В 1925 году Эйнштейн, во время одной из прогулок, столкнулся со своим студентом Эстен Саламаном. Слово за слово, и они перешли к обсуждению одного интересного вопроса: "Могу ли я когда-нибудь узнать, как Бог создал этот мир. Меня не интересует сам процесс, не важны результаты, которые произошли с момента создания вселенной, но могу ли я познать мысли и суть Бога, опустив все ненужные детали".
Фраза "мысли Бога" наиболее точно описывает цель всей современной физики, которая эволюционирует, совершенствуя понимания законов природы, в физику, называемую "теорией всего", ТОЕ (theory of everything). И эта теория смогла бы ответить на многие вопросы. Например, почему небо голубое? Мы знаем. Почему существует гравитация? Ответ тоже есть. Встав на сугубо научные рельсы ТОЕ могла бы идеально объяснить все феномены одной теорией, одним блоком, одной силой. Но по самым скромным оценкам, на создание ТОЕ потребуется сотни и даже тысячи лет. Чтобы понять, почему так, давайте взглянем на то, что мы имеем сейчас.
Мы прекрасно знаем две теории, которые объединившись вместе могут замечательно объяснить этот мир, но они по прежнему на сотни световых лет от ТОЕ.
Одна из них Стандартная модель, которая описывает субатомный мир. С помощь этой теории ученым уже удалось сильно продвинуться к построению ТОЕ.
Если мы посмотрим на мир вокруг нас начиная от мега галактик, звездных скоплений и заканчивая кошками и гамбургером, то мы можем точно ответить, что все они состоят из атомов. Так же мы уже знаем, что атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов.
Еще в 1960-х исследователи открыли, что протоны и нейтроны, состоят из более мелких частиц, называемых кварки, а электроны входят в группу состоящую их еще более маленьких лептонов.
Поиск самых маленьких "строительных блоков", это лишь первый шаг на пути к разработке TOE. Следующий шаг - понимание как они взаимодействуют друг стругом и какие силы управляют этими взаимодействиями. Ученые знают четыре фундаментальные силы. Три из них относятся к электромагнетизму, четвертая - слабое и сильное ядерное взаимодействие, объясняющие строение частиц на субатомном уровне. Электромагнетизм соединяет атомы вместе и отвечает за химическую активность. Сильное ядерное взаимодействие держит вместе нейтроны и протоны ядра атома и не дает распасться им на кварки. Слабые ядерные взаимодействия отвечают за распад некоторых типов ядер.
Каждая из известных субатомных структур генерирует определенный вид взаимодействия. Глюоны несут сильное ядерное взаимодействие, фотоны отвечают за электромагнетизм, W и Z бозоны руководят слабыми взаимодействиями. Стоит отметить, что на этом уровне, существует и призрачное энергетическое поле, названное также полем Хиггса, которое пронизывает вселенную и передает массу кваркам, лептонам и другим частицам. Собранные вместе они образуют "строительные блоки", образующие эти силы взаимодействия. На этих двух основах и стоит Стандартная модель.
Используя кварки, лептоны и другие, несущие в себе силы взаимодействия частицы, можно собрать атомы, людей, планеты и все, что существует в нашем космосе. В этом есть неоспоримое преимущество и практичное применение теории всего.
Но это еще не все. Конечная цель ТОЕ найти первичный строительный блок и первичную силу, из которых можно было бы построить всю материю и движение вселенной.
Стандартная модель имеет 12 "строительных блоков" (6 кварков и 6 лептонов) и четыре вида взаимодействия (электромагнетизм, гравитация, слабые и сильные взаимодействия). Дальше больше, здесь есть еще совсем не изученная квантовая теория гравитации, поэтому гравитация это не только Стандартная модель, это нечто большее. Поэтому физики продолжают искать более фундаментальные теории, а для этого им нужно сократить число строительных блоков и физических сил.
Нахождение более маленьких частиц, это сложная задача, потому что требует еще более мощного укорителя, чем БАК (большой адронный коллайдер). Возможно через несколько десятков лет, удастся построить нечто подобное. Поэтому ученые пока только размышляют над тем, как должна выглядеть самая маленькая "строительная" частица.
Одна из самых популярных теорий - Теория суперструн, которая может дать ответ на это вопрос.
В ней говорится, что, на самом деле, наименьшие "строительные блоки" - это не частицы, а вибрирующие струны, подобные струнам виолончели. И "нажатие" на струну в определенном месте вызывает появление различных кварков или лептонов.
Проблема в том, что до сих пор нет ни одного эмпирического доказательства того, что суперструны действительно существуют. Дальше больше, чтобы увидеть эти струны требуется энергия, называемая Планковской. которая в квадриллион раз выше той, которую мы можем сгенерировать сейчас. Планковская энергия очень тесно связана с Планковской длинной, неизмеримой величиной, по сравнению с которой квантовые эффекты становятся просто огромными и ничто более меньшее не может измерить эту длину. Между тем, меньше идя вглубь Планковской длины или выходя за пределы Планковской энергии, становится понятно, что теория относительности перестает действовать. В масштабах таких величин должно, наконец, быть понятно, что такое квантовая гравитация. В общих чертах, если когда-нибудь, все таки, удасться доказать существование суперструн, то это возможно даст нам ключ к пониманию "мыслей Бога".
Излишек физических сил, тоже большая проблема. Ученые надеются объединить их, доказывая, что это они лишь модификация одной. Так Максвелл уже доказал, что электричество и магнетизм лишь "стороны" одного проявления - электромагнетизма. В 1960 годах ученые так же установили, что слабые ядерные взаимодействия и электромагнетизм имеют одну природу и относятся к электрослабой силе. Сейчас ученые надеются объединить электрослабые и сильные ядерные взаимодействия в великую объединенную силу ВОС. Затем они хотят соединить все это с гравитацией и получить теорию всего - ТОЕ.
Однако ученые подозревают, что в ТОЕ должна включаться и Планковская энергия. в условиях которой квантовые эффекты больше на зависят от теории относительности. И, как мы уже видели, это очень огромная энергия, которую не возможно получить в существующих условиях. Эта проблема является камнем преткновения между существующими теориями и ТОЕ. Но это не значит, что физики бросили свою работу и занялись рисованием. Мы до сих пор не разобрались в таких явлениях, как темная материя и темная энергия, заполняющая 95% вселенной. Исследование этих явлений, даст нам более современные теории, которые пусть и не будут ТОЕ, но по крайней мере будут лучше описывать природу.