Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 03 (10)

Жизнь современного человека, конечно, несравнимо более сложна и интересна, чем жизнь наших доисторических предков. И все-таки мы по-прежнему верим в существование параллельного мира. Называем мы его по-разному: загробный, потусторонний, мир высших сфер и др. Однако, так же как тысячи лет назад, и сейчас человек пытается установить контакт с этим миром. Священнослужители взывают к нему с амвонов и мечетей, а рефлексирующие интеллигенты используют для этой цели спиритические сеансы или обращаются за помощью к прославленным контактерам.

К сожалению, несмотря на многочисленные свидетельства об успешных “контактах”, существование параллельного мира оставалось вопросом веры. В него верили лишь приверженцы религиозных культов да любители фантастических произведений. К счастью, в последние годы положение начинает кардинально меняться в лучшую сторону. Академическая наука постепенно приходит к выводу о том, что невозможно объяснить и понять реальный окружающий нас мира без признания существования параллельного ему невидимого мира.

Все начиналось еще в двадцатых годах прошлого века, когда благодаря классическим работам польского физика Теодора Калуцы научный мир узнал о существовании многочисленных и невидимых измерений, которые проявляются в трехмерном пространстве в виде четырех фундаментальных типов сил: электромагнитные, гравитационные, сильные и слабые.

Калуца Герман Вейль(1885–1954)

Эти силы ответственны за поведение любых форм вещества от субатомных частиц до галактик и являются лишь различными проявлениями единого силового поля.

Например согласно Калуце электромагнитные взаимодействия представляют собой пульсации гравитационного скалярного поля, действующего в невидимом нами пятом дополнительном измерении.

Разумеется, наука всегда стремилась выявить родство и взаимосвязь различных видов сил в природе. Исторически первой единой теорией поля были уравнения Максвелла, созданные им в 50-х годах XIX в. Эти уравнения объединили электрические и магнитные силы в единую теорию электромагнитных взаимодействий.

Важным свойством этой теории является наличие в ней калибровочной симметрии. Например, если электрический заряд движется в электрическом поле, то затрачиваемая им энергия зависит только от разности потенциалов между конечной и начальной точками его движения. При этом если к системе приложить дополнительное постоянное напряжение, то энергия, затрачиваемая на перемещение электрического заряда в поле, не изменится.

Любая симметрия является отражением какого-либо закона сохранения. При калибровочной симметрии происходит “калибровка”, т. е. изменения масштаба, однако при этом сохраняются все пропорции и соотношения между различными элементами системы.

Эта симметрия, известная также под названием калибровочной инвариантности, была обнаружена очень давно — еще со времен первых исследований электромагнитных явлений. Однако вначале ей не придавали большого значения.

Затем интерес к ней пробудился, особенно после работ немецкого физика Германа Вейля (“крестного отца” этого типа симметрии). Однако лишь после успехов в создании теории объединенного электрослабого взаимодействия и квантовой хромодинамики — теории сильного взаимодействия — среди специалистов возникло убеждение, что калибровочная инвариантность и есть основной динамический принцип при создании единой теории поля (магистральный путь объединения всех взаимодействий в природе).

Теодор Франц Эдуард(1885–1955)

Сравнительно недавно существовала лишь одна калибровочная теория — квантовая электродинамика. Объединение в 1967 году слабого и электромагнитного взаимодействия (теория Глешоу-Вайнберга-Салама) привело к тому, что рассматриваемая ранее изолированно некалибровочная теория слабого взаимодействия оказалась лишь частью целого — красивой калибровочной теории электрослабого взаимодействия. В 70-х годах была создана калибровочная теория сильного ядерного взаимодействия на базе объединения теории кварков М.Гелмана и Г.Цвейга с калибровочными уравнениями Ч.Янга и Ф.Милса.

В 1954 г. работающие в США физики Ч.Янг и Ф.Милс создали новый тип уравнений, описывающих безмассовые ноля на основе калибровочного принципа.

Но поскольку единственной в те времена известной безмассовой частицей-переносчиком взаимодействия был фотон — основная частица электромагнитного взаимодействия, то уравнения Янга-Милса посчитали физико-математической экзотикой. Однако позже оказалось, что теория Янга-Милса составляет основу интерпретации взаимодействия кварков. По аналогии с квантовой электродинамикой она получила название квантовой хромодинамики. Замена “электро” на “хромо” объясняется тем, что кварки (как и любые сильно взаимодействующие внутри нуклонов частицы) обладают “цветовым” (chromo) зарядом. Подобно тому, как электроны и протоны характеризуются электрическим зарядом.

С появлением квантовой хромодинамики возникли реальные предпосылки для создания единой теории калибровочных полей электрослабых и сильных взаимодействий. В 1973 г. Шелдон Гленшоу и Говард Джоржи первые выдвинули подобную теорию — Теорию Великого объединения (ТВО).

М. Гелман(род. 15 сентября 1929)

Шелдон Глашоу(род. 5 декабря 1932)

Говард Джоржы; (род. 1947)

Итак, квантовая электродинамика, теория электрослабого взаимодействия, квантовая хромодинамика и ТВО базируются на принципе калибровочной инвариантности. Именно поэтому калибровочная симметрия является базисом будущей единой теории всех взаимодействий, включая и гравитационное.

Второй основой единой теории является многомерность взаимодействий. Хотя идея многомерности и была введена Калуцей в научную практику еще в 1921 г., но затем о ней основательно забыли. Ее исключительно эффективная реставрация произошла лишь через полстолетия, в середине 70-х годов, после появления теории суперсимметрии — теории, которая объединила все существующие взаимодействия в природе, включая гравитацию.

Теория суперсимметрии — это последнее достижение, венчающее долгий поиск единства в физике. Единства не только различных силовых полей, но и вещества. Она дает ответ: как объединить все четыре фундаментальных взаимодействия в едином силовом поле; как объяснить существование всех фундаментальных частиц и как устроен параллельный мир, его свойства и взаимоотношения с нашим миром. На все эти вопросы она дает исчерпывающие ответы.

Физики, которые пытались объединять гравитацию с другими фундаментальными взаимодействиями, пришли к захватывающему предсказанию: у каждой фундаментальной материальной частицы должна существовать и массивная, материальная “тень” этой частицы, выступающая в роли партнера. Это родство между материальными частицами и получило название суперсимметрии.