Этот опус с громким, претенциозным названием «Единая теория поля – теория физического вакуума» я написал в марте 2000 года. Конечно, это вовсе не теория, а лишь попытка обозначить в качественном аспекте контуры и содержание теории, которую ещё предстоит создать тем, кто идёт за нашими поколениями. Так как объём статьи большой – решил разделить её на две части. В первую часть вошли вводный раздел и раздел о сильном взаимодействии, одном из четырёх существующих в природе. Во вторую часть вошли разделы о слабом и электромагнитном взаимодействии и гравитационном. В этом опусе впервые ввёл понятие «дыхание вакуума», форме колебательной вакуумной динамики, которая лежит в основе частицы протон. Эта моя работа не раз попадалась мне в сети Интернета на разных сайтах, опубликованная неизвестно кем, анонимно, без имени автора, иногда с большими сокращениями. Так как статья была написана 22 года назад, то кое-что поменялось в моих взглядах, уже не так категоричен в формулировках. Но менять ничего не стану, пусть будет в первозданном виде.
* * *
Единая теория поля – теория физического вакуума
Единая теория поля, иначе говоря, единая теория материи призвана свести все многообразие свойств элементарных частиц и законов их взаимопревращения (взаимодействия) к неким универсальным принципам. Первым примером объединения различных физических явлений принято считать уравнения Максвелла. Электрические, магнитные и световые явления соединились в теории электромагнитного поля. Следующим этапом были попытки объединения электромагнитных и гравитационных явлений на основе общей теории относительности Эйнштейна, связывающей гравитационное взаимодействие материи с геометрическими свойствами пространства-времени. Однако существенно продвинуться, как принято считать, в этом направлении «геометризации» взаимодействий не удалось.
Более плодотворным оказался путь расширения глобальной симметрии уравнений движения до локальной калибровочной симметрии, справедливой в каждой точке пространства-времени. На этом пути учёные построили объединённую теорию слабого и электромагнитного взаимодействий лептонов и кварков, не имеющую пока противоречий с экспериментом. Делаются попытки включения в эту схему и сильного взаимодействия.
Другим направлением объединения, включающим также и гравитационное взаимодействие, является расширение калибровочной симметрии до так называемой супергравитации, объединяющей частицы с различными спинами. Единая теория поля остается мечтой. Но неразрывная связь между всеми частицами, их взаимопревращаемость, всё более явственно проявляющиеся черты единства материи заставляют ученых с настойчивостью искать пути подхода к единой теории, призванной объяснить всё многообразие форм материи.
Что касается перспектив создания единой теории поля, то мы находимся, как я думаю, в уникальной ситуации, так как все основные элементы этой картины единой теории уже имеются. Важно увидеть их, важно найти верную точку зрения на давно привычные понятия и представления. И созданы эти элементы картины усилиями множества ученых на протяжении длительного времени. Однако драма современной фундаментальной науки в том, что она лежит под тяжестью собственного веса, под тяжестью всего того, что несет с собой, нужного и ненужного. Излишний хлам, устаревшее, анахронизмы, отжившие свой век, всё ещё довлеют над нашими представлениями. Как в этой груде когда-то нужного, но теперь мёртвого, как в этом вавилонском столпотворении идей разглядеть черты единой теории?! Поневоле вспомнишь один из подвигов Геракла, вычистившего авгиевы конюшни.
Михаилу Ломоносову понадобилась не только научная честность, но и смелость, чтобы изгнать из физики понятие о теплотворной жидкости – флогистоне, общепринятой тогда некой материальной субстанции, проникающей в тела и их разогревающей. А посмотрите, сколько сегодня подобных «флогистонов», скрывающихся под различными названиями! Всемирное тяготение, положительный и отрицательный электрический заряд, химическое сродство, магнитное притяжение… Довольно и этого. Критикуется, конечно, не явление в данном случае, а изжившие себя определения явлений. Часто определения совершенно не соответствуют сути явления.
И Эйнштейну понадобилась изрядная научная смелость, дабы отодвинуть в сторону общепризнанную гипотезу эфира, заполняющего пространство космоса. Осталось пустое пространство, остались частицы материи и поля. Единой среды, которая при ином исходе могла бы объединить частицы и поля, больше не было. Правда, впоследствии самому пространству пришлось придать черты материальности. А к концу двадцатого века под напором экспериментальных и теоретических данных ученые вынуждены были вернуться к единой материальной среде, и миф о пустом пространстве тихо исчез. И действительно, может ли пространство быть пустым?! Еще Аристотель утверждал, что нет, ибо частицы в таком пространстве, не испытывая сопротивления, двигались бы с бесконечными скоростями. Нет – утверждал и Декарт. Пустота – ничто, а ничто не имеет линейных размеров. Всё, в том числе пространство, имеющее линейные размеры, материально! Длительное противостояние атомистов, признающих существование атомов и пустоты, и сторонников альтернативных представлений о континууме (материя бесконечно делима и не содержит пустоты) заканчивается, кажется, достойной победой последних. Сегодня передний край фундаментальных исследований – физический вакуум. Отнюдь не пустота, но сложный, многоликий, загадочный мир! Именно в теории физического вакуума воплотятся черты единой теории поля.
В этой работе мне бы хотелось, помимо критики существующих представлений, коротко изложить своё видение узловых моментов будущей теории физического вакуума, то есть обозначить действительную природу четырёх основных видов взаимодействий материи: сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного.
Сильное взаимодействие
Сильное взаимодействие – короткодействующее, существует только в пределах атомного ядра. За пределами ядра оно не проявляется. В обычном стабильном веществе при не слишком высокой температуре сильное взаимодействие не вызывает никаких процессов, и его роль сводится к созданию прочной связи между нуклонами в ядрах. Однако при столкновении ядер или нуклонов, обладающих высокой энергией, сильное взаимодействие приводит к многочисленным ядерным реакциям, к рождению тяжелых короткоживущих частиц с массами, превышающими массу нуклона в десятки, в сотни и даже в тысячу раз. Все эти сильновзаимодействующие частицы назвали адронами. Законченной теории адронов и их взаимодействий ещё нет, но имеется теория, которая, не являясь ни законченной, ни общепризнанной, позволяет объяснить основные свойства адронов. Эта теория – квантовая хромодинамика. Согласно теории, адроны состоят из кварков, а силы между кварками обусловлены обменом глюонами. В процессах сильных взаимодействий сталкивающиеся адроны могут обмениваться содержащимися в них кварками, и, кроме того, происходит также рождение и аннигиляция пар кварк – антикварк.
Когда адрон участвует в процессе, в котором он получает большой импульс, то основное взаимодействие разыгрывается на малых расстояниях, глубоко внутри адрона. Здесь сильное взаимодействие кварков с глюонами, а, следовательно, и кварков между собой, ослабевает, и на столкновение кварка с энергичной частицей (с электроном или другим кварком) соседние кварки влияют очень слабо. Таким образом, при больших передачах импульса кварки (и глюоны) сталкиваются как практически свободные частицы. Подобное свойство кварков и глюонов назвали асимптотической свободой.
Теория сильных взаимодействий на малых расстояниях, связанная с асимптотической свободой, практически завершена. Но динамика взаимодействия на больших расстояниях и, в частности, механизм «пленения» кварков поняты пока не столь хорошо. Здесь, как считают ученые, важную роль играют глюонные флуктуации физического вакуума. Возможно, что адроны являются как бы пузырьками кваркового газа в плотном вакууме, создаваемом флуктуациями глюонного поля. Качественно такой вывод согласуется с описанием адронов на основе так называемой «модели мешков».
Понять и объяснить рождение множества тяжелых частиц адронов в реакциях столкновения нуклонов и ядер можно, как мне кажется, только одним образом: нуклон не крупица некой материи с формой, размером и электрическим зарядом, нуклон – это процесс, движение, динамика в материальной среде, в данном случае, в вакууме, движение колебательной, осциллирующей природы с известным значением амплитуды.
Физический вакуум – среда, имеющая строение, свойства, характеристики. Вакуум – среда с колоссальной плотностью, о чём говорит скорость распространения электромагнитных волн. Она обладает свойствами прерывности и непрерывности. Первоэлементы среды – масштабные точки, они и локальны в пространстве, и бесконечны. Поведение масштабных точек вакуума подобно поведению двух шариков, соединенных пружинкой. Сближение или разведение их вызывает возникновение в пружине возвратной силы. Отпустив шарики, получаем затухающий во времени колебательный процесс. Когда же мы возьмем не два шарика, а бесконечную цепочку их, соединенных пружинками, то возмущение двух соседних сближением или разведением вызовет колебательный процесс, который погонит в оба конца цепочки волны похожей природы. Теперь перенесём эту картину в трёхмерное пространство. В итоге мы должны получить трёхмерный радиальный осциллятор колебаний плотности среды. Это удивительный объект! Оставив в стороне механическую аналогию из шариков и пружинок и обратившись к реальной среде, мы поймем, что такой осциллятор действительно может существовать. Сферическая стоячая волна колебаний плотности возбуждает вокруг себя волны такой же природы, но с меньшей амплитудой колебаний. Радиальный осциллятор стабилен, энергоёмок, при определенных условиях может перемещаться как целое, вести себя подобно частице. Вполне наглядная модель устойчивой частицы – нуклона. Обилие же тяжелых короткоживущих адронов объясняется здесь элементарно просто. Столкновение энергичных нуклонов и ядер деформируют на короткое время плотность вакуума, вызывая скачки амплитуд колебаний, но амплитуд не радиальной нуклонной формы и потому неустойчивых. Надо заметить, что плотность вакуума в локальной области может изменяться в бесконечном диапазоне: от плюс бесконечности (сжатие) до минус бесконечности (расширение). Таким образом, чем более энергичными будут сталкивающиеся нуклоны и ядра, тем большими будут «массы» рождающихся короткоживущих частиц. Амплитуда деформации плотности ваккума не ограничена, а, стало быть, и энергоемкость вакуума также не ограничена.
Природа взаимодействия в ядре подобных частиц-осцилляторов (нуклонов) здесь просматривается довольно ясно. Законы волновой механики хорошо усвоены, и без особого труда можно сформулировать теорию объединения радиальных осцилляторов в устойчивые системы. В роли так называемых обменных частиц здесь выступают значения амплитуд волновых полей соседних осцилляторов. Радиальный осциллятор – отнюдь не умозрительный объект. Модель такого рода осциллятора была получена математиками в теории солитонов. Имя ему – бризер. Похожие модели осцилляторов плотности проглядываются в работах других физиков-теоретиков, в частности, в теории Бома-Вижье.
Что касается рождения и строения вселенной, гипотеза Большого взрыва получает альтернативный вариант. Взрыва первого сгустка материи не было, но у вселенной есть центр, в котором пульсирует первочастица, первоатом с бесконечным или небесконечным значением амплитуды. Эволюция так называемой материи есть всего-навсего эволюция форм движения, которая протекает по радиусу от центра вселенной к периферии. Материя физического вакуума везде и всюду остается сама собой, но движение, удаляясь от центра, проявляет многообразие форм: от простой радиальной осцилляции (дыхание вакуума) до сложной биологической формы.
(продолжение следует)