Николай Клягин - Современная научная картина мира

Действие закона каузальности способно объяснить поступательность в развитии нашего мира. В самом деле, Вселенная зреет, стареет и не проявляет тенденций к омоложению. В развитии земной жизни господствует закон Долло о необратимости эволюции, поэтому на смену примитивным формам жизни приходят более сложные организмы, в результате чего биологическая эволюция протекает прогрессивно. В социальной жизни мы тоже наблюдаем общий поступательный прогресс – отдельные случаи социального регресса лишь подтверждают правило. Иными словами, из причин вытекают следствия, но не наоборот, хотя следствия могут влиять на причины, меняя условия их действия. Например, если холодильник станет производить холод без остановки, то в конце концов замерзнет сам и перестанет производить холод. Это явление называется в кибернетике принципом обратной связи. Однако оно не отменяет закона причинности, а всего лишь искажает его проявления за счет нарушения условий выполнения каузального закона, что подразумевается его определением (он осуществляется без искажений лишь в сходных условиях).

Казалось бы, общеизвестно, что немногое на свете протекает беспричинно. Однако с философской точки зрения ситуация представляется куда более сложной. В самом деле, если причинность распространена тотально и способствует повторяемости событий, то во Вселенной повторяющегося, однотипного должно быть так много, что мир выглядел бы однообразно. Наш опыт свидетельствует о противном. Очень многое в природе и обществе представляется оригинальным и неповторимым. В принципе, это обстоятельство противоречит убеждению в глубокой фундаментальности причинно-следственного закона. Именно поэтому он никогда не привлекал специального внимания мыслителей. Отсюда наша задача состоит в том, чтобы продемонстрировать, что в природе и обществе гораздо больше типологически подобных явлений и сущностей, чем кажется на первый взгляд.

В данной главе мы предполагаем рассмотреть:

1) новейшие сведения об устройстве микромира, составляющие основу так называемой Теории Всего Сущего, опирающейся на физические теории суперструн, суперсимметрии и супергравитации;

2) новые факты и гипотезы относительно строения Вселенной, которая в свете ряда недавних парадоксальных открытий астрофизики представляется анизотропной, неоднородной, имеющей центр и периферию;

3) акаузальную («беспричинную») природу загадочной сингулярности, положившей начало нашей Вселенной и обладавшей необычными свойствами;

4) происхождение Второго начала термодинамики, или закона неубывания энтропии, которое в свете современных представлений поддается объяснению;

5) происхождение фундаментальных законов сохранения (энергии, массы, квантовых чисел), которое также поддается естественнонаучному объяснению;

6) происхождение причинно-следственного закона, основополагающего для всех прочих законов природы, также поддающегося естественнонаучному объяснению;

7) современные гипотезы происхождения нашей сингулярности и природы мироздания, окружающего нашу Вселенную, анизотропная природа которой предполагает некое внешнее бытие;

8) общие черты в организации законов природы на разных уровнях и в различных сферах бытия – черты, поддающиеся не метафизическому, а естественнонаучному истолкованию, хотя и ведущемуся в духе философского обобщения.

Современная физическая картина микромира строится на основе теорий суперсимметрии [5; 21, с. 9–113; 24; 27; 101, с. 17–56; 304], супергравитации [21, с. 121–170; 101, с. 57–68] и суперструн [32; 33; 9; 48; 101, с. 277–304; 351; 369; 370; 551; 791]. Приставка «супер» означает, что при очень высоких энергиях ранней Вселенной существующие ныне первичные элементарные частицы имели так называемых суперпартнеров, отличающихся квантовым числом (свойством), спином , или собственным угловым моментом количества движения, выраженным в постоянной Планка (в кванте действия ħ = h /(2π) = 6,6260688(37) × 10 –34 Js /(2π) [618], или ħ = h /(2π) = 6,6260755(40) × 10 –34 Js /2π [650]).

Современная наблюдаемая Вселенная сложена всего из двенадцати кирпичиков вещества – элементарных частиц со спином 1/2, называемых фермионами . В их число входят шесть относительно массивных кварков (с массой до 178,0 ± 4,3 ГэВ (гигаэлектронвольт) у истинного кварка [125, с. 638]) и 6 относительно легких лептонов , состоящих из тройки электроноподобных частиц ( электрон , мюон и тау-частица ) и тройки нейтрино ( электронное , мюонное и тау-нейтрино с массами от 0,07–11 эВ (электрон-вольт) у электронного нейтрино (рис. 1) [597; 158; 276; 528; 530; 606; 740]).

В первые мгновения после Большого Взрыва, породившего наш мир, когда Вселенная была неимоверно горячей (10 33К), элементарные частицы двигались настолько энергично, что сближались друг с другом на минимальные дистанции. От расстояний взаимодействия зависят массы участвующих в нем частиц: чем короче дистанции, тем предельные массы взаимодействующих частиц больше. Поэтому в те времена наши обычные фермионы имели массивных двойников-суперпартнеров со спином 0, т. е. бозонов (см. ниже). Нынешним кваркам отвечали суперкварки, или скварки; нынешним электронам, мюонам и тау-частицам соответствовали сэлектроны , смюоны и стау-частицы , а теперешним нейтрино – три снейтрино . Когда Вселенная расширилась достаточно, чтобы заметно остыть, характерные дистанции взаимодействий между частицами возросли, а массивные суперчастицы перестали проявляться и в известном смысле вымерли. В принципе их можно получить на сверхмощных ускорителях (суперколлайдерах), однако необходимые для этого энергии пока недостижимы.

Рис. 1. Фундаментальные элементарные частицы (суперструны – первоосновы физического микромира). На схеме опущены античастицы, которые отличаются от обычных частиц ориентацией спина (у нейтрино) или знаком электрического заряда (так, античастицей отрицательно заряженного электрона является положительно заряженный позитрон, а W –-бозон является античастицей для W +-бозона). Под каждой частицей в скобках дана ее масса в млрд электрон-вольт (ГэВ).

Физические взаимодействия между фермионами осуществляются бозонами – частицами с целочисленными спинами (0, 1, 2). Массу покоя от частицы к частице передают бозоны Хиггса (спин 0, масса 96–117 ГэВ, или ок. 115 ГэВ [125, с. 639; 640]). Четыре основные силы природы – сильное взаимодействие, электромагнетизм, слабое взаимодействие и гравитация – переносятся, соответственно, глюонами (спин 1, масса 0), фотонами (спин 1, масса 0), Z- и W-бозонами (спин 1, масса 93 и 81 ГэВ) и гравитонами (спин 2, масса 0).