Несмотря на всю привлекательность, эта теория оставалась все время в стороне от физики микромира, и не только из-за слабости гравитационного взаимодействия элементарных частиц, но и потому, что она так и осталась классической теорией.
В сущности, гравитация еще не подвергалась экспериментальному исследованию в микромире. Нам известно, как притягиваются друг к другу массивные макроскопические тела, скажем, планеты. Известно, что элементарные частицы также притягиваются к большим телам, например, путь фотона, пришедшего от далекой звезды, искривляется в поле тяготения Солнца.
Однако никто не знает, как взаимодействовали бы между собой за счет сил тяготения две элементарные частицы. К сожалению, природа не подарила нам такой элементарной частицы, которая была бы способна только к гравитационным взаимодействиям, подобно тому, как нейтрино участвует только в слабых взаимодействиях. Из-за этой несправедливости мы не можем пока выделить гравитационные процессы микромира в чистом виде. Любые другие взаимодействия просто «забивают» гравитацию. Разве что на фантастически малых расстояниях — по современным оценкам порядка 10-33 сантиметра — тяготение должно превзойти все остальные силы…
Должно, если допустить, что оно действует между частицами так же, как и между макроскопическими объектами. В таком случае мы неявно предполагаем, что само пространство и время в очень малых объемах такое же, как и в очень больших. Но вот ведь в чем проблема: а существуют ли сами пространство и время в столь малых областях, могут ли они восприниматься нами так, как пространство нашей комнаты или время, отсчитанное по будильнику?
А вдруг задолго до наступления «гравитационной эры» откажет один из самых фундаментальных эталонов: модель пространства-времени? Это необычная, но интригующая возможность — ведь пространство-время, можно сказать, универсальная арена, на которой происходят все физические явления.
Идеи об изменении представлений о пространстве в очень малых областях развивались уже несколько десятилетий. Они возникли в определенной степени как реакция физиков на неудовлетворительное поведение электромагнитных сил на очень малых расстояниях. А могут ли частицы вообще подходить друг к другу сколь угодно близко? Не будут ли они всегда разделены каким-то, пусть очень малым, но конечным интервалом? Такие вопросы ставили перед собой теоретики еще в 30-х годах.
Если никакие частицы не способны приближаться друг к другу вплотную, то это положение проще всего отнести за счет свойств самого пространства. Оно может, скажем, не быть непрерывным, а состоять из отдельных квантов — протяженностей конечных размеров. А частицы могут находиться на расстояниях, пропорциональных величине этого кванта, умноженной на целое число. Таким образом, появляется как бы универсальная линейка, которая должна целое число раз укладываться на любом отрезке физического пространства. Размер кванта пространства называется фундаментальной длиной.
Постепенно модели квантованного пространства приобретали все более четкую математическую структуру и физическую интерпретацию. Благодаря глубокой идее Г. Снайдера, связавшего свойства квантованного пространства-времени с поведением импульсов частиц, и дальнейшему развитию и расширению этой идеи в работах советских теоретиков Ю. Гольфанда, И. Тамма, В. Кадышевского возник многообещающий подход к теории взаимодействия частиц в квантованном пространстве.
В настоящее время эта теория наиболее активно развивается в Дубне группой профессора В. Кадышевского. Возможно, самым впечатляющим результатом этого подхода оказалось моделирование партонного эффекта. На малых расстояниях между частицами, когда начинает чувствоваться фундаментальная длина, рассеяние выглядит так, как если бы в нем принимали участие точечные партоны.
Так что вероятней всего теория квантованного пространства может не хуже справиться с проблемой малых расстояний, чем концепция калибровочных полей.
Если окажется, что силы, возникающие при обмене глюонами, фотонами, а также дубль-вэ- и зэт-мезонами, то есть в любых известных взаимодействиях, ведут себя совершенно одинаково на очень малых расстояниях, то этот факт скорее, всего и будет означать появление новых универсальных свойств пространства в малом.
Иными словами, само развитие теории поля, которая справляется со многими трудностями, может привести к новой модели пространства. Однако это произойдет только при переходе к значительно меньшим расстояниям, чем мы изучаем сегодня — не более 10-20 сантиметра.
Не исключена и более радикальная точка зрения, что фундаментальная длина составляет порядка 10-17 сантиметра, и теория слабых взаимодействий вообще не потребует введения особых квантов-переносчиков (дубль-вэ- и зэт-мезонов). Эта гипотеза может быть проверена в не столь уж и далеком будущем, сразу после запуска накопительных колец на суперсинхротронах Батавии и ЦЕРНа.
Итак, вполне вероятно, что вместо истинно элементарных частиц, связанных необычными силами, Природа предложит нам более или менее привычные силы, но в совершенно необычном пространстве. А может быть, появится какой-то новый третий путь, который и приведет к цели.
Наступит ли «гравитационная эра»? Или «эра квантованного пространства»? Сможем ли мы достичь в ближайшее время единой трактовки кварков и лептонов? Будут ли наконец открыты сверхтяжелые переносчики слабых взаимодействий?
Ответы на эти и многие другие вопросы принадлежат будущему. Прекрасному и волнующему будущему науки, которое начинается сегодня!
Глава первая, в которой происходит первое знакомство с очень молодой наукой — физикой элементарных частиц
Рождение электрона … 4
У перекрестка загадок … 10
На арене появляются фотон и протон … 23
Глава вторая, увлекающая нас в небольшое путешествие по временам и теориям
Кое-что о путешествиях во времени … 32
Маршрут № 1. Неуловимые атомы … 35
Маршрут № 2. Квантованный мир … 41
Маршрут № 3. Снова квантованный мир … 56
Глава третья о высоких энергиях и глубоких идеях
Масштабы большого и малого … 65
О простом любопытстве, воздухоплавании и космических лучах … 77
Ключи к микромиру … 89
Глава четвертая, повествующая о потопе открытий и способах наскоро соорудить комфортабельный ковчег
Счастливые «допотопные времена» … 100
Адронный потоп … 109
Спасительные симметрии … 119
Нашествие призраков … 130
Глава пятая, где рассказано об очень сложных элементарных частицах — адронах
Как выглядит адрон? … 145
Где прячутся кварки? … 153
Что делать с эталонами и аналогиями? … 164
Как рождается адрон? … 180
Глава шестая, полностью направленная в будущее
Надежды, деньги и все такое … 194
Самая большая мечта … 205
Главное впереди … 217
А. Потупа — физик-теоретик, старший научный сотрудник Белорусского государственного университета. После окончания в 1967 году МГУ он провел множество интересных физических исследований, защитил диссертацию, написал около полусотни научных статей. И главной темой этих работ является физика элементарных частиц.
Но не только физикой ограничиваются его интересы. Им опубликованы работы по философии и методологии науки. Читатели знакомы с его самобытными рассказами и стихами. Шахматисты же знают его как кандидата в мастера.
«Бег за бесконечностью» — первая его попытка рассказать в книге о главном деле своей жизни.
