Теория Всего - Физика и философия - Мигдал А.Б. - Философы и их философия

      Объединение всех взаимодействий в Суперобъединение в принципе означало бы возможность объяснить все физические явления с единой точки зрения. В этом смысле будущую теорию называют Теорией Всего. Мы используем английскую аббревиатуру TOE (Theory of Everything).

        До недавнего времени слова .“Теория Всего” физики произносили иронически, имея в виду дилетантов, которые пытаются объяснить сразу все явления природы. Разумеется, не следует понимать TOE буквально. Суперобъединение не облегчит понимание биологии или психологии, где физические закономерности играют не главную роль. Не поможет оно и решению задач конкретной физики, таких как природа шаровой молнии или высокотемпературная сверхпроводимость.

      Многие талантливые молодые физики-теоретики, посвятившие себя этой задаче, надеются на ее скорое решение. Физики старшего поколения относятся к надеждам создать TOE в обозримое время менее оптими­стично.

       Хотя теория находится на очень ранней стадии и неясно даже, на правильном ли она пути, интересно проследить ход идей как пример теоретических поисков в области таких малых масштабов, где нет надеж­ды на непосредственную экспериментальную проверку. Задача состоит в том, чтобы найти теорию, описывающую одновременно гравитацию, элект­родинамику, сильные и слабые взаимодействия так, чтобы не возникали те трудности, с которыми физики столкнулись при квантовании полей (бесконечности, духи, тахионы).

       При первых же попытках подойти к этой задаче выяснилось, что стан­дартный путь квантования полей не приводит к цели. Если при создании теории электрослабого взаимодействия и даже при попытках осуществить Великое объединение не требовалось выйти за рамки обычной квантовой релятивистской теории полей, то для TOE необходимы идеи, которые Бор назвал бы “безумными”. Одна из них — упомянутая суперсимметрия.

       Вводится многокомпонентное поле, в которое симметрично входят фермионные и бозонные поля. Это означает, в частности, что число оозонных степеней свободы равняется числу фермионных. Суперсиммет­рия, как мы уже говорили, сразу же устраняет бесконечность энергии вакуумных флуктуаций: бозонный вклад в энергию погашается отрица­тельным фермионным вкладом.

          Другая “безумная” идея — введение пространства-времени с числом измерений, большим четырех. Еще в 1921 г. математик и лингвист Тео­дор Калуца высказал мысль о том, что наше пространство имеет пять измерений. Если в этом пространстве написать уравнения тяготения Эйнштейна, то для первых четырех координат они совпадают с обычны­ми уравнениями тяготения, а включение пятой координаты приводит к уравнениям Максвелла. Тем самым объединялись гравитация и электро­динамика. Чтобы объяснить, почему нет движения в пятом направлении, шведский физик Оскар Клейн предположил, что оно компактифицирова­но, то есть замкнуто само на себя. Для пояснения можно представить себе двумерную аналогию: поверхность цилиндра. Вдоль оси цилиндра координата не ограничена. В этом направлении частицы могут двигаться свободно, а в поперечном не выходят за пределы окружности, то есть это измерение компактифицировано. В силу квантования вращения дви­жение вдоль компактифицированного измерения при достаточно малом радиусе цилиндра соответствует высокой энергии возбуждения и не будет проявляться на опыте. Несмотря на остроумие этих идей, они оставались в стороне от основного пути развития физики более пятиде­сяти лет. Открытие слабых и сильных взаимодействий показало, что за­дача объединения гораздо сложнее — нужно записать единым образом нэ два, а четыре вида взаимодействий. Кроме того, стало ясно, что поле, объединяющее все взаимодействия, должно подчиняться квантовой ме­ханике. Поэтому надежда на простое решение исчезла и работы Калуца-Клейна потеряли привлекательность. Но “рукописи не горят”, а краси­вые идеи не пропадают. В современных вариантах попыток Суперобъеди­нения предполагается, что наше пространство-время имеет десять изме­рений, из которых шесть компактифицировано. Иначе заведомо не удается построить последовательную теорию.