В.Н. Мирон Петровский указывает на исследования К.Р. – это великий князь Константин Романов. И оттуда он мог тоже что-то взять.

М.Ч. Нет, нет, талмудом он занимался каким-то путём.

В.Н. Он интересовался справочниками, энциклопедиями.

А.Г. То есть через цитирование в других работах.

В.Н. Он очень широко владел справочной литературой. Как университетский человек, он очень легко ориентировался во всём, за что брался, у него был настоящий навык, хватка настоящая… Два с половиной месяца сдавали выпускные экзамены, они состояли на медицинском факультете из 22 экзаменов. Причём широко изучали историю науки, гуманитарная составляющая была очень сильная.

Размерность пространства в микромире

Участники:

Эдуард Эрнстович Боос – доктор физико-математических наук

Игорь Павлович Волобуев – доктор физико-математических наук

Александр Гордон: Что нужно знать первое о той теме, о которой пойдёт речь? Что мне необходимо? Какой базис мне необходимо получить, чтобы я дальше просто догонял вас?

Игорь Волобуев: Наверное, нужно понять, что же такое «Стандартная Модель» и почему для нас интересно то, что в рамки этой Стандартной Модели не укладывается; я думаю, что это.

Эдуард Боос: С этого мы, собственно говоря, и планировали начать всё-таки описать то, что нам сегодня, в общем-то, весьма неплохо известно. Принять это за некоторую стартовую площадку и понять, что там не очень хорошо и какие причины рассматриваются поэтому, чтобы продвигаться дальше, какие есть выходы?

Собственно говоря, та тема, о которой мы будем говорить, забегая чуть-чуть вперёд, – это один из предложенных выходов из тех трудностей, которые существуют в Стандартной Модели. Тем не менее, Стандартная Модель – это сейчас весьма серьёзная теория. Слово «модель» – это, в общем-то, историческое название, но это самая настоящая квантовая теория поля, которая хорошо работает, и некоторые её предсказания проверены в настоящее время с точностью до десятой процента. Это весьма и весьма аккуратные предсказания.

И.В. Я бы добавил, что фактически нет таких экспериментов, которые бы не укладывались в рамки Стандартной Модели. Периодически появляются какие-то результаты, которые не укладываются в рамки Стандартной Модели, но по мере накопления статистики, как правило, результаты поразительным образом приближаются к предсказаниям этой модели. Так что модель, действительно, работает замечательно.

Э.Б. Может быть, мы начнём с того, что опишем тот масштаб расстояний, с которыми работает Стандартная Модель. Это изображено на картинке номер один. Если посмотреть на эти картинки, где показаны расстояния от астрономически больших (10 в 26-й метра) до уникально маленьких (10 в минус 34-й метра), то это вообще всё масштабы, с которыми так или иначе имеет дело физика. Один метр посредине – это то примерно, где находится человек, где он обитает.

И.В. Где мы находимся, это рост 3-х летнего ребёнка.

Э.Б. Та область масштабов, о которой мы будем говорить сегодня, это примерно область масштабов от 10 в минус 16-й до 10 минус в 20-й метра. Этот кружочек называется ускоритель или коллайдер. Тот микроскоп, который позволяет заглянуть в эту область – специальный дорогостоящий прибор, называется он коллайдер. Когда сталкиваются разные частицы, то по продуктам, которые получаются в результате реакции, можно судить о том, как устроены взаимодействия на таких сверхмалых расстояниях.

А.Г. Это понятно.

И.В. Наверное, следует добавить, что масштабы за пределом размера атома уже недоступны непосредственному измерению. То есть так, как здесь, метр приложить мы не можем, это уже какие-то косвенные измерения в рамках некоторых теоретических предположений. То есть мы предполагаем какую-то структуру пространства-времени на этих расстояниях, и вот потом, используя эти теоретические представления, мы энергию или передачу импульса переводим в расстояние.

И вот когда мы говорим о том, что достигаем какого-то расстояния, фактически реально это означает, что мы наблюдаем процесс с какой-то передачей импульса. И процесс с такой передачей импульса, по нашим теоретическим представлениям, отвечает тому, что мы достигаем каких-то расстояний. Так вот, после примерно 10 в минус 8-й, вся информация о пространстве-времени – это уже косвенная информация, мы ничего там непосредственно глазом или микроскопом увидеть не можем. И на этой таблице всё хорошо изображено, потому что там слева изображены приборы, которыми меряются эти расстояния, и в физике микромира там уже ускоритель. Ускоритель – это прибор для измерения расстояний в микромире.

Э.Б. Может быть, мы тогда вкратце опишем эту Стандартную Модель, чтобы было понятно, о чём, собственно говоря, идёт речь. И для этого лучше показать картинку номер два, на которой эта Стандартная Модель представлена.

В самой верхней части этой картинки показано наше общее представление о веществе. Как все мы хорошо знаем, вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атомы состоят из ядер, вокруг которых вращаются электроны, расположенные на определённых электронных оболочках. А ядра образованы из так называемых адронов – в основном, это протоны и нейтроны. Каждый из протонов и нейтронов, в свою очередь, состоит из ещё более мелких частиц, которые называются кварки. И эти кварки склеены внутри протона или нейтрона за счёт так называемых сильных взаимодействий, которые осуществляются путём обмена между этими кварками и антикварками частицами, которые называются глюоны, от английского слова Glue – клей. Вот эти глюоны склеивают кварки между собой в адроны.

Мы все знаем очень хорошо, что в природе существуют четыре вида сил. Это мы все знаем с наших школьных лет – это сильные, слабые, электромагнитные и гравитационные взаимодействия. О сильных взаимодействиях мы буквально только что упомянули, и с точки зрения Стандартной Модели, это силы, осуществляемые посредством обмена глюонами, именно это и есть фундаментальные сильные взаимодействия.

Те же взаимодействия, которые в ядре приводят к тому, что протоны и нейтроны удерживаются внутри ядер, так называемые ядерные силы – это уже как бы вторичные по отношению к тем первичным фундаментальным сильным взаимодействиям силы. Ядерные силы возникают из-за того, что протоны и нейтроны – это протяжённые объекты. И каждый кварк обладает так называемым цветом – это специальное квантовое число или заряд, и, собственно говоря, обладание этим зарядом и приводит к взаимодействию посредством обмена глюоном. Следующий вид взаимодействий – это взаимодействия электромагнитные, которые все мы хорошо знаем из повседневной жизни. Их роль – образовывать атомы, притягивая электроны и ядра друг к другу. Взаимодействие, менее известное для широкой аудитории, но, конечно, очень хорошо известное специалистам – это слабое взаимодействие, которое ответственно за то, что ряд частиц в природе нестабилен, в частности, нейтрон. Если нейтрон находится в свободном состоянии, он распадается в протон, электрон и электронное антинейтрино, но внутри ядер ему энергетически более выгодно оставаться свободным, оставаться нераспавшимся, потому что это наиболее выгодная энергетическая конфигурация.

И.В. Здесь проявляется взаимодействие электромагнитных и слабых сил, потому что если электрон станет протоном в ядре, то взаимодействие одинаково заряженных протонов приведёт к увеличению энергии ядра.

Э.Б. Приведёт к увеличению энергии, поэтому в ядре нейтрон стабилен, и может показаться, что слабые взаимодействия вроде бы и не очень-то важны. Но оказывается, что слабые взаимодействия крайне важны, и в частности, процессы на Солнце, например, углеродно-водородный солнечный цикл, главный солнечный цикл, имеет свою первооснову в слабых взаимодействиях. Таким образом, слабые взаимодействия приводят к выделению энергии на Солнце. Если бы этой энергии не было, то и мы бы тут вряд ли существовали бы.