Единая калибровочная природа

Различных типов физических

Взаимодействий

Калибровочный принцип называют динамическим ново­введением в общей теории относительности. Нововведением является тот факт, что гравитационное поле здесь не постулируется, а выводится как результат инвариантности (сим­метрии) лагранжиана теории относительно группы локальных калибровочных преобразований. То есть требование симметрии порождает определенный конкретный вид взаимодействия, в данном случае — гравитационного. А это уже принципиаль­но новый подход в физике. Благодаря ему современная физи­ка отошла от исторической традиции, согласно которой зара­нее давалась форма взаимодействий, установленная экспери­ментально и теоретически описанная. Форма взаимодействий более не постулируется, а выводится как результат инвариант­ности относительно групп определенных локальных преобразо­ваний, как способ, которым в природе должно компенсиро­ваться локальное калибровочное преобразование. И неважно, какие виды симметрии обусловливают эти взаимодействия. В каждом случае теории, в которых работает указанный прин­цип, называют калибровочными. Иными словами, калибро­вочная инвариантность позволяет ответить на вопрос: «Почему и зачем в природе существуют такого рода взаимодействия?» Ибо тип взаимодействия диктуется симметрией.

Оказывается, что все известные четыре типа взаимодей­ствий — гравитационное, электромагнитное, сильное и сла­бое — имеют калибровочную природу и описываются калибровочными симметриями. То есть все взаимодействия как бы сде­ланы «из одной болванки». Это вселяет надежду, что можно будет найти «единственный ключ ко всем известным замкам» и описать эволюцию Вселенной из состояния, представленного единым су­персимметричным суперполем, из состояния, в котором разли­чия между типами взаимодействий, между всевозможными час­тицами вещества и квантами полей еще не проявлены.

46. Спонтанное нарушение симметриивакуума

Идея спонтанного нарушения симметрии исходного вакуума вошла в физику элементарных частиц из физики твердого тела. Эта идея оказалась нитью Ариадны, которая привела из запутанных лабиринтов к созданию единой теории электро­магнитного и слабого взаимодействий. Теория слабого взаимо­действия была создана не сама по себе, а оказалась вписанной в единую электрослабую теорию. В настоящее время теория электрослабого взаимодействия подтверждена эксперименталь­но. Идея спонтанного нарушения симметрии исходного вакуу­ма означает отход от общепринятого представления о вакууме как о состоянии, в котором среднее значение энергии всех физических полей равно 0. Здесь признается возможность су­ществования состояний с наименьшей энергией при отлич­ном от нуля значении некоторых физических полей, возника­ет представление о существовании вакуумных конденсатов — со­стояний с отличным от нуля вакуумным средним. Спонтанное нарушение симметрии означает, что при определенных мак­роусловиях фундаментальные симметрии оказываются в со­стоянии неустойчивости. Платой за устойчивое состояние сис­темы является асимметричность вакуума.

Таким образом, в физику с использованием калибровочного принципа вкупе с идеей спонтанного нарушения симметрии вакуума в качестве основного методологического принципа вхо­дит принцип рассмотрения физических явлений и процессов сквозь призму диалектики симметрии и асимметрии. Ибо здесь ясно просматривается диалектическое тождество этих противо­положностей, когда симметрия содержит в себе в виде возмож­ности асимметрию, а асимметрия зиждется на симметрии.

В 1967 г. С.Вайнбергом и А.Саламом была применена идея спонтанного нарушения симметрии для построения единой теории электрослабых взаимодействий с массивными W⁺, W‾, Z°- бозонамии безмассовым фотоном у. Предполагается суще­ствование такого этапа в эволюции Вселенной, когда не существовало различий между электромагнитными и слабыми взаимодействиями. Однако последующее расширение Вселенной привело к нарушению симметрии электрослабого взаимодействия до симметрии, отвечающей электромагнитному взаимодействию, и симметрии, отвечающей слабому взаи­модействию. Так что в настоящую эпоху симметрия между этими типами взаимодействий оказывается скрытой, что обнаруживается нами как различие между электромагнитным и слабым взаимодействиями. Эксперименты в 1983 г. на уско­рителе в ЦЕРНе (Европейская организация ядерных исследований в Женеве) по обнаружению W⁺, W‾, Z°-, бозонов резуль­таты которых оказались в полном соответствии с предсказани­ями теории, дали подтверждение правильности стратегической линии использования идей калибровочной симметрии в един­стве с представлением о спонтанно нарушенной симметрии ва­куума и явились косвенным подтверждением существования ва­куумных хиггсовых конденсатов. Успех этот стимулирует физиков в направлении поисков адекватной симметрии, объединяющей сильное и электрослабое взаимодействие, (Ве­ликое объединение) и симметрии, объединяющей Великое объединение и гравитационное (Суперобъединение).

47. Концепция вакуума в структуре