Дискуссии

« вернуться к списку

версия для печати

После бозона Хиггса

Cотрудник Института физических проблем им. Капицы РАН Михаил Казанович. Фото с сайта www.polit.ru Мы продолжаем публиковать материалы, написанные по итогам Летней Школы "Русского репортера"-2011. Толчком к материалу о будущем физики стали лекции сотрудника Института физических проблем им. Капицы РАН Михаила Казановича. В процессе подготовки статьи ученый дал дополнительные комментарии.

"В ближайшие десятилетия нас ждут революционные изменения в науке, – считает сотрудник Института физических проблем им. Капицы РАН Михаил Казанович. – До середины прошлого века в физике была нормальной ситуация, когда эксперименты шли параллельно теории и во многом ее предвосхищали. Во второй половине века, наоборот, теории предвосхищали эксперимент, и довольно существенно. Сейчас мы подошли к ситуации, когда теории кончились, и эксперимент должен стать поставщиком новых запросов".

Описанную ситуацию легко проиллюстрировать на примере бозона Хиггса, открытие которого, вероятно, стало последним пунктом в предсказанной теории. Его обнаружение по своей значимости для физики – это то же самое, что доказательство теоремы в математике. Но сказать с уверенностью, что бозон Хиггса существует, еще нельзя.

Сообщение о возможном открытии прозвучало в официальном докладе на конференции в Гренобле: есть вероятность, что во время эксперимента на Большом Адронном Коллайдере (БАК) проявились следы частиц, которые, скорее всего, являются продуктами распада этого неуловимого бозона.

"В научном сообществе распространено мнение, что открытие бозона Хиггса – это конец предсказанной физики", – говорит Михаил.

Частично волна

В классической физике материя имеет двойственную природу, она состоит из вещества – дискретных частиц, и поля – непрерывного, не имеющего никаких черт дискретности. Соответственно, все частицы делятся на частицы поля и частицы вещества. Есть и другая классификация: частицы делятся на бозоны и фермионы. "Все частицы полей – бозоны, а бозон Хиггса – это квант поля Хиггса. Бозон, как частицы поля, не имеет массы покоя (то есть инертно-гравитационной массы), но так как масса и энергия тела эквивалентны (E=mc²), мы можем говорить о массе движущегося бозона, которую можно вычислить". Хотя стоит иметь в виду, что частицы вещества могут быть не только фермионами. Принципиальное отличие в том, что несколько фермионов не могут одновременно находиться в одном состоянии – занимать одно и тоже положение в пространстве, а бозоны могут. Они "накладываются" друг на друга, проходят насквозь.

Для того, чтобы понять, что из себя представляет бозон Хиггса, поговорим о фотоне. "Вы же знаете, что свет состоит из фотонов? Фотон – это квант света, – объясняет Михаил. – А вот кванты любых полей – это скорее волны. Квант как порция энергии сравним с "плевком", а любая волна света – это совокупность таких плевков".

И хотя в свое время поле воспринималось как непрерывное, оно обладает свойствами дискретности: "Волновые свойства частиц все равно берут свое. Квант – "плевок" – это порция колебаний, которая ведет себя не только как волна, но и как частица. Фотон, пожалуй, самый известный", – говорит Казанович.

Одно из первых положений квантовой механики – корпускулярно-волновой дуализм. Это значит, что все частицы являются и частицами, и волнами. "То есть, например, давайте возьмем электроны (один из видов частиц вещества). Они имеют все свойства вещества, но временами начинают вести себя как волны. Подобно тому, как в традиционной христианской догматике Христос был и человеком, и Богом. Но это не значит, что он был похож, к примеру, на кентавра. Когда он умирал на кресте и просил пить, то был в полной мере человеком. Когда творил чудеса, был в полной мере Богом. То же самое и с частицами".

Бозон Хиггса был предсказан и, возможно, обнаружен. Но есть еще более неуловимая частица – гравитон. И если бозон Хиггса — всего лишь квант калибровочного поля (поля, участвующего в процессе спонтанного нарушения симметрии), то гравитон – квант одного из фундаментальных полей (гравитационного).

"Гравитон, по всей видимости, никогда не найдут, хотя в его существовании никто не сомневается. Это связано со слабостью гравитационного поля. С одной стороны это поле есть везде, с другой – оно очень слабое. Хотя Вселенная имеет тот вид, в котором она сейчас, только благодаря гравитации", – поясняет Казанович.

Вначале было поле

Науке известны только четыре типа фундаментальных взаимодействий объектов: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое поля. "При этом поля в миллиард раз больше, чем вещества", – поясняет Михаил. Это значит, что количество энергии, излучаемой реликтовыми фотонами, в миллиард раз больше, чем энергии, исходящей от протонов. Реликтовое излучение – это след изначального хаоса во Вселенной, и если представить, что все поля, индуцированные веществом, исчезнут, реликтовое поле все равно останется. Оно не имеет источника и существует само по себе.

Мечта целого поколения физиков, начиная с Эйнштейна — доказать существование начального суперсимметричного поля, объединяющего все виды взаимодействий (создать единую теорию поля). "Если бы физики решили переписать Библию, – говорит Казанович, – то начиналась бы она со слов: "В начале было поле".

Теория электрослабого взаимодействия – это локальный успех по дороге к созданию единой теории взаимодействия. Если обнаружение бозона Хиггса будет доказано, это объяснит, откуда у промежуточных бозонов появилась масса.

Идея о существовании поля Хиггса аозникла во время поиска ответа на вопрос: почему нарушилась симметрия по массе между полем и веществом. Современная физика предполагает, что частицы суперсимметричного поля сначала не имели инертно-гравитационной массы. Физики заметили, что нарушение симметрии сопровождается появлением некоторого поля, отличного от уже известных калибровочных полей. Благодаря действию поля Хиггса, масса бозонов калибровочного поля может стать больше нуля, т.е. из безмассового поля зарождается вещество, обладающее массой.

Попытка объяснить это явление была предпринята английским физиком Питером Хиггсом. Он предположил, что за обеспечение вещества массой отвечает отдельное поле, оно и является причиной спонтанного нарушения симметрии. Его и назвали полем Хиггса.

Кому нужен бозон Хиггса

Понимание того, как промежуточные бозоны приобрели массу, ничего не меняет в физике кроме каких-то частных моментов – в правильности этой гипотезы никто не сомневался. Наоборот, если бы частицу не обнаружили, пришлось бы пересматривать многие постулаты предсказанной физики.

"Сейчас я не вижу никаких практических применений бозона Хиггса. Разве что в понятие практического применения вкладывать еще одно доказательство того, что возможности человеческого разума очень большие. У людей есть какая-то естественная потребность к приобретению новых знаний", – говорит Казанович.

Это не означает, что теорию, подтвержденную открытием бозона Хиггса, никогда нельзя будет использовать. Для самых отвлеченных положений фундаментальной науки рано или поздно всегда находили практическое применение. Когда возникла Общая теория относительности и квантовая механика, было трудно себе представить, что их можно использовать в каких-то практических целях. Но прошло меньше полувека, и теперь без них тяжело представить развитие технологий.

Новая физика

"Мне кажется, что сегодняшнее время имеет шанс выглядеть как научная революция в физике, – отмечает Михаил. – Все это связано с тем, что мы подошли к кризису — в хорошем смысле этого слова. Для того чтобы развиваться дальше, надо пройти эту "ломку". После этого мы начнем порождать новые парадигмы".

Череда кризисов – это нормальное состояние физики. Когда одни методы исчерпывают себя, ученые начинают искать другие. Однако ситуация с обнаружением бозона Хиггса не может быть рядовой. Прошло сто лет, в течение которых теории предвосхищали эксперименты. Теперь положения квантовой механики приходится пересматривать, они требуют испытания на философском уровне. Это сшивание квантовой механики с Общей теорией относительности (ОТО).

Будущая теория гравитации поможет разрешить многие проблемы. Хотя до ее создания еще очень далеко: ОТО описывает гравитационное взаимодействие и крупномасштабную структуру Вселенной, а квантовая механика имеет дело с явлениями в крайне малых масштабах – считается, что эти две теории несовместимы, они не могут быть одновременно правильными.

Теория суперструн была попыткой создать единую теорию поля, в которой согласуется ОТО и квантовая механика. "Но она в чем-то чересчур изощрена", – считает Михаил.

Другое поле

"На БАКе собираются и дальше наращивать выход энергии. Представление о том, что именно мы при этом увидим, есть, но оно пока ничем не подкреплено. Начинается новая физика. Опять эксперимент будет впереди теории".

В физике до сих пор остается масса нерешенных задач. Например, неизвестно, из чего состоит темная материя и куда исчезло все антивещество. Теперь на БАКе будут предприниматься попытки разгадать именно состав темной материи и роль, которую играет в ней нейтрино. "Сегодня нейтринная физика – одно из главных направлений, – отмечает Казанович. – Может быть, и в ее развитие БАК внесет существенный вклад".

Из всей материи, которая наблюдается во Вселенной, на темную материю приходится 20-25%, а на темную энергию — 70-75%. Есть предположение, что темная энергия – это еще одно фундаментальное поле, а вся энергия во Вселенной не имеет источника, и появилась сама по себе. Возможно, к четырем полям добавится пятое, которое отвечает за расширение Вселенной.

Екатерина Синельщикова

источник: Полит.Ру

Последние материалы раздела

• 30 декабря 2016
  Диссертация Мединского как летучий голландец
• 30 декабря 2016
  Работа есть — денег нет
• 29 декабря 2016
  "Основной удар придется на московские и петербургские институты"
• 29 декабря 2016
  Советник Путина: Россию могут отключить от интернета
• 28 декабря 2016
  Драйверы инноваций

Обсуждение

Anatoly Rykov
14 сентября 2011 11:05

Бозон Хиггса. Его предсказание связано с истинностью Стандартной Модели, принятой в физике ХХ века. Но в физике существуют фантазии в рамках Стандартной Модели, которые не совпадают с реальной природой всех физических явлений. Это общая беда теоретической физики, которой неизвестно происхождение масс микрочастиц, неизвестна гравитация и инерция масс, неизвестно как распространяется свет в вакууме и в веществе. А это принципиальные проблемы, без решения которых физика полна фантазий. Факт рождения пары масс электрона и позитрона, открытого еще в 1933 году супругами Жолио-Кюри, дал возможность решить указанные проблемы на основе ОТКРЫТИЯ структуры вакуума, которое изложено в книге "Вакуум и вещество Вселенной", Издательство "Рестарт" и ИФЗ РАН, 2007-2010 гг. Прочесть книгу можно в библиотеках Института ФизПроблем, ФИАН и ГАИШ.

Добавить комментарий

Обсуждение материалов доступно только после регистрации.

« к началу страницы