В начале было ничто. Про время, пространство, скорость и другие константы физики

Скручивание, необходимое для того, чтобы возвести силы слабого и сильного взаимодействий к многообразию типов локальной калибровочной инвариантности, неабелево. То есть преобразования, которые необходимо рассмотреть при таком скручивании, зависят от порядка, в котором происходят описываемые этими преобразованиями процессы. Это делает их описание гораздо более сложным. Однако преодолевая сложности, мы вознаграждаем себя ростом богатства и глубины понимания.

Для того, чтобы показать, как бездействие порождает слабое взаимодействие, и одновременно продемонстрировать, что слабое взаимодействие имеет то же происхождение, что и электромагнитная сила (этот симбиоз приводит нас к понятию электрослабого взаимодействия), потребовались соответствующие неабелевы локальные калибровочные преобразования; они были получены Стивеном Вайнбергом (1933–2021) и Абдусом Саламом (1926–1996), которые в 1979 году заслуженно удостоились за это Нобелевской премии.

Калибровочная инвариантность, лежащая в основе гравитации, так и остается ненайденной, и вполне возможно, что моим воззрениям – или, по крайней мере, надеждам, разделяемым многими физиками-теоретиками, – суждено остаться неподтвержденными и несбывшимися.

* * *

Давайте теперь еще раз подытожим, чего мы достигли. В этой главе я рассказал о возможном происхождении сил, первоначально классифицированных как электрические или магнитные, но при взгляде на них из следующего измерения оказавшихся проявлениями единой силы электромагнетизма. При более пристальном пространственном рассмотрении электричества и магнетизма проявились их различные аспекты; мы использовали свойства симметрии, чтобы показать, что эти аспекты могут рассматриваться как результат безразличия Природы к изменению волн путем скручивания, – в технических терминах, как результат калибровочной инвариантности. Таким образом, пустое пространство оказывается более замысловатым и тонким, чем представляется на первый взгляд. Однородность, которую оставило ему в наследство материнское Ничто, остается вне нашего поля зрения, – но она, будучи невидимой, ответственна за силы связывания и разрушения, к которым в свою очередь сводится все удивительное закулисье нашего мира.

8 Мера за меру

Происхождение фундаментальных постоянных

Фундаментальные постоянные – такие, как скорость света (c = 2,998 × 10⁸ м/с), постоянная Планка (h = 6,626 × 10^–34 Дж∙с), постоянная Больцмана (k = 1,381 × 10^–23 Дж/К) и фундаментальный электрический заряд (e = 1,602 × 10^–19 кулона), – играют необыкновенно важную роль в проявлениях законов природы. Эти законы, по сути, диктуют правила поведения материальных объектов, для которых заданы различные параметры, такие как масса и заряд, а фундаментальные константы определяют величину происходящих при этом изменений состояния объектов. Например, законы природы, которые мы относим к сфере частной теории относительности, подразумевают, что пространство и время по мере увеличения скорости движения смешиваются в одно целое; степень этого смешения определяется отношением данной скорости движения к скорости света. Законы электромагнетизма означают, что движение заряженной частицы отклоняется электрическим полем, а фундаментальный заряд определяет степень этого отклонения при заданной напряженности поля. Согласно законам квантовой механики, энергия осциллятора, как масса пружины или маятника, может подниматься по лестнице квантованных значений, а постоянная Планка определяет расстояния между ступеньками этой лестницы. Если бы эта постоянная была равна нулю, между ступеньками не было бы никаких промежутков, и энергию осциллятора можно было бы увеличивать непрерывно; то, что на деле постоянная Планка так мала (порядка 10^–34), означает, что ступеньки лестницы и в самом деле очень близки, настолько, что в наших повседневных маятниках и колеблющихся пружинах мы никаких разделений между значениями энергии не ощущаем. Но они есть.

Идут жаркие споры о том, насколько случайны те значения постоянных, которыми мы сейчас располагаем, – ведь даже малые отклонения от этих значений, как утверждается, имели бы катастрофические последствия для возникновения жизни, сознания и способности раздумывать над тем, почему же постоянные имеют столь благоприятные значения. При чуть-чуть отличающихся постоянных звезды не могли бы образовываться, а если бы они все же формировались, то сжигали бы свое горючее так быстро, что не оставалось бы времени для эволюции жизни.