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.
101
101
Р и с. 1.15. С хем а хаоти зац и и
и беспорядка: хаоти зац и я п редставляет собой двуеди н ы й п роцесс неп реры вн ого
взаи м оп ревращ ен и я беспорядка и п орядка в упорядочи вани е и сам осохран ени е
структуры через сам одви ж ени е. У п орядочи ван и е есть п ревращ ени е беспорядка в
порядок через хаос, а хаотизац и я есть превращ ен и е п орядка в беспорядок через хаос:
хаоти зац и я и уп орядочиван и е есть две п роти вополож ны е и взаим освязанн ы е стороны
сам одвиж ен и я и сам осохран ен ия структуры . С ам одвиж ени е структуры есть
неп реры вн ая см ен а уп орядочи вани я хаоти зац и ей и хаотизаци и упорядочиван и ем
через хаос как еди н ство беспорядка и п орядка: в этом слож н ом и п роти воречи вом
процессе п роисходит сам осохран ени е структуры .
Д ля сам осохранен и я структуры м олекул, состоящ и х и з атом ов, н еобходи м а
постоянная см ен а хаотизац и и и упорядочи вани я: ж изнь как структурн ая орган и зац и я
м олекул и атом ов абсолю тн о н евозм ож н а вне постоянн ого и вечн ого движ ения
м олекул и атом ов. В не движ ен и я структуры м олекул и атом ов, вн е и х непреры вн ой
хаоти зац и и и уп орядочивани я невозм ож н а ж и зн ь: для безостановочн ого движ ен и я
структуры м олекул и атом ов, ее хаоти заци и и упорядочи вани я необходим о
постоянное поступлен и е и звне вы сококачественн ой энерги и наш ей свечи — С олн ц а.
Б ез постоянного п оступ лен и я на наш у Зем лю вы сококачественн ой эн ергии н аш ей
звезды С олнца ж и знь как таковая вообщ е невозм ож н а — ни ее п оявление на н аш ей
план ете, н и ее сущ ествование как структуры м олекул и атом ов. Е сли м ы слен н о
представить на м инутку исчезновени е н аш ей звезды , то в окруж аю щ ей нас
В селенной п очти м гн овен н о тем пература станет 270° ни ж е нулевой отм етки. П ри
270-градусном м орозном холоде абсолю тн о и склю чено сущ ествовани е ж и зни как
вечн ого движ ен и я структуры м олекул и атом ов. П ри такой тем пературе н и ж е н уля
все м олекулы и атом ы будут находи ться в «зам орож енн ом » состоян и и вне всякого
дви ж ени я: он и превратятся в ледяной п анц и рь и будут находи ться в «засты вш ем »
состоянии вне дви ж ени я и хаотизац и и .
К ак м ы вы ш е отм ети ли, сам осохран ени е структуры атом а, со стоящ ей из
электрон ов и ядра, осущ ествляется через ее сам одви ж ен и е как н еп реры вны е
электром агн и тн ы е взаим одействия м еж ду ядром и орбитальны м и электронам и,
дви ж ущ им и ся вокруг этого ядра по строго стаци он арн ы м орби там , которы е являю тся
для электрон ов как бы «см и ри тельны м и рубаш кам и ». Е сли бы электроны двигались
вне свои х стаци он арн ы х орби т, п роизвольно, то неи збеж ен коллап с: электрон ран о
или поздно уп адет на ядро (п ротон) и неи збеж ен коллапс атом арной м атери и .
С толкн овение электрон а с п ротон ом приведет к рож ден и ю ней трон а, которы й
распадается н а протон , электрон и электрон н ое антин ей три н о:
В результате такого коллапса атом как структура дви ж ен и я орбитальны х
электрон ов вокруг ядра и счезнет. П оэтом у так п ри н ц и п и ально важ н а и сущ ествен н а
квантовая атом н ая теор и я Н и льса Б ора: он а является анти коллап сирую щ ей теори ей,
нап равленн ой против коллапса атом а как ней тральной и устой чи вой систем ы
реальной атом ной м атерии . А том ы в н едрах м ассивн ой звезды м огут бы ть
разруш ены и дейст-
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.
102
102
вительно разруш аю тся п од дей ствием и влияни ем чудовищ ной си лы тяготею щ ей
м атерии (гравитационной м ассы ), и тогда происходи т вдавли вани е электрона в ядро
и столкн овени е п ротон а с электроном .
Т аки м образом , атом как структурное еди н ство электрона и ядра (протона)
сам осохраняется через сам од ви ж ен и е этого структурного еди н ства: сам осохран ени е
структуры осущ ествляется и м ож ет осущ ествляться через ее сам одвиж ен и е. Э то —
во-первы х. А во-вторы х, квантовая п ри рода атом ной структуры —
ан ти коллапсирую щ ая, п роти водействую щ ая коллапсу атом арн ой м атери и ; в-третьих,
в недрах м асси вн ой звезды , м асса которой превосходи т M
⊙
в 10 и более раз,
неи збеж н о разруш ен и е атом ов и коллапс атом арной м атери и : сам осохранен и е
дви ж ущ ей ся структуры м атерии находи тся в зависим ости от си лы взаи м одей стви й
(С В , С Л В , Э М В и Г В ).
Т аки м образом , структура ядра — н е просто строени е протон а и н ейтрон а, а их
взаи м одействие, обусловлен н ое сильной ядерной силой . С труктура ядра — это
неп реры вн ая связь и взаи м одействие ядерн ы х сил м еж ду п ротонов и ней трон ом .
О ткры ти е и п ротон а, и н ейтрон а и обн аруж ени е м еж ду н и м и си л ядерн ы х
взаи м одействий п ри н адлеж и т одн ом у и з велики х ф и зи ков Х Х в. Э рн есту Р езерф орду
(н овозеландц у п о п рои схож ден и ю , руководи телю К авен ди ш ской лаборатории в
К ем бридж е, лауреату Н обелевской п рем ии ): разорвать ядерны е си лы м еж ду
протон ом и н ейтрон ом очен ь и очень трудн о. С ам осохран ени е ядерн ой структуры
атом а обесп ечи вается неп реры вн ы м взаим одей ствием хаотизац и и и уп орядочи вания
ядерн ы х си л м еж ду протон ом и нейтрон ом . С табильн ость структуры ядра
обеспечи вается п остоян н ой хаоти зацией и уп орядочиванием эти х ядерн ы х сил:
происходят н еп реры вная хаоти зац и я и уп орядочивание и х.
Я дерн ы е силы м еж ду протоном и нейтрон ом являю тся п рои зводны м и от
субъядерн ы х (т. е. ц ветн ы х) сил м еж кварковы х взаим одействи й : ядерн ы е си лы
м еж ду протон ом и н ейтроном являю тся остаточн ы м п роявлени ем си льны х цветны х
си л взаи м одействи й м еж ду кваркам и посредством глю онов.
К вар к ов ая м атер и я к ак ан ти к ол л ап си р ую щ ая
В ы ш е н ам и рассм отрена проблем а структуры как дви ж ени я и взаим одействия ее
ком п он ентов: структура — не стати ческое строени е ее частей , а дин ам ическое и х
дви ж ени е и взаи м одействия, н а п ри м ере м олекулярн ой , атом арн ой и ядерной
м атерии. В этой связи н ам и бы ло отм ечен о, что структурн ое дви ж ени е как
динам ическое основано н а глубоком един стве п роц ессов хаотизац и и и
упорядочиван и я: он о есть постоян н ое взаи м одей стви е хаоса и порядка.
Д ля исследован и я этих вопросов и други х следует более подробн о останови ться
на специ ф и чески х особенн остях п роблем ы кварковой м атерии: кварковая м атери я
как кван тован н ая на сегодняш н и й день рассм атри вается как кон ечн ая
ф ун дам ен тальн ая частичная м атери я. С ущ ествует м нени е о том , что с кварковой
м атерией (т. е. с кон ф айн м ен том ) закан чи вается бы тие части чн ой м атерии : дальш е
необходим о допущ ени е более ф ун дам ен тальн ой м атери и , чем кварковая, — струн н ой
м атерии. И ны м и словам и, с конф айн м ен том кварковой м атерии закан чи вается
сущ ествовани е части чной м атери и : бы ти е части ц м атери и закан чи вается, и н а см ен у
ей п ри ходит струн н ая м атерия. Ч асти ц ы (как ф ундам ен тальн ы е, так и элем ен тарн ы е)
являю тся оп ределенн ы м и состояниям и вибраци и струнн ой м атери и . П ри этом под
части чн ы м бы ти ем м атерии пон и м ается и м атерия суп ерсим м етричн ы х
суп ерп артн еров всех частиц .
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.
103
103
Р и с. 1.16. С уп ер м ул ь ти п л ет-дек ап л ет
Л огика объеди н ени я начи н ается с ф орм ули ровани я в 30 -е гг. прош лого (Х Х )
века вели ким ф и зи ком соврем енн ости В . Г ейзен бергом идеи и зотопического сп и н а
— SU
(2)
(которы й н и чего общ его н е им еет с поняти ем сп и н а Д и рака): согласн о
изотопическом у сп и н у протон и ней трон рассм атри ваю тся не как две
сам остоятельны е частиц ы , а как два состоян и я одного и того ж е н уклон а — N.
Ф изи чески м обоснован и ем такого обобщ ени я является закон зарядовой
независим ости , т. е. сила ядерн ы х взаим одействи й м еж ду протон ом и н ейтрон ом
(п ротон ом и протон ом , нейтроном и н ей трон ом ) остается и н вариантной .
В дальней ш ем , в 50-60-е гг. прош лого века, на основе гейзен берговской и деи
изотопического спи н а SU
(2)
бы ли сф орм ули рованы и зом ульти п леты — син глет,
дублет, триплет, квартет.
Н о сам ы м зам ечательны м обобщ ени ем познани я н ового уровн я м атери и —
кварковой м атери и , леж ащ ей в осн овании всех адрон ов, — яви лось построени е двум я
вы даю щ и м и ся ф и зи кам и М ю рреем Г елл-М анном (С Ш А ) и Ю велом Н еем ан ом (Т ель-
А ви в) суп ерм ульти п лета, структурны м и ком п он ентам и которого являю тся
изом ульти п леты (об этом м ы в наш ей работе уж е достаточно пи сали, поэтом у здесь
нет н еобходи м ости повторен и я).
Д ля ф и лософ ского анали за К Х Д (кван товой хром одинам ики ) важ н о отм ети ть
общ ее значение суп ерм ульти п лета.
Во-первы х, познавательно-м етодологическое значени е суперм ультиплетов (т. е.
октета и декап лета) заклю чается в том , что они стали ф и зическим осн овани ем для
вы движ ен и я идеи кварковой м атери и . А дроны обладаю т структурой, составляю щ им и
которой являю тся кварки: бари он ы состоят и з трех кварков — u, d и s, a м езоны — и з
пары кварк— антикварк. Т ем сам ы м уд алось свести все огром н ое коли чество (более
300) м ногообразн ы х, разнообразны х адрон н ы х части ц к трем кваркам и ан ти кваркам .
Во-вторы х, н о сам ы м зам ечательны м и сущ ественн ы м бы ло реш ение проблем ы
статистики кварковой м атери и О скаром Г рин бергом в 1964 г. В ф илософ ском
отн ош ени и введени е О . Г ри н бергом и деи цвета и его трехц ветности яви лось
признани ем кварковой м атерии как антиколлапсирую щ ей: кварки как ф ерм и он ы
подчиняю тся закону зап рета П аули , которы й является законом зап рета коллап са
м атерии.
С ам а п о себе ид ея ц вета как ан ти коллап сирую щ ая идея бы ла вы двин ута для
объясн ени я кварковой ц ветной при роды части ц ы ом ега-м и н ус-гиперон , леж ащ ей н а
сам ом дне декаплета, состоящ ей из трех оди н аковы х странн ы х s-кварков в одн ом и
том ж е кван тово-м ехани ческом состоян ии:
С уперм ульти п лет-декап лет состоит из четы рех и зом ульти п летов — квартета
дельта, три п лета сигм а, дублета кси и си н глета ом ега-м и н ус-гиперон :
1) квартет дельта состои т и з двух аром атов кварков и - и d-кварков без странн ого
кварка s;
2) три п лет сигм а содерж ит и - и d-кварки и оди н странн ы й s-кварк;
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.
104
104
3) дублет кси состои т и з двух странн ы х кварков — s- и и- и d-кварков;
4) ом ега-м и н ус-ги п ерон как си н глет состои т из трех оди н аковы х стран н ы х кварков
— s, что проти воречи т закону зап рета П аули , согласн о котором у в одн ом и том ж е
квантово-м ехан и ческом состоян и и не м огут н аходи ться две и более оди н аковы х
части ц ы (т. е. ф ерм ион ы со сп и н ом 1/2).
М ы уж е п и сали , что закон запрета П аули и м бы л сф орм улирован ещ е в 1925 г.:
этот закон П аули в ф и лософ ском значении и см ы сле является ф ундам ен тальны м
ан ти коллапсирую щ и м закон ом ф и зи ческой м атерии. В этом состоит глубокое
м и ровоззрен ческое значен ие закона П аули : он нап равлен проти в коллапса м атерии,
ее дезорган и зац и и , деструктурирован и я и деградаци и .
И м енн о п оэтом у м ы счи таем , что ф орм улированная О скаром Г ри н бергом
(С Ш А ) в 60-е гг. прош лого (Х Х ) века идея ц вета как ан ти коллапсирую щ ая и дея стала
осн овополагаю щ ей идеей, леж ащ ей в сам ом ф ун дам ен те К Х Д . В си н глете ом ега -
м и н ус-гиперон три аром ати чески х стран н ы х кварка s различаю тся по ц вету: s-кварк
красны й , s-кварк зелен ы й и s-кварк си н и й . С ледовательно, в си н глете ом ега-м и н ус-
гиперон м огут н аходиться три аром ати чески х кварка, которы е различаю тся по ц вету
в соответствии с законом зап рета П аули: он является ан ти коллапсирую щ и м
изоси н глетом .
В н астоящ ее врем я известны ш есть кварков (u-, d-, s-, с-, b- и t-кварк). О ни
являю тся ф ундам ен тальн ы м и части ц ам и, и з которы х состои т структура адронов:
кварки являю тся составляю щ им и структуры адронов.
П рирода долж на бы ть си м м етри чн а: ш ести кваркам си м м етри чн о соответствую т
ш есть лептонов — е
-
, ν
e
, μ, ν
μ
, τ-лептон , ν
τ
.
Значит, ф ун дам ен тальн ы х части ц на сегодня насчи ты вается 12 — ш есть кварков
и ш есть лептон ов. О н и образую т п о три сем ей ства:
1
2
3
u
s
B
d
с
Τ
е
μ
τ-лептон
ν
e
ν
μ
ν
τ
С ам ое и н тересное, загадочн ое и таи н ственное заклю чается в том , что
окруж аю щ ая нас В селенн ая построен а и з п ервого сем ей ства кварков — и и d и
леп тон ов — е и v
e
: в осн овном вся В селенн ая построен а из кварков u и d первого
сем ей ства и леп тон ов е и v
e
п ервого такж е сем ей ства. П ока остается н е совсем
ясны м , «кто заказал остальн ы е кварки и лептон ы , для чего и с какой целью ?», — м ы
м ож ем только вопрош ать.
П роблем а кварковой цветн ой м атери и и ее кали бровочной теори и К Х Д
представляет собой особы й ф и лософ ский интерес и см ы сл, п оэтом у она стала
предм етом всестороннего ф и лософ ского и сследован и я и осм ы слени я: кварковая
м атерия как ц ветная является н е только ф ундам ен тальн ой , н о и специ ф и ческой,
отличной от остальн ы х ф орм м атери и как атом арн ой , ядерн ой , электром агнитн ой, а
такж е и от гравитационн ой .
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.
105
105
К варковая м атери я характери зуется следую щ и м и сп ец и ф и чески м и особенн остям и :
1) он а — аром ати ческая;
2) он а — цветная;
3) он а — кон ф айнм ентн ая;
4) он а — скей линговая м атери я;
5) он а — струн ная.
И з эти х пяти важ н ейш их и сущ ествен н ы х особен н остей основоп олагаю щ ей
сущ ностн ой п риродой кварковой м атери и является ц ветная ее п ри рода, а остальны е
особен н ости являю тся так и ли и н аче оп ределен н ы м и аспектам и проявлени я цветн ой
сущ ности кварковой м атери и .
С п раш ивается, в чем заклю чается осн овоп олагаю щ ий ф и лософ ский см ы сл
кварковой цветной м атерии ? О н заклю чается в ан ти коллапсирую щ ей ее при роде.
К варковая м атери я как ц ветная является ун и версальн ой и ф ун дам ен тальн ой
ан ти коллапсирую щ ей, противостоящ ей и п ротиводей ствую щ ей коллап сирую щ им
си лам м атери и , преж де всего гравитации.
П ри ц елостном рассм отрен и и К Х Д как кали бровочной ц ветн ой теори и ее
сердц евиной является цвет как ц ветовой заряд, генери рую щ ий ц ветны е (точн ее,
трехц ветн ы е и треханти ц ветны е) си лы м еж кварковы х взаим одей ствий: ц ветовой
заряд ген ери рует ц ветн ы е си лы м еж кварковы х взаи м одей стви й .
П о аром ату все кварки сим м етри чн ы , т. е. оди н аковы , и денти чн ы ,
тож дественн ы : аром ати ческая сим м етри я кварков н е является и не м ож ет бы ть
защ итой кварков от и х коллап са (м ы видели, как аром ати ческая си м м етри я трех
странн ы х sss-кварков в синглете ом ега-м инус-ги п ерон проти воречи т закону запрета
П аули и неизбеж ен и х коллапс).
П оэтом у придани е О скаром Г ри н бергом доп олн и тельной степени свободы
кваркам явилось ф илософ ским осм ы слен и ем и осознан и ем антиколлап сирую щ ей
сущ ности кварковой м атери и вообщ е. В ф илософ ском асп екте ц вет как ц ветовой
заряд, ген ерирую щ ий цветны е силы , — установлени е реального разли чи я м еж ду
си м м етри чн ы м и аром атическим и кваркам и: аром ати ческая си м м етри я кварка
наруш ается сп он танно более глубокой и ф ун дам ен тальн ой цветной си м м етри ей. П ри
всех хаотически х ц ветн ы х м еж кварковы х взаи м одействиях, в их
взаи м оп ревращ ен и ях и взаи м опорож ден и ях путем излучени я и п оглощ ен и я ц ветны х
глю онов закон ц ветового заряда сохран яется.
К он ц еп ц и ю кон ф ай н м ен та сф орм улировали Д ж он К огут, К енет В и льсон и
Л еонард Зуски н д (все — С Ш А ): он и для объясн ен и я кон ф айн м ен та предполож или
принцип асим птоти ческой свободы , суть которой заклю чается в том , что с ростом
расстояни я м еж ду кваркам и катастроф и чески растет сила и х п ри тяж ени я, а с
приближ ен и ем к радиусу п ротон а 10
-13
см м ом ентальн о обры вается струн а,
связы ваю щ ая кварки, и н а конц ах обры ва струн ы п оявляю тся кварк и анти кварк:
такова п рирода цветны х сил, связы ваю щ их кварки м еж ду собой.
К акие ж е ф илософ ские разм ы ш лен и я наводи т кон ф ай н м ент К огута, В ильсона и
Зуски н да? О н наводи т на следую щ ие ф и лософ ские раздум ья.
1. Н е является ли кон ф ай н м ен т кон ц ом сущ ествовани я части чн ой м атери и как
таковой, т. е. кон ц ом дискретн ой м атерии в ви де ф ундам ен тальн ы х и элем ен тарны х
части ц ? В сам ом деле, два класса ф ундам ен тальн ы х частиц — кварки и леп тон 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.
106
106
взаи м оп ереходи м ы п ри больш их энерги ях 10 Г эВ в рам ках Б ольш ого объединен и я, и,
следовательно, они н е являю тся ф ундам ен тальны м и субстанциям и м атерии : поняти е
субстан ц и я теряет всякий реальн ы й ф изически й см ы сл.
Н аступил кон ец бы ти я частиц м атери и, и н аступает эп оха ф ун дам ен тальн ой
суп ерструны , возбуж денн ы м и состояни ям и ви браци и которой являю тся частицы :
части ц ы являю тся п роизводн ы м и ф еном енам и ви брац и и ф ун дам ен тальн ой
суп ерструны , как си м ф он и ческая м узы ка вели ки х ком п озиторов — Б аха, Б етховена,
М оц арта, Ч айковского и м н огих других — является слож н ы м ком плексом ви брац и и
сам ы х разли чн ы х п о и н тон аци и и тем бру звуков и звуковы х колебан и й : колебания и
вибрац и и одн ой ф ундам ен тальн ой суп ерструны творят п рекрасны й и неповтори м ы й
м и р сам ы х разнообразны х и м н огообразны х части ц м атерии, как звуковы е колебани я
и вибрац и и творят соверш ен н ы й м и р м узы ки .
2. К онф айн м ен т н аводит на ф и лософ ские разм ы ш лени я о конц е бескон ечн ой
регресси и все м алы х и м алы х структур, т. е. о кон ц е бескон ечн ой дели м ости м атери и .
В сем и звестн о, что дем окритовски й атом изм бы л п ри зван останови ть дурную
бесконечн ость делим ости м атери и : атом бы л н еделим . Д альш е атом а нет м атери и : в
атом е заверш ает свой п уть делим ость м атерии.
3. К онф айн м ен т заверш ает п роцесс неп реры вной и бескон ечн ой регресси и
дели м ости м атери и : ф ун дам ен тальная суперструн а в ф и лософ ском в и дени и есть
победа волноп одобной ф изической реальности н ад корп ускулярной природой
м атерии.
К орп ускулярно-волновой дуали зм зам еняется суперструн ой как
ф ун дам ен тальн ой волн оп одобн ой ф и зи ческой реальн остью .
А теперь в ф и лософ ском ракурсе рассм отри м п роблем ы скей линга: кон ц епц и я
скей линга бы ла разработана такж е трем я ам ери канским и ф и зикам и Д ж он ом Г россом ,
Д ж он ом П олитцером и Ф рэн ком В и лчеком .
Е щ е раз следует подчеркн уть, что и конф айн м ент, и скей линг — особы е
ф еном ен ы проявлени я спец и ф ической сущ ностной природы кварковой м атери и как
кали бровочной ц ветовой м атерии : сущ ностн ой природой кварковой м атери и
является ее цветовая сущ ность.
К он ф ай н м ен т и скей ли н г — две стороны одн ого п роявлени я ц ветовой силы
м еж кварковьгх взаим одей ствий. К он ф ай н м ен т связан с катастроф и чески м
увеличен и ем ц ветовой силы , связы ваю щ ей кварки м еж ду собой , с ростом расстояни я
м еж ду н и м и, а скейлин г (П оли тцера, Г росса и В и лчека) озн ачает, что при м алом
расстояни и 10
-16
см (радиус п ротон а равен 10
-13
см ) и при очень вы соких эн ерги ях
си ла цветн ого при тяж ени я м еж кварковы х взаим одействий катастроф ически убы вает
и и счезает взаи м одействие м еж ду кваркам и: кварки становятся на м алом расстояни и
10
-16
см свободны м и . О ни свободны и незави сим ы друг от д руга. О н и свободны в
ради усе 10
-16
см , н о от вечн ого рабства вн утри адрон а они не свободн ы и н и когда н е
м огут освободиться от этого вечн ого рабства.
С ледовательно, конц епц и и конф айн м ен та (Д . К огут, К . В и льсон и Л . Зускинд) и
скей линга (Д . П оли тцер, Д . Г росс и Ф . В илчек) бы ли теоретически объясн ены н а
осн ове теори и асим п тоти ческой свободы .
1. С трелка № 1 (см . ри с. 1.17) — это сам ая важ ная стрелка, показы ваю щ ая
сущ ность и назначени е трехц ветны х м еж кварковы х взаим одей ствий: как отм ечает
Ш елдон Г лэш оу, суть трех ц ветн ы х м еж кварковы х взаи м одействи й заклю чается в
том ,
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.
107
107
чтобы адрон бы л белы м , т. е. бесцветн ы м . В се кварки — ц ветны е, а адрон ы —
бесцветны е: ядерн ы е си лы м еж ду п ротон ом и н ейтрон ом (адрон ам и вообщ е)
являю тся п рои зводны м и остаткам и сильны х ц ветн ы х си л м еж кварковы х
взаи м одействий .
Р и с. 1.17
2. В торая стрелка № 2 и третья стрелка № 3 показы ваю т глубокую
противоречивую п рироду сущ н ости цветной кварковой м атерии : он а заклю чается в
неразры вной ди н ам ике Б ольш ого и м алого, т. е. как м алое стан ови тся больш и м и
больш ое — м алы м . М алое и больш ое в м ире ц ветны х кварков н е н аходятся в
равн одуш н ом и отчуж денн ом состоян ии, а, н аоборот, он и взаи м оп ереходи м ы и
взаи м оп ревращ аем ы .
3. Ч етвертая стрелка № 4 показы вает, как больш ое и счезает в м алом : в
скей линге п роисходит деконф айн м ен т. Д екон ф ай н м ен т — освобож ден и е цветны х
рабов-кварков от рабства в м алом (10
-16
см ). О дн ако свободн ы е рабы -сп артаковцы ,
при поп ы тке и х вы й ти за п ределы п ротон а (адрона) и осущ ествить полн ое
освобож дени е от вечного рабства, кон чаю т одн и свою ж и зн ь на виселиц ах, а други е
попадаю т ещ е в более невы н оси м ое вечн ое рабство: таковы судьба и цена ж и зн и
цветны х рабов-кварков. П оэтом у конф айн м ен т и скейлинг — два н еразры вно
связан н ы х полю са, из которы х н ет и не м ож ет бы ть никакого вы хода: в этом состои т
ф и лософ ская суть трехц ветн ости кварковой м атери и и си н глетн ой бесцветности
протон а (адрона вообщ е).
П оэтом у цветн ая кварковая м атерия как антиколлапсирую щ ая при н ц и п и ально
отличается от гравитационн ой м атерии как силы коллап са: ц ветовой заряд,
ген ерирую щ ий цветны е си лы м еж кварковы х взаим одействий, является
ан ти коллапсирую щ и м зарядом .
К он ф ай н м ен т и скей ли н г, как ф ундам ентальн ы е закон ы цветового бы тия
кварковой м атери и и сотворенн ы е сам ой этой ц ветовой м атери ей , — м ехан и зм ы
ан ти коллапса, проти водействую щ ие и проти востоящ ие силе гравитаци он н ого
коллап са и сж атия: они, т. е. кон ф ай н м ен т и скей ли н г, — закон ы и м ехани зм ы
сам осохранен и я ц ветн ой кварковой м атери и , ее сам обы тн ости и устой чи вой
стабильн ости в бурном океане ш торм овы х ветров четы рех (а м ож ет бы ть, больш е)
си л ф ун дам ен тальн ы х взаи м одействий — Г В , Э М В , С Л В и С В .
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.
108
108
Л оги к а п остр оен и я КХД (SU
(3)
)
В заклю чени е м ы только отм ети м логи ку п остроен и я К Х Д как
сам осогласованн ой теории, отвечаю щ ей двум ф ундам ентальн ы м требовани ям А .
Э йнш тей н а — требовани ям внутрен н его соверш енства, ли ш енн ого логи чески х
противоречий, и вн еш него оп равдания эксперим ен том .
К Х Д есть кали бровочно -и н вари антная и потом у перенорм и руем ая теори я поля:
она основан а н а точн ой локальной калибровочной групп е SU
(3)
сим м етри и .
П оскольку н аш а работа ф и лософ ская, необходим о разъясн ени е сам ого полож ени я
«точной локальной калибровочн ой группы SU
(3)
си м м етрии».
1. Т очная сим м етрия — SU
(3)
— абсолю тн ы й закон сохран ени я цветового заряда,
ген ерирую щ его си лу ц ветовы х м еж кварковы х взаи м одей ствий : закон сохранени я
цветового заряда является абсолю тн ы м законом сохранени я цветовой сим м етри и
при всех ц ветовы х и зм енени ях м еж кварковы х взаим одействий. Ц ветовая
си м м етри я является законом абсолю тн ого сохранени я: закон сохран ени я ц ветовой
си м м етри и , н аряду с законом сохран ени я электри ческого заряда, является
абсолю тн ы м в ф изике части ц .
2. С и м м етри я бы вает глобальная и локальн ая: локальная сим м етри я, в отли чи е от
глобальной , есть переход от точки к точке в ф азовом п ространстве. Ц ветовая
си м м етри я — локальная сим м етри я, которая в ц ветовом пространстве
осущ ествляется от точки к точке: ц ветовая сим м етри я п ри локальном
преобразован и и от точки к точке в цветовом п ространстве м еж кварковы х
взаи м одействий остается сохраняю щ ейся си м м етри ей.
3. К али бровочн ая си м м етри я — сим м етри я ц ветового заряда, ген ери рую щ его си лу
цветовы х м еж кварковы х взаи м одействи й : кали бровка кван товой теори и п оля —
квантовани е части ц поля, сил и заряда. В квантовой теори и поля
взаи м одействую щ ие части ц ы как ф ерм ионы , пром еж уточн ы е векторн ы е части ц ы
как бозон ы , и и м и генери руем ы е си лы взаи м одей ствий представлен ы
квантованн ы м и полям и: таки м и кван тованн ы м и полям и являю тся трехц ветн ы е
квантованн ы е п оля м еж кварковы х взаим одействи й — SU
(3)
.
К Х Д является сам осогласованн ой теори ей вн утрен н его соверш ен ства,
лиш енного логи чески х п роти воречи й , и внеш н его оправдани я экспери м ен том . О н а
соверш енно сп еци ф и ческая теори я точн ой локальн ой калибровочн ой груп п ы — SU
(3)
си м м етри и . К ак и каки м образом ее создателям удалось построи ть
сам осогласованн ую теори ю К Х Д ?
В сам ом общ ем ви де ответ м ож ет бы ть таки м : создателям К Х Д удалось реш и ть
клю чевую проблем у специ ф ической особенн ости силы ц ветовы х взаим одей ствий
м еж ду кваркам и . Ц ветовая сила м еж кварковы х взаи м одей ствий , генери руем ая
цветовы м зарядом как кали бровочны м , прин ц и п и альн о отли чается от сил грави таци и
и электром агн етизм а: ее специ ф и ческая особен н ость состои т в том , что она н е
подчиняется закону обратного квадрата расстояния. Э та особенн ость п роявляется в
блестящ ем объясн ени и двух м ом ен тов: 1) конф айн м ен та; 2) скей ли н га.
1. К онф ай н м ент: н уж н о бы ло объясни ть, почем у кварки и глю оны заточены на
вечн ы е врем ена вн утри адрон ов и н е наблю даю тся на оп ы те.
2. С кейли н г: в м алом при больш и х энерги ях кварки и глю оны становятся
свободн ы м 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.
109
109
О ба эти парадокса, на первы й взгляд соверш ен н о н е разреш им ы е, бы ли
разреш ен ы двум я групп ам и учен ы х (С Ш А ) н а осн ове теории «асим п тоти ческой
свободы ».
С ледовательно, К Х Д как сам осогласованн ая калибровочн о -и н вари антная и
потом у перен орм и руем ая теори я бы ла построена благодаря теорети ческом у
объясн ени ю двух, н а п ервы й взгляд н еп реодоли м ы х, парадоксов н а основе теори и
«аси м птоти ческой свободы »:
1) катастроф ический рост эн ергии по м ере роста расстояния;
2) эф ф екти вн ая констан та связи п адает до н уля по м ере того, как характерн ая
энерги я п роцесса стрем ится к бескон ечн ости: исчезает цветн ое м еж кварк овое
взаи м одействие, и кварки и глю оны становятся свободн ы м и в п ределах радиуса
10
-16
см .
К аков ж е ф и лософ ский см ы сл всего этого? О н заклю чается в той специ ф и чн ости
цветной кварковой м атерии , которая направлена против ее коллап са со сторон ы силы
грави тации.
Ц ветн ая кварковая м атери я, сущ ествую щ ая н а сам ом глубоком
ф ун дам ен тальн ом уровн е ф и зи ки части ц , — антиколлап сирую щ ая м атерия: ц ветн ая
кварковая м атерия — сам обы тн ая и сам одостаточн ая м атерия, сущ ествую щ ая и
защ ищ аю щ ая себя от коллапса.
§3. Т еор и я Б ол ьш ого объ еди н ен и я (Т Б О )
В основан и и объеди н ени я всех элем ен тарн ы х части ц и си л их взаим одействи й
леж ат:
1) нестабильн ость м атери и ;
2) распад части ц ;
3) структура движ ен и я, т. е. ди н ам ика взаи м одей стви й частиц .
С ущ ность частиц н е в и х стабильности , а в и х нестабильности .
Е стественно, что все кали бровочн ы е теори и — электрослабая и К Х Д —
являю тся блестящ им и дости ж ен и ям и человеческого разум а и интуиции в
пости ж ен и и слож н ого противоречи вого м и ра м и крочасти ц : он и явились
вели колепн ы м и образц ам и систем ати заци и и п рон и кновени я в глубинны е слои и
пласты м и ра элем ентарны х части ц .
О дн ако недостатком всех эти х объеди н и тельн ы х теори й бы ло то, что
исследовались он и и золи рованн о друг от друга: известн ы е четы ре ти п а
ф ун дам ен тальн ы х взаи м одействий — электром агн и тны е, слабы е, си льны е и
грави тационны е — и зучали и и сследовали независим о друг от друга.
1. К лассическим прим ером ядерного слабого расп ада является распад ней трон а
на п ротон и электрон и электронн ое антин ейтри н о:
Э то н а уровне ядерн ой м атери и .
2. Р асп ад слабой ядерной м атерии на более глубоком субъядерн ом уровн е, т. е.
на язы ке кварков, вы глядит следую щ им образом . П оскольку н ейтрон состои т и з трех
кварков — d, d, и и, а протон — и , и и d, постольку оди н из d-кварков в нейтрон е
распадается н а u-кварк в п ротон е и рож дает электрон и электронное ан ти н ейтри 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.
110
110
С ледовательно, н ей трон п ревращ ается в протон и рож дает электрон и
электрон н ое анти н ейтри н о:
3. Н о сам ы м зам ечательны м является то, что в п роцессе субъядерн ого слабого
распада, т. н . кваркового слабого распада, п рои сходит эм и ссия W
-
-частиц ы , т. е. в
процессе п ревращ ен и я d-кварка в u-кварк рож дается новая м ассивн ая W
-
-частиц а,
которая в свою очередь распадается на электрон и электронн ое антиней три н о:
Значит, d-кварк, распадаясь на u-кварк, рож дает одноврем ен н о W
-
-частиц у,
которая в свою очередь распадается на:
Т аки м образом , м атери я на сам ом глубоком субъядерн ом уровне, т. е. на
кварковом , нестаби льна: кварки н е только расп адаю тся на другие кварки, н о
порож даю т н овы е части ц ы , которы е участвую т в слабы х и электром агнитн ы х
взаи м одействиях.
И так, кварковая м атери я как ф ундам ен тальная нестаби льна: она распадается и
на други е ви ды м атери и — ядерн ой (сильной и слабой ) и электром агн и тной .
1. К варки — это части ц ы субъядерной м атери и : субъядерн ая м атери я двули ка —
си льная и слабая.
2. П ротон ы и нейтрон ы — это части ц ы ядерн ой м атери и : она такж е двули ка —
си льная и слабая.
3. — это части ц ы слабы х взаи м одей стви й , участвую щ ие в ни х как на
уровне субъядерн ой, так и на уровн е ядерн ой м атери и взаи м одей ствий : сам ы м
неож и дан н ы м сю рп ризом дл я учены х сп еци али стов оказалась эм и ссия W
-
-
части ц ы d-кварком в процессе превращ ен и я его в u-кварк в протон е.
Т ак распад d-кварка н а u-кварк п оказал ф ун дам ен тальн ое и глубинное един ство
всех трех ти п ов частиц, участвую щ и х в си льн ы х (кварки ), слабы х ( ) и элек-
тром агнитн ы х (е
-
) взаим одей стви ях: это еди н ство частиц и сил и х взаи м одействий
явилось м ощ ны м и сточн и ком и н теллектуального стим ула к Б ольш ом у объедин ени ю
всех трех ф ундам ентальн ы х взаи м одействий — С В , Э М В и С Л В .
П оэтом у ф илософ ская суть необходи м ости Б ольш ого объеди н ени я трех
ф ун дам ен тальн ы х си л взаим одей ствий заклю чается в нестабильн ости частиц , в их
взаи м оп ереходи м ости и взаи м оп орож ден и и . К ак отм ечает лауреат Н обелевской
прем и и Ш . Г лэш оу в своей зам ечательной книге «О чаровани е ф и зи ки», «м атерия
внутрен н е нестаби льна. С ущ ность частиц н е в их стабильн ости, а их
нестабильн ости ». (Р оди тели Ш . Г лэш оу эм игрировали в С Ш А в н ачале 20 -х гг.
прош лого века из Р оссии (г. Б обруй ска). Н астоящ ая ф ам илия и х — Г лебовские.)
Ш . Г лэш оу, как м ы отм ети ли , — оди н из основателей единой теории
электрослабы х взаим одей ствий.