Знание-сила, 2008 № 01 (967)

В учебниках физики к константам такое же благоговейное отношение, как в Книге книг к десяти заповедям Господним. Что же такое эти загадочные величины? Они и впрямь универсальны? «Если говорить о физике, они суть высшее откровение, которое может быть явлено разумным существам, населившим Вселенную», — отозвался о них Бэрроу. Почему же константы приняли те значения, какие приняли? И могут ли они стать иными, то есть измениться, если они — константы?

Мир, созданный Homo technicus, основан на наших представлениях о законах, действующих в природе, на знании их. Физические константы — неотъемлемая часть этих законов, их обязательная составляющая. Если сравнить мир, который «построил Бог», с домом, который горазд построить любой Джек, то законы природы — это строительный план, по которому будет возводиться дом, а константы — то, что скрепляет отдельные части дома, будь то клей, раствор, гвозди и винты. Физические константы, как выразился обозреватель немецкого журнала «Bild der Wissenschaft», это «цемент мироздания». Их можно назвать еще и PIN- кодом нашей Вселенной, без знания которого не откроются ее тайны. Их точное знание нужно для того, чтобы объяснять, постигать и предсказывать явления, наблюдаемые в природе, а также чтобы проверять справедливость научных теорий и гипотез.

Пока же невозможно даже оценить, сколько всего существует подобных констант. Во-первых, очевидно, удалось отыскать еще не все константы, а, во-вторых, некоторые из них, считающиеся фундаментальными, видимо, можно свести к другим константам или получить путем сложных математических вычислений.

В Стандартной модели элементарных частиц насчитывается 26 констант, измеренных экспериментальным путем и используемых в теоретических расчетах. Немалую часть их составляют значения массы элементарных частиц — кварков, лептонов, бозонов. Уже сейчас теоретики косо смотрят на эту «табель мер и весов», считая, что 26 констант в одной только квантовой физике — явный перебор.

А ведь на уровне кварков и лептонов мир не кончается. Константы есть и в Макрокосме. Пока никто не скажет, сколько их требуется, чтобы скрепить неколебимые устои мироздания. Всего в новейшем перечне, который составила группа известных физиков — Макс Тегмарк, Энтони Агирре, Мартин Рис и нобелевский лауреат Фрэнк Вильчек, — содержится 11 космологических констант.

Вместе с постоянными, правящими миром на уровне Микрокосма, получается: 11 + 26. Итого 37 констант, но споры об их числе продолжаются. В этой дискуссии давно наметился радикальный поворот. Физики пытаются определить минимальное число констант, описывающих мир.

Так, по мнению известного российского физика Льва Окуня, теоретически достаточно трех фундаментальных констант — скорости распространения света в вакууме (c), гравитационной постоянной (G) и постоянной Планка (h). «Три фундаментальные константы — это единственно возможный базис, пригодный для описания основ физики. Все свыше этого было бы лишним».

Кстати, еще в 1874 году английский физик Джордж Стони предложил «троицу физических первосущностей»: скорость распространения света в вакууме (c), гравитационную постоянную (G) и элементарный электрический заряд (e), существование которого он предположил незадолго до того (то есть заряд электрона. — А.Г.). В 1899 году Макс Планк заменил в этой троице заряд электрона квантом действия (h), за которым закрепилось название «постоянной Планка», — основным параметром квантовой физики. Он помогает вычислить «длину Планка», «время Планка» и «массу Планка», а значит определить три основополагающих физических характеристики — длину, время и массу.

Однако три «первосущности» — не предел. Сам Планк мечтал о теории, в которой найдется место одной-единственной константе, а все остальные станут производными от нее. Итальянский физик Габриель Венециано, внесший немалый вклад в развитие теории струн, намерен обойтись двумя константами: скоростью света и новой, пока еще спорной константой — длиной струны (ls). Последняя играет важнейшую роль в теории струн, согласно которой все элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия определяются вибрацией неких микроскопически крохотных струн (см. «З-С», №3/2003). Постоянная Планка, как и гравитационная постоянная, — лишь производные от длины струны.

Майкл Дафф из Мичиганского центра теоретической физики поступил еще радикальнее — упразднил все физические константы, считая их «произвольными конструкциями, плодом наших умствований». Упомянутая выше троица базовых констант (G, c, h), по его мнению, лишь трансформирует одни размерности в другие. (Скорость света преобразует энергию в массу (E = mc²), h — энергию в частоту (E = hv), а G посредством радиуса Шварцшильда — массу в длину (R = 2GM/c²). Ученым же следует поискать некие мерила, «подлинно существующие в природе», пишет Дафф, например, характеристики черных дыр.

Оазисы космического ландшафта