КЭД – странная теория света и вещества

Кто-то придумывает теорию: протон нестабилен. Проводятся вычисления, которые показывают, что во Вселенной больше не будет протонов! Тогда начинают подгонять числа, повышают массу новой частицы и после больших усилий предсказывают, что протон будет жить чуть дольше, чем время, за которое, судя по последним экспериментальным данным, он не распадается.

Когда появляется новый эксперимент и проводятся более тщательные исследования протона, то, чтобы вывернуться, теориям приходится приспосабливаться. Самые последние эксперименты показали, что протон живет по крайней мере в пять раз дольше, чем могла допустить теория. И что, вы думаете, произошло? Феникс опять воскрес, с новой модификацией теории, которая требует еще более точной экспериментальной проверки. Распадается или не распадается протон, неизвестно. Доказать, что он не распадается, очень трудно.

Во всех этих лекциях я не обсуждал гравитацию. Причина этого заключается в крайней малости гравитационного взаимодействия между объектами: соответствующая сила между двумя электронами в 1 с 40 нулями раз слабее электрической (возможно, с 41 нулем). В веществе почти все электрические силы тратятся на удержание электронов вблизи ядра их атома, что создает точно уравновешенную смесь «плюсов» и «минусов». Но в случае гравитации имеется только сила притяжения, и она накапливается и накапливается по мере увеличения числа атомов, пока, наконец, дойдя до таких грандиозно больших масс, как наши собственные, мы не получаем возможность измерять действие гравитации – на планеты, на нас и т. д.

Из-за того что гравитационная сила настолько слабее всех других взаимодействий, в настоящее время невозможно провести эксперимент, достаточно тонкий, чтобы измерить какой-нибудь эффект, для объяснения которого потребовалась бы точность квантовой теории гравитации[34]. И хотя нет способа экспериментальной проверки, существуют тем не менее квантовые теории гравитации, содержащие «гравитоны» (принадлежащие к новому типу поляризации, со спином 2) и другие фундаментальные частицы (некоторые со спином 3/2). Даже лучшая из этих теорий не может охватить всех тех частиц, которые мы находим, а изобретает множество частиц, которых мы не находим. Квантовые теории гравитации также имеют бесконечности в диаграммах со взаимодействиями, но «дурацкий прием», который позволяет избавиться от них в квантовой электродинамике, в случае гравитации не помогает. Поэтому у нас нет не только экспериментов для проверки квантовой теории гравитации, у нас нет также и разумной теории.

Во всем этом рассказе осталась одна особенно неудовлетворительная черта: не существует теории, адекватно объясняющей величины наблюдаемых масс частиц, т. Мы пользуемся этими числами во всех наших теориях, но не понимаем их – что они собой представляют или откуда они берутся. Я считаю, что с фундаментальной точки зрения это очень интересная и важная проблема.

Прошу извинить меня, если все эти размышления о новых частицах вас запутали, но я решил сделать более полным рассказ об остальной физике, чтобы показать вам, что характер законов – концепция амплитуд, диаграммы, которые изображают подлежащие вычислению взаимодействия, и т. д. – тот же, что и в квантовой электродинамике – нашем лучшем примере хорошей теории.

Примечание, сделанное при чтении корректуры в ноябре 1984 г.

С тех пор, как были прочитаны эти лекции, экспериментально обнаружены подозрительные события, делающие вероятным скорое открытие чего-то совершенно нового и неожиданного (и потому не упомянутого в этих лекциях). Это может быть еще одна частица или какое-то иное явление.

Примечание, сделанное при чтении корректуры в апреле 1985 г.

К данному моменту вышеупомянутые «подозрительные события» оказались ложной тревогой. Ситуация, несомненно, снова изменится к тому времени, когда вы будете читать эту книгу. В физике изменения происходят быстрее, чем в книгоиздательском деле.

Послесловие к зарубежному изданию 2006 года

История того, как мы поняли, что такое свет, – это захватывающая драма, полная и неожиданностей, и поворотов судьбы.