Filosofa.net

В последние годы физики заинтересовались соотношением между четырьмя фундаментальными взаимодействиями, которые в совокупности управляют Вселенной. Существует ли между ними какая-либо связь? Не являются ли они всего лишь различными ипостасями единственной основополагающей суперсилы ? Если такая суперсила существует, то именно она представляет собой действующее начало всякой активности во Вселенной - от рождения субатомных частиц до коллапса звезд. Разгадка тайны суперсилы невообразимо увеличила бы нашу власть над природой и даже позволила бы объяснить само «сотворение» мира.

Мы уже знаем, что элементарные частицы взаимодействуют друг с другом посредством других частиц, которые она непрерывно испускает и поглощает. Слои этих частиц экранируют заряды, поэтому частица с различных высот до нее выглядит заряженной по-разному. Именно так, всегда различно заряженными, видят друг друга сталкивающиеся частицы. Чем больше их энергия, тем глубже они проникают друг в друга и тем отчетливее ощущают «дыхание» их центральных неэкранированных зарядов. Поэтому можно ожидать, что с ростом энергии различные типы взаимодействий будут становиться все более похожими и при высоких энергиях сольются в одно-единое взаимодействие - суперсилу. Произойдет «великое объединение» всех сил природы.

Реальное положение дел несколько сложнее. Экранирующие облака образуются не только вокруг заряда, но и вокруг каждой частички-переносчика, которыми прощупывают друг друга сталкивающиеся частицы. Если переносчики взаимодействия очень тяжелые, то взаимодействие переносится на ультрамалые расстояния. Вдали от центра такие частицы почти не встречаются и связанное с ними взаимодействие проявляется очень слабо. В других случаях переносчики легкие (например, фотоны), они способны далеко уйти от испустившего их заряда, и с их помощью происходит взаимодействие на больших расстояниях.

Таким образом, не только частицы, но и силы, связывающие их, оказываются необычайно сложными. Простейшими точками их уже никак не назовешь! И трудно поверить, что сила тяготения двух электронов и в миллиарды миллиардов большая сила их электромагнитного отталкивания - ветви одного дерева.

К идее «великого объединения» физики пришли совсем недавно - каких-нибудь двадцать-тридцать лет назад, хотя первый шаг сделали еще Фарадей и Максвелл, объединившие электричество и магнетизм, которые как тогда считалось, совсем разные взаимодействия. Они же ввели и понятие «поля». Фарадей доказал, что электричество и магнетизм - два компонента одного и того же электромагнитного поля.

Следующий шаг на пути к «великому объединению» был значительно более трудным. Он был сделан лишь в середине 60-х годов ХХ века. Внимание физиков привлекло тогда слабое взаимодействие. оно обладало странной особенностью: для всех других сил можно указать промежуточное поле, кванты которого служат переносчиком взаимодействия, а в распадных процессах частицы «разговаривают» так сказать, напрямую, без всяких посредников, толкая друг друга как бильярдные шары.

Естественно предположить, что в этом случае тоже происходит обмен между частицами, но только такими тяжелыми, что весь процесс происходит на очень малых расстояниях, и со стороны это выглядит как будто частицы просто толкают друг друга.

Расчеты показали: если бы не большая масса промежуточных частиц, то такое взаимодействие по своим свойствам было бы очень похожим на электромагнитное. И вот трое физиков: Абдус Салам, Стив Вайнберг и Шелдон Глешоу допустили, что фотон и тяжелые промежуточные частицы слабого взаимодействия - это одна и та же частица, только в разных «шубах». Разработанную ими теорию стали называть «электрослабой», поскольку она, как частный случай, содержит электродинамику и старую теорию слабых взаимодействий. Вскоре на ускорителях были выловлены тяжелые кванты электрослабого поля - три брата-мезона с массой, почти в сто раз больше протонной. Создание теории электрослабого поля и экспериментальное открытие его переносчиков было отмечено сразу двумя Нобелевскими премиями.

Вдохновленные открытием электрослабого поля, физики увлеклись новой идеей дальнейшего объединения - слияние сильного взаимодействия с электрослабым. Суть этой идеи в следующем. Каждый кварк обладает аналогом электрического заряда, названный цветом. В отличие от заряда, видов цветов у кварка - три. Поэтому глюонное поле более сложное. Оно состоит из восьми составляющих силовых полей. В типичном адроне - протоне или нейтроне - комбинация трех кварков - красного, зеленого и синего - всегда имеет «белый» цвет. Испускаемые глюоны содержат пары кварк-антикварк, поэтому они тоже «бесцветны». Так как мы знаем, что при взаимодействиях частиц происходит экранировка их зарядов, то это и приводит к тем эффектам различия в дальности взаимодействий различных видов частиц. Оценка расстояния, при котором все взаимодействия становятся сравнимы по величине, составляет около 10 в -29 степени сантиметров. По сравнению с величиной протона это все равно что пылинка по сравнению с солнечной системой. Переносчик взаимодействия - Х-частица - обладает массой, равной примерно 10 в 14 степени масс протона. На протяжении того ничтожного отрезка времени, какой существует Х-частица, энергия и масса имеют громадную неопределенность. Для прямого зондирования этой Лилипутии придется построить ускоритель величиной с Солнечную систему. Вряд ли это удастся осуществить в ближайшем будущем, и в этом отношении мы похожи на Демокрита и других греческих философов, которые размышляли о свойствах атомов, не имея ни малейшей надежды хоть когда-нибудь увидеть их.

Физика пленяет в значительной степени тем, что она объясняет мир с помощью вещей, которых мы не только не видим, но которые вообще не поддаются представлению, сколько бы мы не напрягали воображение. Взять хотя бы тот же самый корпускулярно-волновой дуализм частиц. Некоторых подобная абстрактность раздражает и даже пугает. Других она наоборот, привлекает своей мистикой, кажется им чем-то вроде религии, а физики - верховными жрецами. Поклонники научной фантастики стремятся найти в новой физике богатый кладезь «странных идей».

Классический пример такой идеи дал в 1915 году Альберт Эйнштейн, опубликовав свою поистине эпохальную теорию относительности. Эта теория отличается крайним радикализмом. Она не только смела махом ньютоновскую теорию гравитации и механику, но и разрушила представление о гравитации как о силе. Эйнштейн уверенно провозгласил: гравитация - геометрия искривленного пространства. Все частицы двигаются по кратчайшему пути в искривленном гравитацией пространстве и поэтому их траектории кажутся не прямыми, и воспринимается это все как некая действующая сила.

Теодор Калуца, опираясь на эту теорию, обосновал электромагнетизм как геометрию дополнительного пятого пространственного измерения. И создалось впечатление, что вообще всю материю - все частицы и тела - можно рассматривать как проявление каких-то геометрических свойств пустого пространства: его кривизны, кручения. Самозамыкания и так далее. Эйнштейн писал, что теперь есть возможность считать пространство более первичным и фундаментальным, чем материя. Какие тут открылись возможности для философии! Ведь встают интереснейшие проблемы - кофликт пространства как способа существования материи и материи как способа существования пространства. Первичность геометрии и математики - возрождение учения Пифагорейцев - в мире нет ничего, кроме чисел. И прочее, и прочее, и прочее.

Таким образом, фундаментальные заряды представляют собой проявления различных размерностей пространства. Современная теория склоняется к мысли, что их наиболее вероятное число - 11. Но непосредственно мы можем видеть лишь три, потому что остальные свернуты в точку. Эта точка имеет вид семимерной гиперсферы диаметром порядка 10 в -32 степени сантиметров. На этом расстоянии мир поразительно упрощается: полностью объединяются все взаимодействия в одну единую Суперсилу, а 10 пространственных измерений оказываются полностью равноправными. Для достижения такой силы нужно обладать массой 10 в 19 степени масс протона. А чтобы разогнать протон до такой массы, требуется ускоритель размером с Млечный Путь (около ста тысяч световых лет).