Хван М.П. Неистовая Вселенная: От Большого взрыва до ускоренного расширения, от кварков до суперструн
Подождите немного. Документ загружается.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
91
91
и гносеологи чески й ход п остроен и я кварковой м одели и К Х Д (м ы ещ е будем
рассм атри вать), действи тельн о, усеян логи чески м и п арадоксам и и
гносеологи чески м и п ротиворечиям и: только разреш ая эти парадоксы и антин ом и и ,
м ы расчистим путь движ ен и я н аучн ого познани я и пролож им новую , н еи зведанную
дорогу для построени я истин н ой научной теории, в том чи сле и К Х Д .
П осле введени я осн овн ы х п он яти й К Х Д возникает н астоятельн ая необходи м ость
исследован и я (безусловн о, ф илософ ского) основн ы х п ринципов ф ундам ен та К Х Д : и х
несколько, но вы дели м и з этих осн овн ы х при н ц и п ов оди н главн ы й, без которого
нем ы сли м о построени е соврем ен н ы х ф и зи чески х теорий элем ен тарн ы х частиц . П ри
этом данн ы й главны й п ри н ц и п леж и т в основе н е только К Х Д , а и други х теори й .
Т аки м главн ы м , леж ащ им в основан и и ф ундам ен та К Х Д , является
кали бровочны й п ри н ц и п : К Х Д есть теори я связи м еж ду кваркам и в адрон е,
осн ован н ая на принципе калибровочной теори и перенорм и ровок (уточн ени е пон яти я
перенорм и ровок н и ж е).
Б лестящ и м разви тием идеологи и калибровочн ой теори и являлась квантовая
электроди н ам ика, п остроен н ая трем я вы даю щ им и ся ф и зи кам и -теоретикам и
соврем ен н ости Р . Ф ейн м ан ом , Д ж . Ш ви н гером и С . Т ом онагой: кван товая
электроди н ам ика — блестящ и й образец п еренорм и руем ой кван тово -п олевой
кали бровочной теори и , вы чи сляем ы е чи сленн ы е зн ачени я которой согласую тся с
эксперим ен тально и зм еряем ы м и вели чи н ам и , как отм ечает академ ик Л . Б . О кунь, до
девятого знака после зап ятой . К ван товая электродин ам ика (К Э Д ) — блестящ и й
эталон н е только построен и я всех кали бровочны х теорий , н о и образец
перенорм ируем ой теори и , устран и вш ей расходящ и еся бескон ечности .
И так, ф ун дам ен тальн ы м и требован и ям и кван тово -полевой калибровочной
теори и (а К Х Д им енн о такая теори я) являю тся:
1) п еренорм ируем ость как согласование м еж ду вы числяем ы м и и экспери м ен тально
изм еряем ы м и вели чи н ам и и отсутствие расходящ и хся бесконечн остей ;
2) безм ассовы е пром еж уточн ы е бозоны (глю оны ), которы е м ассы п олучаю т в
результате С Н С как в электрослабы х взаим одействи ях;
3) в осн ове всех кван товы х калибровочны х теорий леж ит груп п а си м м етрии (так, м ы
знаем , что класси ческая электродинам и ка М аксвелла построен а на груп п е
уни тарного преобразован и я — U
(1)
, а слабое взаи м одействие — н а спец и альн ой
групп е — SU
(2)
, а единая теори я электрослабы х взаи м одействий — н а груп п е
SU
(2)
U
(1)
: н и ж е м ы рассм отрим К Х Д как калибровочную теори ю , основан н ую на
групп е SU
(3)c
, где SU — специ альная групп а, а (3) — три п лет ц вет кварка и с —
цвет (по-англий ски colour).
Н и ж е м ы п ереходи м к непосредственн ом у анализу ф и лософ ской специ ф и ки
К Х Д — SU
(3)
. В ы ш е м ы рассм отрели общ ие требовани я п остроени я всякой
кали бровочной теори и : п еренорм и руем ость; отсутствие ан ом али й ; групп а си м м етри и
и т. д.
К ак м ы изучаем и зн аем о кварках как структурн ы х ком п он ентах адронны х
части ц , участвую щ их в сильн ы х взаи м одей стви ях?
Г лубоко н еуп ругое рассеяние лептон ов (е и ν) на п ротонах и нейтронах служ ит
источн и ком ин ф орм аци и о распределен и и кварков во внутрен н ей структуре п ротона
и н ейтрон а. С вязан н ость кварков внутри адрон а, их н ераздели м ость друг от друга
есть конф айнм ент. К он ф айн м ен т есть ф ундам ен тальн ое полож ен и е К Х Д об
отсутстви и свободн ы х кварков: кварков ещ е н и кто н е ви дел. К ак реш ается в
настоящ ее врем я эта п роблем а? К аково теорети ческое объясн ен и е странн ого и
весьм а загадочн ого яв-
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
92
92
лен и я — кон ф айн м ен та? В н астоящ ее врем я им еется в реш ен и и п роблем ы
кон ф ай н м ен та два подхода:
1. А сим птоти ческая свобода (м ы кратко уж е коснули сь этой п роблем ы );
2. В торой подход — деконф айн м ен т, т. е. превращ ение кон ф ай н м ен та в
деконф айн м ен т (это проблем а освобож ден и я раба-кварка и з рабства).
С н ачала об аси м птоти ческой свободе: в отли чие от всех други х взаи м одействи й
(С Л В , Э М В и Г В ) си ла притяж ени я катастроф ически растет с увели чени ем
расстояни я м еж ду кваркам и, с ум ен ьш ени ем расстояни я м еж ду ним и он и стано вятся
свободн ы м и . В связи с этим бы ла сф орм улирована в 60 -е гг. струнн ая м одель
кварков: кварки связан ы м еж ду собой струн ам и. С увеличен и ем расстояни я м еж ду
кваркам и катастроф ический рост эн ергии приводит к обры ву струны м еж ду
кваркам и и м ом ен тальн ом у возн и кновени ю н а конц ах обры ва струн ы кварка и
ан ти кварка, которы е удерж и ваю т кварки в связан н ом состояни и внутри адрон а:
кварки находятся в вечн ом рабстве.
В торой подход к рассм отрени ю кон ф айн м ен та состои т в том , чтобы
кон ф ай н м ен т п реврати ть в декон ф ай н м ент: это есть идеология освобож ден и я
кварков-рабов из рабства вечн ого. Д еконф ай н м ент связан с коллап сом , т. е. сж ати ем
вещ ества. Е сли вещ ество п утем коллап сирован и я, т. е. сж ати я, довести до
плотностей , значи тельн о п ревосходящ их плотн ость обы чн ой ядерной м атери и, то
кварки и глю оны освобож даю тся от состоян и я связан ности и п ревращ аю тся в кварк -
глю онн ую плазм у: в п лазм енн ом состоянии кварки и глю оны н аходятся и м огут
находи ться в свободном состоян и и .
П роблем а коллапса вещ ества (вообщ е м атерии ) и образовани я бескон ечн ой
плотности его и искривлен н ого пространства-врем ен и — н е чи сто ф и зи ческая, не
чисто м атем атическая или ж е косм ологическая, а преж де всего п роблем а
ф и лософ ского м ироп он и м ан и я: он а есть проблем а бы тия и н ебы ти я м атерии.
М ы долж н ы отказаться от традиц и он н ого подхода к н ей , служ ивш его н а
протяж ении всей м н оготы сячн ой и стори и ф илософ ии, п редм етом которой всегда
бы ло и есть бы тие, а небы ти е рассм атри валось вн е ф и лософ ии и н ауки: н ебы ти е
столь ж е важ ная ф и лософ ская категория, как и бы тие. С обственн о говоря, в
кон тексте и сти н н ой диалекти ки он и (т. е. н ебы ти е и бы ти е) суть еди н ы е
противоречивы е сторон ы разви тия м атери и . М ы в разви тии соврем ен н ой н ауки ,
преж де всего косм ологии и астроф и зики , ф и зи ки элем ен тарн ы х частиц и
м олекулярной биологии и т. д., наблю даем , к ак и з небы ти я станови тся бы ти е и сн ова
это орган и зован н ое структури рован н ое бы ти е расп адается, деф орм и руется и
рассеи вается его м атери я, чтобы снова из н ебы ти я возн и кло и роди лось бы ти е: суть
исти н н ой ди алектики, как уж е отм ечали и А ри стотель, и Г егель, не в бы ти и и не в
небы ти и , а в и х становлен и и .
К ак отм ечает М . К аку в своей книге «В веден и е в теори ю струн », в соврем ен ной
ф и зи ке элем ентарны х части ц возникла н астоятельная н еобходим ость отказаться от
одного и ли нескольки х постулатов, при н ц и п ов, почи таем ы х п редставлений о
природе, слож ивш ихся на п ротяж ени и всей ф и лософ и и и н ауки: речь и дет о
неп реры вн ости , п ри чи н н ости, локальности , ун и тарн ости и точечн ы х частиц ах,
идеологи я которы х (т. е. точечн ы х частиц) восходит к грекам 2500 лет том у назад.
И м енн о п оэтом у в 60-70-е гг. и н тенсивно разрабаты вали сь струн н ы е м одели кварков.
В оп рос, на котором следует остановиться, — это вопрос о ц ветн ом заряде в К Х Д :
а) цветн ы е кварки и ц ветн ы е глю он ы как пром еж уточны е бозоны (безм ассовы е),
осущ ествляю щ и е взаим одей ствия м еж ду к варкам и ;
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
93
93
б) сам о пространство, в котором осущ ествляю тся взаи м одействи я м еж ду кваркам и
путем обм ен а глю он ам и, — цветн ое п ростран ство: п оле, на котором
разы гры вается драм а м еж ду кваркам и через посредство глю онов, — ц ветное;
в) красн ы й кварк, п оглощ ая и изучая глю оны , превращ ается в зелен ы й кварк,
которы й такж е, поглощ ая и изучая глю он ы , п ревращ ается в си н и й кварк: кварки
как ц ветн ы е аром аты постоян н о и н епреры вн о изм ен яю т свои ц ветны е ли ки , н о
так как К Х Д калибровочная теори я, он а долж н а сохран ять цвето вой заряд. Закон
сохран ени я цветового заряда является абсолю тн ы м , как и закон сохранени я
электри ческого заряда: в п рироде два абсолю тн ы х закон а сохранен и я — ц ветового
заряда и электри ческого заряда.
С ледую щ ий вопрос — это проблем а адрон и зац и и : как прои сход и т рож дени е
адрон ов и з кварков? В настоящ ее врем я н е все ясн о в м ехани зм е адрон и зац и и ,
поэтом у м ы п росто обрисуем схем ы рож ден и я адрон ов (п и -м езон ы ) из кварков.
А дроны рож даю тся в коллайдерах со встречн ы м и пучкам и, когда происходят
лобовы е столкновения части ц и античасти ц (е
+
и е
-
): и з ан н и ги ляци и части ц и
ан ти части ц рож даю тся кварк и анти кварк, которы е дви ж утся в п рям о
противополож н ы х нап равлени ях ц ветового простран ства, т. е. кварк -глю онн ого
цветового п оля, где стяги ваю тся кварк и ан ти кварк, образуя адрон пи-м езон как
си стем у пары кварк-ан тикварк: цветовое пространство как кварк-глю онное ц ветовое
поле служ и т цветовы м ф он ом , которы й н е дает кварку и ан ти кварку, роди вш ем уся из
вы соких эн ерги й ан н и ги ляции части ц (е
-
) и ан ти части ц (е
+
), разлететься и стяги вает
их в структуру пи -м езона.
Р и с. 1.10. С хем а адр он и зац и и
В м ощ ны х соврем енны х коллай дерах со встречны м и п учкам и с п ом ощ ью
м агнитн ы х подуш ек электрон е
-
и п ози трон е
+
разгоняю тся до скоростей ,
приближ аю щ ихся к скорости света, и в определен н ы й м ом ен т и в оп ределен н ом
м есте в коллайдере происходи т их лобовое столкн овени е, и в результате
ан н и ги ляции происходит м ощ н ы й клубок конц ентраци и эн ергии (ф айлбол): и з этого
ф айлбола рож дается пара кварк— антикварк. К варк и анти кварк (q и q
-
), дви ж ущ и еся
по ц ветовом у п олю , как строи тельн ой п лощ адке, где м онтируется дом , рож даю т
адрон пи -м езон как си стем у кварка и ан тикварка.
Т ак условно м ож но п редставить адрони зац и ю и з кварков и анти кварков: адроны
рож даю тся из кварков и антикварков (бари он ы состоят и з трех кварков, а м езо н ы —
π, К — из п ары кварка и анти кварка).
И так:
1. Я дерн ая м атери я, строи тельны м и блокам и которой являю тся адроны как си льно -
взаи м одействую щ ие, создается кварковой м атери ей: ядерная м атери я является
производн ой от кварковой м атери и .
2. К варки и анти кварки рож даю тся из анн и гиляц и и части ц и ан тичасти ц .
С ледовательно, оп ять м ы види м , что главн ы м дей ствую щ им ли ц ом во всей этой
драм е являю тся эн ерги я, и следовательно, м асса:
Ε = т
0
с
2
.
3. С ильн ы е адрон н ы е взаим одействи я являю тся вторичн ы м и п о отн ош ен и ю к
цветны м кварк-глю он н ы м взаим одействи ям : ц ветн ы е взаим одействия н ам ного
превосходят по силе и и н тенсивн ости адрон н ы е взаим одействи я.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
94
94
4. С уть взаи м одействий м еж ду элем ен тарны м и части ц ам и заклю чается в сохран ени и
си м м етри и : вн е принципа си м м етри и н ем ы слим о построен и е кал и бровочной
теори и .
5. К Х Д — теори я, которая сум ела с пом ощ ью ш ести кварков (u, d, s, с, b, t) и трех
цветов оп и сать адрон н ы й м ир огром ней ш его коли чества части ц , достигаю щ его
более 300!
Н о ф и зики — народ беспокой н ы й , н а этом не хотят ставить точку. И х взоры , к ак
взоры ф и лософ ов-м ы сли телей, всегда устрем лен ы вдаль — вы соко-вы соко и
глубоко-глубоко: они ищ ут всегда связь вы сокого с глубоки м и, наоборот, глубокого
с вы соким .
С ам ое удивительное и п орази тельн ое в п ри роде кварковой м атери и заклю чается
в том , что она п ри н ц и п и ально по п ри роде отли чается от п ри роды сил
электром агн и тн ы х и грави тационны х взаи м одействий , ф ун дам ен тальн ы м и
всеобщ им универсальны м закон ом которы х является закон обратн ого квадрата
расстояни я: силы грави тац и он н ы х взаи м одей стви й , а такж е в общ ем си лы
электром агн и тн ы х взаи м одействий , по м ере увели чен и я расстояни я м еж ду
части ц ам и (т. е. телам и и объектам и), ум ен ьш аю тся, а при ум еньш ени и расстояни я
м еж ду ним и п рои сходи т резкое возрастани е си л гравитационного притяж ени я, а
такж е си л электром агни тн ого п ри тяж ени я (если разнои м енн ы е электрические
заряды ).
С ледовательно, си лы грави тационн ого п ри тяж ени я, дей ствую щ ие м еж ду
косм ически м и объектам и (звезды , п ланеты , галактики и т. д.), п ри увеличен и и
расстояни я м еж ду н и м и резко ум еньш аю тся, а п ри ум ен ьш ении расстоян и я — резко
возрастаю т. (П ока м ы оставляем в стороне вопрос о си ле гравитационн ого
отталкивания и об электром агни тном отталкивани и п ри одн оим енн ом заряде.)
А теперь после объединен и я электром агнитн ы х и слабы х си л в един ой
электрослабой м одели м ож но счи тать, что в п рироде сущ ествую т не четы ре
ф ун дам ен тальн ы е силы , а три :
1) электрослабая си ла;
2) сила грави таци он н ого взаи м одействи я;
3) сила ц ветн ы х кварк-глю онны х взаим одей ствий внутри протон а (вообщ е внутри
всех адрон ов).
Т ак, п ервы е два ти п а си л взаим одей стви й (электрослабая и грави таци он н ая)
подчиняю тся закону обратн ого квадрата расстояния, а третья си ла — си ла цветны х
м еж кварковы х взаи м одействий внутри протон а и н ейтрон а (вообщ е адрон ов) н е
подчиняется закон у обратн ого квадрата расстоян и я.
В этом состои т ф ундам ен тальн ая особен н ость (т. е. п ри н ц и п и альная сп ец и ф и ка)
си л ц ветн ы х взаим одей ствий, разы гры ваю щ ихся внутри адрон н ой м атерии:
кварковая м атери я не подчин яется закон у обратн ого квадрата расстояния, а адронная
м атерия — подчиняется.
П оэтом у ещ е раз следует в ф и лософ ском исследовани и си лы си льны х
взаи м одействий вн ести четкое разли чи е м еж ду таким и п он яти ям и , как адрон н ая
м атерия и кварковая м атери я.
П од адрон ной м атери ей м ы пони м аем :
1) адроны (бари оны и м езоны : п и -м езон ы и ка-м езон ы ) (как ядерн ы е си льно
взаи м одействую щ и е м еж ду собой части цы );
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
95
95
2) силы их взаим одейст вий как ядерн ы е силы м еж ду адронам и;
3) заряды , ген ери рую щ ие эти ядерн ы е силы .
А что м ы п оним аем под кварковой м атерией? В основном три такж е м ом ен та:
1) кварки и глю он ы ;
2) цветны е силы м еж кварковы х взаим одей стви й ;
3) цветной заряд, ген ери рую щ и й ц ветны е силы м еж кварковы х взаи м одей стви й .
А дронная м атери я и кварковая м атери я — это два соверш ен н о тесно связан н ы х
и вм есте с тем п роти вополож ны х уровн я строен и я ф и зической м атери и внутри
атом ов: эти два соверш енн о разли чн ы х м и ра м атери и сущ ествую т лиш ь вн утри
атом ов, и з которы х м ы , уваж аем ы й чи татель, состои м с вам и .
К ак м ы уж е п и сали в н аш ей работе, в и сследовани и кварковой м атерии и
построен и и ее теори и — квантовой хром одинам и ки — особое м есто зан и м аю т
откры ти я, связан н ы е с эф ф ектам и скей линга и конф айн м ен та и сделан н ы е
ам ерикан ским и ф и зикам и -теорети кам и : откры ти е в 60 -е гг. Х Х в. эф ф екта скей линга
связан о с им ен ам и зам ечательны х учен ы х П оли тц ера, Г росса и В и лчека, а откры ти е
кон ф ай н м ен та прин адлеж и т такж е трем ам ери кан ским ф изикам -теорети кам —
К овуту, В ильсону и Зуски н ду.
Ч тобы осознать и пон ять всю специ ф и чность п ри роды и сущ н ость кван товой
хром одинам и ки как локальн ой калибровочн ой теори и , необходим о ещ е раз верн уться
к кратком у рассм отрен и ю эф ф ектов скей линга и кон ф ай н м ен та, и бо и м енн о эти
эф ф екты являю тся специ ф и чески м и п роявлен и ям и сам ой глуби н н ой п ри роды и
сущ ности кварковой м атери и , ее силы взаи м одей стви й и ген ери рую щ его эту си лу
заряда: ц ветн ая сила м еж кваркового взаим одействия ген ерируется ц ветн ы м
кварковы м зарядом .
М ы такж е в н аш ей работе отм ети ли , что теорети ческая и н терпретаци я эф ф ектов
скей линга и конф айн м ента бы ла дана учен ы м и н а осн ове асим п тоти ческой свободы .
Э ф ф ект скей линга заклю чается в следую щ и х м ом ен тах: во -первы х, цветны е силы
м еж кварковы х взаи м одействи й на м алом расстояни и 1 ф ерм и (1 ф ерм и равняется
одной десятой доле одной м и лли ардн ой сантим етра) п ри больш ой эн ерги и н е
связан ы с ядерны м и си лам и м еж ду адронам и. П оэтом у кварки н а этом м алом
расстояни и п ри больш ой эн ергии находятся в свободном , незави си м ом друг от друга
состоянии.
И н ы м и словам и , кварки с больш ой эн ергией на м алом расстояни и 10
-16
см
теряю т ц ветн ы е силы и , следовательно, и счезает взаим одействи е м еж ду ни м и: кварки
становятся свободн ы м и. В этом состои т п ри н ц и п и альное отли чи е цветны х
м еж кварковы х си л как субъядерн ы х сил от ядерн ы х сил м еж ду адрон ам и : таково
ф ун дам ен тальн ое отли чи е кварковой м атерии от адронной м атери и . М ало того,
адрон н ая м атери я является структурн о и ген етически п родуктом кварковой м атерии .
Во-вторы х, кварки н а м алом расстоян и и при бом барди ровке электронам и (или
ней три н о) с больш ой эн ергией теряю т свой собствен н ы й цветовой заряд,
ген ерирую щ ий ц ветн ы е силы : кварки теряю т заряд и п оэтом у исчезаю т си лы и
цветное взаим одействие м еж ду кваркам и, а такж е и м еж ду глю он ам и.
Н о, спраш ивается, почем у кварки теряю т свой ц ветовой заряд?
И н тересн о отм етить лю боп ы тн ы й для ф и лософ ского раздум ья ф акт: прои сходи т
низверж ени е закона сохранен и я зарядов. Т ак, н и звергнуты со своего абсолю тн ого
пьедестала законы сохран ени я бари он н ого и лептон н ого чи сел. Д о сам ого последнего
врем ени счи талось, что абсолю тн ы м и закон ам и сохран ени я являю тся закон ы
сохран ени я электри ческого заряда и ц ветового заряда. Т еп ерь м ы ви ди м , что и
цветовой
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
96
96
заряд как абсолю тн ы й закон сохран ен и я в эф ф екте скейли н га п оверж ен . О стается
только один все ещ е закон абсолю тного сохран ени я — закон сохран ени я
электри ческого заряда. П роисходит круш ение когда-то счи тавш ихся н езы блем ы м и и
несокруш им ы м и и сти н : все и сти н ы отн осительн ы (как бы л прав Э рнест М ах).
Н ет абсолю тно н есокруш им ы х н ауч н ы х (да и ф и лософ ских) и сти н : в этом м ире
все отн осительн о и все п одверж ен о гибели .
А что остается абсолю тны м ? Т олько и только одна м атери я — эн ергия в
си н гулярности как точке бескон ечности: даж е простран ство -врем я в си н гулярн ости
как коллапсированн ой бесконечности исчезаю т, чтобы возроди ться при н овом
Б ольш ом взры ве си н гулярн ости: пространство -врем я реколлапсирует в ходе н ового
Б ольш ого взры ва.
В се сущ ее бы ти е зависит от м атери и -эн ергии. М ы долж ны ради кальны м
образом и зм ени ть свое ф илософ ское п редставлени е о м и ре, н аш ей В селен н ой , о
м и роздан и и в целом и вы работать н овую картин у м и ра, В селен н ой , м и роздан и я: м и р
и В селен н ая наш а во всем м ироздани и н е одно и то ж е. Ф илософ ский м и р как
целостное м и роздан и е — оди н , а вселен н ы х в н ем бескон ечн ое и бесчисленн ое
множ ество. О дн и вселенны е рож даю тся и з си н гулярн ости в результате н ового
Б ольш ого взры ва, а другие ги бн ут в коллапсе сингулярн ости. В ечной остается
м атерия-эн ергия в си н гулярности, а все остальн ое, в том числе и наш а В селенн ая в
целом , врем ен н о: врем я есть ф еном ен, которы й п ож и рает всех своих детей (Ф .
Н и ц ш е).
Ф илософ ское значени е и см ы сл скейли н га заклю чается в ни зверж ен и и
цветового заряда как абсолю тного закон а сохранени я со своего н есокруш и м ого
пьедестала: кварки теряю т свой заряд на м алом расстоян и и 10
-16
см при больш их
энерги ях и, следовательно, и счезает си ла м еж кварковы х взаим одей ствий.
Значит, скей ли н г н е п росто зави сит от больш ой эн ергии, а такж е от структуры
м алого пространства-врем ени: заряд ц ветовой является в ф и лософ ском ви дени и
проявлени ем ф и лософ ской три ады : м атери и -эн ергии и п ространства-врем ен и . Б ез
изм ен ени я наш его представлен и я о заряде как и зм енчи вой ф изической вели чи н е
нельзя п острои ть н е только теори ю Б ольш ого объедин ени я, н о и «теорию всего
сущ его» как теори ю объеди н ени я всех четы рех ф ун дам ентальн ы х взаим одей ствий н а
план ковском м асш табе уровня энерги и 10
19
Г эВ . П оэтом у н ас ин тересует в
ф и лософ ском значени и не сам п о себе скей ли н г, а в контексте п остроени я Б ольш ого
объеди н ени я и «теори и всего»: относи тельность ц ветового заряда в эф ф екте
скей линга — одн о из условий возм ож н ости построени я как Б ольш ого объединен и я,
так и «теори и всего» — все заряды всех ф ун дам ен тальны х взаи м одействи й долж н ы
сли ться в один какой -то ф ун дам ен тальны й , еди н ствен н ы й заряд.
Т олько в этом случае возм ож н о сли яние всех сил взаи м одей стви й в одну какую -
то ф ун дам ен тальную и единственную силу взаим одействий: один ф ундам ентальны й
заряд ген ери рует одн у ф ундам ен тальн ую си лу взаим одей ствия.
Т аки м образом , в ф изике части ц до п оследн его врем ени учен ы м и специ али стам и
счи талось, что в ней , после н и зверж ени я законов сохранени я барион н ого и
леп тон н ого чи сел, остаю тся незы блем ы м и абсолю тны м и законам и сохран ени я
закон ы сохран ени я электрического и цветового зарядов: ц вет (красн ы й , зелен ы й и
си н и й ) м ен яется, а заряд цветовой сохран яется абсол ю тно так ж е, как и
электри ческий заряд. И з эти х двух абсолю тн ы х законов сохран ени я остается
абсолю тн ы м только оди н — закон сохран ени я электри ческого заряда. Н ичто н е
вечн о под С олн ц ем : все отн осительн о и изм ен чи во.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
97
97
Т аков ф илософ ски й вы вод, вы текаю щ ий и з и сследовани я и анали за эф ф екта
скей линга, откры того трем я вы даю щ им и ся ам ери кан ским и ф и зикам и -теорети кам и
П олитц ером , Г россом и В илчеком .
А теперь очен ь кратко и эскизн о останови м ся н а ф илософ ском осм ы слени и и
поним ан и и второго эф ф екта — эф ф екта конф айн м ента как «вечн ого заточен и я»
кварков вн утри адрон ов: по м ере роста расстояния м еж ду взаим одействую щ и м и
кваркам и катастроф ически растет сила ц ветового п ритяж ени я м еж кваркового
взаи м одействия. П оскольку си ла цветового при тяж ени я катастроф и чески растет, по
мере роста расстоян и я м еж ду взаи м одействую щ и м и кваркам и , кварки не м огут
«покин уть» п ространственн ы й ради ус протона — 1 (Г
13
см (адрон а вообщ е): и м енн о
поэтом у кварки н е м огут бы ть свободн ы м и . О ни являю тся «вечны м и рабам и»,
находясь в «вечн ом рабстве» внутри п ротон а. К он ц епц и я «вечн ого рабства» кварков
находи т свое объяснени е в струнной м одели : п о м ере катастроф и ческого роста
расстояни я разры вается м еж кварковая струн а и н а м есте обры ва появляю тся кварк и
ан ти кварк и з ви ртуального вакуум а. Т ак цветная си ла удерж и вает кварки в «вечн ом
рабстве» вн утри адрон ов. В этом состои т ф ундам ен тальн ая особен н ость цветового
заряда и, следовательно, им ген ерируем ой ц ветовой субъядерн ой си лы .
Т аки м образом , конф айн м ен т — отсутствие свободны х кварков и их
неви ди м ость, а скей лин г — реальность свободн ы х кварков н а м алом расстоян и и п ри
больш ой (т. е. вы сокой) энерги и .
Значит, м ы види м , что и конф айн м ен т, и скейли н г зави сят от ф ун дам ен тальной
ф и лософ ской три ады : м атерии -энерги и и п ространства-врем ен и . В ся эта драм а с
кваркам и разы гры вается в и х экстерри тори и , в п ределах от ради уса п ротон а 10
-13
см
до 10
-16
см , где кварки чувствую т себя свободны м и в пределах 1 ф ерм и.
С тои т здесь отм етить три важ н ы х и сущ ественн ы х м ом ен та.
1. К ак м ы уж е п и сали в наш ей работе, в сам ую ранн ю ю эпоху В селен н ой , когда она
после Б ольш ого взры ва находи лась в м ладенческом состоянии , кварки, до
кон версии их протон ам и и н ейтрон ам и, бы ли свободн ы м и . Т ак, кварки н е всегда
бы ли «рабам и » и находи ли сь в «вечн ом рабстве» внутри адрон ов: они роди лись
свободн ы м и в п ервы е доли секун ды . А затем в п ервы е 100 секунд после Б ольш ого
взры ва происходи т конверси я — захват кварков протон ам и (ней трон ам и и
другим и адронам и).
2. П оэтом у учен ы е специ али сты п редп олагаю т, что возм ож ен деконф айн м ен т в
состоянии, когда вещ ество н аходи тся в п лазм е. П лазм а — это состояни е вещ ества,
когда в атом ах прои зош ел разры в м еж ду ядром -п ротон ом и электроном . П лазм а
как терм оядерн ы е реакции и терм оядерн ы й си н тез м ож ет стать и сточн и ком и
причин ой деконф ай н м ента. И тогда м ы увиди м раскреп ощ енны е, свободн ы е
кварки: раб, п о словам Г егеля, становится свободн ы м госп оди ном . Э то будет
осущ ествлени е м ечты С партака и спартаковц ев в Д ревн ем Р и м е.
3. К варки м огут стать свободн ы м и , ж ертвуя собой, как спартаковц ы , и п орож дая
другие частиц ы : он и ж ертвую т собой во им я всеобщ ей своб оды .
Р и с. 1.11
d-кварк превращ ается в u-кварк, и одноврем енн о происходи т эм и сси я W
-
,
которы й расп адается н а электрон е
-
и электронн ое анти н ей три н о
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
98
98
П роблем а кварков н а сегодняш н и й ден ь — сам ая ф ундам ен тальн ая,
представляю щ ая собой ф и лософ ско-м ировоззрен ческую проблем у: распад протон а,
чего требует теори я Б ольш ого объеди н ен и я — SU
(5)
, — это не чисто н аучн ая (т. е.
ф и зи ческая или косм ологи ческая), а ф илософ ско -м и ровоззренческая п роблем а.
П роблем а распада протона — это больш ая и ф ундам ен тальн ая ф и лософ ско-
м и ровоззрен ческая п роблем а стабильн ости м атери и , вообщ е наш ей В селенн ой ,
состоящ ей из вещ ества (75 % водорода и 25 % гели я): н аш а В селенн ая по своем у
строени ю является кри сталли ческой, а по своей структуре — расш иряю щ ейся,
эволю ц и он и рую щ ей.
К он ц еп ц и я кварковой м атери и противоречи т закон у Д ем окрита, согласно
котором у все слож н ое дели м о на части и сущ ествует п оследн яя м ельчайш ая части ц а
— атом как неделим ы й .
Во-первы х, протон , состоящ ий и з кварков как м ельчай ш их составны х частей,
пока остается эксп ери м ен тально недели м ы м на части : в эксперим ен тах с сам ы м и
вы соки м и (т. е. больш и м и) энерги ям и не удается расщ епи ть протон . О н пока,
несм отря н а теорети ческое п редсказан и е о распаде его, остается стабильн ы м .
Э ксперим ен т с ц елью распада п ротона очен ь слож ен и неим оверн о труден : в одн ой
тон н е вещ ества содерж ится 10
28
протон ов, из которы х распад одн ого п ротон а
происходи т в течен и е 10 лет. П ока м ы не им еем н и одного ф акта о распаде п ротона,
несм отря на то, что во м ногих лабораториях м и ра (в И нди и , Я понии, Е вроп е и С Ш А )
учены е спец и али сты десятилетиям и ставят эксп ери м ен ты с целью оп ы тного
обнаруж ени я распада протон а. П ротон уп орно «м олчит», а кварки все ещ е остаю тся
нам «н евиди м ы м и »: слож н ое н е распадается н а части .
В торая идея закона Д ем окрита заклю чается в том , что элем ентарное (как атом )
недели м о: атом н авсегда остается н еделим ы м атом ом . С ам ое уди ви тельн ое и
парадоксальное заклю чается в том , что кварки м огут п ревращ аться в другие части ц ы
— лептон ы и адроны (ри с. 1.12).
Р и с. 1.12
Э та схем а п оказы вает:
1) b-кварк (тяж елы й ) п ревращ ается в с-кварк (такж е тяж елы й);
2) одноврем енн о происходи т эм и сси я (и злучени е) W
-
-части ц ы ;
3) W
-
-частиц а в свою очередь распадается н а d-кварк и u-кварк И Л И ж е с-кварк и s-
кварк.
Р и с. 1.13
В се эти расп ады кварков, рассм атри ваем ы е н ам и , — расп ады , связанн ы е со
слабы м и взаи м одей стви ям и : в сильны х взаи м одействиях кварки м еняю т только ц вет,
а аром ат в сильны х взаи м одей ствиях остается неи зм енн ы м . А ром ат кварка
изм ен яется только в слабы х взаим одей ствиях.
А ром ат как ти п кварка изм ен яется в слабы х расп адах , а цвет кварка м еняется в
си льны х взаи м одействиях.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
99
99
С тр ук тур а — дв и ж ен и е
Н аш а В селен н ая как расш иряю щ аяся суп ерсистем а является п одли н н о
диалекти чески м еди н ством аси м м етри и и сим м етри и : сим м етри я В селен н ой
постоянно и сп он танно (т. е. сам опрои звольно) наруш ается, и наруш енн ая сим м етри я
восстанавливается на н овом уровне вы соких эн ергий . С и м м етри я всегда связан а с
уровнем более вы соких эн ерги й , а аси м м етри я — с более н и зки м уровн ем эн ергии.
Э волю ци я н аш ей В селен н ой (ее рож ден и е и з си н гулярн ости в результате
Б ольш ого взры ва, становлен и е ее как генераци я элем ентарны х частиц и ан тичасти ц
на и н ф ляци он н ой ее стадии , п ервичн ы й нуклеоси н тез и реком би н аци я атом но -
ядерной м атерии и образован и е крупн ом асш табн ой структуры В селенн ой ) — п о
сущ еству ф азовы й п ереход от более вы сокой сим м етрии к более ни зкой сим м етри и :
происходи т н епреры вн ы й п роц есс см ены сим м етри и асим м етри ей и спон танн ы м
наруш ением сим м етри и и восстановлен и я н аруш ен н ой си м м етри и м енее вы сокой
си м м етри ей. Т акова глубокая и ф ун дам ен тальн ая закон ом ерн ость эволю ц и и
В селенной. В сам ом общ ем см ы сле эта универсальн ая законом ерн ость является
проявлени ем ди н ам ики порядка и хаоса: развити е есть диалекти ка уп орядоченности
и хаоса. П орядок как структурн ая уп орядоченн ость п остоян н о и систем атически
хаоти зи руется. А без хаоса н евозм ож н о сам о упорядочиван и е структуры
неп реры вн ого ди н ам ического движ ени я и и зм енени я. П оэтом у хаос и п орядок — не
рядом стоящ и е и ли п араллельно сущ ествую щ ие ф и зи чески е проц ессы , а
взаи м оп роникаю щ и е и взаим оопределяю щ и е ф и зические реальности : в хаосе
сущ ествует порядок (странн ы е аттракторы Э . Л оренц а) и из хаоса возни кает
упорядочен н ая структура как ди н ам ическое движ ен и е ее ком п онен тов,
взаи м одействие их (наприм ер, в структуре атом а, ядра, адрон а и т. д.).
А том н ая структура (напри м ер, водорода) представляет собой н е статическое
состояние ядра и орбитального электрон а, а н епреры вное ди н ам ическое
электром агн и тн ое взаи м одействи е м еж ду электроном и ядром -протон ом в атом е
водорода. (Т акова ж е си туац и я во всех атом ах элем ентов: структура атом ов есть
неп реры вное дви ж ени е и взаи м одей стви е ее частей , ком п он ентов.)
С труктура ядра атом ов такж е представляет собой н епреры вн ое и на первы й
взгляд хаоти ческое дви ж ен и е и взаи м одействи е двух проти вополож ны х си л — си л
электром агн и тн ого отталки ван и я м еж ду полож ительн о заряж ен н ы м и протон ам и и
си л ядерн ы х взаи м одействий м еж ду протон ом и ней трон ом : стаби льн ость структуры
ядра атом ов обеспечи вается проти воборством этих двух си л электром агни тного
отталкивания и ядерн ого при тяж ения.
Я дерн ы е силы , связы ваю щ ие взаим одействие м еж ду протоном и нейтрон ом в
ядре атом а, п ревосходят в 10 м илли ардов раз электром агн и тны е си лы м еж ду ядром и
электрон ом в структуре атом а.
К варковая структура адрон ов н е есть стати ческая, а ди н ам ическая структура:
она характери зуется неи стовы м движ ен и ем цветны х взаим одей ствий м еж ду
кваркам и посредством переносчи ков-глю он ов: цветны е кварки, поглощ ая и излучая
глю оны , превращ аю тся в други е цветны е кварки (красн ы й кварк — в зелены й , а
зелен ы й — в син и й и т. д.). П оэтом у кварковая структура адронов как динам ическая
структура п редставляет собой н еп реры вн ое и безостановочн ое дви ж ени е ц ветн ы х
м еж кварковы х взаи м одействи й : она есть един ство хаоса и п орядка.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
100
100
П оэтом у структура как дви ж ени е и взаи м одей стви е частиц (в атом е, ядре и
адрон е) есть ди алекти ка постоянно й см ен ы порядка хаосом и , наоборот, хаоса —
порядком : уп орядочен н ая структура есть эта см ена п орядка и хаоса.
И м енн о п оэтом у эволю ц и ю В селенн ой м ы рассм атри ваем как неп реры вн ую
см ену хаоса порядком и порядка хаосом : в этом состои т сози дательн ая ф ункция
хаоса. С ози дательн ая и деструкти вная ф ункц и и хаоса представляю т собой двуликого
Я н уса: сози дани е является оборотн ой стороной деструкц и и , а деструкци я —
оборотной стороной упорядочивани я.
С и м м етри я как структура есть п орядок, а сп онтанн ое н аруш ение сим м етрии —
разруш ени е структуры сим м етри и как порядка и сози дани е хаоса, и з которого
ф орм и руется н овая си м м етри я, м ен ее вы сокая: результатом сп он тан н ого наруш ени я
си м м етри и Б ольш ого объедин ени я SU
(5)
является отщ еп лени е силы ц ветны х
м еж кварковы х взаи м одействий от си лы электрослабы х взаи м одействий, а
сп он танн ое наруш ен и е сим м етри и электрослабы х взаи м одействий п ри води т к
расщ еп лени ю электром агн и тны х и слабы х си л на два сам остоятельны х тип а
взаи м одействий .
П оэтом у рож ден и е и становлен и е м олодой В селенной п редставляет со бой
постоянны й п ереход от более вы сокой сим м етри и к м енее вы сокой сим м етри и : в
осн ове этого п ерехода леж ит ф ундам ен тальн ая законом ерность порядка и хаоса. П ри
этом суть этой закон ом ерн ости п орядка и хаоса заклю чается не в стати ческом
порядке или в полном госп одстве хаоса, а в и х ди н ам ическом един стве и
взаи м оопределяем ости и х (хаос н ельзя п олностью иден ти ф и ц и ровать с беспорядком :
беспорядок есть м ом ент хаоса, как и порядок).
Э то схем а упорядочивани я как структурообразую щ его проц есса:
Р и с. 1.14
1. Э тот треугольни к н е стати чески й , а ди н ам ический треугольни к,
показы ваю щ ий превращ ение хаоса в порядок, а порядка — в бесп орядок,
которы й в свою очередь превращ ается в хаос.
2. Х аос и бесп орядок н е тож дественн ы : в хаосе есть стран н ы й аттрактор как
тон кая уп орядоченн ая структура, и вм есте с тем он есть бесп орядок.
Т аки м образом , хаос есть двуликий Я н ус: с одной стороны , он есть порядок
как странн ы й аттрактор, а с другой стороны , он есть беспорядок как
неп реры вн ая хаоти зац и я.
3. П оэтом у структура не есть стати ческое строени е ее частей, а динам ическое
неп реры вн ое дви ж ени е эти х частей и и х взаи м одействи й : оп ределяю щ им
ф актом непреры вн ой хаотизац и и ком понен тов структуры и ее
упорядочиван и я является си ла взаи м одействи й части ц м еж ду собой. С и ла
взаи м одействия частиц м еж ду собой леж ит в осн ове структурной хаотизац и и
и упорядочи ван и я структурной орган и зован н ости: сам осохран ени е структуры
происходи т через ее сам одвиж ен и е как хаотизац и ю и упорядочиван и е ее.
Х аоти заци я представляет собой двой ствен н ы й и противоречивы й процесс: с
одной стороны , она как бесп орядочн ы й , ап ери оди чески й п роцесс —
деструкти вн ы й, дезорган и зую щ и й структурн ы е ком поненты , а с другой
сторон ы , он а как п роцесс упорядочиван и я есть кон структи вн ы й ,
инновац и он н ы й процесс. П оэтом у беспорядок и порядок есть сущ ественны е
м ом енты хаоти зац и и . И м ен н о поэтом у хаос леж и т в осн ове и п орядка,