Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
3Движение в поддержку непристойной речи было кратковременной (и достаточно незрелой) попыткой студентов, требовавших свободы ругани.. . в Калифорнийском университете в 1960-х гг. Оно стало первой ласточкой многочисленных студенческих демонстраций в США и Западной Европе. — Прим. любезно предоставлено автором. 11 Предисловие
Сколько перемен произошло с начала моей карьеры! Люди на Луне, карманные калькуляторы, видеомагнитофоны — все лицо науки изменилось с появлением новых передовых дисциплин, вроде рекомбинацион-ной генетики и тектоники плит. Однако наиболее радикальные преобразования произошли в физике частиц и космологии, которые являют собой противоположные концы размерной шкалы. Когда я начал свою учебу, ученые не имели твердого представления о том, как зародилась Вселенная или что такое элементарная частица, хотя за последние годы были разработаны две «стандартные модели»: одна представляет космологию Большого взрыва, другая — физику частиц через квантовую хро-модинамику и модель слабого и электромагнитного взаимодействий. Теории макро- и микроуровней совместимы; как первую, так и вторую поддерживает впечатляющий объем эмпирических свидетельств, да и данных, которые противоречили бы одной из них, пока обнаружено не было. При совместном рассмотрении эти две структуры образуют начало формальной теории, которая лежит в основе всего, что есть, было и будет. Это почти религия, со своей собственной Книгой Бытия (... и, 15 миллиардов лет назад, стал свет!) и своей собственной Троицей (протон: неделимый, но состоящий из трех кварков). Однако мы ее еще не создали. Самые трудноразрешимые вопросы остаются без ответа.
Каким образом звезды сгруппировались в галактики, которые, в свою очередь, объединяются в скопления и даже в скопления скоплений, окруженные огромными сферическими пустотами, напоминающими мыльную пену в стоке кухонной раковины? Мы не знаем, из чего состоит сама материя Вселенной, так как звезды, облака газа и пыль не могут объяснить ее массу. Хотя большая часть материи неразличима для нашего глаза, мы знаем о ее гравитационных эффектах. Исходя из набора 17-и элементарных частиц, астрономы (несомненно, неохотно) привели нас к заключению, что Вселенная состоит преимущественно из чего-то сверхъестественного и неземного, которое почти точно не относится «ни к чему из вышеописанного».
Мы не знаем, почему частицы существуют, почему они имеют конкретную массу или почему они подвержены действию определенных сил. Наша стандартная модель ничего не выдумывает: она сообщает, что в данном контексте ответов нет. Более того, наша «великая объединенная теория» не является ни великой (время жизни протона неправильно), ни объединенной (гравитация остается за ее пределами); да и теорией, как таковой, она тоже не является (она не решает ни одну из выше описанных загадок).
Квантовая теория поля, союз квантовой механики и специальной относительности, в том виде, в каком ее представили Дирак, Швингер, Фейнман, Томонага и другие, превосходно служила нам в течение бо- 12
Предисловие
лее 40 лет и помогла создать стандартную модель физики частиц. Однако и она зашла в тупик: она просто не в состоянии описать гравитацию, а потому не способна объяснить самые ранние моменты создания Вселенной. Квантовая теория поля также не сумела ответить ни на один из современных вопросов, связанных с частицами. Нет никакого сомнения, что нам нужно сделать гигантский шаг в направлении более мощной концептуальной основы. Теория суперструн представляет собой претенциозную и модную попытку преодолеть все препятствия, допуская, что элементарные частицы на самом деле являются не точечными структурами, а крошечными петлями струн. В контексте суперструн совершенно естественно возникает квантовая теория гравитации. Быть может, однажды какая-то теория сможет ответить на знаменитый вопрос Изидора Раби: «Кто заказал мюон?». Пока что теория суперструн подобную возможность не предоставила; она лишь завела целое поколение блестящих аспирантов в десятимерную математическую трясину, сложность которой непрерывно возрастает.
В 1989 году на закрытом собрании Международной летней школы субъядерной физики в Эрике Антонино Цикики, ее основатель и директор, спросил одного из своих более молодых ораторов-теоретиков: «Может ли какой-либо эксперимент или даже воображаемый эксперимент определить истинность ваших слов?». Ответ был отрицательным. Вопрос Цикики имеет первостепенную важность в этом веке, когда под маской физики может скрываться математика. Юлиан Швингер верит в объединенную теорию всего, но (подобно мне) чувствует, что проявлять высокомерие, утверждая, что она у нас есть, еще слишком рано.
Физики, работающие в области частиц, и космологи, которые трудятся на противоположном конце космической лестницы, — последние пророки, предсказывающие научную революцию. Мы надеемся найти данные, которые докажут несостоятельность той теоретической системы взглядов, которую мы с таким трудом создали. Мы с нетерпением ждем наступления времени, когда собранные здесь эссе устареют, потому что наши последователи сформулируют более хорошую теорию того, как все это работает и что все это значит. Будущее будет полно шокирующих экспериментальных сюрпризов, которые заставят нас исправить и усовершенствовать свои стандартные модели и в большей степени приблизиться к Единому и Истинному Синтезу. Жизнь физика Физика элементарных частиц и я
