Одним из основных положений материалистической диалектики является представление о всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости явлений природы.
Развитие физики не раз убедительно подтверждало плодотворность этой идеи. Так, например, из знаменитых уравнений, выведенных Дж. Максвеллом в конце прошлого века, вытекало, что казавшиеся в то время совершенно разнородными электричество, магнетизм и свет на самом деле представляют собой различные проявления одних и тех же фундаментальных законов.
Создать единую теорию, которая объединила бы электромагнитные взаимодействия и гравитацию, пытался еще.
А. Эйнштейн. Однако Эйнштейну были тогда неизвестны сильные и слабые взаимодействия, к тому же он принципиально отвергал квантовую механику. Поэтому его попытки к успеху не привели.
Однако в истории науки нередко складываются парадоксальные ситуации. К их числу можно отнести создание так называемой квантовой теории поля, которая представляет собой синтез специальной теории относительности, гениально разработанной Эйнштейном, и той самой квантовой механики, которую полностью он так и не принял до последних дней своей жизни.
На основе квантовой теории поля, в свою очередь, была разработана квантовая электродинамика, описывающая взаимодействие между электронами и фотонами и с очень большой степенью точности подтвержденная экспериментально.
Согласно этой теории, электромагнитные взаимодействия, т. е. взаимодействия между заряженными частицами, например, между электронами и атомными ядрами, обеспечиваются благодаря тому, что эти частицы обмениваются фотонами.
В последние годы аналогичная теория была создана и для сильных взаимодействий. Она получила наименование квантовой хромодинамики. В основе этой теории лежит представление о том, что составные части атомных ядер — нуклоны, т.,е. протоны и нейтроны, состоят из особых фундаментальных частиц — кварков, обладающих дробным электрическим зарядом.
Кварки как теоретические объекты стали рассматриваться физиками, начиная с 1964 г. На первых порах в реальности существования кварков заставляла сомневаться дробность их электрического заряда. Однако в последние годы были получены экспериментальные данные, которые, судя по всему, говорят в пользу того, что кварки действительно обладают дробными зарядами.
Что же касается неудачных попыток выделения кварков «в чистом виде», то не исключено, что эти объекты представляют особый тип частиц, которые в отличие от барионов, мезонов или лептонов не могут существовать в свободном состоянии.
В связи с этим возник принципиальный вопрос, так сказать, методологического свойства: можно ли считать реально существующими физические объекты, которые не удается выделить в чистом виде? В частности, по отношению к кваркам некоторые физики проявляют определенную осторожность: они допускают, что эти гипотетические фундаментальные частицы являются всего лишь вспомогательными физическими образами, позволяющими удобно описывать некоторые свойства микрообъектов. Такой точки зрения, например, придерживался один из крупнейших физиков-теоретиков В. Гейзенберг, и хотя в настоящее время под воздействием впечатляющих успехов хромодинамики и основанной на кварковой модели теории сильных взаимодействий подобная точка зрения является уже менее популярной, тем не менее она все же существует.
Возможно, это в значительной степени объясняется тем обстоятельством, что физики, работающие в области изучения элементарных частиц, привыкли к тому, что до сих пор все теоретически предсказанные новые элементарные частицы рано или поздно обнаруживались экспериментально. Кварки же выпали из этой привычной схемы развития событий.
Вообще вопрос о том, «что из чего состоит», когда речь идет о явлениях микромира, утрачивает свой совершенно ясный и отчетливый смысл. Так, например, на основе экспериментальных данных считается, что при распаде нейтрона образуются протон, электрон и нейтрино. Значит ли это, однако, что нейтрон состоит из этих частиц? Подобное заключение было бы неверно хотя бы уже потому, что сам протон может распадаться на нейтрон, позитрон и нейтрино.
Таким образом, понятие «состоит из…» по отношению к элементарным частицам обладает ограниченной применимостью.
Эти соображения необходимо принимать во внимание и тогда, когда речь идет о том, что адроны состоят из кварков.
В настоящее время считается, что в природе существуют кварки нескольких разных типов, или «ароматов» (по современной физической терминологии), и для каждого кварка имеется соответствующий антикварк.