Количественные характеристики

фундаментальных взаимодействий

Вид взаимодействия	Константа взаимодействия	Радиус действия, м
Гравитационное	10-39	бесконечный
Электромагнитное	10-2	бесконечный
Сильное	1	10-15
Слабое	10-14	10-18

Из таблицы видно, что гравитационное взаимодействие гораздо слабее других фундаментальных взаимодействий. Радиус действия его неограничен. Оно не играет существенной роли в микропроцессах и в то же время является доминирующим для материальных объектов с большими массами (планет, звезд, галактик и т. п.). Электромагнитное взаимодействие гораздо сильнее гравитационного, хотя его радиус действия также неограничен. Для сильного и слабого взаимодействия характерно короткодействие. Сильное взаимодействие проявляется только в пределах размеров ядра (10^-15 м), а слабое — на гораздо меньшем расстоянии — 10^-18 м.

В результате экспериментальных исследований взаимодействий элементарных частиц в 1983 г. обнаружено, что при больших энергиях столкновения протонов — около 100 ГэВ (1 ГэВ = 10⁹ эВ) — слабое и электромагнитное взаимодействие не различаются — их можно рассматривать как единое электрослабое взаимодействие. Такое объединение двух фундаментальных взаимодействий — электромагнитного и слабого — теоретически предсказано в 60–70-х гг. XX века американскими физиками С. Вайнбергом (1933–1996) и Ш. Глэшоу (1932) и пакистанским физиком А.Саламом (1926), удостоенных Нобелевской премии по физике в 1979 г. Существенный вклад в развитие теории электрослабого взаимодействия внесли нидерландские ученые Г. Хуфт и М. Вельт­ман, лауреаты Нобелевской премии по физике 1999 г.

Некоторые физики предположили, что при переходе к более высоким энергиям должно произойти еще одно слияние — объединение электрослабого взаимодействия с сильным, так называемое Великое объединение.

Проводимые эксперименты в разных странах показывают, что все простейшие модели Великого объединения несправедливы. Более сложные варианты Великого объединения, к сожалению, недоступны экспериментальной проверке. Этот орешек оказался нам не по зубам!

Если крепость не удается взять лобовой атакой, то, вероятно, ее можно обойти? И физики стали думать об объединении всех четырех взаимодействий, включая гравитационное.

На первый взгляд такое кажется невозможным. Очень уж велика разница в интенсивностях этих взаимодействий. Например, сила гравитационного притяжения электрона к протону внутри атома водорода в 10³⁹ раз слабее силы их электрического притяжения. Однако по мере увеличения энергии частиц и уменьшения расстояния между ними слабенькое вначале гравитационное взаимодействие начинает быстро набирать силу. При энергии 10¹⁹ ГэВ и расстоянии между взаимодействующими частицами порядка 10^-33 см интенсивности всех четырех взаимодействий сравниваются и происходит то, что принято называть суперобъединением.

По современным представлениям, именно при таких энергиях и расстояниях, по всей вероятности, разыгрывается основная драма природы. Именно здесь «находится та кузница, где выковываются основные закономерности физического мира».

К сожалению, совершенно ясно — у нас нет никаких шансов, что когда-нибудь удастся «поиграть» с такими масштабами в лаборатории: там нет и не будет подобных энергий, не будет и «микроскопа» для изучения процессов на столь малых расстояниях.

Как заметил известный американский физик Д. Шремм, «установка ускорителя типа Станфордского линейного ускорителя, но только на энергию 10¹⁹ ГэВ, протянулась бы отсюда до звезды альфа-Кентавра. При этом, конечно, будет легче с поддержанием требуемого вакуума, однако будет труднее анализировать данные, не говоря уже о проблемах с национальным (мировым) валовым доходом».

Остается надежда только на естественную лабораторию, каковой является Вселенная, если посмотреть на нее в космологическом плане. Она-то в процессе своего расширения, несомненно, проходила (правда, невероятно быстро) стадии, на которых все необходимые для «эксперимента» условия были налицо. Может быть, от тех времен все-таки остались какие-нибудь следы? Если да, то предстоит их обнаружить и найти ключи к расшифровке.

Сейчас, однако, начинают разрабатывать другой подход к решению этой проблемы. С помощью современных суперкомпьютеров ученые пытаются смоделировать эволюцию Вселенной с самого ее рождения (Большого взрыва) и до наших дней. В компьютер закладывают как уже твердо установленные закономерности, как и начальные условия — догадки ученых о том, что представляла собой материя в момент Большого взрыва и какие процессы должны были происходить сразу после него. Если удастся предложить компьютеру такой вариант начальных условий, при котором он «скажет», что к настоящему времени Вселенная должна стать именно такой, какой она является на самом деле, то можно надеяться: догадки правильны.