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.
181
181
но устранени е всех бесконечны х расходи м остей: теори я суперструн является
м акси м ально расш ирен н ой и обш и рной групп ой кали бровочн ы х п реобразован и й .
В се группы си м м етри и калибровочны х преобразован и й , на которы х построены
все кван товы е кали бровочны е теори и поля, узки и н едостаточно обш и рн ы , поэтом у в
рам ках эти х узки х груп п калибровочны х п реобразован и й нельзя бы ло устрани ть
расходи м ости : одной из главны х ц елей п остроени я суп ерструнн ой кали бровочн ой
теори и является реш ени е п роблем ы п ерен орм ировки. А без реш ен и я проблем ы
перенорм ировки , т. е. устранени я бескон ечностей (расходим остей), н евозм ож н о
объеди н ени е гравитации с остальны м и ти п ам и си л ф ун дам ен тальн ы х
взаи м одействий — С Л В , Э М В и С Ц В (сильны е цветны е взаи м одей стви я).
Е стественно, здесь встает вопрос: а как возм ож н о это сделать?
В чем ж е состои т осн овная идеологи я струнн ой м одели? О н а заклю чается в
порож ден и и струн ой точечн ой части ц ы : точечны е частиц ы есть струнны е
порож ден и я.
И так, как при и сследован и и косм и ческого объекта черн ой ды ры , так и
м и кром и ра в планковском м асш табе, ди ктуется настоятельн ая н еобходи м ость
объеди н ени я кван товой теории поля и О Т О на новой , един ой идейн о -теоретической
осн ове: этот си н тез не м ож ет бы ть м ехани чески м . К анди датом н а роль един ой
идей н о-теорети ческой осн овы объединен и я квантовой теори и п оля и гравитации
вы ступила и вы ступ ает суперструнная теори я, которая ни в коей м ере не отвергает
начи сто свои х п редш ественниц (стандартная м одель ф и зи ки элем ен тарны х части ц ,
теори я В ели кого объединени я, суп ерсим м етри я и суп ергравитация, суп ертеори я
Я н га— М иллса, теория К алуцы — Клей н а и т. д.), а наоборот, суперструн н ая теори я
вклю чает и х в себя в качестве подм нож еств: все квантовы е и кали бровочны е теори и
части ц и си л вы ступаю т п одгруп п ам и м аксим ально расш и ренной и обш ирной
суп ергруп п ы суп ерструнн ой теори и . П очем у? П отом у что супер сим м етри я
суп ерструнн ой групп ы теори и долж н а так и ли ин аче н аруш аться, чтобы себя
оправдать в ф ен ом ен ологии элем ентарны х части ц п ри низки х эн ергиях соврем ен н ы х
эксперим ен тальны х ускори телей: вопрос о дин ам ической редукц и и суп ерструнн ой
теори и к ф ен ом ен ологи и части ц и си л очень слож ен и труден .
§4. Ф и л ософ и я суп ер стр ун н ой теор и и
М ы уж е отм етили , что струнн ая м одель разрабаты валась уж е в 60 -е г. Х Х в. для
объясн ени я адронной ф и зики , т. е. проблем ы кон ф айн м ента и аси м п тотической
свободы . О днако в связи с огром ны м усп ехом в развити и стандартной м одели ф изики
элем ентарн ы х части ц разработка струн н ы х м оделей бы ла п ри остановлена: они бы ли
почти забы ты .
В озрож ден и е и н тереса к струн н ы м м оделям прои зош ло в 1984 г., когда Г ри н и
Ш варц сф орм ули ровали суперструн н ую теори ю в 10 и зм ерениях с пом ощ ью груп п
внутрен н ей сим м етри и SO
(32)
и Е
8
Е
8
: эти груп п ы вн утренн ей сим м етри и
представляю т собой м аксим ально-расш ирен н ы е и исклю чительно-обш ирн ы е груп п ы ,
которы е вклю чаю т в себя все н ам и рассм отренн ы е группы (SU(5), SO
(10)
и други е) в
качестве п одгрупп. А М . К аку в своей книге «В ведение в теори ю суперструн» даж е
отм ечает, что суп ерструн н ая группа калибровочн ы х п реобразован и й является
еди н ствен н овсеохваты ваю щ ей группой, вклю чаю щ ей всю «ни зкоэн ергетическую
ф и зи ку» (т. с. ниж е эн ергии 10
15
Г эВ ) в качестве подм н ож ества.
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.
182
182
В сам ом деле, как м ы уж е отм ечали , стан дартная м одель ф и зики элем ен тарны х
части ц SU
(5)
справедлива при энерги ях 10
15
Г эВ , а суперструн н ая теори я — даж е при
энерги ях 10
19
Г эВ , т. е. в план ковском м асш табе m
р1
= 10
19
Г эВ , содерж ит
расходи м ости (бескон ечн ости ). С ущ ествовани е и х даж е п ри план ковском м асш табе
m
pl
=10
19
Г эВ показы вает настоятельную необходи м ость связи гравитаци и с
остальн ы м и силам и взаим одей стви й — Э М В , С Л В и С Ц В : при п ланковском
м асш табе т
рl
= 10
19
Г эВ и за его п ределам и н аступает объективная н еобходи м ость
внутрен н ей и орган и ческой связи всех четы рех типов ф ундам ен тальн ы х
взаи м одействий — Э М В , С Л В , С Ц В и Г В .
О дн ако чтобы суп ерструн н ая теория бы ла калибровочной, т. е. ли ш ен н ой
расходи м остей, когерен тн ой , т. е. вн утрен н е сам осогласован н ой , и проверяем ой, т. е.
вери ф и ц и руем ой , н а уровне ф ен ом енлоги и элем ентарны х части ц , необходим п реж де
всего отказ от одного из п очитаем ы х представлен и й о при роде В селен н ой , т. е. отказ
от идеали зирован н ы х точечн ы х частиц , служ и вш их ф и лософ ским основан и ем
разви ти я естествозн ан и я вообщ е и м иропон и м ан и я. Т олько отказ от и деологи и
точечн ы х частиц даст возм ож ность п остроен и я суп ерструнн ой теории (как
кали бровочной, когерентной и вери ф ицируем ой н а уровн е ф еном енологии
элем ентарн ы х частиц ). В опрос вери ф икаци и суп ерструнн ой теори и на уровне
ф еном ен ологи элем ентарн ы х части ц , как отм ечаю т М . К аку и авторы кни ги
«А строф изика элем ен тарны х частиц » Г . В . К лай дер-К лай н гротхаус и К . Ц ю бер, —
сам ы й слож ны й и трудн ы й : п ока ж е не найдены сп особ и м ехани зм ы ди н ам ической
редукц и и суп ерструнн ы х м оделей к ф ен ом енологии элем ен тарн ы х части ц . И
ф и лософ ски, и н аучн о-теоретически п ри ем лем а та теория, которая п роверяем а п утем
динам ической редукции н аруш ен и я си м м етри и н а уровн е ф еном ен ологии
элем ентарн ы х части ц , ибо элем ен тарн ы е частицы в суперструнны х м оделях
рассм атри ваю тся как кван тово -п олевы е возбуж ден и я струн : струн а возбуж дается,
она вращ ается и ви брирует, порож дая эм пирически и эксп ери м ен тальн о
наблю даем ы е части ц ы . Т очечны е части ц ы — возбуж ден и я струн ы , т. е. кван тово-
полевы е ф луктуац и и .
С уперструн н ая теори я дает нам еди н ое ви дени е и опи сан и е при роды : он а есть
теори я един ого объясн ени я и п он и м ани я м н огокрасочн ого и м ногосп ектрального
м и ра ф ен ом енологи и элем ен тарн ы х части ц . В суп ерсим м етри чн ой теори и отны н е не
кварки и леп тон ы и даж е не п реон ы рассм атри ваю тся как ф ун дам ен тальны е, а
суп ерструна, ли ш енная точечн ости элем ен тарн ы х части ц и и х локальности :
суп ерструна как ф ун дам ентальная ф и зи ческая реальн ость н а уровне за п ределам и
план ковского м асш таба т
рl
= 10
19
Г эВ лиш ен а как точечн ости , так и локальн ости.
«Г рубо говоря, — пиш ет М . К аку в своей книге «В веден и е в теори ю
суп ерструн», — теори я суп ерструн объеди н яет разли чны е силы и части ц ы тем ж е
сп особом , которы м скрип и чн ая струн а дает един ое оп и сание м узы кальны х тон о в.
С ам и п о себе ноты ля, си, до и др. н е являю тся ф ундам ен тальн ы м и , однако,
скрип и чн ая струн а ф ундам ен тальн а; один ф и зический объект, м ож ет объясн и ть
м н ож ество м узы кальны х нот и даж е гарм он и й , которы е м ож н о из ни х построи ть.
В есьм а сходн ы м образом суп ерструны даю т еди н ое оп и сание элем ентарны х частиц и
си л. Ф актически м узы ка, создаваем ая суп ерструной , — это силы и части ц ы ,
сущ ествую щ ие в м и ре...» (с. 27).
И так, суп ерструн а есть такая ф ун дам ен тальная реальность, которая порож дает
м и р всех элем ентарны х части ц : н е части ц ы и си лы их взаи м одействий отны н е
ф ун дам ен тальн ы , а суп ерструна, порож ден и ям и которой являю тся части ц ы и силы ,
сущ ествую щ ие в п ри роде на уровне ф ен ом енологи и н и ж е план ковского м асш таба
м ассы т
рl
= 10
19
Г эВ . Е щ е раз м ы хотим п одчеркн уть ту м ы сль М . К аку, что
суп ерструна,
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.
183
183
как и м узы кальная струна создает м узы ку ц елостную из м узы кальны х тонов, создает
и твори т части ц ы и силы их взаим одействи й : суперструна порож дает и части ц ы , и
си лы . Ч то это озн ачает в ф и лософ ском ракурсе? Э то озн ачает, во -первы х,
элем ентарн ы е части ц ы , в том числе и кварки и леп тон ы , которы е нам и н а
сегодняш ни й день рассм атри ваю тся как ф ундам ен тальн ы е, н е являю тся ни
элем ентарн ы м и , н и ф ун дам ен тальн ы м и: он и суть порож ден и я суп ерструны как
ф ун дам ен тальн ой ф и зи ческой реальности ; во -вторы х, си лы такж е являю тся
порож ден и ям и суп ерструн ы : суп ерструна как еди н ая суперсила п орож дает и
расщ еп ляет эту единую суп ерси лу н а четы ре тип а взаи м одей стви й — Э М В , С Л В ,
С Ц В и Г В . В -третьи х, если так, то и с этой точки зрен и я диктуется настоятельная
необходим ость в суперструн н ой теории объедин ени я всех четы рех ти п ов
взаи м одействий : точн ее, объеди н ения грави таци и с остальны м и трем я типам и
взаи м одействий , поскольку в стандартн ой м одели ф и зи ки элем ен тарн ы х частиц SU
(5)
уж е дости гнуто объеди н ени е трех си л — электрослабы х и си льны х цветны х
взаи м одействий .
Т аки м образом , суп ерструна, как и м узы кальная струна, ф ундам ен тальн ая
ф и зи ческая реальность, леж ащ ая как субстац и он альная реальн ость в основе м и ра
ф еном ен ологии элем ентарны х части ц и сил, создает и творит м н о гокрасочн ы й и
м н огогран н ы й м ир красоты и прекрасного, вели чественн ого единства и
соверш енства, которы е проявляю тся в принципах си м м етри и и законах сохран ени я
природы : суперструна есть н ечто одно, еди н ое (Д ао), а части ц ы и силы несут
м н ож ественн ость.
Р ассм отрим в ф и лософ ском и сследовани и группу вн утренн ей сим м етри и Е
8
E
8
.
С разу ж е отм ети м , что она, составляю щ ая суперсим м етри чн ую группу си м м етри и ,
м акси м ально-расш ирен н ая и и склю чительн о обш ирн ая групп а, когда-ли бо знаком ая
нам : суперсим м етри чн ая группа — E
8
E
8
кали бровочная и свободн ая от ан ом али й
кон ечн ая и сим м етри чн ая группа.
О дн ако эта групп а си м м етри и суп ерструн си м м етри чн а не в обы чн ы х
простран ствах, а в п ространствах вы сш их разм ерн остей: теори я простран ств вы сш и х
разм ерн остей разработана в 20 гг. Х Х в. двум я учен ы м и — К алуц ей и К лей н ом .
П оэтом у эта теори я простран ств вы сш и х разм ерн остей н азы вается теори ей К алуцы —
К лей н а: в н ей трактуется истолкован и е си л как п ространств вы сш их разм ерн остей
для объединен и я электром агн ети зм а и гравитации на чи сто геом етрической осн ове.
Д ля ф и лософ ского и сследован и я теори и К алуцы — К лей н а важ н о то обстоятельство,
что ф акти чески она разрабаты валась К алуцей и К лей н ом для реализаци и
Э йнш тей н овской програм м ы — м ечты об объеди н ени и электром агнетизм а и
грави тации на чисто геом етри ческой основе. Ч то это означает?
П реж де всего м ы отм ети м , что суп ерструн н ая теория вклю чает в себя теори ю
простран ств вы сш и х разм ерностей К алуцы — К лей н а как свое подм нож ество: теори я
К алуцы — К лей н а есть подгрупп а суперструнной груп п ы си м м етри и — E
8
E
8
.
К ак м ы уж е отм ечали , суп ерструн н ая теори я вклю чает в себя такж е в качестве
подгрупп стан дартную м одель ф и зи ки элем ен тарн ы х части ц как теори ю объедин ени я
трех взаи м одей ствий — электрослабы х и сильны х взаи м одействий (С Ц В );
суп ерсим м етрию , доп ускаю щ ую всем элем ен тарны м частиц ам суперп артнеров,
м еж ду которы м и сущ ествует п олн ая суп ерсим м етрия, и суп ергравитац и ю как
локальную кван товую теори ю гравитац и и как взаи м одействие м еж ду грави тон ам и.
И так, суп ерструн н ая теори я, основанн ая н а м аксим альн о -расш иренн ой и
исклю чи тельно обш ирной группе вн утренн ей сим м етри и — E
8
E
8
, — воп лощ ает в
себе в качестве п одм нож еств:
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.
184
184
1) теори ю пространств вы сш их разм ерн остей К алуцы — К лей н а;
2) стандартн ую м одель ф и зики элем ен тарн ы х частиц — SU
(5)
;
3) суперсим м етри ю и супергравитацию .
• Во-первы х, все эти теори и м ы вслед за авторам и кни ги «А строф и зика
элем ентарн ы х части ц » Г . В . К лай дер-К лай н гротхаусом и К . Ц ю бером н азовем
«ни зкоэн ергети ческой ф изикой» ниж е эн ергии 10
1
Г эВ ;
• во-вторы х, все эти теори и являю тся локальны м и кван товы м и теори ям и ,
оперирую щ им и точечн ы м и части ц ам и;
• в-третьи х, все локальны е квантовы е теори и п оля, оп ери рую щ и е точечн ы м и
части ц ам и, на энерги ях вы ш е план ковского м асш таба м ассы m
pl
= 10
19
Г эВ ,
содерж ат расходи м ости (бескон ечн ости ). Значит, вся «н и зкоэн ергетическая
ф и зи ка» остается кали бровочно-сп раведливой теори ей н а эн ергиях н и ж е 10
15
Г эВ ;
• в-четверты х, суперструн н ая теория «перепры ги вает» «пусты н ю » от энерги и
10
15
Г эВ до энерги и 10
19
Г эВ , где п олны м -полно, ки ш м я ки ш ат неведом ы е н ам
части ц ы , поля и си лы , вклю чая сверхси льны е взаим одействия;
• в-пяты х, в суперструнной теори и ф ундам ен тальн ы м и являю тся не кварки и
леп тон ы , а ф ун дам ен тальн ой является суп ерструн а, производящ ая, как
м узы кальная струна, весь спектр ф ен ом ен ологии элем ен тарны х частиц и си л и х
взаи м одействий : одна суп ерструна ф ундам ен тал ьна как источник генераци и
м н огокрасочного и м н огогран н ого м и ра ф ен ом ен ологии элем ен тарны х части ц , си л
и полей их взаи м одей ствий .
Г руп п а вн утрен н ей сим м етри и суп ерструн н ой теори и Е
8
Е
8
в целом отраж ает:
1. E
8
отраж ает всю «н и зкоэн ергети ческую ф изику», т. е. все три ти па
взаи м одействий — электрослабы х и си льны х цветн ы х взаи м одействи й ,
заф иксированн ы е и п редставленн ы е в стандартной м одели ф и зики элем ен тарн ы х
части ц . К ром е того, суп ерструн н ая теори я воп лощ ает в себе суп ерсим м етри ю как
теори ю (экспери м ентальн о не п одтверж ден н ую ) полн ой си м м етри и м еж ду
элем ентарн ы м и части ц ам и и их суп ерсим м етричны м и суп ерп артнерам и, если
таковы е вообщ е сущ ествую т в природе.
2. А второе Е
8
проявляет себя в грави тационн ом взаи м одей ствии : с одной сторон ы ,
Е
8
как групп а сим м етрии суп ерстр унной теории отраж ает гравитацию как
взаи м одействие не м еж ду гравитон ам и, а как взаим одействие м еж ду зам кнуты м и
струн ам и, а с другой — устанавли вает связь суперструн н ой гравитации с
остальн ы м и трем я тип ам и си л взаи м одействий — электрослабы х и сильны х
цветны х взаим одействия. К аким образом ? Здесь м ы види м явное проти воречи е: с
одной стороны , Е
8
как груп п а суп ерструнн ой теории отраж ает не квантовую
теори ю грави таци и как взаим одействие м еж ду грави тон ам и как точечны м и
части ц ам и, а суп ерструнн ую гравитацию как взаим одей ствие м еж ду зам кн уты м и
струн ам и. А с другой сторон ы , три си лы взаи м одей стви й — электрослабы е и
си льны е ц ветны е си лы , объединен н ы е в стан дартной м одели ф и зи ки
элем ентарн ы х части ц , п редставляю т собой н е суперструнны е си лы , а локальн ы е
квантовы е кали бр овочны е си лы , связанн ы е со взаи м одействиям и точечн ы х частиц
(кварки и лептон ы ). К ак разреш и ть эту анти н ом и ю м еж ду суп ерструнн ой
грави тацией как взаи м одей ствием м еж ду зам кн уты м и струнам и и си лам и
точечн ы х взаи м 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.
185
185
дей ствий м еж ду точечн ы м и части ц ам и ? Э та ан тин ом ия м ож ет бы ть разреш ена с
пом ощ ью теори и К алуц ы — К лейн а: си лы долж н ы бы ть и н терп рети рованы как
простран ства вы сш их разм ерн остей, а сам и простран ства вы сш их разм ерн остей
редуц и рован ы к суп ергеом етри и .
И так, чтобы в суп ерструнн ой теории объеди н и ть в се четы ре силы
взаи м одействий — электрослабы е, си льны е цветн ы е и грави тационны е, —
необходим а супергеом етри зац и я п ространств вы сш их разм ерн остей, и тогда
возм ож но и осущ ествлени е объединен и я всех четы рех си л в суп ерсилу на эн ерги ях
план ковского м асш таба m
pl
= 10
19
Г эВ . П оэтом у м ы вы ш е п и сали , что суп ерструн н ая
теори я является калибровочн ой и свободной от ан ом али й , кон ечной во всех п орядках
возм ущ ени я и си м м етри чн ой : суп ерструнн ая теория сим м етри чн а н е в обы чн ы х
простран ствах, а в п ространствах вы сш и х разм ерностей. П оэтом у, чтобы получи ть
ф еном ен ологию обы чны х элем ентарн ы х частиц и си л взаи м одействи й , н еобходим о
наруш ение суп ерструнн ой груп п ы си м м етри и: в результате н аруш ен и я
суп ерструнн ой си м м етри и :
1. С упергеом етри я тран сф орм ируется в обы чн ы е геом етри и .
2. П ространства вы сш и х разм ерностей в 10 изм ерени ях трансф орм ирую тся в
обы чн ы е 4-м ерн ы е п ространство-врем я наш его м ира и в ком п акти ф ирован н ы е, т.
е. сверн уты е, скрученн ы е и ненаблю даем ы е: важ н о, чтобы сум м а
ком п акти ф и рован н ы х и н еком п акти ф ирован н ы х и зм ерени й всегда составляла 10
изм ерени й .
3. С уперструн н ая суп ерси ла как един ы й м оноли т раскололась н а 4 силы обы чн ы х
взаи м одействий : суп ерсила суп ерструнн ой ф и зической эн ергии расщ еп ляется на
обы чн ы е четы ре си лы взаи м одействи й — С Л В , Э М В С Ц В и Г В .
И так, суп ерструн н ая си м м етри я н аблю дается только на эн ергиях вы ш е
план ковского м асш таба м ассы m
pl
= 10
19
Г эВ , а ее н аруш ен и е п риводит к
«ни зкоэн ергети ческой ф и зи ке», где н а эн ергиях ниж е 10
15
Г эВ ц арство обы чн ой
ф еном ен ологии точечн ы х части ц , п олей и сил и х взаи м одействи й — С Л В , Э М В ,
С Ц В и Г В .
И так, суп ерструн н ая ф и лософ ия есть отказ от точечн ой ф и лософ ии только н а
ф ун дам ен тальн ом уровн е м атерии .
П он ятие «ф ун дам ен тальн ое». М ы не будем входить в и стори ю ф и лософ и и и
ф и зи ки. О тм ети м ли ш ь, что в истори и разви ти я человеческой м ы сли оно сы грало и
играет важ н ую роль: с одн ой сторон ы , оно всегда служ и ло и служ и т оп орн ы м и
узловы м п унктом , в котором в концен три рованн ом виде ф и ксировался итог
дости ж ен и я человеческого позн ани я и м ы ш лени я, а с другой стороны , он о п остоянно
изм ен ялось и зам енялось н овы м п он яти ем «ф ун дам ен тальное»: поняти е
«ф ундам ен тальн ое» — это отн оси тельн ое п он яти е.
Н е вдаваясь в глубокую и стори ю этого п он яти я, отм ети м ли ш ь, что в области ф изики
соврем ен н ой прои сходи т п остоян н ая см ена понятия «ф ун дам ен тальн ое»: несколько
десятилетий (20-30 лет) том у назад за «ф ун дам ен тальн ы е» п ри н и м али адроны как
си льновзаим одействую щ ие части ц ы , в частн ости протон — ρ и ней трон — п . Я
всп ом ин аю слова вели кого ф изика соврем енн ости Р ичарда Ф ей н м ан а (лауреата
Н обелевской прем и и ): дайте м не п ротон и ан ти п ротон — , и я вам п острою все
м и роздан и е. А уж е через буквально несколько лет сам Ф ейнм ан вы дви н ул
«партон н ую м одель» адрон ов и тем сам ы м сам отверг и дею ф ундам ентальности
протон а и анти п ротон а. О бщ еизвестн а м одель С аката, в которой за
«ф ундам ен тальн ы е» частиц ы
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.
186
186
признавались три элем ен тарн ы е части ц ы — ρ, η и Л для объясн ен и я адрон н ого м ира
как м и ра си льновзаи м одействую щ их частиц .
И деологи я «ф ундам ен тальн ости» в н аучн ом п озн ан и и , как и ф и лософ ском
разм ы ш лени и , не только н еобходи м а и обязательна для объясн ен и я и поним ан и я
ф еном ен ологии м ира элем ен тарны х явлени й и вещ ей: она н еобходи м а для
построен и я ф илософ ской карти н ы и научн ого ви дени я этой картины .
А разве кварки как ф ун дам ен тальны е частиц ы для н ас и м ею т только научн о -
теорети ческое значение для объ ясн ени я адрон н ой ф и зики ? К Х Д есть блестящ ая
локальная кали бровочная кван товая теория поля, которая си стем атизировала и дала
теорети ческое объясн ени е м н огообразн ого м ира спектра адрон н ы х части ц . Н о это
только ли ш ь н аучн ая сторон а дела. А в чем состои т ф илософ ский см ы сл К Х Д как
теори и кварковой м атери и , точн ее, в чем ф илософ ский см ы сл кварковой м атерии как
ф ун дам ен тальн ой? М ож н о с м ои м утверж ден и ем согласи ться и м ож но н е
согласиться, но то, что без идеологи и ф ун дам ен тальн ости кварковой м атерии н ельзя
осущ ествить объедин ени е трех си л взаи м одей стви й , неосп орим о и бессп орно: идея
ф ун дам ен тальн ости кварковой (кварки) м атери и п ослуж и ла для си м м етри зац и и
леп тон ов (е и ν) и кварков. В едь в ф и лософ ском отн ош ении стандартная м одель
ф и зи ки элем ен тарны х части ц как син тез трех сил взаи м одействий — величайш ее
дости ж ен и е ф и лософ ского м ироп он и м ани я.
К варки явили сь как ф ундам ен тальн ы е части ц ы опорн ы м пун ктом
си м м етри заци и леп тон ов (е и ν) и кварков и тем сам ы м объеди н ени я трех си л
взаи м одействий — электрослабы х и сильны х цветн ы х: идеология
«ф ундам ен тальн ости» — узловой м ом ент и опорны й п ункт сим м етри зац и и
разн ородного и н еодн ородного и установлени я глубокого единства в ф и лософ ском и
научном м и ропон и м ан и и и виден и и .
С уперструн н ая теори я в ф и лософ ском ракурсе — отказ от ф илософ и и точечн ы х
части ц и н овая ф и лософ ия: отказ от ф илософ и и и деализированн ы х точечн ы х частиц
означает преж де всего то, что точечн ы е части ц ы , т. е. элем ен тарн ы е частиц ы , в том
числе кварки и леп тон ы , не м огут бы ть канди датам и на роль ф ундам ен тальн ы х
части ц вообщ е и не м огут п ретендовать никогда н а эту роль. П оэтом у суперструн н ая
теори я — см ена и деологи и ф ун дам ен тальной ф и лософ ской парадигм ы : точечн ая
ф и лософ и я см ен яется суперструн н ой ф и лософ ией .
С оврем ен н ая ф и лософ и я н е м ож ет бы ть и отны н е не является точечн ой , а
является суперструн н ой , вклю чаю щ ей точечн ую ф и лософ и ю как предельную :
суп ерструна отн ы н е есть ф ундам ен тальн ая ф и зи ческая объективная реальн ость.
С уперструн а ф ундам ен тальн а как и сточн и к и п ричина ф еном ен ологии м ира части ц и
си л вообщ е. О тказ от точечн ой ф и лософ и и н и в коем случае н е озн ачает и не м ож ет
означать вообщ е отказ от идеали зи рован н ы х точечн ы х части ц в той и ли и н ой науке,
преж де всего ф изике и косм ологии: лю бая наука (п реж де всего соврем енн ая наука)
не м ож ет не оп ери ровать и деализи рован н ы м и точечн ы м и частицам и как объектом
своего изучени я и и сследовани я, объясн ени я и пони м ан и я м ира как В селен н ой в
целом , построен н ой и сотворен н ой и з точечн ы х части ц (элем ентарны е части цы ,
атом ы , м олекулы , звезды и т. д.).
Н ет, н е об этом и дет речь! А идет речь о ф унд ам ентальн ом уровне м атерии:
м огут ли отны н е н а ф ундам ен тальн ом уровне м атери и элем ен тарны е части ц ы
вообщ е, в том числе кварки и лептон ы , п ретендовать на роль ф ун дам ен тальн ы х?
О твет одн означен: н ет и н е м огут вообщ е точечн ы е частицы вы п олнять роль
ф ун дам ен тальн ы х. О тн ы н е н а ф ундам ен тальн ом уровне м атерии ф ун дам ен тальн а
суп ерструна, которая,
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.
187
187
как и скрип и чн ая струн а восп роизводит гарм он и ю и красоту м узы ки Б етховен а и
М оц арта, Ш опена и Ч айковского, В ерди и вели кого И оганн а Ш трауса и др., свои м
квантово-полевы м возбуж дени ем , вибрац и ей и вращ ени ем п рои зводи т всю
ген ерацию м ира ф ен ом енологии части ц и си л: суперструна ф ундам ен тальн а.
К аков критери й ф ундам ен тальн ости уровня м атерии? У ровень м атерии н а
сегодняш ни й ден ь ф изикам и и косм ологам и п ри н и м ается как ф ун д ам ен тальны й н а
энерги ях вы ш е план ковского м асш таба м ассы m
pl
= 10
19
Г эВ , что соответствует
план ковской длин е l
pl
= 10
-33
см и п лан ковском у врем ени t
pl
= 10
-44
с.
И так, м ы рассм отрели проблем у идеи «ф ундам ен тальн ости»:
«ф ундам ен тальн ое» — опорны й п ун кт сим м етри зац и и как установлени я (точнее,
осущ ествлени я) одн ородности м еж ду качественн о различн ы м и н еодн ородностям и .
П ри ведем только два п ри м ера и з нам и вы ш е рассм отренн ы х калибровочн ы х
квантовы х теори й поля, осн ованн ы х н а прин ц и пе локальной сим м етрии —
электрослабая м одель (Э С М ) и стан дартн ая м одель ф изики элем ен тарн ы х части ц —
SU
(5)
.
Ч тобы осущ ествилась п олная сим м етри я м еж ду абсолю тно, н а п ервы й взгляд,
несравним ы м и и н есоизм ери м ы м и силам и взаим одей стви й — электром агнитн ы м и и
слабы м и силам и, — н еобходи м о бы ло п реж де всего вы дви ж ени е и деи
ф ун дам ен тальн ости электрослабы х си л взаи м одей ствий п ри , безусловн о, очень
вы соких энерги ях. И м ен н о п ри очен ь вы соких эн ергиях, т. е. н а более глубоком и
ф ун дам ен тальн ом уровн е м атери и , две абсолю тно н есравн и м ы е и н есоизм ери м ы е на
обы чн ы х эн ергиях силы взаи м одей стви й становятся и дентиф и ц и руем ы м и , т. е.
тож дественн ы м и . С ледовательн о, идея «ф ун дам ен тальности» как уровня вы соки х
энерги й м атери и является ф изически -ф ундам ен тальн ы м осн ован и ем осущ ествлен и я
полн ой си м м етри и м еж ду си лам и слабы х и электром агн и тны х взаи м одей стви й :
ф ун дам ен тальн ое — «стягиван и е» разн ородного в одн о еди н ое.
А наруш ени е сим м етри и есть обратны й , т. е. п ротивополож ны й, п роц есс
расщ еп лени я и раздвоен и я этого одн ого еди н ого н а м нож ественность ф еном ен ологии
м и ра части ц и си л. П оэтом у сим м етри я есть устан овлени е един ого, одн ородного
тож дества, а наруш ен и е этой си м м етрии вообщ е противополож н ы й процесс
ген ерации м н ож ествен н ой ф ен ом енологии частиц и сил. О днако п од генерацией
необходим о поним ать процесс рож дени я и возникн овен и я нового. Т очно такж е под
си м м етри ей н ельзя п он и м ать простой п роцесс обобщ ен и я одного единого целого:
си м м етри заци я, осн ован н ая н а идеологи и «ф ундам ен тальн ости », — рож ден и е
нового, еди н ого, общ его.
Т ак, кварки есть ф ундам ен тальны е цветны е части ц ы : во-первы х, однородн ы м и
более или м енее делаю т адронн ы е части ц ы , а во-вторы х, отож дествляю т леп тон ы с
сам ы м и кваркам и как ф ундам ен тальн ы м и частицам и, т. е. леп тон ы п ревращ аю тся в
стандартн ой м одели ф изики элем ен тарны х частиц н а энерги ях 10
15
Г эВ в
ф ун дам ен тальн ы е части ц ы , тож дественн ы е с кваркам и : леп тон ы тож дественн ы
кваркам .
И так, н ам важ н о п он ять, что си м м етри я как тож дество, а наруш ен и е си м м етри и
как расщ еп лен и е этого тож дества на м н ож ественн ую ф ен ом ен ологию части ц и си л
есть объекти вн ая двуеди н ая анти н ом и чн ая закон ом ерн ость п рироды и п отом у
ф ун дам ен тальн ы й принц и п , обладаю щ ий п ознавательной , логи ческой и
м етодологи ческой значи м остью , т. е. ценн остью в исследовани и и и зучен и и м и ра
м и крочасти ц и косм ологии: еди н ство си м м етри и и наруш ения сим м етри и как
уни версальны й закон м ехани зм а разви ти я м ира в оди н аковой степ ени им еет
ф ун дам ен тальн ую ц ен н ость как в и сследовани и м и кром и ра, так и в п озн ан и и
эволю ц и и В селенн ой и ее сам оорган и заци и как суп ерсистем ы .
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.
188
188
В сам ой объекти вн ой реальности вообщ е (а не только в м и ре м и крочасти ц )
реальной сим м етри и всегда п роти востои т антисим м етри я как наруш ен и е сим м етри и :
си м м етри я как н екое тож дество, еди н ое долж н о так или ин аче, рано или поздн о
наруш аться, а н аруш енная си м м етри я как ан тисим м етри я рано и ли п оздно долж на
восстанавливаться на другом уровне строен и я и структурн ой орган и зац и и м атери и в
том и ли ином ви де: си м м етри я ан тисим м етри зуется, а антисим м етри я долж на
си м м етри зи роваться. Е сли бы бы ло и н аче, то В селенн ая как устой чивая и ц елостн ая
сам ооргани зую щ аяся суп ерсистем а не м огла бы ни рож даться, ни структурно
эволю ц и он и ровать: сим м етри заци я и анти сим м етри зац и я — две сторон ы един ого
противоречивого закона разви тия п ри роды , обеспечи ваю щ его устой чи вость и
сам ооргани зован н ость В селен н ой как суперсистем ы .
П ри н ц и п ы си м м етри и и ее н аруш ен и я и м ею т ф ун дам ен тальн ую значим ость (т.
е. цен н ость) не только в и сследован и и ф изического м и ра элем ентарн ы х части ц , н о и
такое ж е важ н ое (если н е более) зн ачени е и м ею т он и как закон м ехани зм а
сам ооргани заци и и эволю ции В селен н ой в ц елом . Д а это абсол ю тно понятно, и бо
соверш енно нем ы сли м о исследован и е рож ден и я В селен н ой , ее
сам оструктурирован и я как в м елкозерн и сты х, так и крупнозернисты х образован и ях
без ф изи ки элем ен тарны х части ц . И н ы м и словам и, как известн о, теорией,
опи сы ваю щ ей строен и е и соверш ен ство круп н ом асш табны х объектов во В селенн ой ,
закон ы и х взаи м ного притяж ен и я и отталки вани я (т. е. и х разбегани я друг от друга) и
дальнейш ей судьбы В селенной, — является общ ая теори я отн осительн ости
Э йнш тей н а. П о красоте ф и зической, по изящ еству м атем атическо м у и глуби н е п о
охвату ф илософ ском у ещ е н е бы ло равн ого творен и я человеческого ген и я, каким
является О Т О . Н о В селенн ая — это н е только ц елостная си стем а круп н ом асш табны х
и крупн озерн и сты х структур: В селенн ая есть и м икром и р м икроэлем ен тарн ы х
части ц . В селен н ая есть такж е и м ир суп ерструны . П ричем суп ерструнная ф и зи ческая
реальность составляет ф ундам ен тальн ую п ри роду В селенн ой : суп ерструна как
ф ун дам ен тальн ая — это то, что леж ит в основани и как м и кром ира всех
элем ентарн ы х частиц , так и косм ических тел, так ж е как точечн ы х части ц :
суп ерструна — природа ф ун дам ен тальн ая, леж ащ ая в глубин н ом осн овани и бы ти я
м и ра элем ентарны х частиц как точечн ы х, так и косм ических объектов такж е
точечн ы х, идеализи рованн ы х части ц .
О тн ы н е сущ ествую т два м ира:
1) м ир точечны х части ц ;
2) м ир суп ерструн ы как ф ундам ен тальн ы й м и р, леж ащ ий в осн ове м и ра точечн ы х
части ц как п редельной суп ерструн ы !
С оответствен н о ф илософ и я точечная и ф и лософ и я суперструнная. И так, в ц елом н а
сегодняш ни й ден ь всю соврем ен н ую ф и зи ку с точки зрен и я ф и лософ ского
поним ани я ее м ож но разделить условн о на два крупны х раздела:
1. Т очечная ф и зи ка, оп ери рую щ ая и деализированн ы м и точечн ы м и части ц ам и.
2. С уп ерструнн ая ф и зи ка, оперирую щ ая н а ф ун дам ен тальн ом уровн е м атерии (а
таковы м м ы счи таем планковски й м асш таб м ассы и, следовательно, эн ергии вы ш е
m
pl
= 10
19
Г эВ ) суп ерструн ам и, возбуж ден и я, ви брац и и и вращ ен и я которы х
рассм атри ваю тся как эм пири чески е и экспери м ен тальн о н аблю даем ы е точечн ы е
элем ентарн ы е части ц ы : квантово -полевы е возбуж ден и я, вибрац и и и вращ ен и я как
суп ерструны сущ ествую т в двух разли чаю щ ихся топологи ях — в одной то-
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.
189
189
пологии образую тся откры ты е суп ерструн ы со свободн ы м и конц ам и, а в другой
топ ологии — зам кн уты е суп ерструны .
А сейчас необходим о ещ е раз уточн и ть см ы сл и значение и деализированн ы х
точечн ы х части ц .
1. В се кали бровочны е квантовы е теори и , н ам и рассм отрен н ы е (электрослабая как
еди н ая, К Х Д как единая, стан дартная м одель как объединен и е всех трех ти п ов
взаи м одействий и все теории В ели кого объедин ени я) являю тся локальны м и
кали бровочны м и квантовы м и теори ям и поля: все кали бровочны е кван товы е
теори и (м ы рассм атри ваем только и х) являю тся локальны м и, осн ованн ы м и н а
принципе локальной калибровочной си м м етри и .
2. П оэтом у в ф илософ ском п он и м ан и и п он яти е «точечн ы е частицы » отн оси тся
неп осредственн о не только к точечн ы м части ц ам , а такж е к их локальн ом у
простран ствен н о-врем ен н ом у дей ствию и и х взаи м одей стви ю от одн ой
простран ствен н о-врем ен н ой точки к другой : п он яти е «точечн ы е частицы »
вклю чает п оэтом у п ространственн о -врем енн ую локали заци ю и х п оведен и я и
состояния.
3. С и лы взаим одействи й точечн ы х частиц м еж ду собой п оэтом у такж е носят
локальны й характер: силы взаи м одействий точечн ы х кали бровочны х квантовы х
части ц м еж ду собой проявляю тся как локали зован н ы е силы .
П оэтом у м ы счи таем , что точечн ая ф илософ и я в свое структурн ое содерж ан и е
вклю чает все эти три м ом ен та в обобщ енном виде:
1) идею точечн ости частиц;
2) идею п ространственн о -врем ен н ой точечн ости , т. е. локализац и и ;
3) идею локальности проявлен и я си л взаи м одействий точечн ы х части ц .
А теп ерь, естествен н о, возн и кает вопрос: означает ли отказ в суперструн н ой
теори и от «и деализи рован ны х точечн ы х части ц » автом ати ческое отрицан и е всей
точечн ой ф и лософ и и и абсолю тн ое господство суп ерструн н ой ф и лософ и и ?
«О тказ» необходи м о поним ать ди алектически и кон кретно:
• Во-п ервы х, «отказ», как уж е м ы подчерки вали , есть установлен и е грани ц ы
сп раведливости всех точечн ы х калибровочны х кван товы х теори й в рам ках
«ни зкоэн ергети ческой ф и зи ки» н а эн ерги ях н и ж е 10
15
Г эВ : все эти точечн ы е теории
сп раведливы , исти н н ы и достоверн ы в пределах н и ж е эн ергий 10
15
Г эВ .
• Во-вторы х, суп ерструнн ая ф и зика воп лощ ает в себе в качестве своего
подм нож ества всю «низкоэнергети ческую ф и зи ку»: в контексте суп ерструнн ой
ф и зи ки точечн ая ф и зика получает свое теорети ческое объяснен и е и оправдани е.
• В -третьих, суп ерструнн ая ф илософ ия вклю чает ди алекти чески в себя как свою
подгрупп у точечн ую ф и лософ ию : суп ерструнн ая ф и лософ и я — ф и лософ и я
ноум ен ов, а точечная ф илософ и я является ф и лософ ией ф еном ен ов. И н ы м и
словам и, суперструнн ая ф и лософ ия — н оум ен альная ф илософ и я, а точечн ая
ф и лософ и я — ф еном енологическая ф и лософ и я: суп ерструны — ноум ены , а
точечн ы е части ц ы — ф еном ен ы . Н оум ен ы долж ны всегда получи ть верди кт
исти н н ости и достоверн ости на уровн е ф ен ом енологи и . П оэтом у н е только
ф еном ен ы находят в ноум енах (т. е. суп ерструн ах) свое бы ти й н ое оправдани е, н о и
ноум ен ы получаю т верди кт сп раведливости и добропорядочности от точечн ы х
части ц как ф ен ом ен ологических.
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.
190
190
К акова ж е структура суперструнного м ира как объ екти вн ой ф изи ческой
реальности н а ф ундам ен тальн ом уровн е м атерии , т. е. вы ш е п лан ковского м асш таба
м ассы m
pl
= 10
19
Г эВ ?
О н а долж н а состоять из трех ф ундам ен тальны х ком понентов:
1. Ф ундам ен тальн ая суп ерструн а как и сточни к и п ри чи н а всех точечн ы х части ц ,
ф еном ен ологии всех нам известн ы х и пока нам неизвестны х элем ентарны х части ц .
С уперструн а — м ощ ны й скачок и п ры ж ок через «п усты ню », где в дальней ш ем м огут
бы ть обнаруж ен ы суперп артн еры всех элем ен тарны х части ц , в том числе гравитин о
как суп ерп артн ер грави тон а: в «пусты не» м огут бы ть обнаруж ены суп ерсим м етри я и
суп ергравитац и я.
2. Ф ундам ен тальн ая суперси ла как одна еди н ая суперсила, расщ еплен и е которой
происходи т н а эн ергиях н и ж е п ланковской м ассы m
pl
= 10
19
Г эВ и приводит к
отделени ю гравитации от трех други х си л взаи м одействий — электрослабы х и
си льны х цветны х, а затем к отделени ю си льны х цветны х взаим одействи й от
электрослабы х и, након ец , к разделени ю электрослабы х си л на электром агни тны е и
слабы е взаи м одей ствия. Н о это возм ож н о и осущ естви м о только в результате
наруш ения суп ерструн н ой си м м етри и как ан ти сим м етри и .
Т очн о так ж е генераци я ф ун дам ен тальн ой суперструнной ф ен ом енологи и всех
элем ентарн ы х части ц как точечн ы х произойдет и реальн о осущ ествится только в
результате ан тисим м етри и как наруш ен и я суперструн н ой си м м етри и :
ан ти сим м етри я как н аруш енн ая сим м етри я есть закон диверсиф икаци и и
инновац и и , т. е. разруш ен и я си м м етри и как тож дества и порож ден и я, сози дани я
нового м нож ества ф еном енологи и части ц и си л.
3. Ф ундам ен тальн ая суп ергеом етри я вы сш и х разм ерностей , воп лощ аю щ ая в
себе в качестве п одм нож ества все м одели п ростран ства-врем ени , в том чи сле
простран ства вы сш их разм ерн остей К алуц ы — К лейн а и Г рин а и Ш варц а — E
8
E
8
в
10 и зм ерени ях, н аруш ение си м м етри и которы х долж но п ри вести к расщ еп лению их
на 4 (обы чн ое п ространство-врем я) и 6 ком пактиф и рованн ы х (т. е. н еви дим ы х,
нен аблю даем ы х, сверн уты х в точку) изм ерени й .
Т аки м образом , суп ерструн а — ф ун дам ен тальн а, как и скрипичная струн а,
порож даю щ ая все звуки и гарм он и и м узы ки, — и сточн и к и п ри чи н а ф ен ом ен ологии
ген ерации всех части ц и си л: суп ерструн а дает нам един ое и целостн ое ф и лософ ское
опи сани е, объяснени е и п он и м ани е м ира как всей В селен н ой.
П оэтом у соврем ен н ая ф илософ и я н е м ож ет бы ть ф илософ и ей, оп ерирую щ ей
только точечн ы м и части ц ам и вещ ества и поля: он а долж на приним ать
суп ерструнн ую ф и лософ и ю как ц ентральную ось, вокруг которой долж но вращ аться
и нани зы ваться, как буси н ки, все в этом м и ре.