озависимости, и не являются ничем сами по себе."
Современная физика старается объединить две свои основные теории, квантовую теорию и теорию относительности, в рамках единой всеобъемлющей теории субатомных частиц. До сих пор создать такую теорию не удавалось, однако наука уже располагает рядом частных теорий и моделей, вполне успешно описывающих определенные стороны субатомной реальности, В настоящее время в субатомной физике существуют две разновидности квантово-релятивистских теорий, которне успешно применяются в различных областях человеческой деятельности. Первая из них - это группа теорий квантового поля (см. главу 14), которые описывают электромагнитные и слабые взаимодействия, ко второй принадлежит теория, известная под названием теории S-матрицы (см. главу 17) и успешно описывающая сильные взаимодействия. Главная проблема, которая до сих пор остается нерешенной, - это задача объединения теории относительности и квантовой теории в рамках квантовой теории гравитации. Хотя шагом к решению этой проблемы, возможно, послужат существующие уже сейчас теории "супергравитации", до настоящего времени удовлетворительных вариантов ее решения на суд научной общественности предложено не было.
Теории квантового поля, подробно описанные в главе 14, исходят из концепции квантового поля - фундаментальной сущности, которая может существовать в протяженной, континуальной форме - в виде поля - и в непротяженной форме - в виде частиц. При этом различные типы частиц связаны с различными полями. Эти теории пришли на смену представлениям о частицах как о фундаментальных объектах и заменили его гораздо более тонкой и адекватной концепцией квантовых полей. Несмотря на это, они используют понятие фундаментальных сущностей и являются по этой причине полуклассическими теориями, которые не могут полностью раскрыть квантово-релятивистскую природу субатомной материи.
Квантовая электродинамика, первая из теорий квантового поля, обязана своим успехом тому обстоятельству, что электромагнитные взаимодействия очень слабы, и при них сохраняются классические различия между веществом и силами взаимодействия (в техническом отношении это означает, что константа электромагнитного сопряжения настолько мала, что при увеличении длительности возбужденного состояния степень приближения все же остается вполне приемлемой). То же самое можно сказать о теориях поля, описывающих слабые взаимодействия. По сути дела, в последнее время сходство между электромагнитными и слабыми взаимодействиями только усиливается благодаря появлению новой разновидности теорий квантового поля, получивших название гейдж-теорий, которые позволяют рассматривать оба типа взаимодействий на общих основаниях. В возникшей на их основе объединенной теории поля, получившей название теории Вайнберга-Салама в честь своих создателей, Стивена Вайнберга и Абдуса Салама, два типа взаимодействий сохраняют свою самостоятельность, но переплетаются в математическом отношении и получают общее наименование "электрослабых" взаимодействий.
Подход, характерный для гейдж-теорий, распространяется и на сильные взаимодействия благодаря возникновению теории поля под названием квантовой хромодниамики (КХД), и теперь многие физики пытаются добиться "великого объединения" квантовой хромодинамики с теорией Вайнберга-Салама. Тем не менее, использование гейдж-теорий для описания сильновзаимодействующих частиц порождает немало проблем. Взаимодействия между адронами настолько сильны, что различие между частицами и силами начинает утрачивать свою четкость. Поэтому КХД плохо подходит для описания процессов с участием сильновзаимодействующих частиц, за исключением некоторого количества совершенно специфических "явлений" - - так называемых "глубоких неэластичных" процессов рассеивания,-в ходе которых частицы, по каким-то неизвестным причинам, ведут себя почти так же, как и самостоятельяне объекты классической физики. Несмотря на самые напряженные усилия, физики не смогли распространить сферу применения КХД на явления вне этого узкого круга, и первоначальные надежды на то, что КХД выполнит роль теоретической основы для объяснения свойств сильновзаимодействующих частиц, до сих пор не оправдались.
КХД представляет собой современную математическую формулировку кварковой модели (см. главу 16): поля ассоциируются в ней с кварками, а слово "хромо" относится к цветам, присущим этим кварковым полям. Как и все гейдж-теории, КХД возникла позже квантовой электродинамики (КЭД). В то же время, как в КЭД электромагнитные взаимодействия рассматриваются в качестве процессов, опосредованных фотонными обменами между заряженными частицами, в КХД сильные взаимодействия опосредованы "глюонами", принимающими участие в аналогичных обменах между разноцветными кварками. Глюоны являются не собственно частицами, а одной из разновидностей квантов, которые "приклеивают" кварки друг к другу (английское слово "glue", от которого образовано название глюонов, имеет значение "клей", "приклеивать"), что ведет к возникновению мезонов и барионов.
На протяжении последнего десятилетия в результате открытия большого количества новых частиц в ходе экспериментов по рассеиванию с применением все более высоких энергии кварковая модель, как уже говорилось в главе 16, была существенным образом расширена и уточнена. Каждый из первоначально постулированных кварков, получивших обозначения соответственно u, d и s, должен был существовать в трех различных ароматах, а затем ученые постулировали существование и четвертого кварка, получившего аромат "charm". Впоследствии к модели добавилось еще два аромата (t и b, что обозначает "top" и "bottom", то есть соответственно, "вершина" и "дно", а более романтическое толкование дают варианты "true" и "beautiful", то есть "подлинный и "красивый"), вследствие чего общее количество кварков стало равным восемнадцати - шести ароматам, помноженным на три цвета. Неудивительно, что многим физикам такое многообразие фундаментальных "кирпичиков" мироздания пришлось не по душе, и они начали поговаривать о необходимости введения "более элементарных" частиц, из которых и должны состоять кварки...
Одновременно с построением моделей экспериментаторы продолжали заниматься поисками свободных кварков, но безуспешно, что и составляет основную проблему, стоящую перед кварковой моделью. В рамках теории КХД это получило название "кваркового сжатия".( Ученые выдвинули предположение о том, что по каким-то неизвестным причинам кварки постоянно пребывают в "сжатом" состоянии внутри адронов и не могут поэтому предстать перед нашим взглядом. Было разработано несколько моделей кваркового сжатия, однако все эти попытки характеризовались крайней степенью разобщенности, и до сих пор не привели к появлению более или менее последовательной теории.
Подведем итоги нашего рассмотрения кварковой модели. Для объяснения всех наблюдаемых в адронном аспекте структур необходимо, по крайней мере, восемнадцать кварков и восемь глюонов, ни один из которых не был обнаружен в свободном, несвязанном состоянии, а их существование в качестве физических составляющих адронов привело бы к появлению серьезных теоретических сложностей; для описания постоянного сжатия кварков выдвигалось несколько моделей, но ни одна из них не является подходящей динамической теорией, в то время как КХД, представляющая собой теоретический каркас кварковой модели, может использоваться только по отношению к очень узкому кругу явлений. Тем не менее, невзирая на все эти сложности, большинство физиков до сих пор сохраняет приверженность идее "строительных кирпичиков" материи, которая так глубоко укоренилась в западном научном сознании.
По всей видимости, наиболее впечатляющие события в физике частиц произошли совсем недавно, и выражаются они в возникновении теории S-матрицы и гипотезы бутстрапа (см. главы 17 и 18), которые не используют никаких фундаментальных сущностей, но стремятся истолковывать природу мироздания исключительно через ее самосогласованность. Я уже говорил, что считаю гипотезу бутстрапа высшей точкой развития современной научной мысли, и подчеркнул, что именно в этом своем проявлении современная физика ближе всего подходит к восточной философии - как в отношении общей картины мира, так и во взглядах на строение материи. В то же самое время философия бутстрапа представляет собой в высшей степени неординарный подход к физическим явлениям, вследствие чего сторонниками бутстрапа являются далеко не все физики. Большинство же физиков видят в бутстрапе некий элемент, который проявляет чужеродность по отношению к основному направлению развития их науки, и не принимают ее в расчет. Последнее верно и для теории S-матрицы. Не только любопытным, но и чрезвычайно важным представляется то обстоятельство, что несмотря на то, что основные понятия этой теории используются всеми специалистами по физике частиц при анализе результатов экспериментов по рассеиванию и сравнении результатов с положениями их теорий, до сих пор ни одному из тех выдающихся физиков, которые внесли свой вклад в развитие теории S матрицы в течение двух последних десятилетий, не была присуждена Нобелевская премия
Основная задача, стоящая перед теориями S матрицы и бутстрапа, заключалась в том, чтобы объяснить кварковую структуру субатомных частиц. Хотя наше теперешнее понимание субатомного мира исключает возможность существования кварков в виде физических частиц, нет никакого сомнения в том, что адроны обладают Марковыми (кварковыми???) симметриями, которые должна объяснять любая теория, претендующая на роль успешной теории сильных взаимодействий. До сих пор бутстрап-направлению не удалось объяснить эти поразительные закономерности, но за последние шесть лет в рамках теории S-матрицы появилось совершенно новое направление, вследствие чего возникла теория бутстрапа, которая в своем описании частиц позволяет объяснить кварковые закономерности адронов, не постулируя существования физических кварков. Более того, новая теория бутстрапа освещает несколько таких вопросов, которые до этого не затрагивались вовсе.
Для осознания сущности нового направления необходимо установить значение кварковой структуры в контексте теории S-матрицы. Если в кварковой модели частицы выглядят, по сути дела, почти так же, как бильярдные шары, содержащие внутри себя бильярдные шары меньшего размера, теория S-матрицы, использующая холистический и в высшей степени динамический подход, рассматривает частицы в качестве энергетических структур, возникающих в ходе продолжающегося вселенского процесса и являющихся своего рода корреляциями или взаимосвязями между различными участками неразрывной космической сети. В таком контексте термин "квантовая структура" используется по отношению к тем случаям, в которых перемещения энергии и поток информации в этой сети происходят вдоль некоторых четко определенных линий, что порождает двоичность, связанную с адронами, и троичность, связанную с барионами. Это обстоятельство представляет собой динамический эквивалент заявления о том, что адроны состоят из кварков. В теории S-матрицы нет никаких самостоятельных фундаментальных сущностей и "строительных кирпичиков"; здесь мы имеем дело только с потоками энергии, обнаруживающими ряд четко определенных закономерностей.
Таким образом, вопрос заключается в следующем: как возникают конкретные кварковые закономерности? Ключевой момент в новой теории бутстрапа - понятие порядка как нового важного аспекта физики частиц. В этом контексте понятие порядка эквивалентно понятию порядка, использующемуся по отношению к взаимосвязанности субатомных процессов. Существует несколько способов, при помощи которых могут соотноситься друг с другом реакции частиц, а значит, мы можем назвать несколько различных категорий порядка. Для их классификации используется язык технологии, хорошо известный всем математикам, но не применявшийся до сих пор в физике частиц. Если объединить такое понимание порядка с математическим каркасом теории S-матрицы, то остается лишь несколько категорий упорядоченных соотношений, которые могут совмещаться с х...
Продолжение на следующей странцие...
