Такой вопрос возник при ознакомлении с содержанием доклада Девида Гросса: «Грядущие революции в фундаментальной физике» (
info@elementy.ru). Девид Гросс Нобелевский лауреат по физике 2004 года, руководитель Института теоретической физики Кавли, Санта-Барбара, Калифорния, США.
Грядущие перевороты в фундаментальной физике несёт теория струн и концепция суперсимметрии, предложенная в рамках этой теории. Необходимость революции определена, по мнению автора, существующими пределами для ответов на вопросы, относящиеся к структуре фундаментальных составляющих материи, причинам её существования. «Физики не видят способы получения ответов ни в рамках Стандартной модели, ни в рамках простого её расширения». После 37 лет работы над теорией «мы по-прежнему не знаем, что такое сама теория струн, не имеем ни малейшей идеи относительно полной структуры этой теории». Но, несмотря на это, исследователи утверждают, что теория струн «претендует на статус фундаментальной теории всего, представляет теорию нового типа, олицетворяющую разрыв физики со своей прошлой историей».
Уместно вспомнить предыдущую квантовую революцию, которая была провозглашена в 1927 году, после 5 Сольвеевского конгресса. По этому поводу Лоренц сказал: «Жалею только, что не умер пять лет назад, когда мне ещё всё представлялось ясным». Исчезла физическая ясность рассматриваемых явлений. Цена революции – возможность объяснять с помощью символов, на основе теории вероятности, без толкования сущности, если не всё, то очень многое. После 27 года только Эйнштейн отстаивал классический принцип причинного описания в пространстве и во времени, отвергнутый революцией. Организаторы грядущей революции предрекают: «Пространство-время обречено».
Понятия: «струна» и «гиперсимметрия» приняты в физике как прогрессивные и могут быть объяснены без революционных преобразований. Материальный мир в пределах фундаментальных размерных констант: скорость света, длина и универсальная постоянная Планка, электрическая и магнитная постоянные, вполне описывается теориями классической физики. Механика Ньютона, электродинамика Максвелла и принцип локальной эквивалентности Эйнштейна, объединённые в единую теорию общими принципами, могут образовать теоретическую «империю» в фундаментальной физике. Главным завоеванием этой империи станет «объединение пёстрого многообразия физических явлений в единую систему», о чём мечтал Макс Планк, и «вера в простоту и понятность природы», к которой призывал Эйнштейн.
Великое объединение фундаментальных теорий классической физики должно характеризоваться следующими принципами:
всё богатство, всё качественное многообразие мира обусловлено, в конечном счёте, различными видами структурной организации материи; к ним относятся планетарные системы, атомы вещества, клетки живых организмов, элементарные частицы;
в природе существует одно взаимодействие – электромагнитное; гравитация – это особый вид электромагнитного взаимодействия между структурными образованиями;
единственной количественной мерой электромагнитного взаимодействия в природе является масса; электрический заряд не может быть параметром, а лишь характеристикой состояния материи, обеспечивающего способность взаимодействия;
закон сохранения в физике является общим законом в природе; свойство сохранения составляет сущность электромагнитного взаимодействия.
Приведём описание сущности и механизма движения частиц для струны: «протон-нейтрон-протон», представляющей собой особое элементарное структурное образование. Сам протон – элементарное зарядовое образование, у которого составляющие его частицы движутся по конусной спирали. К такому выводу приводят результаты экспериментов. Так, в опытах Хофштадтера при бомбардировке протонов электронами очень большой энергии удалось установить примерный характер распределения электрического заряда внутри этих частиц. Оказалось, что заряд протона «размазан» по конечной области пространства и распределён в этой области отнюдь не равномерно. В центре имеется уплотнённая часть – так называемый «керн» примерно в четыре раза меньших размеров, чем сам протон. Кроме этого, исследования законов вихревого движения, проведенные Гельмгольцем в 1858 году, дали поразительные результаты. Оказалось, что вихревое движение в некотором поле, силы которого обладают каким-нибудь потенциалом, при отсутствии потенциала скорости, не может быть разрушено. Квант в излучающем структурном образовании доводится до состояния энергетического избытка, когда силы тяжести превышают силы вязкости электромагнитной среды, за счёт изменения кривизны пространственного пути частиц. Процесс излучения квантов соответствует условиям, определённым Гельмгольцем: есть потенциал силы без потенциала скорости. Универсальная постоянная Планка характеризует при этом, по сути, предельное соотношение сил инерции и сил вязкости электромагнитной среды.
Следует отметить важную особенность движения частиц в пределах струны. Они испытывают малые продольные колебания около положения равновесия. Причиной колебаний является тепловое движение частиц. Импульсное излучение кванта в электромагнитной среде, обладающей определённой вязкостью, сопровождается локальным тепловым взрывом, образующим ударную волну, которая перемещает частицы в обратном направлении вдоль оси их колебательного движения. При прохождении через положение равновесия конусная спираль превращается на миг в цилиндрическую спираль, которая на следующем этапе движения становится вновь конусной, обеспечивающей излучение очередного кванта. Эти структурные преобразования, происходящие в струне по схеме: «протон-нейтрон-протон», позволяют утверждать, что мы встречаемся не с разными частицами, а с разными зарядовыми состояниями одной и той же частицы. В пределах описанного полного цикла ускоренное движение частиц сменяется вихревым силовым полем, которое, в свою очередь, обеспечивает ускоренное движение частиц. Эта смена режимов движения частиц, описываемая первым и вторым уравнениями Максвелла, обеспечивает струне корпускулярные и волновые свойства. Всё вместе обеспечивает неиссякаемое движение частиц в таком энергетически сбалансированном структурном «организме», которым является струна.
Нет необходимости контролировать в структурном образовании координаты и траектории движения частиц, которые нельзя ни увидеть, ни измерить. Следует определять величины, характеризующие состояние структурных образований: частота излучения спектральных линий, их интенсивность, соответствующие определённым гармоническим колебаниям струн. Более сложные структурные образования состоят из набора го количества струн, образующих многомерные объекты.
Описанное строение струны позволяет применить концепцию суперсимметрии. Его можно характеризовать антикоммутирующими координатами: и для которых справедливо:
Физическое содержание принципа соответствия, который сформулировал Бор с учётом важных работ Эйнштейна и Эренфеста, заключается в том, что при описании явлений микромира можно применять терминологию, разработанную для макромира. Этот принцип отражает важное свойство материи в природе. Законы движения едины для микро- и макроструктурных образований, будь то планета космического пространства или атом вещества. На основании принципа соответствия можно экстраполировать строение струны на строение Вселенной, представляя её в виде «супервселенской» струны, которая отличается от элементарной только пространственно-временными параметрами. Вместо взрыва, создающего тепловые колебания элементарных струнных образований, следует представлять Большой взрыв как составляющее общего механизма, обеспечивающего пульсацию Вселенной. В настоящее время содержимое Вселенной разлетается веером, который на следующей стадии перейдёт в состояние движения, ограниченное цилиндрической поверхностью, а затем начнёт сужаться по конусной поверхности. В итоге, при достижении определённых характеристик, наступит следующий очередной Большой взрыв и общий цикл повторится.
Более подробное обоснование положений по объединению теорий классической физики изложено в книге: «Теория катастроф», подготовленной автором данной статьи к изданию.
