Николай Клягин - Современная научная картина мира

3) акаузальную («беспричинную») природу загадочной сингулярности, положившей начало нашей Вселенной и обладавшей необычными свойствами;

4) происхождение Второго начала термодинамики, или закона неубывания энтропии, которое в свете современных представлений поддается объяснению;

5) происхождение фундаментальных законов сохранения (энергии, массы, квантовых чисел), которое также поддается естественнонаучному объяснению;

6) происхождение причинно-следственного закона, основополагающего для всех прочих законов природы, также поддающегося естественнонаучному объяснению;

7) современные гипотезы происхождения нашей сингулярности и природы мироздания, окружающего нашу Вселенную, анизотропная природа которой предполагает некое внешнее бытие;

8) общие черты в организации законов природы на разных уровнях и в различных сферах бытия – черты, поддающиеся не метафизическому, а естественнонаучному истолкованию, хотя и ведущемуся в духе философского обобщения.

Современная физическая картина микромира строится на основе теорий суперсимметрии [5; 21, с. 9–113; 24; 27; 101, с. 17–56; 304], супергравитации [21, с. 121–170; 101, с. 57–68] и суперструн [32; 33; 9; 48; 101, с. 277–304; 351; 369; 370; 551; 791]. Приставка «супер» означает, что при очень высоких энергиях ранней Вселенной существующие ныне первичные элементарные частицы имели так называемых суперпартнеров, отличающихся квантовым числом (свойством), спином , или собственным угловым моментом количества движения, выраженным в постоянной Планка (в кванте действия ħ = h /(2π) = 6,6260688(37) × 10 –34 Js /(2π) [618], или ħ = h /(2π) = 6,6260755(40) × 10 –34 Js /2π [650]).

Современная наблюдаемая Вселенная сложена всего из двенадцати кирпичиков вещества – элементарных частиц со спином 1/2, называемых фермионами . В их число входят шесть относительно массивных кварков (с массой до 178,0 ± 4,3 ГэВ (гигаэлектронвольт) у истинного кварка [125, с. 638]) и 6 относительно легких лептонов , состоящих из тройки электроноподобных частиц ( электрон , мюон и тау-частица ) и тройки нейтрино ( электронное , мюонное и тау-нейтрино с массами от 0,07–11 эВ (электрон-вольт) у электронного нейтрино (рис. 1) [597; 158; 276; 528; 530; 606; 740]).

В первые мгновения после Большого Взрыва, породившего наш мир, когда Вселенная была неимоверно горячей (10 33К), элементарные частицы двигались настолько энергично, что сближались друг с другом на минимальные дистанции. От расстояний взаимодействия зависят массы участвующих в нем частиц: чем короче дистанции, тем предельные массы взаимодействующих частиц больше. Поэтому в те времена наши обычные фермионы имели массивных двойников-суперпартнеров со спином 0, т. е. бозонов (см. ниже). Нынешним кваркам отвечали суперкварки, или скварки; нынешним электронам, мюонам и тау-частицам соответствовали сэлектроны , смюоны и стау-частицы , а теперешним нейтрино – три снейтрино . Когда Вселенная расширилась достаточно, чтобы заметно остыть, характерные дистанции взаимодействий между частицами возросли, а массивные суперчастицы перестали проявляться и в известном смысле вымерли. В принципе их можно получить на сверхмощных ускорителях (суперколлайдерах), однако необходимые для этого энергии пока недостижимы.

Рис. 1. Фундаментальные элементарные частицы (суперструны – первоосновы физического микромира). На схеме опущены античастицы, которые отличаются от обычных частиц ориентацией спина (у нейтрино) или знаком электрического заряда (так, античастицей отрицательно заряженного электрона является положительно заряженный позитрон, а W –-бозон является античастицей для W +-бозона). Под каждой частицей в скобках дана ее масса в млрд электрон-вольт (ГэВ).

Физические взаимодействия между фермионами осуществляются бозонами – частицами с целочисленными спинами (0, 1, 2). Массу покоя от частицы к частице передают бозоны Хиггса (спин 0, масса 96–117 ГэВ, или ок. 115 ГэВ [125, с. 639; 640]). Четыре основные силы природы – сильное взаимодействие, электромагнетизм, слабое взаимодействие и гравитация – переносятся, соответственно, глюонами (спин 1, масса 0), фотонами (спин 1, масса 0), Z- и W-бозонами (спин 1, масса 93 и 81 ГэВ) и гравитонами (спин 2, масса 0).