Знание-сила, 2003 № 01 (907)

Наш соотечественник Лобачевский, а затем Эйнштейн открыли нам невидимую кривизну пространства, Калуца и Клейн указали на его скрытое многомерие. Влияние этих идей на наши представления об окружающем мире можно сравнить лишь с переворотом в умах, которое когда-то совершил Коперник.

Где расположено «дно» мира?

Стандартная модель говорит, что все многообразие наблюдаемых нами явлений, от процессов в космосе до трансмутаций частиц в микромире, в конечном счете сводится всего лишь к четырем основным, исходным типам взаимодействий: ядерным, электромагнитным, слабым и гравитационным. Именно так располагаются они по своей силе – самое мощное ядерное и самое слабое гравитационное. Различаются эти два крайних взаимодействия в 1046 раз. Однако теория и подтверждающий ее эксперимент подсказывают, что с углублением в область все меньших и меньших пространственных масштабов различия взаимодействий постепенно стираются. На уровне примерно 10-17 сантиметра или несколько меньше сливаются электромагнитные и слабые силы, где-то вблизи 10-30 сантиметра, всего лишь три порядка не дотягивая до планковского предела, к ним присоединяется и ядерное взаимодействие. Приближаясь к этой черте, частицы, образно говоря, раздеваются, сбрасывая одну за другой «шубы» из слоев окружающих их виртуальных частиц. В глубине пространства виртуальные процессы становятся настолько энергичными, что «шубы» просто расползаются, и частицы, как люди в бане, становятся почти не различимыми.

Но вот с гравитационной силой получается заминка. На планковской границе она сравнивается по величине с другими, и было время, когда казалось, что стоит добавить еще одну, десятую, пространственную микроось, и мы получим «Теорию всего сущего» – теорию единой универсальной «сверхсилы». Однако на деле все оказалось намного сложнее.

Нетрудно оценить, на каких расстояниях должно происходить слияние гравитации с остальными силами. Для этого заметим, что сила гравитационного притяжения двух частиц будет такой же, как электрическая сила между двумя электронами, если частицы весят в 1022 раз больше электрона[* Читатель, наверное, помнит, что электрическое взаимодействие частиц описывается законом Кулона, очень похожим на ньютоновский закон всемирного тяготения. Не будем выписывать формул, поскольку говорят, что каждая формула в научно-популярной статье вдвое снижает число ее читателей!]. Для микрочастицы это – огромная величина, сравнимая с массой видимой глазом пылиннки, пляшушей в луче солнечного света. Такие частицы рождаются в спонтанных вакуумных флуктуациях как раз вблизи планковского предела 10-33 сантиметра. Это настоящее «дно мира». Как говорят формулы теории относительности, гравитационное поле и искривление пространства в окрестности таких частиц настолько велики, что пространство сворачивается в отдельные быстро рождающиеся и мгновенно распадающиеся пузырьки. Образуется что- то вроде пены.

Однако все это – наглядные качественные оценки. Построить строгую теорию единого поля не удается. Не будет преувеличением сказать, что сегодня физики запутались в формулах. Существует множество путей для развития теории, и не ясно, какой из них предпочтительнее. Сейчас в этой области работает сравнительно небольшое число специалистов, занятых изучением очень сложных и неоднозначных математических структур. Такое впечатление, что известные физические идеи себя исчерпали и для дальнейшего продвижения нужна новая экспериментальная информация. Возможно, ее дадут опыты на создаваемых сверхмощных ускорителях.

А может, трудности с гравитацией происходят из-за того, что у нее принципиально иная природа и не стоит пытаться «упихать» ее в один пакет с другими силами?

Круче, чем у Ньютона

С помощью частиц, разогнанных на ускорителях, мы можем сегодня зондировать расстояния вплоть до 10-16 – 10-17 сантиметра, что намного порядков отстоит от планковского предела Предполагать, что на всем этом интервале останется верным закон тяготения Ньютона-чрезвычайно смелая гипотеза. А если закон другой, то и расстояние до «дна мира» будет иным. Оно может располагаться значительно ближе. Так будет, если размерность пространства уже на сравнительно небольших длинах будет больше трех, тогда сила гравитационного притяжения при переходе к малым расстояниям будет более крутой и сравняется с электромагнитной на большем расстоянии.