Если невозможно создать материю, то как поле бозона Хиггса может придавать объектам массу?

Закон сохранения массы говорит о том, что материя не может быть создана или уничтожена.

Из этого ответа (ниже) Любоша Мотла «Сохранение энергии» , а также, например, из идеи темной энергии, вызывающей расширение Вселенной, может показаться, что сохранение массы/энергии не выполняется, по крайней мере, в как мы видим это в классической механике. Очевидно, что материя была создана на каком-то этапе после Большого События, иначе нас бы сейчас здесь не было.

Для разных смесей вещества, подчиняющихся разным уравнениям состояния (грубо говоря, с разным соотношением давления и плотности энергии), полная энергия будет увеличиваться, уменьшаться или оставаться постоянной. Как правило, полная энергия Вселенной будет иметь тенденцию к увеличению по мере расширения Вселенной, если Вселенная заполнена материей с все более отрицательным давлением; полная энергия уменьшится, если он будет заполнен веществом с возрастающим положительным давлением.

Ваш следующий пункт:

Если во Вселенной не было частиц с массой до того, как бозонное поле Хиггса охватило Вселенную, то что там было?

Если мы возьмем статью «Начало Большого взрыва» в качестве ссылки на эволюцию Вселенной, сразу после Большого взрыва изначально могло быть чистое излучение, которое затем, когда температура упала, превратилось в смесь излучения и частиц. Мы не знаем точно, что произошло или существовало до 10$^{-12}$ второй.

Источник изображения: Хронология Вселенной.

Кварковая эпоха, с 10$^{-12}$ секунд до 10$^{–6}$ секунды: Кварки, электроны и нейтрино формируются в больших количествах по мере того, как Вселенная остывает до температуры ниже 10 квадриллионов градусов, и четыре фундаментальные силы принимают свои нынешние формы. Кварки и антикварки аннигилируют друг с другом при контакте, но в процессе, известном как бариогенез, выживает избыток кварков (примерно один на каждый миллиард пар), которые в конечном итоге объединяются, образуя материю.

Я не думаю, что кто-либо знает, насколько близко во времени (или, возможно, одновременно) произошло создание поля Хиггса относительно появления четырех отдельных сил.

Адронная эпоха, с 10$^{–6}$ секунды до 1 секунды: температура Вселенной остывает примерно до триллиона градусов, что достаточно для того, чтобы кварки могли объединяться в адроны (такие как протоны и нейтроны). Электроны, сталкиваясь с протонами в экстремальных условиях адронной эпохи, сливаются, образуя нейтроны и испуская безмассовые нейтрино, которые и сегодня продолжают свободно путешествовать в космосе со скоростью света или близкой к ней. Некоторые нейтроны и нейтрино повторно объединяются в новые протон-электронные пары.

Эпоха лептонов, от 1 секунды до 3 минут: после того, как большинство (но не все) адронов и антиадронов аннигилируют друг с другом в конце адронной эпохи, лептоны (такие как электроны) и антилептоны (такие как позитроны) преобладают в массе Вселенная. Когда электроны и позитроны сталкиваются и аннигилируют друг друга, высвобождается энергия в виде фотонов, а сталкивающиеся фотоны, в свою очередь, создают новые пары электрон-позитрон.

Нуклеосинтез, от 3 минут до 20 минут: температура Вселенной падает до точки (около миллиарда градусов), при которой атомные ядра могут начать формироваться, поскольку протоны и нейтроны объединяются в результате ядерного синтеза с образованием ядер простых элементов водорода, гелия. и литий. Примерно через 20 минут температура и плотность Вселенной упали до точки, при которой ядерный синтез не может продолжаться.

Ваш следующий вопрос:

Давайте просто скажем, что Большой взрыв на самом деле произошел, когда бозонное поле Хиггса пронеслось через крошечную вселенную и создало частицы, обладающие массой. Вселенная существует где-то еще, и у них никогда не было бозонного поля Хиггса, которое придавало бы их частицам массу. Эта вселенная — просто мешанина из глюонов и фотонов?

Да, без нарушения симметрии поля Хиггса все возможные частицы, кроме упомянутых вами выше носителей силы, были бы безмассовыми.

Я извиняюсь, но я чувствую, что остальные ваши вопросы в вашем посте требуют отдельного ответа.

Сохранение массы

Неправильно, нет сохранения массы. Есть сохранение энергии. При нерелятивистских энергиях, классическом мире, масса, по-видимому, сохраняется, потому что релятивистские эффекты любого движения ничтожны.

говорит, что материя не может быть создана или уничтожена, так как же тогда бозонное поле Хиггса придает частицам массу? Если во Вселенной не было частиц с массой до того, как бозонное поле Хиггса охватило Вселенную, то что же тогда было?

Поля Хиггса относятся к релятивистскому режиму вычислений. . Как показывает ответ CountTo10, в принятой модели Вселенной существовали энергия, импульс и частицы без массы, пока расширение не достигло энергии нарушения симметрии, когда поле Хиггса дало массы слабо взаимодействующим элементарным частицам, включая сам бозон Хиггса, около 10^-10 секунд.

Если единственными двумя объектами без массы являются глюоны и фотоны, то может ли их комбинация каким-то образом создавать бозонные поля Хиггса?

Стандартную модель физики элементарных частиц называют стандартной не просто так: ее нельзя сломать а-ля тележка. Он имеет конкретные предсказания и предлагает конкретные взаимодействия для частиц, и, поскольку он неоднократно подтверждался, он называется стандартным .

В этой модели нет «создания полей». Предполагается, что поля существуют, а затем математика разрабатывает предсказания, которые снова и снова проверяются.

А как насчет темной материи и темной энергии, могут ли они быть причастны? Или мы просто не знаем ответа на этот вопрос? Создается ли какая-либо материя или она просто трансформируется?

Темная материя и темная энергия являются предметом текущих исследований. Темная материя может быть следствием полей стандартной модели, а может и нет. Могут быть частицы, называемые вимпами, создающие темную материю, но существуют и другие модели, пытающиеся объяснить темную материю.

Темная энергия используется для объяснения ускоряющегося расширения Вселенной, и это этап математического моделирования Вселенной. В настоящее время модели частиц не имеют никакого отношения к темной энергии, поскольку массы, вовлеченные в физику частиц, ничтожны, а гравитационное взаимодействие на уровне частиц пренебрежимо мало. Вопрос должен быть адресован к единой квантованной стандартной модели, когда будет найдена модель, объединяющая гравитацию с тремя другими силами. Исследования продолжаются.

Создается ли какая-либо материя или она просто трансформируется?

Текущая модель Вселенной BB предполагает, что после состояния инфляции энергия и импульс нынешней Вселенной следуют сохранению энергии и импульса, таким образом, энергия преобразуется в массу и обратно, а не создается. Однако потребность в темной энергии указывает на то, что энергия поступает в систему в виде разделения массивных скоплений. Это не ведет к микрокосму частиц, где массы создаются и разрушаются напрямую, но да, материя может быть создана притоком темной энергии.

Опять же, темная материя и темная энергия являются предметом текущих исследований: наблюдательных, экспериментальных и теоретических.