Леонид Дюк - Теория поля

– А тайны?

– А я тебе мало тайн раскрыл? Ну хорошо, попробую заинтриговать еще сильнее! Представь: ученые открыли строение ядра, элементарные частицы. Еще не все предсказанные частицы подтверждены экспериментально, не хватает некоторых важных элементов, которые должны существовать в теории, но пока не обнаружены на практике. И вот ученые исследуют поток элементарных частиц, которые прилетают к нам на Землю из космоса. Земля ведь постоянно бомбардируется всякими разными частицами. И вдруг, нате вам – мюон. То есть, конечно, тогда никто не знал, что это мюон. Его никто не ждал. Искали совсем другие частицы. Просто измерили его свойства, и оказалось, что они какие-то необычные. Ученый [16] Исидор Исаак Раби , который его открыл, только развел руками и сказал: «Ну, и кто это заказывал?» А потом выяснилось, что мюону соответствует целое семейство, или как его еще называют «поколение» фундаментальных частиц. И что в этом новом, мюоновом, семействе мюон играет ту же роль, что электрон в своем, уже знакомом нам, семействе. И что для семейства этого есть соответствующая пара кварков, которые назвали странным и очарованным. И что семейство это гораздо тяжелее привычного нам электронного. И что есть еще более тяжелое семейство. С тау-частицей в роли электрона и опять же с двумя кварками: прелестным и истинным. И возникли новые загадки! Почему вся материя состоит из частиц первого семейства, а второе и третье остаются «не у дел»? И откуда тогда они взялись, и зачем тогда они нужны?

– Какие любопытные названия у кварков!

– Да, физики иногда не сильно заморачиваются на тему названий. Есть над чем поломать голову и без этого. К тому же в их терминологии это даже не названия, а «ароматы», а еще кварки имеют свойство, называемое «цвет». Ничего общего с нашим традиционным пониманием аромата и цвета. Про заряд я уже говорил.

На некоторое время разговор прервался. Виктория обдумывала услышанное, а Арсений пытался ловить свободной рукой облака – плотные скопления тумана, которые периодически пролетали мимо них, гонимые легким ветерком. Температура падала, влажность продолжала повышаться, и облачность постепенно поднималась все выше и выше, временами добираясь до влюбленной парочки.

Вика, похоже, наконец-то сумела навести некоторое подобие порядка в своей симпатичной головке.

– Ну ладно, а дальше?

– Дальше? Тебе еще не надоело? – удивился Арсений. – Ну хорошо, слушай! На самом деле сейчас исследования уже добрались до такого уровня, когда дальнейшие эксперименты становятся труднореализуемыми. Еще чуть-чуть – и мы вообще не сможем проверять на практике новые теоретические предсказания. Слишком большие энергии необходимо концентрировать в малых объемах, чтобы залезать дальше внутрь вещества. Существует стройная теория, называемая Стандартной моделью, которая очень хорошо описывает все известные на настоящий момент элементарные и фундаментальные частицы, предполагая, что они точечные. И, наоборот, почти все частицы, необходимые для подтверждения Стандартной модели, обнаружены экспериментально. Не хватает, пожалуй, только бозона Хигса. Это тоже частица-посланник, передающая взаимодействия. Только отвечает она за инертность тел.

– А что такое инертность?

– Я тебе покажу на примере. Когда начался всеобщий бум по поводу бозона Хигса, был проведен конкурс на лучшее наглядное, популярное объяснение инертности. И победила следующая аналогия: представь, что в помещении, в котором организован крупный светский раут, находится большое количество народа. Все гости более-менее равномерно распределены по залу. И вдруг заходит очень известный человек. Многие стремятся удостоиться его внимания и спешат к нему. В результате он окружен плотной массой людей, которая мешает ему двигаться с приемлемой скоростью. Если же ему все же чудом удалось набрать скорость, то остановиться тоже теперь непросто – толпа продолжает увлекать его за собой. И чем выше известность этого человека, тем труднее ему разгоняться и останавливаться. Это и называется инертностью, а роль толпы в физике играет бозон Хигса. Сейчас есть планы по строительству нового огромного ускорителя, который будет расположен одновременно на территории двух государств! Одна из основных целей – обнаружить экспериментально бозон Хигса.

– Ничего себе! Это же, наверное, ужасно дорого!

– Да, очень дорого. Хотя, ты знаешь, в связи с этой дороговизной сейчас все больше и больше на передний край исследований выходит теоретическая физика. Ученые пытаются на основании умозаключений и мощного математического аппарата предугадать, предсказать, как же может быть устроен наш мир на самом-самом мельчайшем уровне.

– Мне даже трудно это представить!

– Да, это очень сложная область на пересечении физики и математики. Сначала нужно умозрительно определить, как именно все организовано. Потом требуется описать эти умозрительные заключения с помощью математических уравнений. Иногда удается получить только их приближенные виды. Потом приходится решать эти уравнения. Опять же не всегда удается найти точное решение. Или же, наоборот, оказывается, что у уравнения существует множество решений, и какое из них соответствует действительности, а может быть, все они – это новый нетривиальный вопрос.

– Как все сложно!

– Да, ты знаешь, Эйнштейн однажды сказал: «С тех пор как математики занялись теорией относительности, я сам перестал ее понимать». Так что не волнуйся, ты не одинока. Огромное количество людей считает, что это очень сложно. Ну что, мне продолжать?

– Да, только можно как-то поближе к реальности.

– Здесь все очень реально. Просто несколько непривычно. Так вот, существует такая теория, называется теория струн, которая предсказывает нам, а что же там дальше. Ну, то есть в смысле глубже внутри материи. Из чего состоят все эти частицы и почему они имеют именно такие свойства, а никакие другие. Суть в следующем: высказана гипотеза о том, что все эти фундаментальные частицы на самом деле не точечные, а имеют некоторую протяженность в пространстве. Конечно же, очень маленькую, но все же не точки, как ныне предполагается в Стандартной модели. И похожи они на тонкие-тонкие струны. Эдакие микроскопические, тонюсенькие колечки. И вот эти струны могут колебаться строго определенным образом. Как натянутая струна гитары может издавать только строго определенные звуки. В зависимости от характера таких колебаний частицы обладают теми или иными свойствами, например массой и зарядом.

– Что-то я не понимаю, как это масса струны может зависеть от ее колебаний?

– А это как раз один из тех моментов, что выходят за пределы нашего повседневного мировосприятия. Видишь ли, в чем дело. Наш разум так устроен, что способен представить что-то только на основе своего предыдущего опыта. А опыт у нас довольно скудный. У нас нет опыта движения на сверхвысоких скоростях, близких к скорости света. Мы не знаем, как там, вблизи тел с огромными массами. Мы никогда не гуляли с любимым человеком по ядру атома, любуясь светящимися орбитами электронов. Не можем представить себе вечность и бесконечность. Или, наоборот, жизнь вне времени. Мы никогда не имели опыта общения с такими сущностями. А они, оказывается, существуют по совершенно иным законам. То есть я, конечно, сказал неправильно. В этих масштабах начинают проявляться особенности тех же самых законов, которые не заметны в других, более привычных, для нас условиях. Чтобы это осмыслить, приходится коренным образом перестраивать свое сознание. Это как раз и является одной из самых интересных тайн физики.