Солнечный ветер

Две величайшие теории ХХ века – теория относительности и теория квантовой механики – позволили физикам в некоторой степени разобраться в том, что представляет собой Великая Пустота, или эфир, как тысячелетиями называли эту Пустоту западные философы. Методом проб и ошибок, путем потрясающих взлетов и катастрофический падений, отвергая, а затем вновь признавая существование эфира, физики ХХ века пришли наконец к пониманию, что Великая Пустота, как писал директор Международного института теоретической и прикладной физики академик А. Е. Акимов, – «это не пустота, а своеобразная материя – Прародитель всего во Вселенной, рождающий элементарные частицы, из которых потом формируются атомы и молекулы». Современная физическая парадигма базируется на основе Великой Пустоты, или физического вакуума.

О физическом вакууме. В современной физике термин «вакуум» используется в двух смыслах. Первый, наиболее распространенный, соответствует сильно разреженным газам. Второй (физический вакуум), используемый в теории полей, соответствует состоянию, в котором полностью отсутствуют реальные частицы.

Физический вакуум – это независимая, универсальная, имеющая чрезвычайно специфические свойства физическая среда, которую ни в коем случае нельзя идентифицировать с пустым геометрическим пространством. Как новый уровень реальности он (физический вакуум) появился в качестве объекта исследования в первой половине прошлого столетия. Причем разные теории давали о нем разное представление.

В квантовой теории Максвелла – Дирака вакуум представлял собой своего рода «кипящий бульон», состоящий из элементарных частиц, а в теории относительности Эйнштейна вакуум рассматривался как пустое пространство, обладающее упругими свойствами и наделенное геометрией Римана (1).

Необходимо было объединить два различных представления о вакууме и создать единую теорию гравитации и электромагнетизма. Это не так-то просто было сделать. Почему?

Теория Максвелла рассматривает электромагнитное поле на фоне плоского пространства, а в теории Эйнштейна гравитационное поле имеет геометрическую природу и рассматривается как искривленное пространство. Чтобы объединить эти две теории, требовалось либо рассматривать оба поля как заданные на фоне плоского пространства, либо оба поля свести к кривизне пространства.

В этом вопросе мнения физиков резко разделились. Возникли два научных направления.

Эйнштейн, возглавивший первое направление, выдвинул программу, получившую название программы Единой теории поля.

Он разделил эту программу на две части:

а) программа-минимум, предполагающая открытие уравнений электродинамики, которые приводят к геометрическому описанию электромагнитных взаимодействий, подобно тому как это имеет место в теории гравитации. В дальнейшем выяснилось, что для решения этой программы потребовалось расширение специального принципа относительности, на котором основана электродинамика Максвелла, до общего принципа относительности;

б) программа-максимум, предполагающая открытие уравнений геометризированной квантовой теории путем дальнейшего совершенствования теории относительности.

Второе научное направление возглавили Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг. В отличие от теории гравитации Эйнштейна в квантовой теории поля не существует никаких уравнений, которые описывали бы вакуум непосредственно. Но существуют уравнения Шредингера и Дирака, описывающие возбужденные состояния вакуума. Поскольку в квантовой теории все частицы и поля рассматриваются именно как возбужденные состояния вакуума, то названные уравнения оказываются простейшими «проявленными» вакуумными уравнениями. Одновременно они могут быть представлены как простейшие уравнения Единой теории поля, в роли которого выступает волновая функция (2). В самом деле, с помощью волновой функции можно с одинаковым успехом описывать электромагнитные, гравитационные, ядерные и другие физические явления. Нужно только знать, что такое волновая функция в уравнениях Шредингера и Дирака, то есть какое физическое поле она представляет? Вопросик маленький, но о-о-чень заковыристый, поскольку эта волновая функция была неизвестна.

Здесь прямо-таки напрашивается анекдот. Пал Палыч обращается к своему коллеге: «Сан Саныч, как вам нравится эта конструкция?» На что Сан Саныч отвечает: «Конструкция хорошая, но она невыполнима».

Итак, одни ученые занялись геометризацией электромагнитных взаимодействий, а другие – поиском волновой функции. В этих двух направлениях и сосредоточились усилия ученых.

Несмотря на упорные поиски (около 30 лет), решить поставленную задачу Эйнштейну так и не удалось. Совместно со многими выдающимися учеными того времени он написал большое количество работ, в которых использовались разные геометрии. Однако все они не удовлетворяли требованиям пункта (а). Не удавалось геометризировать спинорные поля (например, поле Дирака), образующие источники электромагнитного поля.