НА ПУТИ ПОСТРОЕНИЯ ЕДИНОЙ ТЕОРИИ ПОЛЯ

Концепции, лежащие в основе построения современной физической исследовательской программы

Основополагающей идеей построения современной физической исследовательской программы является концепция целостности, в рамках которой в качестве фундаментальной физической реальности рассматривается неделимая взаимосвязанная целостная Вселенная, а относительно независимо ведущие себя ее части — как особенные и случайные ее формы. Таким образом, именно Вселенная в целом становится предметом исследования современной теоретической физики. Здесь задачи физики элементарных частиц пересекаются с космологическими проблемами.

Уже к 1980-м гг. произошло полное слияние двух в прежнем различных областей физического знания — физики элементарных частиц и космологии. В физике элементарных частиц, в особенности в связи с открытием в 1963 г. кваркового строения вещества и формулировкой теории сильного взаимодействия — квантовой хромодинамики, а также в связи с установлением калибровочной природы всех известных физических взаимодействий, вновь ярким светом вспыхнула идея построения единой теории поля, идея, долгие годы вынашиваемая Альбертом Эйнштейном и не получившая истинного признания при его жизни. Один из вариантов программы построения единой теории поля, рассматриваемый в настоящий период, это теория суперсимметрии.

С 1967 г. наметился значительный успех на пути этого построения: была создана теория электрослабого взаимодействия, экспериментальное подтверждение которой было получено уже в 1983 г. в Европейском совете по ядерным исследованиям (фр. Conseil Еигорёеп pour la Recherche Nucleaire — ЦЕРН). Объединение теории электрослабого взаимодействия с квантовой хромодинамикой получило название «Стандартная модель фундаментальных взаимодействий кварков и лептонов». Второй путеводной нитью на пути к единой теории поля стало открытие новых видов материи — скалярного хиггсового вакуума и квантово-топологического адронного вакуума, в корне отличающихся по своим свойствам от всех известных прежде видов материи.

Конец XX в. ознаменовался важнейшими открытиями в астрофизике, дающими явно неординарные сведения об особенностях структуры нашей Вселенной. Полученные результаты содержат в себе столь мощный потенциал, что, возможно, предваряют коренные изменения в представлениях не только об устройстве нашего мира, но и о месте человека в нем.

Факты эти дают весьма неожиданную классификацию носителей энергии во Вселенной, а именно:

  • 1) только 4% всей энергии составляют известные формы материи;
  • 2) 23% энергии составляют (пока не идентифицированные) тяжелые стабильные элементарные частицы (возможно, нейтралино, существование которых предсказывается теорией суперсимметрии) — это так называемая структурированная «темная материя», собранная в галактиках и скоплениях галактик. Установление носителей «темной материи» прослеживается в рамках нескольких экспериментальных программ, осуществляемых в настоящий период или же планируемых к постановке в ближайшие 3—4 года;
  • 3) большая доля энергии Вселенной — 73% приходится на энергию, получившую (возможно, не очень удачное, впрочем, как и «темная материя») название «темная энергия».

С «темной энергией» отождествляется скалярный космологический вакуум, заполняющий собой всю нашу Вселенную, способный в отличие от других видов материи к гравитационному отталкиванию. В фундаментальной физике космологический вакуум рассматривается как прародитель всего физического многообразия нашего мира. В отличие от вакуума квантовой теории поля, рассматриваемого как наинизшее энергетическое состояние квантованного поля, космологический вакуум представляет собой не пустоту с некоторыми фиксированными неизменными свойствами, а сложную, целостную иерархическую систему, способную к динамической эволюции.

К 1980-м гг. в космологии утверждается идея о квантовом рождении Вселенной из Мультивселенной, из отпочковавшегося от нее скалярного вакуумного пузырька планковских размеров, концентрирующего в себе всю энергию нашей Вселенной. Исходя из представлений о первоначальном суперсимметричном состоянии космологического вакуума нашей Вселенной весь последующий процесс эволюции Вселенной рассматривается как сменяющие друг друга этапы, содержащие критические точки бифуркации — моменты нарушения симметрии, приводящие в конечном счете к физическому многообразию мира.

Таким образом, концепция целостности содержит в себе концепцию развития, самодвижения, самоорганизации, выраженных через призму взаимоотношения категорий симметрии и асимметрии. Ибо важнейшим признаком развития является асимметричность тех изменений, из которых процесс развития складывается. Это на повестку дня выдвигает вопрос об историзме физических объектов, проявляющих свою определенность в определенные исторические моменты в ходе самодвижения целого — в моменты спонтанного нарушения симметрии исходного вакуума. При этом вакуум играет роль макрообстановки, макроусловий, по отношению к которым элементарные частицы проявляют свои свойства — спины, массы, заряды и т.д.

Таким образом, на рубеже XX—XXI вв. выкристаллизовались основные физические идеи, составляющие фундамент построения современной физической исследовательской программы, которые можно охарактеризовать нижеследующим образом.

  • 1. Осознание существования множественности миров с различными типами физических вакуумов в них и различными сигнатурами пространства-времени. Обитаемая человеком Вселенная — это одна из множества вселенных. В физике шаг за шагом пришли к идее о существовании множественности вселенных на теоретическом уровне. Все существующие сегодня космологические модели строятся на фундаменте этой идеи: один из вариантов — дочерние вселенные являются результатом коллапса и испарения черных дыр; другие варианты — это концепция многолистной Вселенной Уиллера; инфляционные модели; модели Big Rip и т.д. Все предлагаемые модели сохраняют пока свой научный статус. Вопрос о том, какая из них наиболее полно отражает действительные свойства мира, остается открытым. Надежды на выявление наиболее адекватной из них связываются с получением результатов планируемых к постановке экспериментов.
  • 2. Новые представления о структуре материи, содержащие в себе представление о скалярном космологическом вакууме, одним из свойств которого является способность к гравитационному отталкиванию.
  • 3. Идея о калибровочной природе всех физических взаимодействий, на основе которой предполагается создать «единую теорию поля».
  • 4. Идея о спонтанном нарушении симметрии исходного вакуума.

Более подробное освещение этих идей представлено в последующем изложении.

 
Посмотреть оригинал