Александр Потупа - Бег за бесконечностью

Разумеется, не может идти речь о каких-то абсолютных границах. Между различными эрами существуют изрядные пересечения, когда одна лишь формируется, а другая еще не завершилась полностью. В принципе уже в самом начале века физики знали, что атомы состоят из электронов и каких-то положительно заряженных объектов, но для построения удовлетворительной модели атома пришлось проделать четвертьвековую экспериментальную и теоретическую работу, наконец, создать квантовую механику!

Основные принципы "электронно-радиационной эры" были созданы в конце 20-х - начале 30-х годов, когда квантовая механика была увязана с теорией электромагнетизма и возникла квантовая электродинамика - теория взаимодействия фотонов с электрическими зарядами. С другой стороны, была понята природа естественной радиоактивности. В этот период были открыты два новых типа взаимодействия - сильное и слабое, - которые еще нуждались в подробном и тщательном изучении.

Хотя хорошая версия квантовой электродинамики, позволяющая теоретически рассчитывать все эффекты взаимодействия на не слишком малых расстояниях, была построена только в конце 40-х годов, предвоенное десятилетие определенно характеризуется наступлением новой "ядерно-адронной эры". Собственно, это десятилетие стало преимущественно "ядерным": были открыты практически все основные свойства атомных ядер, и уже в 1942 году заработал первый ядерный реактор! По-видимому, "ядерно-адронная эра" продолжалась примерно до середины 60-х годов и в послевоенные два десятилетия была преимущественно "адронной". К этому времени зародились и окрепли представления о сложной природе адронов, была отчасти исследована их структура и построены первые варианты кварковой модели.

Конечно, в физике и до сих пор не существует полностью удовлетворительной теории адронов. Нельзя исключить даже того, что для последовательного описания структуры адронов потребуется серьезная перестройка наших представлений. Стоит, однако, отметить одну интересную историко-научную параллель - описание новых структур часто приводило к коренной перестройке физических взглядов. Так, построение модели устройства солнечной системы привело И. Ньютона к новой формулировке всей механики. Аналогичные задачи для атомов и атомных ядер потребовали построения квантовой механики. С чем же придется нам столкнуться на этот раз, выясняя устройство адронов?

С адронами далеко еще не все ясно, но последнее десятилетие определенно можно считать началом "кварк-лептонной эры". Проблема взаимодействия бесструктурных объектов явно выходит на передний план. Тут и новейшие достижения нейтринной физики, позволившие перейти к исследованию слабых взаимодействий при высоких энергиях, и важная задача описания межкварковых сил.

Мы с вами уже в конце 4-й главы обсуждали гипотетическую таблицу истинно элементарных частиц - среди них есть и открытые непосредственно, и замеченные внутри адронов, и те, в существование которых просто верят. Так вот, "кварк-лептонная эра" и связана с попытками перейти к тщательному анализу именно этой необычной таблицы.

Однако новый этап постижения микромира имеет и свои особенности. Например, адронные процессы "множественного рождения" по-прежнему представляют принципиальный интерес. Ведь своеобразие кварков и глюонов в гипотетической таблице частиц может быть выяснено только на основе экспериментов с участием адронов. Почему кварки, обладающие вроде бы похожими свойствами сил, на очень малых расстояниях способны формировать адроны, а лептоны не способны к этому? Очевидно, что элементарная бесструктурная частица (кварк), будучи сама элементом структуры адрона, обладает особыми свойствами, делающими ее в принципе непохожими на другие бесструктурные частицы, например, на лептоны. Хорошо, но... какие это свойства?

Вопросов, как обычно, много, и все они интересны. Чем глубже мы уходим в микромир, тем интересней вопросы и удивительней ответы...

И наконец, последний вопрос: что нас ожидает впереди, какова очередная "эра"?

Пока практически в стороне остаются гравитационные взаимодействия. Возможно ли, следовательно, наступление "гравитационной эры"?

Это воистину жгучий вопрос. Силы тяготения очень малы по сравнению с другими, но зато они универсальны, действуют абсолютно на любые частицы и не подвержены какой-либо экранировке. Именно благодаря такой универсальности А. Эйнштейн и построил теорию тяготения, основанную на идее, что гравитация представляет собой свойство пространства-времени, а не отдельных видов материи.

Несмотря на всю привлекательность, эта теория оставалась все время в стороне от физики микромира, и не только из-за слабости гравитационного взаимодействия элементарных частиц, но и потому, что она так и осталась классической теорией.

В сущности, гравитация еще не подвергалась экспериментальному исследованию в микромире Нам известно, как притягиваются друг к другу массивные макроскопические тела, скажем, планеты Известно, что элементарные частицы также притягиваются к большим телам, например, путь фотона, пришедшего от далекой звезды, искривляется в поле тяготения Солнца.

Однако никто не знает, как взаимодействовали бы между собой за счет сил тяготения две элементарные частицы. К сожалению, природа не подарила нам такой элементарной частицы, которая была бы способна только к гравитационным взаимодействиям, подобно тому, как нейтрино участвует только в слабых взаимодействиях. Из-за этой несправедливости мы не можем пока выделить гравитационные процессы микромира в чистом виде. Любые другие взаимодействия просто "забивают" гравитацию. Разве что на фантастически малых расстояниях по современным оценкам порядка 10-33 сантиметра - тяготение должно превзойти все остальные силы...

Должно, если допустить, что оно действует между частицами так же, как и между макроскопическими объектами. В таком случае мы неявно предполагаем, что само пространство и время в очень малых объемах такое же, как и в очень больших. Но вот ведь в чем проблема - а существуют ли сами пространство и время в столь малых областях, могут ли они восприниматься нами так, как пространство нашей комнаты или время, отсчитанное по будильнику?

А вдруг задолго до наступления "гравитационной эры" откажет один из самых фундаментальных эталонов, модель пространства-времени? Это необычная, но интригующая возможность - ведь пространство-время, можно сказать, универсальная арена, на которой происходят все физические явления.

Идеи об изменении представлений о пространстве в очень малых областях развивались уже несколько десятилетий. Они возникли в определенной степени как реакция физиков на неудовлетворительное поведение электромагнитных сил на очень малых расстояниях. А могут ли частицы вообще подходить друг к другу сколь угодно близко? Не будут ли они всегда разделены каким-то, пусть очень малым, но конечным интервалом? Такие вопросы ставили перед собой теоретики еще в 30-х годах.