Теории всего на свете

Понятие неделимого элемента вещества, который невозможно раздробить дальше, знакомо человечеству не меньше 2,5 тысяч лет. Впервые его предложили древнегреческие и древнеиндийские философы. Демокрит назвал мельчайшую неделимую частицу вещества атомом (это как раз и означает «неделимый»). Атомы считались предметами простыми, вечными и неизменяемыми. Но в древнегреческой мысли (и, по большому счету, на протяжении еще примерно 2 тысяч лет) атомы проиграли 4 стихиям-первоэлементам Эмпедокла: огню, воздуху, воде и земле. Эти стихии также считались простыми, вечными и неизменяемыми, однако не состоящими из маленьких частиц. Аристотель полагал, что они бесконечно и неразрывно протяженные.

Дальнейшее развитие наших представлений о мире, основанных на идее атомов, произошло лишь в XVIII веке. На смену 4 первоэлементами Аристотеля пришли 33 элемента Лавуазье, который вычленил их с помощью химического анализа. Затем Дальтон использовал идею атомов для того, чтобы объяснить, почему элементы всегда реагируют друг с другом в целочисленных отношениях. Он предположил, что каждый элемент состоит из атомов определенного – и единственного – типа и что эти атомы могут связываться друг с другом, образуя химические соединения. Разумеется, к началу XX века (благодаря работам Томсона, Резерфорда, Бора и многих других ученых) человечество осознало, что атомы не являются неделимыми, а следовательно, не могут служить базовыми единицами материи. Стало ясно, что все атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов, которые и стали неделимыми компонентами материи – ее основными «кирпичиками».

То ли из‑за того, что атомная модель Резерфорда – Бора теперь рассматривается как переходный этап в преддверии появления более сложных моделей, в основе которых лежит квантовая механика, то ли из‑за того, что модель Резерфорда – Бора возникла не сразу, а стала результатом работы множества людей (и не представляла собой какой-то единичный красивый закон, предложенный учеными), мы как-то позабыли, какое большое количество явлений природы и ее объектов можно объяснить при помощи идеи протонов, нейтронов и электронов: вероятно, такого охвата не достигает ни одна другая теория. На основании свойств всего лишь трех этих основных частиц можно объяснить свойства 118 атомов (элементов) и свойства миллионов химических веществ, которые из этих атомов состоят. Поразительная универсальность, и она позволяет дать модели Резерфорда – Бора звание «моего любимого глубокого, изящ ного и красивого объяснения».

Со времен этого великого упрощения наши представления о Вселенной неустанно развивались, становясь более, а не менее сложными. Чтобы объяснить свойства трех основных частиц вещества, мы принялись искать «более основные» частицы. Выяснилось, что нам требуется 12 фермионов (6 кварков и 6 лептонов) для «объяснения» свойств 3 частиц, которые прежде считались фундаментальными (а также свойств некоторых других частиц: эти частицы оставались неведомыми нам, пока мы не построили ускорители с высокой энергией). Мы добавили в картину еще 4 частицы – носительницы взаимодействий, чтобы «объяснить» 4 фундаментальных типа силовых полей (электромагнитные, гравитационные, сильное и слабое ядерные взаимодействия), которые влияют на 3 частицы, раньше считавшиеся фундаментальными. Из этих 16 частиц (мы полагаем, что все они существуют) большинство нельзя наблюдать независимо (во всяком случае, при низких энергиях).

Даже если современная Стандартная модель в физике частиц окажется верной, все равно останется вопрос: «А что дальше?» Каждая частица, независимо от своего уровня в иерархии, имеет определенные свойства и характеристики. Когда нас спрашивают, почему кварки обладают определенным электрическим зарядом, «цветом», спином или массой, разве мы отвечаем: «Обладают – и всё»? Или мы пытаемся отыскать «еще более фундаментальные» частицы, которые, как нам представляется, объясняют свойства кварков, лептонов и бозонов? А если так, то означает ли это, что возможен поиск «еще более элементарных» частиц? И может ли такой процесс длиться вечно? Или же на каком-то этапе мы ответим на вопрос: «Почему эта частица обладает такими свойствами?» простым «обладает – и всё»? Настанет ли момент, когда нам придется сказать, что во Вселенной больше не осталось «почему?» и она такова просто потому, что такова?