23. Создание теории великого объединения

Наблюдаемые в природе взаимодействия материальных объектов и систем весьма разнообразны, но все они могут быть отнесены к четырем видам фундаментальных взаимодействий: гравитационному, электромагнитному, сильному и слабому. Связаны ли эти виды фундаментальных взаимодействий между собой?

В результате экспериментальных исследований взаимодействий элементарных частиц в 1983 г. было обнаружено, что при больших энергиях столкновения протонов слабое и электромагнитное взаимодействия не различаются – их можно рассматривать как единое электрослабое взаимодействие. Теорию электрослабых сил нельзя считать полностью доказанной, но основная ее идея проверена многими опытами. Эта идея сводится к тому, что электромагнитное поле представляет собой часть более общего электрослабого поля, состоящего из нескольких форм, или компонентов. Этих компонентов в четыре раза больше, чем в электромагнитном поле.

Радиус действия слабых сил – приблизительно 10^-16см. На этом масштабе они объединяются с электромагнитными силами, а на меньших масштабах электрослабые поля неразделимы, подобно электрическому и магнитному полям быстро движущегося заряда.

Что же происходит дальше? Тут и начинается область гипотез. Согласно большинству из них электрослабые взаимодействия объединяются с сильными приблизительно на масштабе 10 – 30 см. Но такие малые масштабы трудно представить.

Однако решающий эксперимент для проверки этого так называемого Великого объединения может быть проведен в ближайшие годы. Дело в том, что почти неизбежным следствием Великого объединения является нестабильность протона.

Это процесс совершенно нового типа, при котором в нуклонах происходят уже не переходы одних кварков в другие, как при β-распаде, а превращение кварков в антикварки и лептоны. Оказывается нарушенным закон сохранения барионного заряда. Вероятности таких превращений, конечно, очень малы, иначе просто не существовали бы ни мы сами, ни окружающая нас ядерная материя, – она бы рассыпалась на более легкие частицы.

Другое вероятное следствие Великого объединения – это существование «монополей», одиночных магнитных зарядов. Их масса должна быть фантастически велика.

Альберт Эйнштейн предполагал возможность объединения электромагнитного взаимодействия с гравитационным. Теперь объединение электромагнитного взаимодействия со слабым и, возможно, сильным взаимодействиями, это будет, можно сказать, суперобъединение – все четыре силы природы сводятся к одной исходя из какого-то фундаментального принципа. Возможно, такие экстремальные условия существовали в начальный момент зарождения Вселенной. При расширении Вселенной и быстром охлаждении образовавшегося вещества единое взаимодействие разделилось на четыре принципиально отличающихся друг от друга взаимодействия, определивших структурную организацию материи.

Создание единой теории фундаментальных взаимодействий – одна из важнейших задач современного естествознания. Решение такой задачи потребует синтеза естественно-научных знаний о материальных объектах разных масштабов – от элементарных частиц до Вселенной. Эта теория обеспечит концептуальное обобщение знаний об окружающем нас мире.