Фундаментальные взаимодействия

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ — основные виды физических взаимодействий. Одна из основных задач физической теории состоит в нахождении единой причины частных явлений и в установлении наиболее общих законов природа. Сформулировав закон всемирного тяготения, Ньютон объединил явления земного и космического тяготения. Записав уравнения электромагнетизма, Максвелл с единых позиций объяснил электрические и магнитные явления. В общей теории относительности Эйнштейна раскрыта связь геометрии физического пространства с гравитацией. Казалось, успехи обшей теории относительности приведут в конце концов к созданию единой теории поля. Эйнштейн до конца жизни пытался создать единую геометрическую теорию поля, но решить эту задачу ему не удалось. Он исходил из предположения, что существуют только два подлинно фундаментальных макроскопических поля — гравитационное и электромагнитное.

В 1930-х гг. при исследовании структуры атомных ядер были открыты сильные взаимодействия. Сильновзаимодействующие частицы (протоны, нейтроны и др.) получили название адронов, а переносчики этого взаимодействия — глюонов. Позднее был открыт четвертый тип Ф.в. — слабое, названное так потому, что оно оказалось значительно слабее сильного и электромагнитного, но сильнее гравитационного. Это взаимодействие наблюдается при некоторых ядерных реакциях и сопровождается излучением нейтрино — нейтральных частиц, обладающих либо нулевой, либо очень малой массой. Единая теория взаимодействия должна, очевидно, включать все четыре типа Ф.в., известных к настоящему времени. С мировоззренческой точки зрения трудно предполагать, что природа настолько расточительна, что эти взаимодействия полностью автономны. Однако объединение этих взаимодействий в рамках единой теории оказывается очень трудным делом из-за значительного несходства их между собой. Весьма различаются, например, константы взаимодействия для этих четырех случаев: около 1 для сильного, 1/137 для электромагнитного, 1--5 для слабого и 10-39 для гравитационного. Кроме того, эти константы сильно зависят от энергии, причем по-разному — для разных типов взаимодействий.

Первый успех на пути создания единой теории прля был достигнут в 1960-х гг., ко-гда американские физики С. Вайнберг и Ш. Глэшоу вместе с пакистанским ученым А. Саламом построили теоретическую мо-дель, объединившую электромагнитные и слабые взаимодействия. Объединенное взаимодействие получило название электрослабого. Переносчиками этого взаимодействия оказались массивные промежуточные бозоны, порождающие в дальнейшем электрон и антинейтрино. Бозоны были открыты в 1983 г. на протонном ускорителе Европейского центра ядерных исследований (Швейцария). Следующий шаг — это теория Великого объединения, включающая не только электромагнитное и слабое, но также и сильное взаимодействие. В основу этой теории положены идеи калибровочных преобразований, введенных немецким математиком Г. Вейлем еще в 1918 г. Суть идеи Вейля состоит в том, что на характере физических законов не сказывается изменение длины в каждой точке пространства. Это позволяет производить неоднородные замены с отношением масштабов, которое меняется от точки к точке. Объединение всех трех взаимодействий, согласно этой теории, наступает при громадной энергии — 10'5 ГэВ. Один из важных выводов теории Великого объединения состоит в том, что вещество, из которого построена Вселенная, должно быть нестабильным. Время жизни протона, по оценкам ученых, составляет порядка 1031 лет. Следы распадов протона пока безуспешно ищут в нейтринных лабораториях России, США и Индии. Для эволюции Вселенной этой вопрос имеет принципиальное значение.

Включение в развиваемую теорию объединенных взаимодействий гравитации получило название суперсимметрии, или су-пергравитации. Создание такой теории — пока дело будущего. Даже если теоретикам удастся справиться с решением этой задачи, в их распоряжении окажется всего лишь набор правил и уравнений. «Но что вдыхает жизнь в эти уравнения, — спрашивает английский физик С. Хокинг, — и создает Вселенную, которую они могли бы описывать?.. Почему Вселенная идет на все хлопоты существования? Неужели единая теория так всесильна, что сама является причиной своей реализации? Или ей нужен создатель, а если нужен, то оказывает ли он еще какое-нибудь воздействие на Вселенную? И кто создал его?»

Упрекнув философов в том, что они уходят от исследования этих вопросов, Хокинг процитировал Л. Витгенштейна: «Единственное, что еще остается философии, — это анализ языка». Какое унижение филосэфии, замечает по этому поводу Хокинг, с ее великими традициями от Аристотеля до Канта.

Однако, рассуждая так, Хокинг не прав дважды. Во-первых, он не понял самого Витгенштейна, который поставил перед собой задачу найти mathesis universalis — универсальное уравнение, которое могло бы дать философии то, что математика получила, освоив язык символов. Витгенштейн формулирует правила запрета высказываний, которые могут оказаться бессмысленными, он хочет определить границы тех высказываний, которые могут быть отражены в языке. За сто лет до него сходный принцип сформулировал С. Карно: «Говорить мало о том, что знаешь, и совсем не говорить о том, чего не знаешь». Вторая ошибка Хокинга — это чрезмерные надежды, которые он связывает с ожидаемым решением проблемы суперсимметрии, или Теорией Всего, как он ее называет. На эту ошибку указывает русский физик А.Д. Линде, которому будущие задачи универсальной физической теории видятся иначе. «Не может ли быть так, — спрашивает он, — что сознание, как и пространство-время, имеет свои собственные степени свободы, без учета которых описание Вселенной будет принципиально неполным? Не окажется ли при дальнейшем развитии науки, что изучение Вселенной и изучение сознания неразрывно связаны друг с другом и что окончательный прогресс в одной области невозможен без прогресса в другой?»

К настоящему времени на вопросы, которые ставит Линде, получен положительный ответ, и ответ этот дает теория физического вакуума в ее различных вариантах (теория торсионных полей вакуума А.Е. Акимова — Г.И. Шилова, бюонная теория Ю.А. Баурова, феноменологическая модель семантической Вселенной В.В. Налимова — Л.В. Лескова). Отличительная особенность современных теорий физического вакуума — выход в область психофизики, иными словами, моделирование сознания. Другая отличительная особенность этих теорий — новый подход к проблеме Ф.в., и в частности предсказание пятого типа Ф.в. Особая роль вакуума в формировании элементарных взаимодействий отмечалась давно. Так, вскоре после работ Эйнштейна по общей теории относительности или релятивистской теории гравитации, работы И. Ликата в Италии и М. Реквард в Германии показали, что с гравитационным полем можно сопоставить физическую реальность, отнеся ее к квантовому вакууму. Идеи о фундаментальной роли вакуума высказывали Л. Я ноши, А. Руеда, Г. Путхофф и др.

В работах А.Е. Акимова, Ю.А. Баурова, Г.И. Шипова были получены теоретические и экспериментальные доказательства существования в природе пятого Ф.в. В теории Шипова это торсионное поле, или поле инерции, порождаемое спином. В теории Баурова это поле возникает при взаимодействии векторного потенциала магнитного поля некоторой системы с новой фундаментальной векторной постоянной — космологическим векторным потенциалом. Предсказания обеих моделей вакуума о существовании нового типа взаимодействий получили надежное подтверждение в экспериментах.

Литература:

Окунь Л.Б. Физика элементарных частиц. М., 1988; Laszlo Е. The Whispering Pond. A. Personal Guide to the Emerging Vision of Science. Rockport MA, 1998.

Словарь философских терминов. Научная редакция профессора В.Г. Кузнецова. М., ИНФРА-М, 2007, с. 645-647.

Яндекс.Метрика