Une brève description des fondements de la réalité - des champs quantiques.
De notre point de vue humain, créé à la suite de l'évolution biologique, le monde est composé de petites particules se combinant en structures plus complexes (des atomes, en passant par les molécules de composés chimiques, aux structures visibles à l'œil nu et même aux mégastructures telles que planètes et étoiles).
Cependant, lorsque nous étudions le micromonde, ce point de vue s'effondre progressivement et nous avons de plus en plus de mal à indiquer si la matière est des particules ou des ondes.
La plupart de ce avec quoi une personne entre en contact peut être réduit à : des protons, des électrons, des neutrons, des photons (les protons et les neutrons ont une structure complexe, qui sera discutée plus tard).
Donc, ce que nous rencontrons (communément) - nous avons réussi à réduire à 4 éléments.
Nos ancêtres (du 19e siècle) ne le savaient pas. Pour eux, le monde était composé de dizaines de types d'atomes (selon le degré auquel nous remontons dans l'histoire, cette image, bien sûr, changeait constamment).
Nos ancêtres ne comprenaient pas presque tout ce qu'ils touchaient.
Nous sommes dans une situation différente. Parmi les choses "matérielles", nous ne comprenons vraiment pas seulement la matière noire et l'énergie noire, qui n'ont fondamentalement aucun rôle direct dans nos vies - leur rôle n'est perçu qu'à l'échelle des galaxies et de l'univers.
Les protons et les neutrons se sont avérés avoir une structure interne sous la forme de quarks up et down placés dans une "soupe" de gluons.
C'est encore une image simplifiée (des simulations récentes utilisant l'IA et tous les résultats d'expériences que l'humanité a faites - suggèrent que le proton est également constitué d'un quark charme), mais nous avançons tout le temps.
Il est temps de s'éloigner de l'approche partielle et de passer aux ondes - et essentiellement aux champs quantiques. L'onde est une vue intermédiaire entre les particules et les champs quantiques.
Particules dont la structure interne, malgré de nombreuses expériences, nous n'avons pas pu étudier, nous considérons des particules élémentaires fondamentales.
Ceux-ci sont:
soi-disant bosons les particules d'interaction (comme les photons, les gluons et autres bosons),
quarks ou particules qui composent la masse de la matière (qui composent le proton et le neutron)
les leptons, c'est-à-dire les particules qui complètent la matière avec une infime fraction de masse (comme les électrons et les neutrinos)
Toutes ces particules ont leurs antiparticules.
L'existence d'antiparticules cadre parfaitement avec la théorie quantique des champs (QFT). Si l'excitation de champ appropriée peut être observée comme une particule, l'excitation opposée sera une antiparticule.
Les particules dans le QFT ne sont que le résultat de l'interaction du champ quantique étudié avec le champ quantique que nous utiliserons comme outil de mesure.
Si nous dirigeons un champ quantique (sous la forme d'une particule, comme un électron ou un photon) vers un autre champ quantique (testé), l'effet d'interaction nous donnera un résultat sous la forme de trouver une propriété du quantique testé champ. Mais il peut aussi arriver que nous n'obtenions aucun résultat.
Lorsqu'une mesure donnée est répétée plusieurs fois - on peut déterminer les propriétés statistiques du champ testé - comme la probabilité d'interaction, que l'on appellera la probabilité d'existence de la particule en un lieu donné.
Cependant, il s'agit toujours de l'interaction de deux champs ou plus.
En ce sens, les particules n'existent pas. Seuls les champs quantiques existent. La réalité à la lumière du QFT n'est pas matérielle.
Ce caractère quotidien matériel que nous percevons n'apparaît que lorsque tant d'interactions sont impliquées que la nature de champ de la réalité cesse de jouer un rôle direct.
Quelle est exactement la nature des champs quantiques, nous ne le savons pas. Le nom même du champ - vient d'un champ arable aussi ordinaire. Nous savons seulement que nous pouvons imparfaitement mesurer la distribution des valeurs de certains champs dans l'espace et que cela fonctionne bien pour nous expérimentalement.
Certains résultats de mesure concordent jusqu'à la 15e place avec la théorie. Ou plutôt, avec des simplifications de la théorie - car dans l'écrasante majorité des cas - les calculs sont trop difficiles pour nous et nous ne pouvons les approximer assez précisément qu'en utilisant le calcul des perturbations. Nous ne sommes pas en mesure d'obtenir des solutions analytiques exactes.
On suppose généralement qu'il existe les champs quantiques suivants :
- 6 champs de quarks
- 6 champs de leptons
- 8 champs de gluons (interaction forte)
- Champ de Higgs
- Champ EM - pour les photons
- champ de bosons W (interaction faible)
- Champ de bosons Z (interaction faible).
Ensemble, 24 champs quantiques - ils forment toute la réalité mesurable dans le micromonde.
Mais cette division est également différente.
Si la gravité quantique existe, il faudrait l'écrire 25.
En supposant qu'il n'y a qu'un seul champ de gluons, 24 devient 17.
Si nous unifions en plus les champs des bosons W et Z (interaction faible) avec l'interaction EM - il en reste 15.
Si nous supposons que les générations successives de quarks et de leptons peuvent également être unifiées parce qu'elles ne se distinguent que par leur interaction avec le champ de Higgs, alors nous aurons : 7.
Avec une unification complète sur laquelle l'humanité peut compter, nous pouvons réduire le nombre de champs quantiques à 7.
Qu'il en soit ainsi - personne ne le sait encore.
Mais ce serait une réalisation assez intéressante : réduire tout ce que nous traitons à 7 champs quantiques*
* en supposant que la matière noire et l'énergie noire sont davantage le résultat de déficiences de notre théorie de la gravité que de déficiences du modèle standard.
Et il y a des indications à la fois de lacunes dans la théorie de la gravité d'Einstein et d'une nouvelle force inconnue qui nous échappe et qui viendrait compléter le modèle standard.
Nous avons donc encore des choses devant nous.
Mais je ne conseillerais pas d'être trop excité. Nos ancêtres ne comprenaient pas les bases de 99,99% de ce qui les entourait. Nous comprenons 99,99% de ce qui nous entoure.
Nos ancêtres ne connaissaient pas la force forte - qui est la plus forte à petite échelle. Nous savons. Si quelque chose nous est caché - ça ne peut pas être quelque chose de fort.
Et si ce que nous ne savons pas est faible, cela a peu d'impact sur notre vie quotidienne. Il peut, bien sûr, se manifester à l'échelle galactique (comme la gravité) avec une force énorme.
De notre point de vue humain, créé à la suite de l'évolution biologique, le monde est composé de petites particules se combinant en structures plus complexes (des atomes, en passant par les molécules de composés chimiques, aux structures visibles à l'œil nu et même aux mégastructures telles que planètes et étoiles).
Cependant, lorsque nous étudions le micromonde, ce point de vue s'effondre progressivement et nous avons de plus en plus de mal à indiquer si la matière est des particules ou des ondes.
La plupart de ce avec quoi une personne entre en contact peut être réduit à : des protons, des électrons, des neutrons, des photons (les protons et les neutrons ont une structure complexe, qui sera discutée plus tard).
Donc, ce que nous rencontrons (communément) - nous avons réussi à réduire à 4 éléments.
Nos ancêtres (du 19e siècle) ne le savaient pas. Pour eux, le monde était composé de dizaines de types d'atomes (selon le degré auquel nous remontons dans l'histoire, cette image, bien sûr, changeait constamment).
Nos ancêtres ne comprenaient pas presque tout ce qu'ils touchaient.
Nous sommes dans une situation différente. Parmi les choses "matérielles", nous ne comprenons vraiment pas seulement la matière noire et l'énergie noire, qui n'ont fondamentalement aucun rôle direct dans nos vies - leur rôle n'est perçu qu'à l'échelle des galaxies et de l'univers.
Les protons et les neutrons se sont avérés avoir une structure interne sous la forme de quarks up et down placés dans une "soupe" de gluons.
C'est encore une image simplifiée (des simulations récentes utilisant l'IA et tous les résultats d'expériences que l'humanité a faites - suggèrent que le proton est également constitué d'un quark charme), mais nous avançons tout le temps.
Il est temps de s'éloigner de l'approche partielle et de passer aux ondes - et essentiellement aux champs quantiques. L'onde est une vue intermédiaire entre les particules et les champs quantiques.
Particules dont la structure interne, malgré de nombreuses expériences, nous n'avons pas pu étudier, nous considérons des particules élémentaires fondamentales.
Ceux-ci sont:
soi-disant bosons les particules d'interaction (comme les photons, les gluons et autres bosons),
quarks ou particules qui composent la masse de la matière (qui composent le proton et le neutron)
les leptons, c'est-à-dire les particules qui complètent la matière avec une infime fraction de masse (comme les électrons et les neutrinos)
Toutes ces particules ont leurs antiparticules.
L'existence d'antiparticules cadre parfaitement avec la théorie quantique des champs (QFT). Si l'excitation de champ appropriée peut être observée comme une particule, l'excitation opposée sera une antiparticule.
Les particules dans le QFT ne sont que le résultat de l'interaction du champ quantique étudié avec le champ quantique que nous utiliserons comme outil de mesure.
Si nous dirigeons un champ quantique (sous la forme d'une particule, comme un électron ou un photon) vers un autre champ quantique (testé), l'effet d'interaction nous donnera un résultat sous la forme de trouver une propriété du quantique testé champ. Mais il peut aussi arriver que nous n'obtenions aucun résultat.
Lorsqu'une mesure donnée est répétée plusieurs fois - on peut déterminer les propriétés statistiques du champ testé - comme la probabilité d'interaction, que l'on appellera la probabilité d'existence de la particule en un lieu donné.
Cependant, il s'agit toujours de l'interaction de deux champs ou plus.
En ce sens, les particules n'existent pas. Seuls les champs quantiques existent. La réalité à la lumière du QFT n'est pas matérielle.
Ce caractère quotidien matériel que nous percevons n'apparaît que lorsque tant d'interactions sont impliquées que la nature de champ de la réalité cesse de jouer un rôle direct.
Quelle est exactement la nature des champs quantiques, nous ne le savons pas. Le nom même du champ - vient d'un champ arable aussi ordinaire. Nous savons seulement que nous pouvons imparfaitement mesurer la distribution des valeurs de certains champs dans l'espace et que cela fonctionne bien pour nous expérimentalement.
Certains résultats de mesure concordent jusqu'à la 15e place avec la théorie. Ou plutôt, avec des simplifications de la théorie - car dans l'écrasante majorité des cas - les calculs sont trop difficiles pour nous et nous ne pouvons les approximer assez précisément qu'en utilisant le calcul des perturbations. Nous ne sommes pas en mesure d'obtenir des solutions analytiques exactes.
On suppose généralement qu'il existe les champs quantiques suivants :
- 6 champs de quarks
- 6 champs de leptons
- 8 champs de gluons (interaction forte)
- Champ de Higgs
- Champ EM - pour les photons
- champ de bosons W (interaction faible)
- Champ de bosons Z (interaction faible).
Ensemble, 24 champs quantiques - ils forment toute la réalité mesurable dans le micromonde.
Mais cette division est également différente.
Si la gravité quantique existe, il faudrait l'écrire 25.
En supposant qu'il n'y a qu'un seul champ de gluons, 24 devient 17.
Si nous unifions en plus les champs des bosons W et Z (interaction faible) avec l'interaction EM - il en reste 15.
Si nous supposons que les générations successives de quarks et de leptons peuvent également être unifiées parce qu'elles ne se distinguent que par leur interaction avec le champ de Higgs, alors nous aurons : 7.
Avec une unification complète sur laquelle l'humanité peut compter, nous pouvons réduire le nombre de champs quantiques à 7.
Qu'il en soit ainsi - personne ne le sait encore.
Mais ce serait une réalisation assez intéressante : réduire tout ce que nous traitons à 7 champs quantiques*
* en supposant que la matière noire et l'énergie noire sont davantage le résultat de déficiences de notre théorie de la gravité que de déficiences du modèle standard.
Et il y a des indications à la fois de lacunes dans la théorie de la gravité d'Einstein et d'une nouvelle force inconnue qui nous échappe et qui viendrait compléter le modèle standard.
Nous avons donc encore des choses devant nous.
Mais je ne conseillerais pas d'être trop excité. Nos ancêtres ne comprenaient pas les bases de 99,99% de ce qui les entourait. Nous comprenons 99,99% de ce qui nous entoure.
Nos ancêtres ne connaissaient pas la force forte - qui est la plus forte à petite échelle. Nous savons. Si quelque chose nous est caché - ça ne peut pas être quelque chose de fort.
Et si ce que nous ne savons pas est faible, cela a peu d'impact sur notre vie quotidienne. Il peut, bien sûr, se manifester à l'échelle galactique (comme la gravité) avec une force énorme.
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