Майкл Уайт - Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд

Однако из главы 2 мы узнали, что эти теории несовместимы друг с другом. Согласно уравнениям Максвелла, скорость света одинакова для всех наблюдателей, а ньютонова механика гласит, что измеряемая скорость света зависит от движения наблюдателя. Это несоответствие и стало одной из главных причин, побудивших Эйнштейна разработать сначала СТО, а затем и ОТО – усовершенствованную теорию гравитации, совместимую с уравнениями Максвелла. Но и ОТО, и теория Максвелла – это «классические» теории в самом буквальном смысле слова. То есть они рассматривают Вселенную как континуум. По классическим представлениям и пространство можно подразделять на сколь угодно маленькие измеряемые участки, и порции электромагнитной энергии могут быть сколь угодно малы.

А затем произошла квантовая революция, изменившая мировоззрение физиков. Они перестали считать Вселенную непрерывной и знают, что у порции электромагнитной энергии есть нижний предел величины – как и у промежутка времени и отрезка длины. Причиной квантовой революции стали открытия, касающиеся природы света, поэтому на место электромагнетизма в конце концов пришла новая теория – квантовая электродинамика, вместившая в себя лучшее, что дает нам теория Максвелла, в сочетании с новыми квантовыми законами.

Однако полностью квантовая электродинамика сформировалась лишь в 1940-е годы, а к этому времени на повестке дня стояли еще две «новые» силы. Обе они действуют лишь на очень малых расстояниях и лишь в пределах атомного ядра (вот почему в XIX веке, до открытия ядра, о них не подозревали). Одна называется «сильное взаимодействие» и скрепляет частицы в ядре, словно клей, другая – «слабое взаимодействие» (что логично, поскольку она слабее сильного взаимодействия) и отвечает за радиоактивный распад.

Во многих отношениях слабое взаимодействие напоминает электромагнитную силу. Опираясь на достижения квантовой электродинамики, физики в 1950-е и 1960-е годы разработали математическую теорию, которая описывала и слабое взаимодействие, и электромагнетизм одним набором уравнений. Это взаимодействие получило название электрослабого, и из такого объединения следовало одно существенное предсказание: со слабым взаимодействием должны ассоциироваться три типа частиц, которые вместе играют практически ту же роль, что фотон (частица света) в квантовой электродинамике. Но в отличие от фотона, эти частицы (так называемые W +, W –и Z 0), согласно новой теории, должны обладать массой. И не просто любой, а очень даже определенной: у двух W-частиц масса должна быть примерно в девять раз больше массы протона, а у Z 0 – в восемь раз больше массы протона. В 1983 году группа ученых, работавшая на ускорителе в ЦЕРНе под Женевой, обнаружила следы частиц именно с такими свойствами. Так что гипотеза об электрослабом взаимодействии получила экспериментальное подтверждение – и у физиков снова стало всего три теории, объясняющие устройство Вселенной.

Заручившись успехом, теоретики разработали теорию, похожую на квантовую электродинамику, чтобы описать сильное взаимодействие. Теперь мы знаем, что ядерные частицы (протоны и нейтроны) на самом деле состоят из фундаментальных сущностей, которые называются кварки. Кварки бывают разных видов, и физики по собственной прихоти дали им названия цветов – красные, зеленые и синие. Это, конечно, не значит, что кварки на самом деле красные, зеленые и синие – точно так же как коктейль «ржавый гвоздь» назван так не потому, что в нем содержится окисленное железо. Это просто названия. Но на этом капризы физиков не кончились: они и квантовую теорию, которая описывает взаимодействие кварков и отвечает за сильное взаимодействие, назвали «квантовой хромодинамикой» (от греческого слова, которое означает «цвет»). В наши дни есть несколько перспективных направлений, которые, вероятно, позволят создать единую теорию, объединяющую электрослабое взаимодействие и квантовую хромодинамику. Подобные наборы уравнений получили довольно пышное название «теорий великого объединения». Однако квантовая хромодинамика еще не получила таких надежных подтверждений, как электрослабая теория, а теории великого объединения как таковые лишь указывают на то, какую форму может принять будущая окончательная теория.

Хуже того, помпезность названия «теории великого объединения» подчеркивается еще и тем, что все попытки объединения вообще не учитывают гравитацию! Первая сила в природе, которую человек исследовал и хотя бы отчасти понял, при попытке загнать ее в квантовые рамки оказалась самой упрямой. А если теории великого объединения не охватывают гравитацию, мы имеем полное право сказать, перефразируя знаменитую фразу Хокинга о черных дырах, что великое объединение не такое уж и великое. Несмотря на то, что Хокингу удалось отчасти объединить квантовую механику и ОТО, когда он исследовал черные дыры и начало времен, гравитация и сегодня лучше всего описывается ОТО – классической теорией континуума.