Архив номеров НиТ

Тайны вселенной. Часть I: Парадокс Большого Взрыва

Рубрика журнала:

Номер журнала НиТ: 

Большой Взрыв в представлении художника



«Наука — это просто-напросто
хорошо натренированный и
организованный здравый смысл»
Т.Г. Гексли (биолог XIX в.)

Наука во все времена стремилась построить целостную картину окружающего мира. В последние десятилетия ученые как никогда приблизились к осуществлению этой мечты: вырисовываются перспективы объединения четырех фундаментальных взаимодействий природы в рамках одной суперсилы, и физика микромира все теснее сливается с космологией — теорией происхождения и эволюции Вселенной.

Казалось бы, что вопросы, относящиеся к возникновению и существованию Вселенной: в физике микромира, с одной стороны, и в космологии — с другой, относятся, на первый взгляд, к диаметрально противоположным разделам современной физики. Однако в этих направлениях изучения мира есть вполне определенная закономерность. Дело в том, что оба эти раздела физики посвящены наиболее фундаментальным проблемам современной науки, призванным пролить свет на самые сокровенные тайны природы. Именно здесь совершается переворот в общепринятых взглядах на устройство Вселенной, равнозначный по своему научному значению таким вехам в развитии физики, как создание теории электромагнетизма, теории относительности и квантовой механики. Речь идет о построении картины Вселенной, в которой различные виды взаимодействия частиц вещества сливаются в единой суперсиле и которую по достоинству можно назвать теорией всего сущего.

«И в небе и в земле сокрыто больше,
чем снится вашей мудрости, Горацио!»
Гамлет

Важнейшее научное открытие прошлого века состоит в том, что окружающий нас физический мир существовал отнюдь не всегда. Впервые за всю историю человечества наука располагает разумной теорией всего сущего. У истоков лежит ряд существенных открытий, сделанных за последние десятилетия в области фундаментальной физики, особенно в физике высоких энергий, в которой экспериментальные результаты впервые открывают глубокую взаимосвязь субъядерных частиц и скрытых сил, действующих в недрах вещества. Учеными выдвинуты две новые концептуальные схемы: так называемая Теория Великого Объединения (ТВО) и суперсимметрия.

В 1973 году ученые Шелдон Глэшоу из Гарвардского университета, лауреат Нобелевской премии 1979 года, и Говард Джорджи опубликовали теорию, в которой новое электрослабое взаимодействие сливалось с сильным (глюонным), то есть в великое единое взаимодействие (объединение).
Два этих научных направления совместно приводят к идее, согласно которой вся окружающая нас природа в итоге подчинена действию некой суперсилы, проявляющейся в различных «ипостасях». Эта загадочная сила достаточно мощна, хотя бы для того, чтобы создать нашу Вселенную и наделить ее материей, энергией, светом и придать ей определенную структуру. К тому же суперсила нечто большее, чем просто созидающее начало, так как в ней материя, пространство-время и взаимодействие объединены в нераздельное гармоничное целое, порождающее такое единство Вселенной, которое ранее никто не предполагал.

Поиск суперсилы можно проследить в первых научных изысканиях Эйнштейна и ряда других ученых, пытавшихся построить единую теорию поля. Так, к примеру, Фарадей и Масквелл показали, что электричество и магнетизм — тесно связанные явления, которые можно описать на основе единого электромагнитного поля. Однако следующий шаг, предпринятый Эйнштейном по созданию единой теории электромагнитного и гравитационного полей, не увенчался успехом. Только в конце 60-х годов прошлого столетия было показано, что математически электромагнетизм можно объединить с одной из ядерных сил, так называемым слабым взаимодействием. Затем, независимо друг от друга, лауреаты Нобелевской премии 1979 года Стивен Вайнберг из Гарвардского университета и Абдус Салам из Империал-колледжа в Лондоне опубликовали теорию слабого электромагнитного взаимодействия.
Новая теория позволила сформулировать идеи, допускавшие экспериментальную проверку. В результате этих работ была предсказана новая разновидность света, состоящая не из обычных фотонов, а из загадочных Z–частиц. В окрестностях Женевы в 1983 году в серии экспериментов, исследующих столкновения частиц высоких энергий на ускорителе, были обнаружены Z–частицы, то есть единая теория поля получила подтверждение. Теоретики к этому времени сформулировали амбициозную теорию, объединяющую с электромагнитным и слабыми взаимодействиями еще один тип ядерных сил — сильное взаимодействие. Кроме того, были получены первые результаты исследований в области гравитации, показывавшие, каким образом гравитационное взаимодействие можно было бы объединить с другими типами взаимодействий.

Современная теория взаимодействий была создана на основе квантовой физики, согласно которой действие сил осуществляется путем обмена частицами. Квантовая физика обеспечивает единое описание сил и вещества, поскольку все вещества также построены из частиц. Действительно, природу сил (взаимодействий) невозможно отделить от микроскопической структуры материи: одни частицы взаимодействуют с другими или сами с собой, обмениваясь некими третьими частицами.

Перейти к полному тексту статьи