Геннадий Ершов - Как рождается гравитация

В начале зарождения теории струн предполагалось, что она математически корректна только в случае, если пространственно-временной континуум является 26-мерным. Но потом в нее был введен спин, и ее пространство-время сократилось до 10 (девять пространственных измерений и одно временное). Вот тут физики удивились тому, что теория сама выбрала размерность.

Но чего-то опять не хватало для триумфа, тогда, решая струнные уравнения, разомкнутые концы струн замкнули, и получились кольца, которым соответствовали не известные науке безмассовые частицы со спином 2.

В 1974 г. физики Шварц и Шерк заявили, что таинственная и безмассовая частица струнной модели и есть гравитон! Эти же господа подсчитали и длину данной струны: она, по их мнению, должна составлять 10 —33см! С такими размерами объектов наука еще не встречалась.

Несмотря на все коллизии и трудности, разработка теории струн, как говорят теоретики, позволила глубже понять структуру предшествующих ей теорий квантовой гравитации.

Ну слава Богу, хоть что-то пошло на пользу. Поэтому данная теория продолжает и дальше разрабатываться, углубляясь в пучину математических и музыкальных метаморфоз. Появились мембраны, потом их для краткости стали называть просто браны, и опять пошел количественный отсчет: 2 браны, 3 браны, p-браны и т. д. Теория струн стала превращаться в теорию бран произвольной размерности – от 1 до 9.

Мембрана – это, очевидно, резонатор, где усиливается музыкальный звук, издаваемый струнами. Далее ждем смычка или медиатора, после чего должна зазвучать долгожданная мелодия гравитации.

Нет, не зазвучит, нужен самый важный элемент – музыкант.

Ждем-с… и того, и другого.

В 1960-х гг., когда ни одному теоретику не удалось доказать правильность созданной им общей теории, обществом физиков была принята так называемая Стандартная модель (СМ), которая описывала посредством квантовой механики сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия. Но гравитация с ее безмассовым гравитоном не вписывалась в рамки и этой СМ. Вот тогда и выступил П. Хиггс с предсказанием своей частицы, которая должна отвечать за массу в мире материи. Физики уцепились за данную идею, как за спасительную соломинку, которая должна спасти теорию, да и физику тоже.

Теоретики данного направления возлагали большие надежды на эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК): возможно, вылетит частица Бога с размерностью 10 —33см. Вылетела! В 2012 г., а в 2013 г. получила Нобелевскую премию (см. предыдущий раздел). Частица вылетела, и она оказалась более массивной (125 Гэв), но разглядеть ее толком не успели, так как время жизни бозона Хиггса ничтожно мало, он распадается сразу после своего рождения, не успев ни с чем толком провзаимодействовать.

В XX столетии физики имели дело с двумя фундаментальными физическими теориями – квантовой и общей теорией относительности (ОТО) (Lee Smolin) [9]. В рамках указанных теорий развивались и развиваются другие направления: причинная динамическая триангуляция, теория струн, петлевая квантовая гравитация. Кроме того, эпизодически всплывают на поверхность приверженцы Лесажа с его пушингом, эфиристы – с физическим вакуумом и т. п. Вся эта разноголосица привела к тому, что каждый «инструмент» в этом большом оркестре играет свою партию, не прислушиваясь к другим. Но у природы есть только одна теория и одна гравитация, попытки объединить квантовую механику с ОТО предпринимались самим Эйнштейном. Затем появились Стандартная модель, М-теория, F-теория – увы, результаты пока не увенчались успехом [10].

В физике теорий по гравитации наметился изящный, я бы даже сказал, вычурный стиль математики и экзотических терминов. Авторы пытаются перещеголять друг друга избытком теоретических тонкостей, порой совсем не относящихся к гравитации. Создание и развитие математического аппарата для описания физических взаимодействий мало способствовало, как показывает время, развитию самой теории гравитации. Зато какие красивые и непонятные названия: кривизна пространства-времени, геометрическая и калибровочная концепция физических полей, тензор энергии-импульса электромагнитного поля, фермионные вибрации струн, хамелеонное поле и т. п. Одним словом – схоластика, и далекий от реальности мир теорий уже существует сам по себе.

В данном обзоре я не ставил задачу охватить весь мир теорий по гравитации, существующих в полевой и геометрической форме, да это и невозможно. Был очерчен круг проблем и предполагаемые подходы и решения, существующие в физике. Сразу скажу, что мне они не подходят.

Заманчивость решения самой древней загадки тяготения, с ее обширным полем для научных фантазий, толкает теоретиков на сизифов труд написания новых гипотез. Появились новые направления: геометродинамика, эфиродинамика и т. д.

Заканчивая этот краткий экскурс по теориям гравитации, добавлю еще одно замечание. Человечество живет и существует с самого его зарождения в поле гравитации, но до сих пор не нашло внятного объяснения этому физическому явлению. Это говорит только об одном, что все существующие теории гравитации на самом деле не теории, а только гипотезы, с малой долей приближения к истине. На тривиальный вопрос, прозвучавший выше: «полевая или геометрическая – чья возьмет?», могу ответить: ничья не возьмет! Возьмет моя!

Выстроим логику рассуждений по гравитационному притяжению.

Если существует гравитация, иначе – сила притяжения, то должна существовать и энергия, которая преобразуется в данную силу. Если существуют, не важно, гравитоны или гравитационные волны, которые переносят гравитационную силу притяжения, то они должны переносить энергию, эквивалентную данной силе притяжения. Следуя логике, возникают два резонных вопроса: 1) откуда энергия берется? 2) как эта энергия преобразуется, расходуется или трансформируется?

По сути, энергия должна превращаться в другой вид энергии, тогда мы должны зафиксировать эти превращения датчиками и приборами. Но мы также знаем, еще со школьной скамьи, что всякая энергия, в конечном итоге, превращается в теплоту. Тогда где эта дополнительная теплота?

Экспериментаторы не обнаруживают ни самих гравитонов, ни дополнительной теплоты, переносимой гравитонами. Что, теплоты выделяется так мало? Но позвольте, тогда как и чем создать такую силу, чтобы удержать нашу Землю на солнечной орбите? Эта сила, согласно расчетам, равна: 3,54∙10 22 Н. (3,6∙10 18 т). Яков Перельман в свой книге не поленился и подсчитал ее для нас [11].

Посмотрите на эти цифры – это совсем не сила, это такая силища, что даже вообразить трудно. Так что или кто создает эту силу? Для физика ответ должен быть очевиден – энергия! Но какая энергия? Откуда она возникает и почему мы ее не видим 300 с лишним лет, со дня открытия закона всемирного тяготения?