Несмотря на различие свойств четырех основных сил природы, целесообразно искать более глубокую теорию, в которой все они должны общее. А. Эйнштейн посвятил много лет своей жизни поискам единой полевой теории - теории гравитации и электромагнетизма.
В предыдущих подразделах рассмотрены основные принципы объединения слабого и электромагнитного, а также ядерного взаимодействий. Однако этот синтез не коснулся силы, которая была известна гораздо раньше других - силы притяжения.
Новый подход к единой теории вытекает из идеи супергравитации. Супер-гравитация является обобщением общей теории относительности и предусматривает те же классические явления и теория Эйнштейна: например, прецессии планетных орбит, отклонение луча света звезды при прохождении ее вблизи Солнца, красное смещение звездных спектральных линий и опоздания радиолокационных сигналов, проходящих в поле тяготения Солнца. Однако на квантовом микроскопическом уровне супергравитации отличается от общей теории относительности. При расчете вероятностей некоторых квантовых эффектов гравитации общая теория относительности дает бессмысленный, бесконечно большой результат. В супергравитации же все выполненные к этому времени расчеты дали конечное значение.
При создании новой физической теории руководствуются принципами симметрии, позволяющие описывать одним законом объекты или понятия, которые кажутся несвязанными. Симметрия физической теории может существовать как в глобальной, так и в локальной форме. Оказалось, что теории с локальной симметрией, которые называют также калибровочными, более мощными. Общая теория относительности и теория электромагнетизма Максвелла основываются на локальных симметриях. Новейшая единая теория слабого и электромагнитного взаимодействий также калибровочной. Это наводит на мысль, что любая теория, которая бы объединяла все четыре силы, также должна иметь локальную симметрию.
Супергравитации основанная на новой симметрии, справедливой даже на глобальном уровне, поэтому она получила название суперсимметрии. Су-персиметрия связала два больших класса, на которые делятся все элементарные частицы: фермионы (частицы с пивцилимы спинами) и бозоны (частицы с целыми спинами). Свойства фермионов и бозонов существенно отличны, поэтому наличие фундаментального связи между ними была некоторой неожиданностью. В супергравитации суперсимметрия продолжается с глобального уровня на локальный. Важно, что это продолжение само по себе приводит к теориям, которые предусматривают гравитационное взаимодействие, поэтому указывают на возможность построения единой теории.
Супергравитации проверено опытом, но достигнутые в ней успехи вселяют надежду. Впитав в себя ряд важнейших принципов современной физики, супергравитации решила много физических проблем. Современное понимание основных законов природы возникло из трех принципов: специальной теории относительности, общей теории относительности и квантовой механики. Каждый из них обусловлено решением какой-либо противоречия в физике и каждый привел к предсказанию новых явлений, проверенных потом на опыте. Создавая современную теоретическую физику на основе специальной теории относительности и квантовой механики, нужно было объединить обе теории. Первое важное достижение принадлежит П. Дирак, который сформулировал (1928 г.) релятивистское волновое уравнение для электрона. Объединение специальной теории относительности и квантовой механики началось работами П. Дирака, В. Гейзенберга, В. Паули конце 20-х годов XX в. Квантовая теория поля - общий подход, который можно применить к четырем видам взаимодействия. Однако практически при расчетах некоторых квантовых эффектов в вероятности возникают бесконечности, приводящие к трудностям. Впервые эти трудности были преодолены в квантовой электродинамике - квантовой теории поля, которая описывает взаимодействие электронов, позитронов и фотонов. Успех пришел в конце 40-х годов XX в., Когда Р. Фейнман, Дж. Швингер и С. Томо-нага нашли строгие методы расчетов, согласуются с внутренней симметрией теорий. Оказалось, что бесконечности можно последовательно устранить с помощью метода, который называют перенорму-ем. Получены окончательные предсказания сравнивали с опытом. В истории физических теорий проявляется тенденция к унификации их. Первым это сделал И. Ньютон, открыв закон всемирного тяготения. Дж. Максвелл создал теорию, которая охватывает электрические и магнитные явления. В XX в. на смену теории Ньютона пришла общая теория относительности Эйнштейна, теории Максвелла - квантовая теория поля, названа квантовой электродинамике. Теперь электромагнетизм объединили с слабым взаимодействием. Сильное взаимодействие также описывается квантовой теорией поля.
Загрузка...