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.
121
121
Н а соврем ен н ом уровне ф изики частиц и косм ологии таки м един ы м н ачалом , п о
предп олож ен и ю учен ы х сп еци али стов, являю тся хиггсы , главн ое п редназн ачен и е
которы х состои т: «давать всем частиц ам (ф ерм и он ам и бозонам ) м ассу».
А м ож ет бы ть, в п ервы е 100 секун д (от нуля до 100 с) в инф ляц и он н ой
В селенной при скаты ван и и ви ртуальности и з лож н ого вакуум а к реальном у вакуум у
происходи т ген ераци я (т. е. рож ден и е) элем ентарны х части ц , которы м даю т хи ггсы
не только м ассу, н о и заряд и спи н : вся эта ф ундам ен тальн ая три ада обладает
«бегущ им значен и ем ».
Т аки м образом , ф и лософ ское рассм отрен и е Б ольш ого объедин ени я как теори и
си н теза трех ф ундам ен тальны х взаи м одействий — сильн ы х ц ветн ы х и
электрослабы х — заклю чается в том , что он о (Б ольш ое объедин ени е) в своей
кон ц ептуальной структуре долж н о вы раж ать: во -п ервы х, кварк-леп тон н ую
си м м етри ю как взаи м опереходи м ость ф ун дам ен тальны х ф ерм и он ов — кварков и
леп тон ов. Г лавны м следствием этой относи тельности ф ерм ионов долж ен бы ть
распад протон а. В о-вторы х, как нам в ф и лософ ском ви дени и п редставляется,
Б ольш ое объединен и е в своей теоретической структуре долж но отраж ать и бозон н о -
ф ерм ион н ую сим м етри ю как взаи м оп ереходи м ость ф ундам ен тал ьны х ф ерм ионов и
ф ун дам ен тальн ы х бозонов как переносчи ков ф ерм и он н ы х взаи м одей ствий . П оэтом у
суп ерсим м етрия как теори я бозонн о -ф ерм ион н ой сим м етри и долж н а составить
необходим ы й структурны й ком п он ент теори и Б ольш ого объеди н ени я. (П ока в этой
связи м ы оставляем в стороне п роблем у суп ерси м м етри чн ы х п артнеров — скварки и
слеп тон ы , ф оти н о, глю ин о, зи н о, вин о, гравитин о и т. д. Э то предм ет особого
ф и лософ ского и сследовани я и осм ы сли вани я.) К огда м ы пиш ем о бозонн о -
ф ерм ион н ой сим м етри и в контексте теори и Б ольш ого объеди н ения, то п од бозон ам и
м ы п он и м аем те реальн ы е кали бровочны е бозоны , которы е являю тся реально
ф и зи чески м и п ереносчи кам и реальн ы х ф ерм и он н ы х ф ундам ен тальн ы х
взаи м одействий — си льны х цветны х кварк-глю он н ы х и электрослабы х
взаи м одействий , пром еж уточн ы м и бозонам и которы х являю тся глю он ы , ф отон, W
±
и
Z
0
.
Ч то касается вы ш еперечислен н ы х суп ерси м м етри чн ы х п артнеров, то он и ещ е н е
обнаруж ены в эксп ери м енте и потом у он и являю тся ещ е ги п отети ческим и: как
гипотети чески е суп ерп артнеры известн ы х н ам ф ерм и он ов и бозон ов не долж н ы бы ть
структурообразую щ и м и ком п он ен там и теори и Б ольш ого объеди н ени я.
Н аш а ф и лософ ская м ы сль заклю чается в том , что Б ольш ое объедин ени е как
теори я реальной локальн ой калибровочн ой сим м етри и долж н о бы ть отраж ен и ем в
своей кон ц ептуальной структуре двух реальны х классов реальн ы х ф ундам ен тальн ы х
ф ерм ион н о-бозонны х взаи м одействий — си льны х цветны х кварк-глю он ны х и
электрослабы х взаи м одей ствий , ф ун дам ентальн ы м и ф ерм и он ам и которы х являю тся
реальны е лептон ы и бозоны — γ, W
±
и Ζ
0
. В се эти ф ун дам ен тальн ы е ф ерм и он ы —
кварки и лептон ы — и ф ундам ен тальн ы е бозон ы — глю оны , ф отон , W
±
и Z° —
восп роизводим ы м н огократн о в экспери м енте и потом у являю тся реальны м и
м и крочасти ц ам и, т. е. объекти вн ы м и . В этом ф и лософ ском ракурсе Б ольш ое
объеди н ени е является реальн ой теори ей , отраж аю щ ей в своей концеп туальн ой
структуре коррелят объекти вн ой и сти н ы .
А теп ерь, чтобы лучш е ф и лософ ски осм ы сли ть теори ю Б ольш ого объеди н ения,
насколько она и стин н а и достоверн а, н еобходи м о и сследовать реальн ы й ген езис
истори ческого становлени я и развити я трех ф ундам ен тальн ы х взаим одей ствий —
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.
122
122
си льны х ц ветн ы х и электрослабы х в кон тексте эволю ции В селенной: все эти
ф ун дам ен тальн ы е взаи м одействия — объективно-ставш ие реальности, и м ею щ ие
начало своего рож дени я, становлени я и ф орм ирования в ц елостны е структурны е
образован и я.
М ож но только схем атически в ф илософ ском ракурсе п редп олож и ть ген езис
истори ческого образован и я эти х ф ундам ен тальн ы х взаи м одей стви й (сразу ж е
оговори м ся, что ни ж еследую щ и е рассуж ден и я представляю т собой поп ы тку
ф и лософ ского осм ы сли вани я и пон и м ани я реального ген езиса, а н е н аучн ого
опи сани я и объединен и я: ф и лософ ское поним ан и е реального ген езиса долж но
осн овы ваться на точн ом знан и и и ф и ксаци и н аучн ы х дан н ы х).
Н ачн ем с «сам ого начала»: «началом всех н ачал является син гулярность» как
бесконечн ая п лотн ость м атерии -эн ергии. В си н гулярности п ространство -врем я
«остан ови лось». В силу каки х -то вн утрен н и х, н ам ещ е не известн ы х,
противоречивы х проц ессов (м ож ет бы ть, п лотн ость, давлен и е и гипервы сокая
тем пература) происходи т катастроф и чески Б ольш ой взры в, которы й служ ит
источн и ком и п ри чи н ой разруш ения си н гулярности, в результате чего образуется
энтропийны й хаос м атери и -эн ергии.
С ам ы м вп ечатляю щ им м ом ен том , захваты ваю щ им ф и лософ ский дух ви ден и я
В селенной, является сли яние и взаи м оп рон и кновен ие трех ветвей (т. е. ф изики
части ц , астроф изики и соврем ен н ой косм ологи и ) един ого (как определи л Д екарт,
м атем атического) ствола, корни (ф и лософ ские) которого глубоко уходят вглубь
ты сячелетн ей истори и человеческой м ы сли : ф илософ ски й сим би оз ф изики части ц ,
косм ологи и и астроф изики — сам ое вы даю щ ееся достиж ен и е последни х десятилети й
прош лого века.
Ф изи ка частиц н еудерж им о прони кает в сам ую глубокую тайн у природы ,
раскры вая и устанавли вая всеобщ ие п ри н ц и п ы и закон ы В селенн ой : создан о
вели чествен н ое здан и е соврем ен н ого естествознани я, осн овн ы м и структурны м и
каркасам и являю тся еди н ая электрослабая теория, К Х Д и Б ольш ое объедин ени е как
ф и лософ ский син тез электрослабы х и ц ветн ы х си льны х взаим одей ствий.
Р азрозн ен н ы е, н а первы й взгляд, м иры слабы х, электром агни тны х и ц ветны х
взаи м одействий встаю т п еред удивлен н ы м человечески м взором как разли чны е
аспекты проявлен и я еди н ой вн утрен н ей п ри роды н аш его м ироздания.
В косм ологи и благодаря вели чайш ем у и н теллектуальном у п розрению Г . Г ам ова
(ам ери кано-советском у ф изику-теорети ку) создана стройн ая осн овоп олагаю щ ая
косм ологи ческая м одель Б ольш ого взры ва, оп и сы ваю щ ая и объясняю щ ая рож ден и е,
становлени е и эволю ц и ю расш иряю щ ейся В селенн ой в ц елом : Б ольш ой взры в Г .
Г ам ова — это эволю ционн ая теория В селенн ой , точн о так ж е, как дарвин овская
теори я является эволю ц ионной теорией ж ивой природы . А астроф и зи ческие
наблю дени я и исследовани я В селен н ой и ее косм и чески х объектов с п ом ощ ью
м етодов, идей и закон ов ф изики частиц и косм ологии даю т н ам н евосп олним ую
прелесть един ства м икром и ра и косм оса, един ства всех м и ров В селенной: В селен н ая
предстает п еред нам и как единая и целостн ая суп ерструктура (ри с. 1.20).
С оврем ен н ое ф и лософ ское м и ровосп риятие и м иропони м ан и е нем ы сли м ы вн е
этой ф ундам ен тальной три ады ош елом ляю щ их достиж ен и й ф изики части ц ,
астроф и зики и косм ологи и : ф илософ и я обязан а пересм отреть свои традиц и он н ы е
представлен ия о м ирах В селен н ой и заново осм ы сли ть эти ф ундам ен тальн ы е
дости ж ен и я, преобразую щ и е наш е воззрение н а п ри роду В селенн 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.
123
123
Р и с. 1.20
Н аш а ф и лософ ия до си х пор «п розябает» все ещ е в старом «одеян и и»: ее н ельзя
свести н и к соц и ологи и , ни к н ауке только о культуре и ли цивилизаци и . О н а не
м ож ет бы ть сведен а к н ауке о ц енн остях, т. е. акси ологии; он а есть п реж де всего
ф и лософ и я п ознан и я и сти н ы , п ри чем объекти вн ой . Ф илософ ия зароди лась как
ф и лософ и я преж де всего косм оса, его п рои схож дения из хаоса, его строен и я и
м ельчай ш их строительны х ки рп и чи ков, и з которы х он построен.
П оэтом у, естественн о, сначала велики е греки герои ческой эпохи развивали и
разрабаты вали ф и лософ и ю как учен и е о при роде косм оса, а затем уж е зани м ались
проблем ой социологии и н равственн ости как науки о добре и зле и т. д.
В ся и стория ф илософ ской м ы сли человечества сви детельствует, что н и одн а
крупная ф и лософ ская ш кола, ни один вели кий ф илософ -м ы сли тель н е п роходили
м и м о и сследован и я и п оним ани я п рироды м и роздан и я, косм оса, В селенной: вся
истори я ф илософ и и , уходящ ая вглубь ты сячелети й , — в ц елом п оп ы тка объясн и ть
закон ы м и роздан и я, его рож ден и я и развити я и п оп ы тка понять роль, м есто и см ы сл
человеческого бы тия в этом н еобъятном м ире.
И только ф ун дам ен тальная три ада ф и зики части ц , астроф изики и косм ологии на
соврем ен н ом уровн е знани й о В селен н ой дает н ам осн овани е для истин н о
ф и лософ ского м ировосприяти я и м и ропон и м ани я: эта три ада дает ответ на те
ф и лософ ско-м и ровоззренчески е воп росы (п роблем ы ), которы е обуревали
человечески й дух и ин теллект на протяж ени и всей истории человеческого бы ти я и
м ы сли . Ф илософ и я — это не только н аука, теория, учен и е о м и ре: он а есть сам о
человеческое бы ти е в м ироздани и .
П оэтом у, след уя за М ерабом М ам ардаш вили , ф илософ и я — сам о человеческое
сущ ествовани е во вселенском м и роздании. В этом состои т осн овн ое п редназн ачени е
ф и лософ и и : знать это м и роздан и е, чтобы п он ять см ы сл своего сущ ествовани я в нем .
В чем ж е состои т главное ф илософ ское зн ачен и е Б ольш ого объедин ени я как
теори и си н теза трех ф ун дам ен тальн ы х взаим одей ствий? В се-таки главное
ф и лософ ское значени е теори и (м одели ) Б ольш ого объедин ени я заклю чается н е в том ,
что он а объединила три соверш енно разн ы е ти п а взаи м одей ствий . Б езусловн о,
объеди н ени е в одн ой м одели трех различн ы х взаим одей ствий и рассм отрен и е их как
различны х аспектов п роявлени я более глубокого и ун и версального един ого
взаи м одействия являю тся вы даю щ им ся дости ж ени ем ф и зической теорети ческой
м ы сли о м икрочастицах. М ы н и сколько н е стрем им ся в какой -то степени при н и зи ть
это вели колепн ое обобщ ен и е трех взаим одействий — электрослабы х и сильны х
цветны х. Н аоборот, Б ольш ое обье-
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.
124
124
динен и е SU
(5)
, п остроенн ое Д ж ордж и и Г лэш оу, на сам ом деле великое сооруж ен и е
теорети ческой м ы сли и м атем ати ческой и н туи ц и и : оно — важ н ое и сущ ествен н ое
осм ы слени е и поним ани е н ам и глубокого еди н ства м и кром ира, и все ж е м ы долж ны
предельно ясн о и точн о очертить дем аркац и ю м еж ду ф и зи чески м и ф и лософ ским
значен и ем теории Б ольш ого объедин ения.
А она, т. е. эта дем аркаци я, заклю чается в том , что главное ф илософ ское
значен и е Б ольш ого объеди н ени я состои т в н аучн ом объясн ени и аси м м етри и наш ей
В селенной, преж де всего асим м етри и м еж ду вещ еством и ан тивещ еством : н аш а
В селенная есть вещ ественн ая без антивещ ества.
С ледовательно, главное ф и лософ ское значени е теории Б ольш ого объеди н ени я
заклю чается в асим м етри и наш ей В селенн ой по отн ош ению к вещ еству и
ан ти вещ еству: н аш а В селенн ая есть вещ ественн ая без ан тивещ ества. А куда и счезло
ан ти вещ ество? В едь в сам ую ранн ю ю эп оху Б ольш ого объединен и я при эн ергиях
10
15
и 10
16
Г эВ сущ ествовала ф ундам ен тальн ая сим м етри я м еж ду ф ундам ен тальн ы м и
ф ерм ион ам и:
1) си м м етри я м еж ду кваркам и и ан ти кваркам и ;
2) си м м етри я м еж ду лептон ам и и анти лептон ам и (т. е. электрон ам и и позитрон ам и);
3) кварк-лептон н ая сим м етри я.
И н ы м и словам и , в этот п ери од Б ольш ого объединен и я чи сло кварков равн о
числу антикварков, а такж е чи сло лептон ов равн о чи слу ан тилеп тон ов (т. е. чи сло
электрон ов равн о чи слу позитрон ов). С ледовательно, в эп оху Б ольш ого объеди н ени я
число ф ун дам ентальн ы х ф ерм ион ов (т. е. кварков и леп тон ов) бы ло равно чи слу
ф ун дам ен тальн ы х ан тиф ерм и он ов (т. е. анти кварков и ан ти лептон ов). О дним словом ,
в эп оху Б ольш ого объеди н ени я п ри энерги ях 10
15
и 10
16
Г эВ н аш а м и кровселен н ая
бы ла сим м етри чн ой п о отн ош ению к ф ун дам ен тальн ы м ф ерм и он ам и
ан ти ф ерм ионам : количество ф ерм ион ов и ан ти ф ерм ионов бы ло оди н аковы м .
С п раш ивается, почем у соврем ен н ая наш а В селенн ая, н ам и н аблю даем ая,
асим м етри чн а, т. е. состои т только и з вещ ества без ан тивещ ества: он а состои т и з
кварков и леп то н ов без антикварков и ан тилептон ов, из адрон ов без ан ти адронов, и з
ядер без антиядер, и з атом ов без анти атом ов. К уда и счезло все это ан ти вещ ество?
П очем у и каки м образом оно исчезло с арены В селен н ой? О дн и м словом , почем у, как
и каким образом ранняя си м м етри чная В селен н ая в настоящ ее врем я стала
асим м етри чн ой В селен н ой?
Б езусловн о, н ад этой уникальной и таи н ственн ой проблем ой разм ы ш ляли
м н оги е и м ногие вы даю щ иеся ум ы ф и зиков и косм ологов: он а оставалась
неразреш им ой тайн ой до середин ы 60-х гг. прош лого века, пока в 1966-1967 гг.
вели ки й наш соотечествен н и к — ф и зи к и м уж ествен н ы й гум ан и ст А ндрей
Д м и три евич С ахаров н е разгадал эту великую тайн у природы .
К ак бы ло отм ечено в н аш ей работе, духовны м отцом ан ти м атери и явился
вели ки й ф изик всех врем ен П оль А ндриен М ори с Д и рак, которы й в своем
зам ечательном м атем атическом уравн ени и 1927 г. сф орм ули ровал ф акти чески
впервы е и дею сим м етри и зарядового сопряж ени я как конкретн ое тож дество части ц ы
(электрона) и ан ти части ц ы (позитрона). А изящ н ое м атем атическое обоснован и е
идеи си м м етри и зарядового соп ряж ен и я — как ф ундам ентальн ого п ри н ц и п а
природы : взаим н ая соп ряж ен н ость частицы и ан тичасти ц ы — неотъем лем ы й закон
сохран ени я при роды .
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.
125
125
О дн ако, как м ы об этом п и сали , 1957 г. стал вели ким п ерелом н ы м м ом ентом
круш ения в слабы х взаи м одей стви ях одного п ри н ц и п а си м м етрии за другим : сначала
низвергаю тся со своего абсолю тного пьедестала Ρ — четность, а затем С -сим м етри я.
Н е усп ели Л . Л ан дау, Л и и Я н г сф орм улировать ком би н ирован н ую СР-теори ю ,
приш ли вести о н есохран ении в слабы х взаим одей ствия СР-си м м етри и и Т -
инвари антности в 1964 г.: слабое взаи м одей стви е п редстало п еред удивлен н ы м
взором ф и зиков-элем ен тарщ иков настоящ и м «кладбищ ем » н и звергн уты х п ри н ц и п ов
си м м етри и — Р , С , С Р и Т . О ставалась одн а С Р Т -теори я незы блем ой во всех
эксперим ен тах: только одн оврем енное п реобразовани е трех операц и й сим м етри и
является ф ундам ен тальн ы м законом сохран ени я природы .
В этой драм ати ческой н аучн ой атм осф ере академ и к А . Д . С ахаров вы дви н ул
соверш енно «дикую », «сум асш едш ую » и дею о том , что аси м м етри я н аш ей
В селенной п о отнош ени ю к вещ еству и ан ти вещ еству является следствием СР-
несохранени я в сам ую ранн ю ю эп оху В селенн ой : п олож ени е о том , что СР-
несохранени е — п ри чина аси м м етри чн ости В селенн ой , бы ло зам ечательной
револю ционн ой гипотезой , которая н аходи т свое теорети ческое обосновани е в
Б ольш ом объеди н ени и : вели кая идея академ и ка С ахарова яви лась осн овополагаю щ ей
в построени и сам осогласованной теори и Б ольш ого объеди н ени я.
М ы останови м ся только на трех м ом ентах, н е входя ни в м атем ати чески е, ни в
ф и зи чески е детали и тон кости : н аш а задача более скром ная — ф и лософ ски
объясн и ть и пон ять асим м етри чн ость наш ей В селенн ой :
1) си м м етри чн ость ран н ей В селенн ой ;
2) тотальная «вселенская» ан н и ги ляци я ф ундам ен тальн ы х ф ерм и онов и
ан ти ф ерм ионов как н аруш ен и е и зн ачальн ой си м м етри и ран н ей В селенн ой ;
3) эпоха госп одства асим м етри и : В селенн ая аси м м етри чн а.
О бщ ая природн ая логика разви ти я В селенн ой состои т в переходе от более
вы сокой сим м етри и в эпоху ран н ей В селен н ой к более низкой сим м етри и в
последую щ ем ее разви тии : м ехани зм ом этого п ерехода от более вы сокой сим м етри и
к более низкой си м м етри и является сп он танн ое н аруш ен и е вы сокой сим м етри и . В
этом ф и лософ ском контексте Б ольш ое объеди н ение как локальн ая калибровочн ая
теори я взаи м одей стви я всех ф ундам ен тальны х ф ерм ион ов — кварков и лепто н ов —
посредством п ром еж уточны х калибровочн ы х (гип отетических) бозонов Х иггса
зан и м ает особое полож ен и е: ф и лософ ское зн ачени е ан али за Б ольш ого объединен и я
заклю чается в том , что он дает н ам возм ож ность объясн и ть и п онять — почем у и
каким образом В селен н ая и з вы сокой сим м етри и п ревратилась в асим м етри чную
суп ерсистем у п о отн ош ению к вещ еству и ан ти вещ еству.
П ри эн ергиях 10
15
и 10
16
Г эВ , т. е. при эн ергиях Б ольш ого объедин ени я,
В селенная бы ла м олодой и п отом у она бы ла вы сокоси м м етри чн ой : все
ф ун дам ен тальн ы е ф ерм и оны — кварки и леп тон ы — и анф ерм ионы — антикварки и
ан ти лептон ы — бы ли си м м етри чн ы : сим м етри я бы ла м еж ду кваркам и и
ан ти кваркам и , т. е. чи сло кварков бы ло равн о числу ан тикварков. Т акая ж е
си м м етри я сущ ествовала м еж ду лептон ам и и антилеп тон ам и: чи сло л еп тон ов
(электронов) бы ло равно чи слу ан тилеп тонов (позитронов).
Т аки м образом , п ри эн ергиях Б ольш ого объеди н ени я сущ ествовала и зн ачальная
си м м етри я м еж ду всем и ф ундам ен тальны м и ф ерм ионам и (кваркам и и леп тон ам и) 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.
126
126
ан ти ф ерм ионам и (анти кваркам и и ан ти лептонам и): ран н яя В селенная,
дей ствительно, бы ла вы сокоси м м етри чной по отнош ению к ф ун дам ен тальн ы м
части ц ам и анти частицам .
И х взаи м одей стви я п осредством м асси вн ы х кали бровочны х бозонов Х и ггса
происходят в сверхм алом ради усе 10
-28
см , которы й даж е м ы слен н о трудно себе
представить. Д ля н аглядн ого п редставлен и я м ож ет служ и ть следую щ и й п ри м ер: если
ради ус п ротона 10
-13
см увели чи ть до разм еров наш его С олн ц а, то соответствую щ ий
ради ус взаим одействия ф ерм ион ов с хи ггсам и сравни м с 1 м к.
В Б ольш ом объеди н ени и ф ункц и я хи ггсов состои т не только в том , что он и
являю тся пром еж уточны м и кали бровочны м и бозонам и : и х роль значи тельна и
сущ ествен н а. О сновн ое и х п редн азначени е состои т и в том , чтобы «давать» всем
части ц ам м ассу, как отм ечаю т авторы книги «В веден и е в экспери м ентальн ую ф изику
части ц » Ю . Л ю би м ов и Д . К иш (М ., 2001).
П оэтом у роль хиггсов ф ун дам ен тальна, ибо абсолю тн о н ем ы слим без м ассы не
только м икром ир, н о и косм и чески й и косм ологи чески й м и р в целом : без м ассы ,
особен н о грави таци он н ой , соверш ен но невозм ож но п р едставить и образован и е
наш ей В селенн ой в ее крупн ом асш табной структуре.
Р и с. 1.21
Т ри ада: м асса, заряд и спи н — три ти п а, и з которы х сооруж ается н аш е
м и роздан и е и н а которы х оно держ и тся (ри с. 1.21).
Р оль спи н а так ж е ф ундам ен тальн а, как и роль м ассы и заряда, и бо им ен н о спи н
является определяю щ и м кван товы м числом проведени я четкой дем аркац и и м еж ду
ф ерм ион ам и со сп и н ом 1/2 и бозон ам и с целочислен н ы м зн ачени ем спина 0, 1,2,...
В суп ерсим м етри и как теори и бозонно-ф ерм ион н ой сим м етри и и п он яти е сп и н а
им еет н е абсолю тное значени е, а «бегущ ее зн ачени е»: оно такж е является
отн оси тельн ы м и и зм ен чи вы м . Ф ерм и он ы долж н ы обладать в суп ерсим м етрии
бозон н ы м и свой ствам и и , н аоборот, бозоны долж н ы обладать ф ерм ионны м и
свой ствам и . О сн овн ое требовани е суп ерсим м етри и — взаи м опереходи м ость
ф ерм ион ов и бозон ов: бозон ы и ф ерм ионы взаим озам еняем ы , как кварки и леп тон ы в
Б ольш ом объеди н ени и .
В спом н и м тот наглядн ы й при м ер, которы й при води т А н тон и о Д зики ки в своей
кн и ге «Т ворчество в н ауке» (М ., 2000), со зрителям и — госп одам и ф ерм и онам и и
госп одам и бозонам и — в театре н а 1 000 м ест: каж ды й ф ерм и он зани м ает в си лу
закон а зап рета П аули только одн о м есто -кресло в театре: число ф ерм и он ов-зрителей
в театре м ож ет бы ть только 1 000. А госп од бозонов на одном м есте-кресле м ож ет
си деть сколько угодн о — 1 000 и даж е больш е м и ллиона. В этой связи н ам
представляется весьм а и н тересн ы м и ориги н альны м разм ы ш лени е А н тон и о Д зи ки ки
о при роде пространства: п ри рода простран ства бозонн ая. В о врем ени м ы не м ож ем
дви гаться вперед и н азад, а в п ространств е возм ож но дви гаться вп еред и н азад во
всех четы рех н аправлени ях. Е сли в сам ом деле природа п ространства бозонная, то из
этого полож ения, н ам п редставляется, следует очен ь важ ны й и сущ ественны й
ф и лософ ский вы вод: полож ен и е — в м алом содерж ится вели кое — не связан о ли с
бозон н ой п ри родой простран ства? (П рим еры : черны е ды ры , квазары и т. д.) В м алом
простран стве как точке бесконечн ости содерж ится н еобъятн ое вели кое —
си н гулярность в черны х ды рах и т. д.
П оэтом у м ы счи таем , что ф и лософ ское значени е бозон н ой м атерии вы ходи т
далеко за п ределы области просто п ереносчи ков ф ерм ион н ы х взаи м одействи й .
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.
127
127
В чем ж е состои т ф и лософ ский см ы сл и зн ачи м ость п лан ковского м асш таба
м ассы 10
19
Г эВ ; l
рl
= 10
-35
см ; t
pl
= 10
-45
с; плотн ость 10
96
г/см
3
; тем пература t = 10
30
° С ?
В ф и лософ ском см ы сле планковский м асш таб — возм ож ность построен и я
теори и В ели кого объедин ени я всех четы рех взаим одей ствий , в том чи сле и
грави тационного: теори я В еликого объедин ени я — «теори я всего сущ его».
А в чем ж е ф и лософ ский см ы сл этой «теори и всего су щ его»? О твет прост: в
бесконечн о м алом содерж и тся бесконечн о вели кое. К ак и н аче м ы слить, если в
план ковском м асш табе плотность м атерии достигает 10
96
г/см
3
?! Э то возм ож н о, если
природа п ространства бозонная, если «в одн ом м есте-кресле м огут сидеть н е только
ты сячи госп од бозон ов, но и м илли оны и более».
П оэтом у, как отм ечает один и з авторов Б ольш ого объединен и я Ш . Г лэш оу в
своей кн и ге «О чарованн ая ф и зи ка» (М ., 2002), Б ольш ое объедин ени е — теори я о
бесконечн о м алом , содерж ащ ем бесконечн о вели кое: м алое и вел и кое
взаи м оп роникаю т.
§4. А си м м етр и я В сел ен н ой
Ч тобы лучш е и яснее представить, почем у и каки м образом
вы сокоси м м етри чн ая ранн яя, м олодая В селен н ая п реврати лась в аси м м етри чную
В селенную п о отн ош ен и ю к вещ еству и ан тивещ еству, м ы обрати м ся к сам ом у
началу рож ден и я В селен н ой : таким н ачалом будет Б ольш ой взры в, которы й в п ервы е
сто секун д вы зы вает инф ляци он н ую стадию становлен и я м олодой В селен н ой .
И н ф ляци он н ая стадия В селен н ой и н тересн а н е только тем , что он а п редставляет
собой катастроф ическое «вздутие» в ее разм ерах: заверш ен и ем инф ляционной стади и
м олодой В селенн ой является ген ерация элем ен тарн ы х частиц , преж де всего
ф ун дам ен тальн ы х ф ерм ионов и бозонов. А ген ерация части ц связан а с расщ еп лени ем
еди н ого ф ун дам ен тальн ого взаи м одействия н а разли чн ы е тип ы взаи м одей стви й —
грави тационное, сильное и электрослабое. Т очная карти н а ген ераци и части ц и их
взаи м одействий ещ е н е совсем ясн а. О дно н есом нен н о, что ген ераци я части ц
вы зы вает их взаим одей стви я. О дн ако для всего этого н еобходи м о, чтобы рож даем ы е
части ц ы приобрели м ассу, заряд, спи н : сп и н н еобходи м для разли чен и я ф ерм ион ов и
бозон ов, а заряд н еобходи м для кон стан ты связи. А от м ассы зависит н е только сам о
сущ ее бы ти е части ц , но и и х взаи м одействи е.
О дн и м словом , без м ассы , заряда, спи н а н ем ы сли м о н е только сам о сущ ее бы ти е
части ц , н о и и х ти п ов взаи м одействий.
1. С п и н четко разделяет все частицы н а ф ерм ион ы и бозоны : ф ерм ионы — источн и к
кали бровочны х п олей (кван товы х), а бозон ы — кали бровочны е пром еж уточн ы е
переносчи ки эти х ф ерм и он н ы х взаим одей ствий .
2. Заряд, носи телям и которого являю тся как ф ерм ион ы , так и бозоны , оп ределяет
си лу взаи м одействия: заряд генери рует силу взаи м одей ствия. О н является
определителем кон станты связи.
3. М асса определяет сам о бы ти е части ц и и х взаим одействи е: от м ассы зависит н аш
м и р как в м икрокосм осе, так и в м акрокосм осе.
П ервой карти н ой м ира после инф ляц и онной В селенн ой являет «теория всего
сущ его» как единства всех четы рех взаи м одей стви й , вклю чая и гравитационное,
рисуем ая н ам и на план ковском м асш табе м ассы 10
19
Г эВ .
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.
128
128
В торой карти н ой м ира м олодой В селенн ой является нам и рассм атри ваем ая
теори я Б ольш ого объеди н ени я: Б ольш ое объедин ени е объеди н яет в своей структуре
три ти п а взаи м одействи й — сильн ы е цветн ы е кварк-глю он н ы е и электрослабое. О но
не вклю чает грави тационное взаи м одействи е, которое о тщ еп и лось в результате С Н С
от еди н ства трех других взаим одействи й — С В и Э С В .
В Б ольш ом объеди н ени и сильное цветное кварк-глю он н ое взаи м одействие и
электрослабое взаим одей ствие си м м етри чн ы (т. е. оди н аковы , и ден ти чн ы ,
тож дественн ы ) в си лу слияни я всех трех констан т связи (α
s
, α
e
и α
w
) в одну
уни версальную кон станту связи: при эн ергиях 10
15
и 10
16
Г эВ , т. е. энерги ях
Б ольш ого объединен и я, все три константы связи (α
s
, α
em
и α
w
), соверш ен н о
несоп остави м ы е, н есравн и м ы е, н есои зм ери м ы е п ри обы чн ой эн ерги и , становятся
сравни м ы м и , сои зм ерим ы м и , т. е. одинаковы м и , и дентичн ы м и , тож дественн ы м и, и
потом у несравни м ы е си лы трех взаим одей ствий стан овятся сим м етри чн ы м и (т. е.
одинаковы м и , тож дественн ы м и ).
К акие ж е части ц ы являю тся н оси телям и этих трех си м м етри чн ы х
взаи м одействи й? И м и являю тся ф ундам ентальн ы е ф ерм ионы — кварки и лептон ы
(электроны и электрон н ое н ейтри н о), а бозонам и как переносчи кам и этих
си м м етри чн ы х взаи м одействий ф ундам ен тальн ы х ф ерм и он ов — кварков и лептон ов
— являю тся хи ггсы как ги п отети чески е бозон ы , н ам и ещ е н е н аблю даем ы е и
эксперим ен тально н е обн аруж енн ы е. Э ти Х и ггсовы бозон ы н е очен ь тяж елы е и
м асси вн ы е, которы е как таковы е только м огут обесп ечи ть сим м етри чн ую
инвари антность всех трех взаим одействий: основн ое п редназначение Х и ггсов —
«давать части ц ам м ассу».
Ф илософ ское зн ачение всех этих рассуж дени й и разм ы ш лен и й заклю чается в
проявлени и трех п ринципов си м м етрии в Б ольш ом объедин ени и :
1) кварк-леп тон н ой си м м етри и ;
2) бозон н о-ф ерм и он н ой си м м етри и (хи ггсы как бозоны );
3) си м м етри и трех взаи м одействи й — С Ц В и Э С В .
М ы ещ е раз хотим п одчеркнуть, что 1-й и 3-й п ринципы сим м етри и н ем ы сли м ы
и невозм ож ны без тяж елы х и м ассивны х Х иггсов как пром еж уточн ы х п ереносчи ков
— бозон ов. П о сущ еству здесь м ы сталки ваем ся с ан алоги чн ой си туаци ей п ри
построен и и электрослабой теори и , которая стала возм ож ной благодаря
приобретени ю пром еж уточн ы м и бозонам и W
±
и Z
0
м ассы в результате С Н С и
дей ствия м ехан и зм а Х иггса.
Т аки м образом , Б ольш ое объедин ени е — локальн ая кали бровочн ая теори я,
отраж аю щ ая вы сокую си м м етри ю трех взаи м одействий ф ундам ен тальны х
ф ерм ион ов и антиф ерм ионов п осредством пром еж уточн ы х бозонов Х и ггса: эта
ран н яя эп оха м олодой В селенной — госп одство вы сокой сим м етри и . В н ей
госп одствовали п ринципы сим м етри и :
1) м еж ду кваркам и и антикваркам и : чи сло кварков равно чи слу ан ти кварков;
2) м еж ду леп тонам и и ан ти леп тон ам и: чи сло лептон ов равн о числу ан ти лептон ов;
3) м еж ду кваркам и и леп тон ам и: чи сло кварков равно числу лептон ов.
Р езультатом всего этого яви лась сим м етри я всех трех взаим одей стви й —
си льны х ц ветн ы х кварк-глю онны х и электрослабы х: эта си м м етри я явилась
следстви ем сли яния всех трех констан т связи в одн у универсальную кон стан ту связи
при эн ергиях 10
15
и 10
16
Г эВ Б ольш ого объеди н ения.
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.
129
129
С ледовательно, м олодая В селенн ая, п редставлен н ая в Б ольш ом объединен и и ,
бы ла вы сокосим м етри чн ой .
П очем у эта вы сокосим м етри чн ая В селен н ая по отн ош ению к части ц ам и
ан ти части ц ам — ф ун дам ен тальны м ф ерм ионам и ан ти ф ерм и он ам — стала
асим м етри чн ой без ан тивещ ества.
Т аков ф ун дам ен тальн ы й ф илософ ский вопрос н аш его человеческого бы ти я в
наш ей вещ ественн ой В селен н ой без анти вещ ества: н аш е бы ти е — вещ ественное
бы тие без антивещ ественн ости. Н аш е бы ти е асим м етри чн о так ж е, как и наш а
В селенная (спиральная м олекулярн ая структура Д Н К — асим м етри чн ая; п очти все
строени е и структура ж ивой м атерии н оси т асим м етри чны й хар актер; асим м етри я —
принцип борьбы проти в эн троп и и , разруш ительн ой си лы хаоса, беспорядка; ж и знь —
вы сокоупорядоченная асим м етри я строени я м олекул и т. д.).
Р и с. 1.22
Р азвитие В селенн ой — постоянное н аруш ен и е вы сокой си м м етрии , которое
приводит к аси м м етрии , которая восстанавливается в новой си м м етри и м и ра:
неп реры вн ая см ен а этой трихотом ии леж и т в основе эволю ции наш ей В селен н ой .
П оэтом у разработка ф и лософ и и этой три хотом и и — сим м етри и , С Н С ,
асим м етри и точно так ж е, как и хаос, п орядок, случай н ость, колл апс, реколлап с,
ан ти коллапс и т. д., — настоятельная необходим ость разви ти я соврем ен н ого
ф и лософ ского м и роп он им ани я и вы работки соврем енн ого ф и лософ ского
м и ровоззрен и я.
Я не м огу без волнен и я писать о тех достиж ени ях ф и зи ки части ц и , кон ечно,
косм ологи и 50-60-х гг. п рош едш его века: н аучн ая атм осф ера бы ла накален а до
предела. К аж ды й ден ь п ри ходи ли вести о н овы х и н овы х откры ти ях в области
ф и зи ки элем ентарны х части ц и косм ологии: «воздух» бы л нап олн ен таки м и
поняти ям и, как ан тичасти ц а, стран н ость, ги п ерон ы , м ультип леты и
суп ерм ульти п леты , белы е карлики , п ульсары , черн ы е ды ры , Б ольш ой взры в, горячая
В селенная, кварки и цвет, рели ктовое излучени е и т. д. и т. п . (сущ ность всех эти х
происходящ их в н ауках откры ти й , конечн о, тогда я не представлял и н е м ог
осознать).
Н о сам ы м волн ую щ им м ом ен том бы л 1957 г., когда двум м олоды м ки тайски м
учены м , работавш и м в П ринстон ском и н сти туте вы сш их и сследован и й , Л и (31 год) и
Я н гу (35 лет) бы ла вручена Н обелевская прем и я за теоретическое предсказан и е в
1956 г. н есохранени я сим м етрии п ространственной четн ости — Р , а затем —
си м м етри и зарядового соп ряж ени я — С . Э ксп ери м ен тальн ое сокруш ение этих
ф ун дам ен тальн ы х прин ц и п ов сим м етри и — Ρ и С — явилось по сущ еству
револю ционн ы м п ереворотом , низвергш им традици он н ы е представлени я о Р -
четн ости , сф орм ули рованн ой В игнером в 1925 г., и о си м м етри и «части ц а —
ан ти части ц а» П . Д и рака и Г . В ейля
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.
130
130
(конец 20-х - н ачало 30-х гг. Х Х в.): заш аталась почва п од н огам и ф и зиков, у которы х
бы ла абсолю тн ая вера в н езы блем ость эти х двух ф ун дам ен тальн ы х п ри н ц и п ов
си м м етри и — Ρ и С .
О н и и н вари антно сохраняли сь в сильны х и электром агни тны х взаи м одействиях,
поэтом у н и кто и з ф и зиков даж е н е догадался п роверить и х сп раведливость в слабы х
взаи м одействиях: и м енн о слабы е взаи м одействия оказали сь арен ой сокруш ения С - и
Р -си м м етри и .
В след за эти м 1964 г. бы л годом в тех ж е слабы х взаи м одействиях
эксперим ен тального установлени я н есохранен и я и ком би н ирован н ого
преобразован и я СР-ин вари -антности : СР-несохранени е п о своей при роде требовало
наруш ение T-инвари антн ости . T-инвари антность в м икром и ре бы ла сим м етри ей
святая святы х: стрелу врем ени признавали в м акром ире, н о не в м и кром и ре.
П оэтом у в ф и лософ ском ви дени и м и роздан и я и его структурного основани я
низверж ени е со своего абсолю тного п ьедестала всех этих ф ундам ен тальн ы х
принципов сим м етри и — Р , С , С Р и T— на сам ом ф ундам ентальн ом субатом ном
уровне яви лось коренн ы м п ересм отром наш и х традиционны х п редставлени й о
ф и лософ ской три аде м атери и , п ространства и врем ен и : м и р не только си м м етри чен ,
но он и асим м етричен .
В такой атм осф ере всеобщ его круш ения счи тавш ихся н езы блем ы м и прин ц и п ов
си м м етри и — Р , С , С Р и T, с одной сторон ы , а с другой — вп ечатляю щ их и
ош елом ляю щ и х откры ти й в ф и зи ке части ц и косм ологи и стал разм ы ш лять А . Д .
С ахаров над клю чевой ф и лософ ской проблем ой В селенн ой : почем у он а стала
асим м етри чн ой , тогда как она роди лась после Б ольш ого взры ва сим м етри чн ой? Э ту
вели кую тайну В селен н ой м ногие ф и зи ки и косм ологи п ы тали сь разреш и ть. Н о, как
всегда бы вает на терн и стом пути дви ж ени я н ауки, н е всем бы ло дано разгадать
тай н у, которую скры вает природа в своих тай н и ках.
В ели ка заслуга академ ика С ахарова в ф и лософ ском осм ы слени и и н аучн ом
реш ен и и п роблем ы асим м етри и В селенн ой как вещ ествен н ой без ан ти вещ ества:
клю чом к разгадке этой тайн ы В селен н ой счи тал А . Д . С ахаров СР-несохран ен и е в
сам ую ранн ю ю эпоху становлен и я н аш ей В селенн ой .
М ы вы ш е уж е отм ети ли, что н аш а м олодая В селен н ая бы ла си м м етри чн ой п о
отн ош ени ю к ф ундам ентальн ы м ф ерм ион ам и антиф ерм ион ам : чи сло кварков равно
числу анти кварков, а такж е число лептон ов равн о чи слу ан ти леп тон ов.
П очем у и каким образом эта ф ундам ен тальн ая асим м етри я м еж ду
ф ун дам ен тальн ы м и ф ерм ион ам и и антиф ерм ион ам и бы ла наруш ена? В чем
заклю чается причина этого наруш ения?
П ри чи ной послуж и ла тотальная, как отм ечаю т Ю . Л ю би м ов и Д . К и ш в вы ш е
нам и названн ой книге, вселенская ан н и гиляци я ф ундам ен тальн ы х ф ерм и онов и
ан ти ф ерм ионов, в огнен н ы х актах которой происходило сам оун и чтож ени е
ф ун дам ен тальн ы х ф ерм ион ов и анти ф ерм и онов.
К варки и анти кварки в эти х огн ен н ы х актах ан н и гиляц и и исчезли ,
превративш ись в ф ото н ы , при чем п ервоздан н ы е ан ти кварки исчезли бесследно, и
остали сь одн и «избы точн ы е» кварки , которы е образовали протоны и ней трон ы . И з
этого следует, во-п ервы х, что в связи с бескон ечн ы м и счезновени ем первоздан н ы х
ан ти кварков остали сь только одни «избы точн ы е» кварки, которы е составляю т
кварковую асим м етри ю ; во-вторы х, п оскольку в тотальн ой анн и ги ляции бы ли
сам оун и чтож ен ы антикварки, постольку будущ ая н аруш ен н ая си м м етрия бы ла
«задуш ена» в са-