Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

А на самом деле мы гораздо сильнее похожи на физиков, обитающих на ледяном кристалле изморози, чем можем себе представить. Зато нетрудно вообразить, что, как и у этих физиков, наша близорукость далеко не сразу была замечена физическим сообществом.

Сейчас ошибки прошлого могут показаться очевидными, но не забывайте, что объекты, наблюдаемые в зеркале заднего вида, часто оказываются ближе, чем кажется. Легко критиковать наших предшественников за упущения, но и то, что сегодня ставит нас в тупик, нашим потомкам может показаться очевидным. Работая на переднем крае науки, мы движемся по тропе, зачастую скрытой в тумане.

Аналогия со сверхпроводимостью, которую впервые использовал Намбу, полезна, но в основном по совершенно иным причинам, чем думали в свое время Намбу и другие. Задним числом ответ может показаться чуть ли не очевидным, как становятся очевидными после финала все намеки и детали, указывающие на убийцу в романах Агаты Кристи. Но, как и в этих детективах, на пути исследователя возникает множество отвлекающих деталей, а тупиковые направления делают полученное в конечном итоге решение еще более неожиданным.

Можно только посочувствовать физикам в той неразберихе, что царила тогда в исследованиях элементарных частиц. Вводились в строй новые ускорители, и всякий раз, когда преодолевался новый порог энергии столкновения, перед изумленным взором ученых появлялись новые сильно взаимодействующие родичи нейтронов и протонов. Процесс казался бесконечным. Это обескураживающее разнообразие заставляло и теоретиков, и экспериментаторов сконцентрироваться на загадке сильного ядерного взаимодействия: казалось, что именно в нем заключается самый серьезный вызов существующей теории.

Казалось, микромир можно описать как потенциально бесконечное число элементарных частиц со все возрастающими массами. Но все это плохо сочеталось с идеями квантовой теории поля – успешной концепции, сумевшей чудесно объяснить релятивистское квантовое поведение электронов и фотонов.

Физик Джеффри Чу из Университета в Беркли возглавил работу над популярной и влиятельной программой разрешения этой проблемы. Чу отказался от идеи существования каких бы то ни было по-настоящему фундаментальных частиц и от всякой микроскопической квантовой теории с участием точечных частиц и связанных с ними квантовых полей. Вместо этого он предположил, что все наблюдаемые частицы, участвующие в сильном взаимодействии, вовсе не являются точечными, а представляют собой сложные связанные состояния других частиц. С этой точки зрения редукция к первичным фундаментальным объектам невозможна. Такая дзеновская картина была весьма уместной для Беркли 1960-х гг. Все частицы мыслились в ней состоящими из других частиц. Это так называемая бутстрапная модель, в которой никакие элементарные частицы не считались первичными или особыми. Поэтому такой подход называли также ядерной демократией.

Этот подход получил поддержку многих физиков, успевших уже разочароваться в квантовой теории поля как инструменте для описания любых взаимодействий, за исключением самых простых взаимодействий между электронами и фотонами. Однако некоторые ученые были так впечатлены успехом квантовой электродинамики, что попытались выстроить аналогичную ей теорию сильного ядерного взаимодействия (такое название за ним закрепилось) по лекалам, предложенным ранее Янгом и Миллсом.

Один из этих физиков, Дж. Сакураи, опубликовал в 1960 г. статью, довольно амбициозно озаглавленную: «Теория сильных взаимодействий». Сакураи всерьез воспринял предложение Янга и Миллса и попытался досконально разобраться, какие из фотоноподобных частиц могли бы переносить сильное взаимодействие между протонами, нейтронами и другими новооткрытыми частицами. Поскольку сильное взаимодействие проявляется только на малых расстояниях, не превышающих размеров ядра, представлялось разумным, что частицы, необходимые для переноса этого взаимодействия, должны быть массивными, что несовместимо с какой бы то ни было точной калибровочной симметрией. Но, с другой стороны, они должны были обладать многими свойствами, аналогичными свойствам фотонов, и иметь спин, равный 1, – так называемый векторный спин. Новые предсказанные частицы назвали массивными векторными мезонами. Они должны были связываться с различными токами сильно взаимодействующих частиц, так же как фотоны связываются с токами электрически заряженных частиц.