Концепції сучасного природознавства - Карпов Я. С. - 3.6.1.5 Проблеми єдності фізики

Остання серед фундаментальних взаємодій — сильна взаємодія; вона є джерелом величезної енергії. Найхарактернішій! приклад енергії, що вивільняється сильною взаємодією, — Сонце. У надрах Сонця і зірок безупинно протікають термоядерні реакції, що їх викликає сильна взаємодія. Але й людина навчилася використовувати сильну взаємодію: створена воднева бомба, відкриті та удосконалюються технології керованої термоядерної реакції.

До уявлення про існування сильної взаємодії фізика йшла у процесі вивчення структури атомного ядра. Якась сила повинна утримувати позитивно заряджені протони в ядрі, не дозволяючи їм розлітатися під дією електростатичного відштовхування.

Гравітація занадто слабка і не може це забезпечити; очевидно, необхідна якась взаємодія, причому більш сильна, ніж електромагнітна. Згодом цю взаємодію було виявлено. З'ясувалося, що хоча за своєю величиною сильна взаємодія істотно перевершує всі інші фундаментальні взаємодії, але поза межами ядра вона не відчувається. Як і у випадку слабкої взаємодії, радіус дії нової сили виявився дуже малим: сильна взаємодія виявляє себе на відстані, що визначається розмірами ядра, тобто приблизно 10~15 м. Крім того, з'ясувалося, що сильну взаємодію відчувають не всі частинки. Так, її відчувають протони і нейтрони, але електрони, нейтрино та фотони їй не підвладні. У сильній взаємодії беруть участь звичайно тільки важкі частинки. Вона є відповідальною за утворення ядер та багато інших взаємодій елементарних частинок.

Теоретичне пояснення природи сильної взаємодії розвивалося важко. Прорив позначився лише на початку 60-х pp., коли була запропонована кваркова модель. У цій теорії нейтрони та протони розглядаються не як елементарні частинки, а як складені системи, побудовані з кварків.

Таким чином, у фундаментальних фізичних взаємодіях чітко окреслено різницю між силами далекодіючими та силами близькодіючими. З одного боку, взаємодії необмеженого радіуса дії (гравітація, електромагнетизм), а з іншого боку - малого радіуса (сильна та слабка взаємодії). Світ фізичних процесів розгортається в межах цих двох полярностей і є втіленням єдності гранично малого і гранично великого — близькодії в мікросвіті та далекодії у всьому Всесвіті.

3.6.1.5 Проблеми єдності фізики

Пізнання є узагальненням дійсності, і тому мета науки — пошук єдності в природі, пов'язування розрізнених фрагментів знання в цілісну картину. Для того щоб створити єдину систему, потрібно віднайти глибинну сполучну ланку між різними галузями знання, певне фундаментальне відношення. Пошук таких зв'язків і відносин — одне з головних завдань наукового дослідження. Кожного разу, коли вдається встановити такі нові зв'язки, значно поглиблюється розуміння навколишнього світу, формуються нові способи пізнання, які вказують шлях до невідомих раніше явищ.

З'ясування глибинних зв'язків між різними складовими природи — це одночасно і синтез знання, і новий метод, який спрямовує наукові дослідження по незнаних шляхах Виявивши зв'язок між притяганням тіл у земних умовах і рухом планет, Ньютон ознаменував своїм відкриттям народження класичної механіки, яка є основою технологічної бази сучасної цивілізації. Відкриття зв'язку між термодинамічними властивостями газу й хаотичним рухом молекул поставило на міцну основу атомно-молекулярну теорію речовини. У середині минулого століття Максвелл створив єдину електромагнітну теорію, яка поєднала як електричні, так і магнітні явища. Пізніше у 20-х pp. нашого століття Ейнштейн спробував об'єднати в єдиній теорії електромагнетизм і гравітацію.

Але до середини XX ст. становище у фізиці радикально змінилося: було відкрито дві нові фундаментальні взаємодії — сильну й слабку. Створюючи єдину фізику, доводиться рахуватися вже не з двома, а з чотирма фундаментальними взаємодіями. Це трохи остудило запал тих, хто сподівався на швидке вирішення даної проблеми. Однак сам задум усерйоз не піддавався сумніву, і захопленість ідеєю єдиного опису не минула.

Існує точка зору, що всі чотири (чи хоча б три) взаємодії являють собою явища однієї природи і можна створити їх єдиний теоретичний опис Перспектива створення єдиної теорії світу фізичних елементів (на основі однієї-єдиної фундаментальної взаємодії) залишається дуже привабливою. Це головна мрія фізиків. Але тривалий час вона залишалася лише мрією, і до того ж дуже невизначеною.

Однак у другій половині XX ст. з'явилися передумови для здійснення цієї мрії і впевненість, що ця справа аж ніяк не віддаленого майбутнього. Схоже, що незабаром вона цілком може перетворитися на реальність. Вирішальний крок на шляху до єдиної теорії було зроблено в 60 — 70-х pp. — йдеться про створення спочатку теорії кварків, а потім і теорії електрослабкої взаємодії. Є підстави вважати, що ми стоїмо на порозі більш могутнього й глибокого об'єднання, ніж коли-небудь раніше. Фізики переконуються все більше в тому, що нарешті починають вимальовуватися контури єдиної теорії усіх фундаментальних взаємодій — Великого об'єднання.