 5. Чем больше vmax, тем более удивительно взаимное уничтожение всех вкладов.


Рис. 6

Насколько удивительно? Взаимное уничтожение должно быть идеальным до одной части в (vmax/500 ГэВ)2. Так что если vmax близко к 500 ГэВ, в этом нет ничего удивительного; но если vmax = 5000 ГэВ, нам нужно взаимное уничтожение до одной части на 100. Если оно равно 500 000 ГэВ, нам нужно взаимное уничтожение до одной части на миллион.

А если мы задерём значение vmax до максимального возможного – если Стандартная Модель описывает всю физику частиц без гравитации – тогда нам нужно взаимное уничтожение до одной части на 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

В последнем случае невероятная точность взаимного уничтожения беспокоит особенно сильно. Это значит, что если бы вы поменяли массу частицы W или силу электромагнитного взаимодействия на чуть-чуть – допустим, на одну часть на миллион миллионов – то взаимное уничтожение сразу бы прекратилось, и теория перешла бы в класс 1 или класс 2, с ультра-тяжёлой частицей Хиггса, и либо с огромным, либо с нулевым значением поля Хиггса (см. рис. 3). Эта невероятная чувствительность означает, что свойства нашего мира с огромной точностью должны быть именно такими – как радио, настроенное на точную частоту нужной радиостанции с тонкой подстройкой. Такая экстремальная точная подстройка свойств физической системы не имеет прецедентов в науке.

Скажем иначе: Стандартная Модель, а конкретно, правильность Стандартной Модели при величинах vmax гораздо больших, чем 500 ГэВ, неестественна по причине взаимного уничтожения, показанного на рис. 5. В этом нет ничего типичного или обычного. И чем больше vmax, тем менее это естественно. Если вы возьмёте кучу обычных кривых, как те, что изображены на рис. 5, у каждой из которых есть минимумы и максимумы в точках, где значение поля Хиггса либо нулевое, либо примерно равно vmax, и сложите их вместе, вы обнаружите, что сумма этих кривых – это кривая со своими минимумами и максимумами в:

• точке со значением, сравнимым с vmax (теории класса 2 – см. рис. 3),
• или около нуля (теории класса 1),
• но не где-то в промежутке от нуля и до очень-очень малой доли vmax (теории класса 3).

Более того, если кривые сильно изогнуты в районах минимумов и максимумов, их сумма типично тоже должна быть сильно искривлённой в районе её минимумов и максимумов (то есть, масса частицы Хиггса должна была бы быть примерно равной vmax/с2, как в теориях класса 1 и 2), и не должна быть чрезвычайно плоской в районе любого из её минимумов (как это нужно для того, чтобы частица Хиггса была бы гораздо легче, чем vmax/с2, как это получается в теориях класса 3). Это показано при помощи добавления всего двух кривых на рис. 7, где мы видим, что у двух кривых должна быть очень особенная связь для того, чтобы их сумма получилась очень плоской.


Рис. 7: сверху – сложение двух обычных, типичных кривых. Снизу – две нетипичные кривые с тонкой подстройкой.

Это проблема естественности. Проблема не только в том, что зелёная кривая на рис. 5 удивительно плоская, с минимумом там, где значение поля Хиггса очень мало. Проблема в том, что эта кривая – это выходные данные, сумма множества больших и, по всей видимости, не связанных между собой вкладов, и совершенно неочевидно, как сумма всех этих кривых принимает такую необычную форму.

Отступление по поводу бесконечностей, перенормировка и отрезы

Теперь, что касается всех этих бесконечностей, о которых вы могли слышать – вместе со страшным словом «перенормировка», в котором бесконечности каким-то образом заметаются под ковёр и приводят к конечным предсказаниям. Эти бесконечности, а также их устранение через перенормировку, иногда заставляют людей – даже учёных – утверждать, что специалисты физики частиц не понимают, что делают, и что из-за этого они приходят к проблеме естественности, которой на самом деле не существует.

Такие заявления весьма ошибочны. Эти технические проблемы (хорошо понимаемые сегодня) совершенно не относятся к нашему контексту.

Бесконечности, возникающие при определённых подсчётах массы частицы Хиггса и значения поля Хиггса – симптомы проблемы естественности, математические симптомы, проявляющиеся, когда вы настаиваете на увеличении vmax до бесконечности, что, хотя иногда и удобно, физически неверно. Бесконечности — не проблема естественности, они не находятся в её центре, и не являются её причиной.


Рис. 8

Среди множества способов это понять один из самых простых – изучить огромное разнообразие конечных теорий квантовых полей, открытых в 1980-х. У этих теорий есть ограниченное количество суперсимметрии, а ещё они конечные. Если взять такую теорию (рис. 8) и сломать суперсимметрию на масштабе vmax, но гарантировать, что в теории при более низких энергиях всё ещё будут поля с нулевым спином типа поля Хиггса, то никаких бесконечностей не появится. Более того, нет необходимости искусственным образом отрезать теорию на энергиях меньших vmax (как я сделал на рис. 5, отделив известное от неизвестного), поскольку в этом примере нам известны уравнения, которые можно использовать на энергиях как больших, так и меньших vmax. Энергию пустого пространства и её зависимость от различных полей можно подсчитать без всяких двусмысленностей, бесконечностей или бесконечной перенормировки. Так что же – есть ли и здесь проблема естественности? Приобретают ли частицы с нулевым спином массы порядка vmax/с2? Имеют ли поля с нулевым спином значения около нуля или примерно равные vmax? Ещё как! Никаких бесконечностей, никакого заметания под ковёр, никаких искусственных отрезов – а проблема естественности остаётся такой же серьёзной.

Кстати, в этом рассуждении есть одна интересная уязвимость, связанная с тем, что мы узнали из теории струн по поводу квантовой теории поля. Но хотя она и приводит пример теорий, избегающих проблемы естественности, ни я, ни кто либо ещё не смог пока убедительно использовать их для реального решения проблемы естественности Стандартной Модели (вот, пожалуй, наилучшая попытка из всех).

Мы можем повторить такого рода вычисления с теорией струн (техническое упражнение, не требующее от нас веры в то, что теория струн на самом деле описывает природу). В вычислениях теории струн бесконечностей нет. Но если vmax, та шкала энергий, на которых Стандартная Модель перестаёт работать, будет гораздо больше, чем 500 ГэВ, то проблема естественности получается такой же серьёзной.

В общем: избавление от бесконечностей, возникающих в определённых подсчётах, связанных с Хиггсом, никак не помогает решить или повлиять на проблему естественности.

Решения проблемы естественности

Чисто с логической точки зрения на ум приходит пара качественно разных типов решений этой проблемы. [Эту часть профессор Страсслер, к сожалению, до сих пор не дописал – ждём… / прим. перев.]

Три значения слова ‘естественность’

загородный коттедж общей площадью 356 м2 Эдуард Забуга

Перейти
в галерею

Дата публикации: 01.05.2001

Фото: Михаил Степанов

Текст: Александра Шапиро

Архитектор: Эдуард Забуга

Журнал: N8 (31) 1999

Оригинальная красота этого дома в глаза не бросается. Она естественно рождается из взаимодействия архитектуры с окружающей природой, из расположения комнат, различия материалов. Вообще слово «естественность», по мнению архитектора Эдуарда Забуги, — ключевое для понимания концепции этого проекта В словаре русского языка С. И. Ожегова слово «естественный» имеет несколько значений. И по крайней мере три из них имеют отношение к архитектуре и дизайну дома, который вы видите на этих страницах.

1. «Естественный» — «относящийся к природе»

Это довольно логично для загородного дома. Но загородное строительство отвечает такой логике не всегда.
В некоторых случаях на ум приходят строки Федора Соллогуба, написанные еще в XIX веке: «С одной стороны заборы, будки, мостовые, пыль дрожек, — с другой стороны итальянские балконы, полосатые навесы, гортензии. Дорожки с красным песочком, несколько чахоточных деревьев и опять кое-где несколько гортензий. Вот почти все наши дачи. В особенности занимательны новомодные готические замки с башнями, похожими на зубочистки, и с пристройками вроде китайского топорика. В этих-то карикатурных пристанищах светский люд, на пространстве всего нескольких саженей, наслаждается сельской свободой и величием природы».
Однако к дому, о котором речь, сия ироничная цитата счастливо не имеет отношения.

С самого начала в проекте вместе с пожеланиями хозяев (как то: «дом не должен быть чрезмерно «бюргерским», его оригинальность не должна «кричать», но в тоже время обязана выделить строение среди соседских жилищ») учитывался прекрасный окружающий пейзаж. Сказав, что «любая архитектура уступает естеству природы», Эдуард Забуга буквально «вырастил» здание из ландшафта. Архитектор придал дому «чувство места» и возвел связь интерьера с экстерьером в некую высшую степень.

Так, простой, лаконичный по форме фасад стал своеобразным фоном, на котором четко выделяются стройные силуэты елей. Немного солнца — и вот уже их тени «рисуют» на стене трехмерное графическое изображение. Местоположение окон определялось по принципу: а что мы будем из них видеть? Например, вид из цельного, без переплетов, окна хозяйской ванной комнаты напоминает заключенную в тонкую раму японскую гравюру.
«Пейзаж настолько хорош, что больше никаких декораторских ухищрений в этой комнате и не требуется», — комментирует архитектор.

Апофеозом непосредственной связи архитектуры с окружающей средой стал так называемый «дек» — открытая площадка на стойках, сквозь которую растут две ели. Благодаря своей конструкции и расположению площадка выглядит более связанной с природой, чем терраса, веранда или балкон. Попасть сюда можно двумя способами: или выйти через стеклянные окна-двери кухни, или подняться с улицы по одной из двух боковых лестниц-трапов. Площадь «дека» (30 м2) позволяет здесь танцевать или пить чай в компании не менее двадцати гостей. В результате даже приподнятая на несколько метров от земли «палуба» создает полную иллюзию «завтрака на траве». Ну и, конечно, «связь с природой» была бы неполной без использования естественных, природных материалов. Скажем, «дек» сделан из оструганной и проморенной лиственницы — живописной и богатой по фактуре.
Сауна отделана пробкой, привлекательной и на вид, и на ощупь. В доме имеется мебель, сплетенная из тростника. А некоторые виды отделочных материалов заслуживают особого упоминания. Например, натуральный, очень красивый камень с интересной фактурой на поверку оказывается… искусственным. Выполнен он из особого цемента, легковесных наполнителей и экологически чистых минеральных красителей. И для того, чтобы, допустим, «сложить» камин, «каменные плиты» просто наклеивают на поверхность.

2. «Естественный — совершаемый по законам природы»

Главной задачей архитектора было сочинить определенный сценарий, по которому бы развивались дальнейшие «события» дома. И поэтому количество, назначение и взаимосвязь помещений обговаривались в течение полутора месяцев. В результате внутреннее пространство, по определению Эдуарда Забуги, стало «цельным, логичным, просто выстроенным, естественно и ненавязчиво обращающим на себя внимание».
Иными словами, спланированным согласно образу жизни, вкусам заказчиков (или тем же «законам природы»).

Итак, планировка. Первый этаж: общественная зона, сауна, подсобные помещения. С улицы мы попадаем в светлые, просторные «сени» — автор проекта полагает, что в описании нужно использовать именно это слово, раньше обозначавшее большое изолированное помещение между жилой частью и крыльцом деревенской избы или старинного городского дома. При необходимости здесь с комфортом размещается нескольких человек одновременно. Например, приехавшие на большую вечеринку гости могут зайти и снять пальто все сразу, не выстраиваясь перед дверью в очередь.

Из сеней массивные распашные двери матового стекла ведут в гостиную. Она представляет собой открытое пространство, зонированное лишь визуально. Мягкая «диванная» находится в эркере, расположенная практически рядом обеденная группа условно обозначает столовую.
Вход из гостиной на кухню ничем не ограничен. Попасть в это помещение можно с двух сторон — из столовой и из бильярдной. Причем рабочая часть кухни (плита, холодильник, шкафы) укромна и не просматривается, всеобщему обозрению представлен лишь круглый стол. Четыре больших, от пола до потолка, стеклянных окна-двери, ведущих на «дек», придают кухне «статус» второго эркера и оптически увеличивают ее площадь.

Уютная каминная (кожаные диваны с тканевыми подушками, искусственно состаренная деревянная мебель из Мексики, «каменный» камин) отделена от бильярдной небольшой стойкой-полкой, оформленной в том же стиле, что и камин. Благодаря небольшому подиуму и скату крыши кажется, что каминная расположена в нише. Правда, в нише светлой, поскольку сквозь небольшие окна в скосе потолка проникает верхний свет. Декоративные балки «на полном серьезе» держат перекрытия, а металлический элемент над камином неожиданно оказывается вполне настоящей, действующей каминной трубой, выведенной на фасад.
Выстраивание пространства по «чистой», ничем не загороженной диагонали не только обеспечивает свободу передвижения, но и создает в гостиной множество неожиданных ракурсов.

От подиума бильярдной начинается лестница на второй, частный этаж (кабинет, детская, санузел, спальня хозяев и две гостевые спальни). Первые три ступеньки не имеют никакого ограждения, сама же конструкция лестничного марша заключена в некую своеобразную форму. Развязка помещений второго этажа осуществлена довольно необычно.
Кабинет находится под скатом крыши. Чтобы в него попасть, необходимо преодолеть еще одну лестницу, схожую по стилю с предыдущей. Лестница кабинета способствует активному «перетеканию» воздуха и света в пространстве: сквозь ее «ребра» просматривается бильярдная, а также падает верхний свет из окон в скате крыши. В двухуровневую детскую («уровень рабочий» и «уровень отдыха») попадаешь прямо с лестничной площадки. Второй уровень располагается практически в мансарде, над родительской спальней и ванной.

3. «Естественный — простой, непринужденный»

Это касается обстановки. Ничего лишнего: строгие линии, спокойная, «экологическая» цветовая гамма, изысканные в своей простоте формы и детали оформления.

Естественное завершение наших заметок

Настроение этого дома характеризуется тремя вышеперечисленными значениями слова «естественность». Чудесное ощущение соприкосновения с настоящей природой, настоящей архитектурой и настоящими, светлыми, естественными человеческими эмоциями.

Реклама на SALON.ru

Эти статьи могут вам понравиться:

Как живёт поп-звезда: дом Рианны в Лос-Анджелесе

Известная певица и её модный особняк в Pacific Palisades.

#Интерьер #Интерьеры знаменитостей #Контемпорари #США

Цвет года-2023 — пастельный желтый: 5 мнений дизайнеров, как его использовать в интерьере

По версии крупнейшего бренда интерьерных красок в Европе Dulux и экспертов компании AkzoNobel, главным цветом 2023 года станет пастельный оттенок желтого Wild Wonder. Он несет свет и тепло, но в каких помещениях он будет смотреться органично?

#Интерьер

6 новых русских дизайнеров, которых стоит знать

Импортозамещение в действии: в мебели, светильниках и аксессуарах.

#Люди

Современная классика для большой семьи: квартира площадью 340 кв. м

Интерьер, созданный дизайнером Алёной Чекалиной из студии DOMOS Design, сопоставим по уровню комфорта с загородным домом: здесь для каждого из семи членов семьи предусмотрено свое личное пространство, а для совместного времяпрепровождения — просторная и многофункциональная гостиная.

#Интерьер #Квартиры #Современная классика #Москва

Получайте самые популярные статьи на почту.

Подпишитесь, чтобы ничего не пропустить. Отписаться можно в любой момент.

Email:

Нажимая на кнопку «Подписаться», я даю согласие на обработку персональных данных.

тренд, который никогда не выйдет из моды. Рассказывают haze

В мире, где люди каждый день видоизменяют внешность до неузнаваемости, мы забываем о таких вещах, как естественность и осознанность. Дело не в пластической хирургии и не в ярком макияже, а в том, как мы относимся к себе. bit.ua расспросили ведущих мастеров haze о естественности и осмысленности, об отношениях с клиентами и принципах, которых стоит придерживаться.

 

Оксана Шульц

мастер маникюра, стилист

Естественность − это индивидуальность, которая дана каждому с рождения, а осознанность помогает ее подчеркнуть.

Я считаю, что самая большая ценность в мире – это человек. Каждый из нас сложносочиненный, и, если отбросить иллюзию ярлыков относительно предыдущего опыта, можно приблизиться к целой вселенной другого человека.

Отношения с клиентами

Ко мне всегда приходят именно мои клиенты, каждый из них – личность. Нам всегда есть о чем поговорить.

Я люблю, когда люди нравятся себе, а как они этого достигли, это их личное дело.

Почему люди пытаются избежать естественности?

Люди уходят от естественности для того, чтобы снова вернуться, а точнее, вернуть себя. Мы постоянно меняемся и благодаря этому развиваемся. 

 

Евгения Полигун

парикмахер-стилист

Естественность и осознанность лично для меня – это то, что внутри.

Мне нравятся рассуждения на тему «разумного эгоизма», который помогает осознавать собственную сексуальность и непосредственность. Остановись. Прислушайся к себе. Дай возможность осознать, что внутри.  

В силу того, что мы все по-разному смотрим на окружающий мир, осознанность позволяет всматриваться вглубь, стараться видеть чистоту, невинность и целостность окружающего мира. Кто-то видит груды мусора и ходит в неопрятной одежде, а кто-то замечает пробивающуюся раннюю зелень и наносит на себя самый свежий из всех имеющихся парфюм.

Я люблю осознанных, питаюсь их эмоциями и стараюсь дарить в ответ свои.

Если мы будем сознательнее относиться к собственным действиям по отношению к окружающим (не только людям, но и к природе), то сможем избежать больших катастроф. Нам будет легче находить общий язык с людьми и с природой, поддерживая ее возрождение, а не тотальное разрушение.

Отношения с клиентами

Моим клиентам близки осмысленность и естественность. Клиент, который приходит в haze, понимает и разделяет наши принципы. Девушки открыты и готовы выслушать мнение мастера, что радует. Передо мной, как перед мастером, открывается возможность увидеть индивидуальность каждого клиента, подчеркнуть его достоинства, а перед девушкой в кресле − открыть себя в новом образе.

Эмоциональный контакт – главная составляющая общения с клиентами. Девушки разные, и их беспокоят разные вещи. Не люблю находиться в стороне, мне нравится сопереживать и радоваться за своих клиентов. Мы всегда находим точку соприкосновения: будь то спорт, дети или путешествия.

Почему люди пытаются избежать естественности?

Потому что живут в мире стандартов. Мы не хотим принимать свои вьющиеся волосы и стараемся их выровнять, не хотим любить округлые формы и стараемся худеть до обморочного состояния, нам не нравится наш рост, и мы надеваем неудобные каблуки, чтобы только казаться выше.

Думаю, что главный плюс каждого человека – индивидуальность. Для меня естественность заключается в том, чтобы быть особенной и подчеркивать достоинства, которыми, уж поверьте, наделена каждая из нас!

 

Настя Криворучко

визажист

Естественность − это в первую очередь любовь и уважение к себе.

Осознанность или есть, или ее нет, она не нуждается в поддержке. Но, как и во всем, мнения людей могут расходиться. Это как порядок в доме. Всегда приятно, когда дома чисто и аккуратно. Так же и в окружающем мире, и, если ты можешь сделать что-то, чтобы поддержать эту чистоту, делай.

Отношения с клиентами

Люблю своих клиентов, они вдохновляют. Я не рассматриваю девушек исключительно как полотно для творчества, а они не рассматривают меня просто как инструмент для создания красоты. Каждый клиент и мастер – это в первую очередь индивидуальность, которая заслуживает уважения и и бережного отношения.

Чаще всего мы общаемся на темы ухода/мейкапа и бровей. Стараюсь не привносить слишком много личного в работу, но, если клиент сам желает поделиться чем-то более интимным и деликатным, я, конечно, выслушаю и поддержу.

Почему люди пытаются избежать естественности?

Люди слишком критично к себе относятся, часто себя не любят и не принимают. Это могут быть моменты, навязанные еще в детстве, причин много. А еще так проще.

Естественность − это колоссальный труд. Это уход и забота о себе во всех смыслах. Естественность требует времени и усилий.

Всегда будет кто-то, кто недоволен собой, кто хочет что-то кардинально изменить и переделать. Самое главное − знать меру и делать это аккуратно. В «тюнинге» нет ничего плохого, он тоже может выглядеть естественно и органично. Очень часто, глядя на потрясающе красивых девушек, мы не можем и подумать, что там что-то может быть переделано и усовершенствовано.

01/4

ДЕТАЛЬНІШЕ

ДЕТАЛЬНІШЕ

ДЕТАЛЬНІШЕ

ДЕТАЛЬНІШЕ

#bit. ua

Читайте нас у
Telegram

Определение

в кембриджском словаре английского языка

Несмотря на то, что это был небольшой оазис деревенской естественности , кампус не имел достаточных условий для тех амбициозных, конкурентоспособных студентов, которых он теперь привлекал.

От OregonLive.com