PRO парадоксы науки

Олег Фейгин, 2018

Складывающийся в последнее время глубоко парадоксальный образ новой физической реальности настолько резко отличается от привычного, что возникает все более серьезная проблема его описания в общедоступных понятиях. Все чудеса окружающего мира блестяще объясняет современная наука, проблемам, задачам и открытиям которой и посвящена настоящая книга. В ней рассказывается о разнообразных парадоксах и свершениях физики, астрономии, математики, кибернетики, биохимии и материаловедения. Книга рассчитана на самый широкий круг читателей, интересующихся современными научными представлениями о строении окружающей физической реальности.

Глава 5. Теория Всего

Мечту Эйнштейна о создании единой теории Вселенной осуществить пока не удалось, но успехи последних лет показывают, что мы на верном пути. Конечно, вряд ли кто-то из ученых станет загадывать, когда придет удача, но большинство их них уверено, что когда-нибудь это случится.

Наша же цель отличается от той, которую поставил перед собой Эйнштейн. Всем ясно, что он опередил свое время, тогда еще многое оставалось непонятным. Ученые не знали многих типов элементарных частиц, не знали о симметрии в природе, о калибровочных теориях и очень мало о Большом взрыве, с которого все началось.

Б. Паркер.

Мечта Эйнштейна: В поисках единой теории строения Вселенной

Среди первоочередных нерешенных задач фундаментальной науки выделяется грандиозная проблема создания Теории Всего. Величайший в истории науки мыслитель Альберт Эйнштейн первым парадоксально соединил пространственно-временные свойства нашего континуума, открыв свою общую теорию относительности и наметив путь объединения всех известных взаимодействий с силами всемирного тяготения. В теории гравитации Эйнштейна вблизи любого материального тела или энергии искривляется само пространство-время, так что траектории частиц проходят по его рельефу, словно движутся в гравитационном поле.

В большинстве случаев противоречивые требования теории относительности и квантовой механики настолько взаимно малы, что ими легко пренебрегают. Однако и здесь есть исключения, например, при сильном искажении пространства-времени эффекты квантовой гравитации могут быть весьма существенны.

Прежде всего это касается объединения квантовой механики и теории относительности, например так, как это происходит в астрономической науке квантовой космологии. В идеале будущая объединенная теория должна связать между собой все силы мироздания с помощью единой системы уравнений или даже просто одного уравнения. Вся трудность в том, что теория относительности описывает общую структуру пространства-времени, а квантовая механика — поведение субатомных микрочастиц. Именно поэтому теории во многом противоречат друг другу.

После первого шага в объединении всех частиц и сил в квантовой теории поля, включающей квантовую механику и теорию относительности, будет необходимо как-то связать гравитацию и квантовую механику. Каждый специалист видит здесь свои пути развития, а нобелевский лауреат Стивен Вайнберг вообще считает, что только для разработки математического аппарата подобной теории понадобится не менее столетия.

Мемориал Альберта Эйнштейна (Национальная академия наук, Вашингтон, США)

Изначально в тех же струнных моделях видели очень весомого кандидата на долгожданную общую теорию всех частиц и сил. Однако после появления в начале семидесятых годов прошлого века теории сверхэлементарных кварков, быстро выросшей в целый раздел физики элементарных частиц, модель стрингов явно стала проигрывать объединяющей модели кварков. Но будущее научных поисков трудно прогнозируемо, и в конце прошлого века суперструнные построения в работах видных физиков-теоретиков обрели второе дыхание.

Как любил подчеркнуть выдающийся физик прошлого столетия Ричард Фейнман, главная причина в том, что мы пока не знаем всех законов природы, которые можно было бы свести в единую теорию.

Нерешенная задача создания Теории Всего порождает вполне законный вопрос: а есть ли вообще шансы хоть в очень далеком будущем, когда станут известны новые законы природы, создать математически стройную теорию, объединяющую не только все известные частицы и силы, но и все существующие физические теории? Ответ на него совсем неочевиден, его нельзя отдавать философам, которые могут все окончательно запутать.

Большинство физиков скромно рассматривают свои любимые теории как не более чем модели реальности, не претендующие на полноту ее описания.