Стандартная модель. Беременность продолжительностью в полстолетия. Где плод?

Читатель, прочитав название статьи, уже, надеюсь, догадался, что речь будет идти не об уникальном явлении в одной из отраслей медицины.

Тема публикации - стандартная модель элементарных частиц. Без формул и (по возможности) без сложных наукообразных объяснений действительно сложных и до конца еще непонятых явлений в той области, которую мы условно называем микромиром.

По мнению ортодоксальных сторонников Стандартной модели, она к настоящему времени достигла такого уровня развития, что вскоре должна стать естественной частью некоторой более глубокой теории строения микромира.

"Зачатие", вероятно, надо отнести на 1964 год, когда Гелл-Манн и Цвейг, независимо друг от друга, предложили кварковую модель строения части известных к тому времени элементарных частиц- адронов и их античастиц. Однако, легкие частицы (и их античастицы) - лептоны - не укладывались в эту модель.

Между тем, экспериментальная ядерная физика открывала все новые и новые элементарные частицы и античастицы. Уже в 1966 году общее их количество достигло двух сотен! Поражало и многообразие свойств обнаруженных частиц.

И возникал закономерный вопрос: "какая доля, из существующих в природе элементарных частиц, нам стала известна?"

Ситуация очень напоминала ту, которая наблюдалась в химии накануне публикации Д.И.Менделеевым его Периодической таблицы химических элементов.

В случае с элементарными частицами, все понимали, нужна теория, в недрах которой родилось бы такое универсальное уравнение, которое могло бы удовлетворительно описывать все многообразие реально существующих частиц и значение их собственных спектров.

Но такое универсальное уравнение (хотя бы для какого-то отдельного класса частиц) математики могут, вероятно, создать только при наличии своеобразной Периодической таблицы элементарных частиц, в которой каждая из открытых частиц заняла бы только ей принадлежащую клеточку. Свободные в этой таблице клеточки, будут символизировать еще не открытые частицы. И, разумеется, в качестве своеобразного ориентира, указывать наиболее перспективное направление поиска новых частиц.

По аналогии с Периодической таблицей Д.И.Менделеева, где все химические элементы расположены в порядке возрастания атомного веса, основным критерием при конструировании Периодической таблицы элементарных частиц должна быть, вероятно, масса частицы (в эВ). В пределах этой массы любая частица может иметь положительный, отрицательный и нулевой заряд. Такой же зарядовый набор может иметь и античастица аналогичной массы. Казалось бы, предельно простой принцип, с реальным достижением цели. К тому же, принцип уже был подсказан нам самой природой. Идея создания Периодической таблицы элементарных частиц, как говорится, висела в воздухе.

Но физика элементарных частиц избрала другой путь развития.

Возобладало мнение о создании Стандартной модели. А главная цель - создание Периодической таблицы элементарных частиц каким-то необъяснимым способом отошла на второй план и почти забылась. Благоприятные условия для появления на свет, так ожидаемого, плода были утрачены.

Хотя попытки систематизировать уже открытые элементарные частицы предпринимались неоднократно.

Рабочим инструментом Стандартной модели является квантовая теория поля. Ключевые объекты в ней не частицы, как в классической механике, и не "частицы-волны", как в квантовой механике, а квантовые поля. Элементарные частицы сторонниками этой модели рассматриваются не как отдельные точечные объекты, а как разные состояния полей.

При таком восприятии элементарных частиц конструирование Периодической таблицы не возможно в принципе!

Косвенно это признают и сами апологеты Стандартной модели. Вот цитата, размещенная на сайте elementy.ru под заголовком "Что может и чего не может Стандартная модель":

"Стандартная модель - это, во многом, описательная теория. Она не дает ответы на многие вопросы, начинающиеся с "почему": почему частиц именно столько и именно таких? откуда взялись именно эти взаимодействия и именно с такими свойствами? зачем природе понадобилось создавать три поколения фермионов? почему численные значения параметров именно такие? Кроме того, Стандартная модель не способна описать некоторые явления, наблюдаемые в природе".

Впрочем, от модели, сотканной из противоречий, можно ожидать чего угодно.

Ведь угодно было найти бозон Хиггса. И его "нашли". А как было не найти, если он был назван "частицей Бога".

Правда, специалисты утверждают, что лауреат нобелевской премии Леон Ледерман, первоначально хотел назвать свою книгу "Чертовой частицей", но редактор настоял на более сенсационном названии. И книга вышла с заголовком "Частица Бога". Редактор, видимо, хорошо знал свое дело. Со стороны Хиггса возражений не последовало.

Логика диалектики требует теперь искать и найти "частицу Дьявола".

Бозон Хиггса можно считать детищем Стандартной модели.

Говоря о противоречиях, заложенных в Стандартной модели, прежде всего, имею в виду следующее:

- рассматривая элементарные частицы не как отдельные точечные объекты, а как разные состояния полей, теория в тоже время оперирует такими характеристиками, как масса, спин и пр.; т.е. именно теми численными значениями параметров, которые присущи элементарной частице, как точечному объекту;

- убеждая сомневающихся в абсолютной достоверности Стандартной модели, ортодоксальные сторонники ее настойчиво навязывают довод: "модель построена на минимальном использовании постулатов (т.е. предположений, допущений)". На самом деле, из общего числа тех фундаментальных понятий, на которых основана и которыми оперирует Стандартная модель, лишь три реально существуют и обнаружены экспериментально - электрон, мюон и тау-лептон. Все остальные - гипотетические взаимодействия: кварки (их 6), глюоны (их 8), фотон (1), калибровочные бозоны (их 3), нейтрино (три разновидности);

- апологеты утверждает, что математическая модель, включающая все фундаментальные "кирпичики", на которых основана теория, способна с высокой степенью достоверности описать результаты миллионов экспериментов, проведенных к настоящему времени физиками для подтверждения Стандартной модели, как единственно верной. Опровергнуть, как, впрочем, и подтвердить данное утверждение практически невозможно.

Потому, что результаты экспериментов могут быть интерпретированы разными специалистами по-разному. И каждый из них может быть по-своему прав или ошибаться.

Ситуация очень схожа с ситуацией в шахматах.

Американский математик Клод Шеннон когда-то подсчитал точное количество всех возможных шахматных комбинаций. Оно равно 10-ть в 120-ой степени. Знатоки говорят, что это больше, чем всех атомов во Вселенной: их там всего лишь 10-ть в 80-ой степени.

Представьте себе: трем выдающимся шахматистам предложен один этюд, взятый не из какой-то реальной партии, а придуманный. А теперь послушаем их воображаемые комментарии.

Ответ первого гроссмейстера: "этюд отражает ситуацию, которая возникла в партии В.Корчной - Я.Сейраван, в которой было разыграно английское начало.

Ответ второго гроссмейстера: "этюд взят из партии Н.Иосилиани - К.Арахамия, где черные применили сицилианскую защиту".

Ответ третьего гроссмейстера: "такое положение фигур на шахматной доске возникло на двадцать четвертом ходу в партии Д.Хоуэлл - В.Иванчук, где была разыграна русская партия".

Каждый из гроссмейстеров дал правильный ответ. Действительно, в каждой из названных партий была такая расстановка фигур, которая изображена в этюде. А если бы гроссмейстеры порылись в своей памяти, то, возможно, вспомнили бы еще десяток шахматных партий, в которых создавалось на каком-то этапе расположение фигур, соответствующее этюду.

Но ведь фактически все три гроссмейстера ошиблись. Этюд был искусственно создан.

Этот пример, надеюсь, убедительно доказывает, знание окончательного результата не является гарантией правильного описания реального процесса, который привел к данному результату. Возможны разные интерпретации развития процесса.

Представляет интерес история открытия бозона Хиггса, в которой на протяжении десятка лет сменялись последовательно несколько кандидатов на право называться истинной "частицей Бога". Каждый раз сторонники того или иного "кандидата" приводили убедительные (с их точки зрения) доводы в пользу своего ставленника. Хотя энергия гипотетических кандидатов отличалась иногда в разы. Правда, данные об энергии каждого бозона-кандидата поступали с разных детекторов. Такая ситуация у некоторых исследователей породила пессимистические настроения. В оправдание огромных расходов появилось даже изречение: "отрицательный результат - это тоже результат и значимость его не меньше, чем положительного".

Наконец, по всеобщему согласию, бозоном Хиггса было назначено калибровочное взаимодействие с энергией в 126 Гэв.

Примечательно, нобелевская премия была присуждена не за открытие бозона Хиггса, а за его предсказание!

Мудрые люди, однако, в нобелевском комитете. Хорошо помнят Шлимана. Того самого Шлимана, который когда-то, поверив мифу, раскопал Трою. Но, как потом доказали профессиональные археологи, раскопанная Шлиманом Троя, к временам Троянской войны и к описанию Гомера, отношения не имеет.

Не успели отгреметь фанфары в честь несомненной победы Стандартной модели, ознаменовавшейся обнаружением бозона Хиггса, как появились сообщения о возможности существования пяти его модификаций, с энергией не менее 500 Гэв. Такое предположение зародилось уже в недрах т.н. теории Суперсимметрии, которая позволяет значительно расширить границы применения Стандартной модели. А значит, и фантазию ее сторонников.

Вполне может оказаться в недалеком будущем, что бозон, признанный в 2014 году символом победы Стандартной модели, конечно же, это бозон Хиггса, но в теории Суперсимметрии на частицу Бога может и не тянуть. Именно такой случай, вероятно, и учитывали в комитете по присуждению нобелевской премии.

Гений Александра Сергеевича Пушкина когда-то явил миру "Сказку о царе Салтане". В ней есть слова: "родила царица в ночь то ли сына, то ли дочь…". В этом предложении есть еще перечисления, но достаточно и этих двух, чтобы провести своеобразную параллель с историей обнаружения бозона Хиггса. И дело даже не в том, что до сих пор остаются скептики. Это они сомневаются: "а действительно ли обнаружен калибровочный бозон, предсказанный теорией или это - лишь обычная векторная частица?". Многие детали открытия оставлены в зоне умолчания. Создается впечатление, что сделано это сознательно. И слова "родила царица в ночь" довольно точно передают это впечатление. В русском языке действие в ночи может указывать не только на время суток. В определенном контексте оно имеет иной смысл: "под покровом ночи", "скрытно", "нарочитое стремление что-то утаить или хотя бы обойти молчанием некоторые подробности, знать которые посторонним не обязательно".

Есть мнение, что физика элементарных частиц, став на путь создания Стандартной модели, избрала тупиковое направление. Не могу отнести себя к сторонникам такого мнения. Идея объединения единой теорией всех известных нам взаимодействий материи - грандиозна. Сторонники такой теории фактически поставили перед собой сверхзадачу.

Решение ее может сопровождаться открытиями, последствия которых сейчас трудно предсказать.

Хочется обратить внимание читателя на один преинтереснейший факт.

Путь развития, по которому сейчас идет физика элементарных частиц, во многом был предопределен не физиками, а математиками.

Своеобразное воздействие математики на физику началось с уравнения П.Дирака. Не останавливаясь на подробностях, констатирую факт: уравнение позволило предсказать существование античастицы, названной позитроном. Через четыре года позитрон был обнаружен в эксперименте. Открытие позитрона было воспринято физиками, как блестящее подтверждение теории. Физики теперь стали боготворить математическую формулу.

Если когда-то физики сами "создавали" физический смысл явления с помощью постулатов, то теперь они пытаются найти такую физическую суть, которая бы соответствовала той, которая вытекает из математической формулы. Вспомните: Н.Бор с помощью нескольких постулатов нарисовал физическую картину планетарной модели атома. А потом уже Шредингер математически обосновал справедливость постулатов. Более того, он принял представление физика об электромагнитном поле атома, как о сферическом устойчивом образовании. Теперь физики воспринимают выводы математических формул, как реальность, забывая о наличии в природе разрешающих и запрещающих законов. А математики, исходя из своих формул, уже утверждают, что допустимы такие ситуации, когда следствие может предшествовать причине.

Математика (mathama - познание) за короткое время, благодаря блестящим успехам, из прикладной науки превратилась во всепроникающий гегемон. А всего лишь 150 лет назад "наукой наук" величала себя философия (phileb - люблю, sophia - мудрость).

Наверное, можно найти и другие причины, которые способствовали ориентации физики элементарных частиц на создание Стандартной модели в качестве приоритетной задачи.

Следует также помнить, что физика элементарных частиц зародилась и развивалась на начальном этапе в недрах ядерной физики. Профессионалы, заложившие основы физики элементарных частиц, и "чистые ядерщики" это - фактически одни и те же люди. Физики-ядерщики, к середине двадцатого столетия создали обобщенную (коллективную) модель ядра, пройдя предварительно такие этапы, как модель жидкой капли, альфа-частичная модель, модель ферми-газа, модель ядерных оболочек, оптическая модель. Поэтому, перейдя к углубленному изучению проблем физики элементарных частиц, более чем естественной была идея создания (сразу же!) какой-то обобщенной теории, объединяющей, по возможности, все силы взаимодействия. Отсюда и название - "Стандартная модель элементарных частиц". Правда, в таком названии, почти не прикрыто, выражена претензия на право быть единственно верной теорией.

Но, в недрах физики элементарных частиц обязательно должно быть (по моему глубокому убеждению) ответвление, которое пойдет по пути, который проходят все науки.

А все науки проходят стадии: накопление фактов, их классификация, систематизация, теоретическое обоснование системы.

Физика элементарных частиц первые два этапа уже прошла. На очереди - создание систематизированной таблицы с выраженной прогностической способностью. И здесь у нас нет никаких убедительных причин отказываться от подсказки природы. Периодический закон, открытый Д.И.Менделеевым, проявляет себя на уровне химического элемента, атома, атомного ядра. Закон отражает периодическое изменение свойств (химического элемента, атома, нуклонной структуры ядра) с периодическим изменением массы. Закон также отражает фундаментальное свойство материи - дискретность массы. Кстати, Стандартная модель почему-то это свойство обходит молчанием. Так почему закон не может действовать на уровне элементарной частицы?!

В заключение - откровение.

В конце первой страницы данного текста мною применен один избитый литературный штамп: "идея висела в воздухе".

В соответствии с законом всемирного тяготения, все что висит, когда-нибудь должно обязательно упасть. Правило это распространяется не только на материальные сущности, но, как оказалось, и на идеи, и на информацию.

Однажды информация в виде оригинальной таблицы свалилась на голову почти случайного человека, к тому же находившемуся в состоянии сна. Вероятно, удар от падения был настолько ощутимым, что, освободившись от сна, человек смог воспроизвести с фотографической точностью таблицу с мало понятным ему содержанием.

Так, лет 15-ть назад, на авторских страницах скромного сайта (www.xsp.ru) появилась отроковица (по интернетовскому исчислению возраста) под именем "Периодическая таблица ядерных частиц".

Конечно же, этот сайт не посещают профессиональные представители официальной физики. Не замечены и "альтернативщики". Не было ( слава Богу!) здесь никогда также штатных борцов с "лженаукой". Для них существуют специальные площадки общения - съезды, конференции, симпозиумы.

Между прочим, на указанном сайте есть несколько форумов, где выступают интересные авторы с интересными идеями. Сам я - не большой любитель принимать непосредственное участие в форумах. Помню единственный раз, накануне 2012 года, когда только ленивый не предсказывал "конец света" (он, якобы, был предусмотрен календарем майя), попытался доказать, что календарь этот имеет глубокий смысл. И никогда не преследовал цель напугать далеких потомков, которые будут жить, спустя тысячелетия.

Как гостя, меня всегда подкупает благожелательный и объективный характер обсуждений и комментариев на форумах этого сайта. Видимо, создатели сайта свою культуру общения сумели передать модераторам. Опыт - достойный для распространения.

"Периодическая таблица ядерных частиц" родилась не в недрах официальной физики.

Более того, появление ее не укладывается в канонические требования науки.

Приходится признать, ребенок незаконно рожденный.

Хотя заключенный в ней смысл находится в согласии с Периодическим законом.

Указав место нахождения "Периодической таблицы ядерных частиц", питаю слабую надежду: когда-нибудь молодой, пытливый и амбициозный физик случайно забредет на авторские страницы сайта. Может быть, после ознакомления с таблицей, у него появится вопрос: "а нет ли здесь чего-то рационального?"

Может быть, может быть…