Куда течет река времени

При температурах, больших температуры Великого объединения, хиггсовские частицы были свободными. С падением температуры образуется «конденсат» хиггсовского поля — новое низшее состояние системы, то есть еще одна разновидность вакуума. Это уже третья по счету.

Разные вакуумы, или лучше сказать разные «вакуумноподобные состояния», обладают разной плотностью энергии. Из-за образования хиггсовского «конденсата» X- и Y-бозоны (переносчики универсального взаимодействия) приобретают массу — они становятся сверхтяжелыми. Рождаться при низких температурах они не могут. Единое взаимодействие теперь расщепляется на сильное и электрослабое.

Итак, мы видели, что с повышением энергии, с повышением температуры разные виды взаимодействий, совсем непохожие в обычных условиях, приобретают схожие черты и сливаются в единое взаимодействие.

На наших глазах происходит осуществление великой научной мечты А. Эйнштейна — мечты об объединении всех сил природы. При энергиях Великого объединения сливаются воедино три силы: электромагнитная, слабая и сильная. Единственная сила, оставшаяся пока в стороне, — это гравитационная, действию которой подвергаются абсолютно все виды материи. Осталось немного — объединить при каких-то совсем сверхбольших температурах силу гравитации с уже объединенной универсальной силой Великого взаимодействия. Но этот последний шаг в теории оказался и самым трудным.

Прежде чем обратиться к современным попыткам теоретиков объединить силу гравитации с другими силами природы, давайте вспомним, что природа гравитационного поля, по существу, геометрическая — это кривизна пространства-времени. Добавим еще, что гравитационное поле, как и электромагнитное, в определенных условиях может проявлять квантовые свойства.

Известно, что квантами электромагнитного поля являются фотоны. А кванты гравитационного поля это гравитоны — пока еще не открытые гипотетические частицы — переносчики гравитационного взаимодействия. Они обладают целым спином, равным 2. Гравитоны, так же как и фотоны, не обладают массой покоя и всегда движутся со скоростью света.

А. Эйнштейн был глубоко убежден в том, что и природа электромагнитного поля также должна быть геометрической. Всю вторую половину жизни он посвятил попыткам найти геометрическое представление электромагнитного поля, которое, как он считал, определяет макроскопические свойства вещества. В его уравнениях тяготения с одной стороны стоят величины, описывающие кривизну пространства-времени (так называемый тензор кривизны), а с другой — источник тяготения, источник кривизны — величины, описывающие вещество и негравитационные поля (так называемый тензор энергии — импульса материи).

А. Эйнштейн верил, что такая двойственность должна быть чуждой и противоестественной для окончательной теории. Если слева в уравнениях стоят геометрические величины, то и справа должны быть величины той же геометрической, по существу, природы. А это значит, считал он, что описание вещества и полей должно быть геометрическим. Известный польский ученый Л. Инфельд вспоминает, как А. Эйнштейн ему сказал однажды: «…теория относительности опирается на две колонны. Одна из них — мощная и прекрасная, будто выточенная из мрамора. Это — тензор кривизны. Вторая — шаткая, словно соломенная. Это тензор энергии-импульса… Мы должны оставить эту проблему будущему».

Настойчиво работая над проблемой более трех десятков лет, А. Эйнштейн думал, что недалек от окончательного решения. В 1945 году он писал Л. Инфельду: «Я надеюсь, что открыл, как тяготение и электричество связаны друг с другом, хотя до физического оправдания еще далеко». В своих попытках объединить электричество и гравитацию он ввел еще «закрученность» пространства-времени для описания электромагнитных явлений. Однако эти его конкретные попытки к успеху не привели и объединенная теория создана не была.

В 20-е годы немецкий физик Т. Калуца и шведский физик О. Клейн попытались объединить гравитацию Эйнштейна и электромагнетизм Максвелла также на геометрической основе, но идя совсем другим путем. Они предположили, что пространство-время отнюдь не четырехмерное (три пространственные координаты плюс время), а пятимерное, и ввели еще одну пространственную координату. Эти физики написали уравнения для искривленности пятимерного мира, подобные уравнениям гравитации Эйнштейна для четырехмерного мира. Оказалось, что дополнительные уравнения, которые при этом возникают из-за наличия еще одного измерения, являются уравнениями электродинамики Максвелла. Таким образом, оказалось, что электромагнетизму можно также придать геометрический смысл, правда, весьма необычный — связанный с наличием пятого измерения.