Виктор Комаров - Тайны пространства и времени

Этим не совсем обычным термином физики условились обозначать некое подобие заряда, с помощью которого они взаимодействуют друг с другом. И по аналогии с электродинамикой ту часть физики, которая изучает взаимодействие кварков, стали называть «хромодинамикой».

Автор:Какое место, по вашему мнению, занимает теория элементарных частиц в современном естествознании? Ведь речь, по существу, идет о том, чем заполнено пространство на уровне микропроцессов?

Барашенков:Теория элементарных частиц, наряду с астрофизикой, всегда играла чрезвычайно важную роль в формировании новых представлений о явлениях окружающего нас мира. Так, например, современная теория элементарных частиц подводит нас к новому пониманию элементарности…

Автор:Вы имеете в виду то обстоятельство, что в результате новейших исследований выяснилась сложная внутренняя структура таких «элементарных» частиц, которые прежде считались «точечными» – протона, нейтрино, пи-мезона?..

Барашенков:Еще сравнительно недавно считалось само собой разумеющимся, что Вселенная представляет собой последовательность вложенных друг в друга физических систем, от Метагалактики до неделимых элементарных частиц, не имеющих внутренней структуры. Подобная картина хорошо согласовывалась и с нашим повседневным здравым смыслом, согласно которому целое всегда больше составляющих его частей. Но теперь мы знаем, что элементарная частица может содержать в качестве своих составных частей несколько точно таких же частиц, как и она сама. Так, например, протон на очень короткое время распадается (диссоциирует) на протон и три пи-мезона, а каждый пи-мезон – еще на три пи-мезона. Таким образом, в микромире теряют смысл привычные представления о целом и части, о простом и сложном, а следовательно, теряет смысл и привычное для нас понятие элементарности. В частности, обсуждалась даже идея «предкварков» – еще более фундаментальных частиц, из которых, возможно, состоят сами кварки…

Автор:Но если так обстоит дело внутри микромира, то не нуждаются ли в серьезном пересмотре и существующие представления о соотношении микромира и мегакосмоса? Чего вы ждете от теории элементарных частиц в ближайшем будущем? Каких новых достижений, каких открытий?

Барашенков:Прежде всего окончательного построения единой теории сильных, слабых и электромагнитных взаимодействий. Кроме того, должна быть понята природа кварков и получен вразумительный ответ на вопрос, почему их не удается наблюдать. Весьма интересных результатов можно ожидать и от дальнейшего изучения нейтрино, играющего очень важную роль в слабых взаимодействиях. Было бы также очень интересно понять до конца, почему нарушается так называемая Т-инвариантность при распаде Ка-два-мезона?..

Хочу пояснить, о чем идет речь. Дело в том, что в физике микромира действует очень важный закон сохранения, известный под названием СРТ-теоремы. Согласно этому закону, состояние физической системы не изменится, если все частицы заменить соответствующими им античастицами (С-преобразование), осуществить зеркальное отражение рассматриваемой системы (Р-преобразование) и изменить течение времени на обратное (Т-преобразование). В этом случае уравнения, описывающие поведение системы, не изменят своего вида. До 1964 года считалось, что и СР-преобразования сами по себе также не изменяют состояния системы (закон комбинированной четности). Считалось также само собой разумеющимся, что ничего не меняется и в результате одного Т-преобразования. Однако в 1964 году выяснилось, что явление распада Ка-два-мезона на два пи-мезона несовместимо с законом комбинированной четности.

Но если не выполняется этот закон, то есть уравнения в результате СР-преобразования все же меняют свой вид, то, следовательно, в микромире прямое и обратное течение времени обладают какими-то существенными различиями.

Автор:Не значит ли это, что современная физика элементарных частиц нуждается в каких-то принципиально новых, может быть «безумных» идеях?.. Прошу извинения за этот вопрос, насколько мне известно, многие современные физики относятся к нему далеко не однозначно, а порой даже весьма агрессивно…

Барашенков:Нет, ваш вопрос вполне закономерен. Что же касается ответа, то ситуация далеко не ясна. Экспериментальных данных в этой области очень много, но много и непонятного… Не исключено, что стараниями теоретиков в конце концов удастся преодолеть возникающие трудности и объяснить экспериментальные данные, не прибегая к каким-то принципиально новым взглядам. Но могут потребоваться и совершенно новые идеи, в том числе и весьма необычные.

Автор:Хотелось бы узнать ваши соображения о современном состоянии теории элементарных частиц, изучающей один из «полюсов» грандиозной иерархии различных объектов, заполняющих пространство нашей Вселенной. Чему может научить эта область физики не только ученого-исследователя, но и любого современного человека?

Барашенков:Теория элементарных частиц поучительна прежде всего тем, что здесь с особенной силой проявляется мощь научной теории. Ведь не случайно, например, кварки были «изобретены» теоретиками, а не обнаружены в опыте. Поучительно и то, что в процессе развития этой теории постоянно возникает масса неожиданных понятий и образов, потрясающих привычные основы. Достаточно опять-таки напомнить о тех же кварках. Тем самым наглядно и убедительно демонстрируется неправомерность любой абсолютизации научных знаний. Физика, как наука, никогда не закончится.

Автор:А какие, по вашему мнению, философские проблемы связаны с современной теорией элементарных частиц?

Барашенков:Одна из основных проблем такого рода, на мой взгляд, состоит в выяснении того, что же такое «пространство-время» в физическом смысле? Другая важная проблема, имеющая философское значение, – обобщение существующего понятия причинности, которое в ряде случаев может оказаться недостаточным.

Есть еще и ряд проблем методологического характера, которые так или иначе связаны с изучением элементарных частиц. Что значит – хорошая теория? Что значит – объяснить? Что предпочтительнее – система уравнений или модель? Что значит – единая теория? И ряд других…

Взаимосвязь микро- и макро- – одно из конкретных выражений диалектики природы, всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости ее явлений. Уже сейчас в ряде случаев трудно разделить, где космология, изучающая строение и эволюцию Вселенной, и где теория элементарных частиц. В центре внимания современной астрофизики находятся объекты, отличающиеся необычайно высокой плотностью, а порой и очень малыми размерами. В частности, в качестве объектов, где связь микро- и макро- реально проявляется, можно привести черные дыры с радиусом 10 -13сантиметра. Их масса должна составлять 10 8тонн! Экспериментальное обнаружение подобных экзотических объектов – одна из интереснейших задач современной физики. Подобные экстремальные состояния материи не могут быть описаны в рамках одной лишь общей теории относительности Эйнштейна, так как при столь больших плотностях неизбежно возникают специфические квантовые эффекты. Поэтому одной из важнейших задач современной физики является развитие квантовой гравитационной теории, которая объединила бы общую теорию относительности и квантовую физику.