Физикада "табиғаттылық" – физикалық тұрақтылардың қатынасы 1-ге жуық болуы керек. Стандартты модельдегі бұл қағида, теориялардың жетілдірілуіне ықпал етеді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Физикада табиғилық – физикалық теорияда кездесетін еркін параметрлер немесе физикалық тұрақтылар арасындағы өлшемсіз қатынастардың “1-ге жуық” мәндерді қабылдауы және еркін параметрлердің нақты реттелуінің қажеттілігі жоқ екендігінің эстетикалық қасиеті. Яғни, табиғи теорияда параметрлік қатынастар 234000 немесе 0.000234 сияқты емес, 2.34 сияқты мәндерге ие болады. Теориялардың қанағаттанарлық болуы үшін олардың осы мағынада “табиғи” болуы керек деген талап 1960 жылдар шамасында бөлшектер физикасында пайда болған ой-пікір ағыны. Бұл стандартты модельдің көрінеу табиғи еместігінен, иерархиялық проблемадан, нәзік реттеуден және антрополық принциптен туындайтын критерий. Дегенмен, бұл стандартты модель сияқты қазіргі теориялардың әлсіз тұсы немесе болашақ дамуына мүмкіндік береді, себебі кейбір параметрлердің мәндері көп мәндік дәрежеде өзгереді және оларға қатысты модельдердің қазіргі мәндерін кең ауқымда “нақты реттеу” қажет. Ал қызығушылық тудыратын мәселе – қазіргі танымымыздағы осы нақты мәндердің кездейсоқтыққа байланысты туындағандығы (антрополық принцип немесе оған ұқсас) ме, әлде әлі дамымаған, жоғары деңгейдегі теориядан туындағандығы, онда олар күтілген және жақсы түсіндірілген болар, себебі бөлшектер физикасының модельдеріне енбеген басқа факторлардың әсерінен болар. Табиғилық концепциясы әрқашан Оккамның қырғышымен сәйкес келе бермейді, себебі “табиғи” теориялардың көптеген мысалдары стандартты модель сияқты “нақты реттелген” теорияларға қарағанда көбірек параметрлерге ие. Физикадағы табиғилық нәзік реттеу мәселесімен тығыз байланысты, және соңғы он жылда көптеген ғалымдар табиғилық принципінің Байес статистикасының нақты қолданылуы екенін дәлелдеді. Бөлшектер физикасы тарихында табиғилық принципі электронның өзіндік энергиясы, пионның массалық айырмашылығы және каон массалық айырмашылығы жағдайында үш рет дұрыс болжам жасады.
In physics, naturalness is the aesthetic property that the dimensionless ratios between free parameters or physical constants appearing in a physical theory should take values "of order 1" and that free parameters are not fine tuned. That is, a natural theory would have parameter ratios with values like 2.34 rather than 234000 or 0.000234. The requirement that satisfactory theories should be "natural" in this sense is a current of thought initiated around the 1960s in particle physics. It is a criterion that arises from the seeming non naturalness of the standard model and the broader topics of the hierarchy problem, fine tuning, and the anthropic principle. However it does tend to suggest a possible area of weakness or future development for current theories such as the Standard Model, where some parameters vary by many orders of magnitude, and which require extensive "fine tuning" of their current values of the models concerned. The concern is that it is not yet clear whether these seemingly exact values we currently recognize, have arisen by chance (based upon the anthropic principle or similar) or whether they arise from a more advanced theory not yet developed, in which these turn out to be expected and well explained, because of other factors not yet part of particle physics models. The concept of naturalness is not always compatible with Occam's razor, since many instances of "natural" theories have more parameters than "fine tuned" theories such as the Standard Model. Naturalness in physics is closely related to the issue of fine tuning, and over the past decade many scientists argued that the principle of naturalness is a specific application of Bayesian statistics. In the history of particle physics, the naturalness principle has given correct predictions three times in the case of electron self energy, pion mass difference and kaon mass difference.
Кіріспе
Бөлшек физикасында табиғилық туралы болжам, егер толыққанды түсіндірме болмаса, қажетті симметрияларды сақтайтын тиімді әрекеттегі барлық мүмкін терминдер осы тиімді әрекетте табиғи коэффициенттермен болуы керек дегенді білдіреді. Тиімді өріс теориясында Λ – бұл шегіндік масштаб, теорияның бұзылатын энергия немесе ұзындық масштабы. Өлшемдік талдауға сәйкес, табиғи коэффициенттер мынадай формаға ие:
In particle physics, the assumption of naturalness means that, unless a more detailed explanation exists, all conceivable terms in the effective action that preserve the required symmetries should appear in this effective action with natural coefficients. In an effective field theory, Λ is the cutoff scale, an energy or length scale at which the theory breaks down. Due to dimensional analysis, natural coefficients have the form
мұнда d – өріс операторының өлшемі; ал c – өлшемсіз сан, ол "кездейсоқ" болуы керек және тиімді теорияның бұзылу шкаласында 1-ден кіші болуы керек. Кейінгі қайта нормалау тобының жүрісі c мәнін энергия шкаласы E-де, бірақ ln(E/Λ) пропорционалды шағын фактормен азайта алады. Стандартты модельдің тиімді әрекетіндегі кейбір параметрлер табиғилық болжамымен сәйкес келетінге қарағанда әлдеқайда кіші коэффициенттерге ие болып көрінеді, бұл физикадағы негізгі ашық сұрақтарға алып келеді. Атап айтқанда:
where d is the dimension of the field operator; and c is a dimensionless number which should be "random" and smaller than 1 at the scale where the effective theory breaks down. Further renormalization group running can reduce the value of c at an energy scale E, but by a small factor proportional to ln(E/Λ). Some parameters in the effective action of the Standard Model seem to have far smaller coefficients than required by consistency with the assumption of naturalness, leading to some of the fundamental open questions in physics. In particular:
QCD "тета параметрінің" табиғилығы күшті CP проблемасына әкеледі, өйткені ол бірлікке жуық емес, өте кішкентай (эксперименттік түрде "нөлге жуық"). Хиггс массасының табиғилығы иерархиялық проблеманы тудырады, өйткені ол гравитацияны сипаттайтын Планк массасынан 17 рет шамамен кіші. (Балама ретінде, әлсіз күштің күшін сипаттайтын Ферми тұрақтысы, гравитация күшін сипаттайтын гравитациялық тұрақтыға қарағанда өте үлкен.)
The naturalness of the QCD "theta parameter" leads to the strong CP problem, because it is very small (experimentally consistent with "zero") rather than of order of magnitude unity. The naturalness of the Higgs mass leads to the hierarchy problem, because it is 17 orders of magnitude smaller than the Planck mass that characterizes gravity. (Equivalently, the Fermi constant characterizing the strength of the weak force is very large compared to the gravitational constant characterizing the strength of gravity.)