Чтение онлайн

Зная основные свойства гравитонов, теоретики могут пойти и противоположным путем. Построив последовательную квантовую теорию поля, в которой гравитационные силы реализуются безмассовыми частицами со спином 2, они приходят к общей теории относительности Эйнштейна. При этом сила тяготения, сила инерции и центробежная сила возникают в результате локального нарушения симметрии пространства, вызванного присутствием вещества, ускорением или вращением тел относительно всех остальных масс Вселенной.

Дальше в игру включается идея суперсимметрии, объединяющей бозоны (фотоны, гравитоны и другие частицы и античастицы, имеющие целочисленный спин) с фермионами (электронами, протонами, нейтронами и другими, а также их античастицами, имеющими полуцелый спин). Суперсимметрия объединяет, например, бозон со спином 1 в одну суперчастицу вместе с фермионами, имеющими спин 1/2 и 3/2– Подобные рассуждения привели ученых к мысли о необходимости и неизбежности существования партнера гравитона. Он получил наименование «гравитино». (Маленький гравитон или, по-итальянски, гравитончик). Гравитино, как и гравитон, еще не удалось наблюдать. Обнаружить его очень трудно, ибо соответствующие ему силы тяготения заметны только на микроскопических расстояниях.

Так, глубокие раздумья позволили ученым обнаружить общность в свойствах различных частиц там, где без привлечения понятия симметрии все казалось разрозненным и чуждым. Отыскивая и находя симметрию свойств ряда частиц, ученые смогли сгруппировать микрочастицы в семейства наподобие того, как Менделеев сделал это с химическими элементами. Удалось предсказать свойства ряда неизвестных частиц, которые затем были обнаружены. Так было предсказано существование суперэлементарных частиц — кварков и глюонов, — частиц поля, объединяющего кварки в тяжелые частицы — нуклоны и мезоны.

Многие ученые считают, что с существующим набором частиц уже сегодня можно получить нечто подобное таблице Менделеева: разместить в некую единую систему частицы, которые мы теперь считаем элементарными, и оставить место для еще не открытых. На звание элементарных частиц, кроме гипотетического гравитона и гравитино, — частиц, которых пока никто не наблюдал, но в существовании которых не следует сомневаться, претендуют электрон, мюон, несколько типов нейтрино, недавно открытые родственники электрона и мюона — тяжелые лептоны, — и кварки, из которых состоят протон, нейтрон и другие тяжелые частицы.

Из известных частиц пока лишь мюон не находит себе места в классификации элементарных частиц новой теории. Не решен в ней и вопрос об элементарности промежуточного векторного бозона.

Известны и другие варианты «таблиц Менделеева» — обобщенных теорией суперсимметрии. В них «помещается» меньшее количество элементарных частиц. Какая из теорий ближе к реальности — еще не известно. Все они симметричны. Если внутренняя симметрия, объединяющая в них частицы с одинаковыми спинами, является локальной, то теория приводит к появлению фундаментальных сил. Так, в принципе, возникает теория, объединяющая гравитацию с электромагнитными, слабыми и сильными взаимодействиями. Когда такая принципиальная возможность будет реализована и воплощена в математических формулах, сбудется главная мечта Эйнштейна и осуществится главная цель физики: родится единая теория поля, в которой могут найти место все большие и малые тела Вселенной — галактики и пылинки, внегалактические космические миры и элементарные кирпичики мироздания. Так, возможно, родится теория — ясная, прозрачная, доступная пониманию даже ребенка, как писал об этом исследователь природы, равного которому тюка не дало человечество.

А пока теория суперсимметрии и ее обобщения не завершены. Еще не удалось получить математического описания процессов спонтанного нарушения суперсимметрии. Ни для одной из «элементарных» частиц, входящих в эту теорию, не удалось вычислить массу покоя. Но многие реальные элементарные частицы, несомненно, обладают ею. Поэтому, чтобы теория суперсимметрии вошла в арсенал науки, необходимо выразить ее в уравнениях, способных описать спонтанные нарушения суперсимметрии и дать возможность вычислить возникающие при этом массы частиц.

Применение идеи суперсимметрии привело к созданию непротиворечивой теории гравитации, получившей название супергравитации. Она пока не позволила сделать новых предсказаний, поэтому не может быть ни подтверждена, ни опровергнута опытом. Однако к теории супергравитации следует отнестись с полным вниманием потому, что она допускает дальнейшее обобщение. Все это открывает надежду на реализацию самой заманчивой мечты — объяснение того, почему существуют именно те элементарные частицы, которые мы знаем.

Теории супергравитации и суперсимметрии все время совершенствуются. Параллельно с ними развиваются другие теории, тоже основанные на идее единства природы и ее симметрии. Эти теории возникли для объяснения многочисленных закономерностей свойств микрочастиц, которые обнаруживаются во все возрастающем количестве экспериментов. Ученые уверены — эти закономерности не случайны. Но выявить связь между ними пока не удается. Картина природы становится все более сложной и запутанной. Так бывало перед очередным радикальным прорывом к истине…

Впереди еще долгий путь. Идущие по нему полны надежд. Их не пугают неизбежные трудности, они готовы к разочарованиям, но уверены в конечном торжестве науки, к которому ведет бесконечное число шагов…

Мы подошли к моменту истории, когда стало возможно провести уникальный, неслыханный по своей дерзости и отваге мысленный опыт. Опыт, которому нет аналога в истории человеческой мысли. Опыт, который символизирует неограниченные возможности человеческого разума. Опыт, который легко можно было бы счесть цирковым номером, обманом ловкого иллюзиониста, если бы этот мысленный эксперимент в каждой детали, в каждой мелочи не был исчерпывающе аргументирован.

В этом эксперименте, как в фокусе, скрестились все лучи человеческих знаний в самых различных областях: в учении о движении, об электрических и магнитных явлениях, все откровения квантовой теории материи и парадоксальные утверждения теории относительности. Оказались мобилизованы все наши знания о противоречивой фактуре элементарных частиц, законах их взаимодействий. Все слилось в едином интеллектуальном напряжении — и человек мысленным взором проник на край бытия, представил и рассчитал до мгновения акт рождения мира.

Современный взгляд на происхождение Вселенной разрабатывали ученые разных стран: советский физик-теоретик академик Зельдович, ученые Хойл и Тайлер из Великобритании и другие. Первый решающий шаг сделали Гамов, Альфер и Херман в США. Они набросали исходный вариант сценария развития Вселенной, в начале которого все вещество, вся энергия были сосредоточены в очень малом объеме. Все началось с Большого взрыва, в ходе которого сверхплотная и сверхгорячая материя начала расширяться, увлекая с собой пространство. Они же предсказали существование древнего свидетеля первых мгновений творения мира. Этот свидетель — реликтовое излучение (relictum, латинское — остаток), которое, сохранившись от Большого взрыва, должно равномерно пронизывать космос. Как это, к сожалению, бывает в науке, никто не обратил внимания на их предсказание.