Константин Крамаренко - Вещи не то, чем кажутся. 100 фреймов УНИВЕРСУМА

С точки зрения физики, магнетизм является производным от электричества и возникает в результате движения электрических зарядов. Исходя из принципа симметрии, должны существовать «магнитные» частицы, служившие источником магнитных полей, которые при движении создавали бы электрические поля по аналогии, как движение электрических частиц порождает поля магнитные. При этом монополи должны были индуцировать электромагнитное излучение, и, наоборот, высокоэнергетичные фотоны подобно тому как они могут порождать электроны и позитроны, вызывали бы рождение пары магнитных монополей.

Математический анализ, выполненный Дираком, позволил получить конкретные физические величины, касающиеся соотношения электрического и магнитного зарядов. Оказалось, что магнитный заряд в 68,5 раза больше электрического. Соответственно, сила взаимодействия магнитных зарядов в 4692 раза превышает силу взаимодействия электрических зарядов. Из чего следует, что монополи имеют огромную массу, которая превосходит все известные частицы [42].

Эти оценки позволяют предположить некоторые свойства монополей, одно из которых касается их возникновения и уничтожения. Из законов сохранения вытекало, что рождённый монополь не может сам по себе исчезнуть, если только не столкнётся с другим монополем противоположного магнитного заряда. Такое столкновение должно привести к их аннигиляции, которая по аналогии происходит при столкновении электрона со своей античастицей позитроном. Предполагалось, что монополи, как и другие частицы, рождаются парами, но для их обнаружения требуются огромные ускорители энергии, которых долгое время не существовало.

С возникновением теории Великого объединения, единообразно описывающей виды физических взаимодействий, вновь возрос интерес к проблеме существования монополей. В работах Г. Хоофта и А. Полякова было показано, что в рамках этой теории должны существовать магнитные монополи, которые рассматривались как топологические дефекты Хиггсова поля. В моделях Великого объединения монополи представляют собой слоистую структуру, в которой зафиксированы ранние фазы возникновения нашей Вселенной. Предсказываемые в рамках этих концепций монополи получили название GUT – монополей (Grand Unification Theory), где во внутренних частях собственно и существует суперполе, объединяющее виды физических взаимодействий, которые в нашем мире расщепляются на электромагнитное, слабое и сильное ядерное. Температура, при которой эти взаимодействия становятся неразличимыми, т. е. проявляют единую природу, составляет 10 27К. И когда-то на ранних фазах возникновения нашей Вселенной это суперсимметричное состояние физических взаимодействий действительно наблюдалось [43].

Ядро GUT-монополя, где сохранилось это состояние, оказывается крайне опасной для протона. И хотя оно очень мало по сравнению с этой частицей, тем не менее вызывает распад протона на позитрон и π-мезон. При этом сам монополь не расходуется как катализатор химических реакций, а продолжая взаимодействие с другими протонами и нейтронами, интенсивно уничтожает их. При распаде протона выделяется энергия, соизмеримая с распадом пяти атомов урана. Если монополи действительно существуют, и откроются возможности управления подобным процессом, это станет огромным потенциальным источником энергии для человечества в будущем. В рамках теории Великого объединения предполагается, что монополи в 1016 раз массивнее протона, и потребуются огромные энергии для их экспериментального получения. Тем не менее такие энергии существовали на ранних фазах развития Вселенной, следовательно, монополи могли возникать, и, в принципе, их должно было быть много. Возможно, инфляция, стремительное расширение, своего рода раздувание пространства, и последующее в связи с этим охлаждение материи каким-то образом резко уменьшило их количество. В настоящее время предложено много методов по обнаружению монополей, в том числе и в космических лучах, которые исследуются в подземных лабораториях. К надёжным свидетельствам их наличия эти работы не привели. И всё же надежда остаётся, ведь если нет запрета на их существование в теоретической физике, то такие объекты должны быть.

Если удастся доказать эмпирическое существование монополей, будут разработаны механизмы их генерации и управления, и человечество получит колоссальный источник энергии, но в тоже время и оружие, как это произошло с атомной энергией (только несоизмеримый по мощности). Защита и управление такими процессами, как подсказывает физика, заключается в том, что необходимо создать экран из антимонополей, который приведёт к аннигиляции и прекратит уничтожение вещества. Наука несёт не только блага, но и опасности. Остаётся надеяться, что развитие научного познания сможет справиться с возникающими угрозами.

Наука XX века установила состав звёзд, выяснила их эволюцию, благодаря мощным телескопам был открыт огромный мир галактик, который насчитывает 100 млрд таких объектов. Установлено расширение Вселенной, смоделирована её эволюция. Казалось, это и есть мир, где существует человеческая цивилизация. И вдруг выяснилось, что барионная материя, из которой состоит видимая Вселенная, составляет всего 4,9 % от общей массы материи. При этом 26,8 % приходится на тёмную материю, не участвующую в электромагнитном взаимодействии и обнаруживающую себя через гравитацию, а 68,3 % составляет тёмная энергия, ответственная за расширение Вселенной. Таким образом, оказалось, что наш мир состоит на 95,1 % из тёмной материи и тёмной энергии.

Представим, что мы живём на острове и считаем его всей реальностью, окружающей нас. Неожиданно, выйдя на берег, мы обнаружили огромный океан, находящийся рядом с нами, о существовании которого никто и не подозревал. Отчасти такая же мировоззренческая революция произошла в науке, столкнувшейся на рубеже XXI века с новой формой материи, перевернувшей физические традиционные представления.

Следует отметить, что ещё в 30-х годах прошлого века, наблюдая за галактическими скоплениями, астрономы пришли к выводу о существовании некой силы, связывающей галактики в единое целое и, не давая им разлететься. Так возникла проблема «скрытой массы». В 1970-х годах при изучении вращения галактик были обнаружены те же самые явления. Вскоре возникло понимание того, что тёмная материя состоит не из обычного вещества и излучения. Скорее всего, 90 % вещества собирается вместе из-за наличия некоего экзотического материала, оставшегося после Большого взрыва, положившего начало развитию Вселенной.

В течение долгого времени кандидатом на роль тёмной материи выдвигалась гипотетическая частица, обладающая большой массой и слабо взаимодействующая с веществом, получившая название WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). Примечательно, что она вписывалась в теорию суперсимметрии, являющейся популярной среди теоретиков. Тем не менее чувствительные наземные детекторы, несмотря на десятилетия наблюдений, не обнаружили никаких признаков существования этих частиц.