Теории большого объединения и суперобъединения

Заветная мечта всех физиков - выявить универсальность всех фундаментальных сил, объединить все физические взаимодействия в одной теории. Объединение электромагнитного и слабого взаимодействия в единое электрослабое взаимодействие стало первым обнадеживающим успехом на этом пути. Есть попытки создать теорию Большого объединения (так называется теория объединения электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий). Еще более грандиозна идея объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий, включая гравитацию. Соответствующие теоретические построения называют суперобъединением.

Сегодня физики считают, что они смогут создать эту теорию на основе появившейся недавно теории суперструн. Пионерами в создании этой теории явились М. Грин (Великобритания) и Дж. Шварц (США). Эта теория должна объединить все фундаментальные взаимодействия при сверхвысоких энергиях.

Эта новая теория описывает некие протяженные объекты -струны. Это - пространственно одномерные отрезки с характерным размером планковской длины 10^-33 см. Предполагается, что на таких малых расстояниях должны проявляться 6 дополнительных пространственных измерений, которые в отличие от обычных четырех измерений компактифицированы, то есть свернуты в точки, замкнуты, ограничены в определенных областях и не распространяются в область макромира.

Эта теория является следствием объединения квантовой теории поля с общей теорией относительности. Понятие струны в ней становится синонимом понятия микрочастицы или вообще локализованного в пространстве объекта. Все частицы, которые мы знаем и, может быть, откроем в будущем, представляют собой определенное возбужденное состояние струны. Такие возбужденные состояния струн можно сравнить с набором звуков, вызываемых колебанием струны, например, скрипки. Более высокие звуки можно сопоставить с новыми частицами, с массой, большей массы предыдущих частиц. Введение понятия струны полностью исключает точечные представления из структуры микромира, и по сути эта теория сводит физику к геометрии очень сложных пространств.

Теория суперструн тесно связана с новыми представлениями о симметрии - с концепцией суперсимметрии, открытой в 60 - 70-х гг., которая связала между собой бозоны и фермионы. Преобразования суперсимметрии переводят их друг в друга, а также связывают физику с геометрией.

Согласно этой теории, фундаментальным объектом современной физики является квантованное суперструнное поле, возбуждениями которого являются суперструны, взаимодействующие друг с другом и с вакуумом (возникающие и поглощающиеся в нем). Струны же в свою очередь порождают элементарные частицы.

Теория суперструн ведет к некоторым нетривиальным следствиям. Так, среди порожденных струнами элементарных частиц должны быть по расчетам гипотетические частицы тахионы - движущиеся со скоростью, большей скорости света. Как следствие этой теории возникает и представление о «теневом» мире - объяснение открытого астрономами факта, что галактики и скопления галактик содержат большую массу невидимого вещества, в десятки раз превосходящую массу самих галактик.

Таковы в кратком изложении те проблемы, решениями которых занимается современная физика.

План семинарского занятия (2 часа)

1. Взаимодействие и связь в природе.

2. Общая характеристика физического взаимодействия.

3. Фундаментальные физические взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное.

4. Создание теорий Великого объединения.

Темы докладов и рефератов

1. Движение в физике.

2. Проблема эфира в современной физике.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ахиезер А.И., Рекало М.П. Современная физическая картина мира. М., 1980.

2. Ацюковскчй В.А. Материализм и релятивизм. М., 1993.