Очарование физики - Глэшоу Ш.Л.
ISBN 5-93972-151-6
Скачать (прямая ссылка):
Нет, свой путь мы не потеряли. Просто мы с него сошли. Стандартная теория не может быть нашим окончательным ответом просто потому, что она не может обосновать столь большой скачок в сторону. Подобно своему гарвардскому предшественнику, Перси Бриджмену, я (и уверен, что мы) достаточно неоправданно верю в конечную простоту, в существование одной и истинной теории; эту веру оправдать невозмож- Есть ли будущее у физики элементарных частиц?
205
но и, тем не менее, она всегда оправдывается замечательным прогрессом, который происходит в нашей дисциплине. Вопрос, который сегодня представляется нам второстепенным, однажды окажется центральным. Мюон найдет свое место в Солнце рядом со своими братьями.
Да, дети мои, у физики элементарных частиц есть будущее. Тем не менее, сегодня она находится под угрозой, причем, вероятно, под такой серьезной угрозой она не была еще никогда.
Нашей дисциплине угрожает недавний развод, который произошел в физике частиц между экспериментом и теорией. Вероятно, вся эта каша заварилась при появлении квантовой хромодинамики — предположительно правильной теории, лежащей в основе кварковой структуры нуклонов и самой ядерной силы. Это не просто какая-то теория, это, в рамках некоторого разумного контекста, уникальная теория. В принципе, КХД дает полное описание и объяснение ядерной физики и физики частиц при достижимых энергиях. Несмотря на то, что на большинство вопросов невозможно ответить полно из-за невозможности выполнить необходимые вычисления, эта теория все же получила много качественных (и несколько количественных) подтверждений. Она почти определенно является «правильной». КХД — это не та угроза, о которой я говорю. Она не была причиной развода эксперимента и теории; на самом деле, она привела к более гармоничному функционированию и более тесному сотрудничеству экспериментаторов и теоретиков. И все же она посеяла семя, которое взошло и расцвело в другом месте. Она предлагает и утверждает, что критериями истины могут быть изящность и уникальность. Я верю в эти критерии. Однако их необходимо подтвердить и укрепить с помощью эксперимента. Я согласен с лордом Кельвином, который сказал:
Когда вы можете измерить то, о чем говорите, и выразить это в числах, тогда вы кое-что об этом знаете. А когда вы не можете выразить это в числах, ваше знание ограниченно и неудовлетворительно. Быть может, это начало знания, но вряд ли в своем мышлении вы продвинулись к научной ступени.
И по этому критерию, КХД — наука. Но можно ли сказать то же самое о суперструнах и им подобных?
Квантовая механика заразительна, и в ее контекст необходимо вписать гравитацию. Некоторые из моих друзей теоретиков считают, что они уже нашли уникальную квантовую теорию гравитации: суперсимметричную систему струн, сформулированную в рамках десятимерного пространства-времени. Большая часть физики суперструн лежит при вечно недостижимых энергиях, превышающих массу Планка. В своем 206
Есть ли будущее у физики элементарных частиц? 206
собственном контексте эта теория уникальна. Она может быть даже конечной и самосогласованной. Кажется даже, что она способна описать низкоэнергетические явления, которые мы можем наблюдать в лаборатории, но доказать, что она действительно это делает, сложно. В принципе, она предсказывает, какие частицы существуют. В принципе, количество свободных параметров сведено к нулю. Однако на практике она не сделала ни одного предсказания, которое можно было бы проверить экспериментально, и, возможно, не сделает ни одного такого предсказания еще в течение десятилетий. Специалист по теории струн обратился к внутренней гармонии. Разве можно спорить с тем, что истину определяют изящность, уникальность и красота? Неужели математика вытеснила и превзошла эксперимент, который утратил свою значимость? Неужели земные проблемы, которые я называю физикой, а они — феноменологией, в каком-то далеком будущем сведутся к переливанию из пустого в порожнее? Неужели дальнейшие попытки проведения экспериментов не только сложны и дороги, но еще и бесполезны и излишни? Быть может, я несколько преувеличил доводы, которые специалисты по теории струн приводят в защиту своей новой версии средневековой теологии, где вместо ангелов используются многообразия Калаби-Яу. Однако угроза очевидна. Впервые за всю историю мы можем увидеть, как наш благородный поиск завершится и как Вера вновь вытеснит Науку. Однако лично я настроен оптимистично. Теория струн, возможно, будет господствовать в течение следующих 50 лет фундаментальной теории, но лишь в том смысле, в каком в течение последних 50 лет господствовала теория Калузы - Клейна. Быть может, нам стоит обратить свое внимание на прошлое, чтобы получить руководство в отношении будущего.
Поиск элементарных составляющих материи имеет циклическую историю, которая переходит от хаоса к порядку, к новому уровню структуры и снова к хаосу. За последний исторический период мы прошли через четыре подобных цикла: атомы, их ядра, адроны, а теперь кварки и лептоны.
Вспомните о поиске новых химических элементов, который предшествует Лавуазье и продолжается по сей день. На рисунке 1 показан рост количества известных элементов со временем. Самые последние дополнения, номера 108 и 109, были созданы и наблюдались в Германии в восьмидесятых годах. В течение более чем двух с половиной столетий кривая возрастает почти линейно, выказывая всплески открытий, вызванных созданием новых технологий электрохимии, спектроскопии, а совсем недавно и искусственного синтеза.
