Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Достоинств великого объединения не счесть. Очевидно, что оно предшествует реализации мечты Эйнштейна об объединении всех взаимодействий. Оно объясняет факт безмассовости фотона. В стандартной (необъединенной теории) фотон мог иметь массу, но не имел. В теории великого объединения такой возможности у него нет. Точно также 272
Великое объединение
объясняется и факт квантования заряда. На нас налагаются равенство зарядов протона и позитрона, а также необходимость любопытных дробных зарядов кварков и нулевого заряда нейтрино. В SU(5) другого пути просто не существует. Каждое семейство кварков и лептонов является четко определенным представлением SU(5) со свойствами, которые должны быть именно таким, какими мы их видим. Мы даже понимаем, почему сильные взаимодействия настолько сильнее электродинамических. Когда Вселенная была молодой, все взаимодействия имели одинаковую силу. В холодной, «кристаллической» Вселенной современности они разошлись вычислимым и понятным образом.
Быть может, самым большим достоинством великого объединения является предсказание нового класса наблюдаемых явлений. В SU(5), или в ее более простых аналогах, протон (а потому и вся ядерная материя) должен распадаться за наблюдаемое время жизни. Действительно, предсказанное время его жизни лишь немногим длиннее установленного нижнего предела в IO29 лет. (Кстати, мы «кишками» чувствуем, что время жизни протона превышает IO16 лет. Будь оно таким коротким, мы погибли бы от радиоактивности, создаваемой распадом материи в нашем собственном теле!) Это предсказание появляется достаточно неожиданно. Вполне возможно, что сейчас мы приближаемся к концу цепочки достижения все более и более высоких энергий. Большая электрон-позитронная (LEP) машина будет стоить Европе более 500 миллионов долларов и потребует огромное количество электроэнергии. Можно построить еще более крупные машины, но они будут не намного больше. Совершенно ясно, что нам никогда не удастся достичь энергии, при которой великое объединение станет очевидным: такая машина потребовала бы энергии больше, чем создает Солнце. Какое счастье, что природа обеспечила нас, как минимум, двумя окнами в мир высоких температур, это: Вселенная в целом, которая жарилась при таких температурах при рождении, и возможный распад материи. Почему материя существует? И распадается ли она?
Великое объединение предполагает (хотя, в принципе, не требует) существование других видов материи, которые могут изучаться не только на границе высоких энергий. Одним из таких видов являются магнитные монополи — частицы, которые несколько десятков лет назад придумал Поль Дирак. В магнетизме они являются тем же, чем электроны — в электричестве: изолированными магнитными северными или южными полюсами, в отличие от магнитов или других известных систем с магнитными свойствами, которые имеют как северный, так и южный полюс. Согласно теориям великого объединения такие частицы должны существовать, но не как элементарные, а как «топологические конденсаты» или нераспутывающиеся узлы в ткани квантовых полей. 273 Великое объединение
Монополи теорий великого объединения — тяжелые частицы, они весят около IO16 ГэВ. Их масса, преобразованная в энергию движения, равна массе автобуса, мчащегося с высокой скоростью! Монополи искали в процессе экспериментов, но не такие. Эти настолько тяжелы, что если положить их на стол, то он их не выдержит и они упадут до самого ядра Земли. Возможно, монополи падают на Земли с космическими лучами; возможно, один монополь падает на один квадратный метр ежедневно.
Великое объединение предполагает, что нейтрино должны иметь измеримые массы и быть подвержены осцилляциям. Это значит, что по мере своего движения они могут изменяться. С помощью подобных эффектов можно интерпретировать несколько экспериментов. Существует хорошо известный дефицит солнечных нейтрино, которые падают на Землю. Быть может, недостающие нейтрино просто поменяли свое место и стали для нас неразличимы. Последние эксперименты, проведенные на ускорителях в CERN и на реакторе в США, предполагают, что происходит перемешивание нейтрино. А последние эксперименты, проведенные в Советском Союзе, предположительно показали ненулевую массу нейтрино. Все это очень важно не только для физики, но и для космологии. Некоторые астрофизики начинают верить не только в то, что у нейтрино есть масса, но и в то, что нейтрино является преобладающей разновидностью массы во Вселенной, а протоны и нейтроны — редкие и экзотические материалы, из которых созданы мы и наши звезды.
Великое объединение вполне может оказаться, как я уже говорил, всего лишь золотом для дураков. Но скоро оно будет проверено. Оно обещает великие открытия в физике частиц, далекие от дорогостоящей границы высоких энергий. Оно работает с рождением материи, с ее смертью и фундаментальной природой современной Вселенной. Что еще мы можем желать от простой физической теории? На пути к объединенной теории поля
Большинство физиков обладают непоколебимой верой в основную простоту природы — это один из самых эффективных руководящих принципов. Много раз, снова и снова, эта слепая вера оправдывала себя. Многие эксцентричные явления природы получили объяснение. Что может быть более различным, чем магнетизм, электричество и свет? И тем не менее, в девятнадцатом веке Джеймс Клерк Максвелл показал, что все это лишь различные проявления одних и тех же фундаментальных законов. Все эти проявления, равно как и радиоволны, радиолокатор и лучистое тепло, он описал с помощью уникальной и изящной системы уравнений. Электромагнетизм Максвелла — это действующая сила, которая управляет всем, что мы видим, слышим, обоняем, чувствуем или пробуем.
