Космос бе" пределен и бьег, как огненная струя, раз­брасывающая свои искры на зарождение жизни ] о всем пространстве. Единая струя и многочисленны искры Един Космос и беспредельны формы.

«Беспредельность», 71

Завершая наш рассказ о Вселенной, полезно оценить пределы на­ших знаний и попытаться заглянуть «за завесу». Все известное нам многообразие физических явлений, объектов и процессов описы­вается с помощью основных (фундаментальных) физических тео­рий. В процессе развития науки неоднократно происходила смена представлс ний, отдельные физические теории оказывались ошибоч­ными и полностью отбрасывались. Но к фундаментальным теори­ям это не относится. Фундаментальные теории, составляющие ядро физической парадигмы, не отбрасываются в процессе развития — уточняется лишь область их применимости, а вне этой области дей­ствуют другие, более общие теории, имеющие более широкую об­ласть применимости. Благодаря этому в развитии науки имеет мес то преемственность. И хотя в процессе развития науки мы посто­янно сталкиваемся со сменой представлений, сменой физических картин мира, но это не означает, что происходит просто замена одного знания другим — происходит расширение знания, ибо ядро
старой парадигмы включается в новую парадигму, в новое знание (а все ошибочные представления и теории при этом отбрасываются

В настоящее время известны шесть основных физических тео­рий: ньютонова механика (НМ); ньютонова теория тяготения (НТТ); специальная теория относительности (СТО1′; общая теория относительности (ОТО), или эйнштейновская теория тяготения (ЭТТ); квантовая механика (КМ); рслят ивистская квантовая меха­ника (РКМ). В каком соотношении между собой они находятся5 При рассмотрении этого вопроса мы будем опираться на идеи Аб­рама Леонидовича Зельманова, изложенные в его работах158-|Г9. При этом предст шляется более удобным (конечно, это дело вкуса) изме­нить геометрический образ взаи­мосвязей и вместо «куба Зельмано­ва» представить совокупность фи­зических теорий в виде «пирамиды знания»1®0.

На рис. 2.3.1 изображена четы­рехгранная пирамида (тетраэдр). Каждое ребро этой пирамиды изображает определенную фунда­ментальную физическую теорию. В основании пирамиды лежат три основные теории: ньютонова тео­рия тяготения, специальная теория относительности и квантовая меха ника. Все они характеризуются од­ной фуг цаментальной физической постоянной (мировой констан­той). Для ньютоновой теории тяютения это постоянная тяготения G, для специальной теории относительности это фундаментальная скорость распространения физического взаимодействия с (совпа­дающая численно со скоростью света в пустом пространстве) и для квантовой механики — постоянная Планка H.

Истоком всех этих георий является ньютонова механика (не со­держащая никакой фундамент ллытой постоянной). Как известно, ме­ханика Ньютона справедлива при описании движения тел со скорос­тями, малыми по сравнению со скорос ью свет а. Она не распростра няется на травит ационные явления и не включает в себя закон всемирного тяготения. Ныотснову теорию тяготения можно рассмат­ривать, как расширение ньютоновой механики, обобщение ее на об ласть гравитационных явлений. При отсутствии гравитации уравне­ния НТТ сводятся к уравнениям ньютоновой механики. При скоро­стях, близких к скорости света, ньютонова механика не применима. Это область специальной теории относительности. Она также не ол ватывает гравитационных явлений. Можно сказать, что специальная теория относительности есть обобщение ньютоновой механики на случай, когда скорость движения тел близка к скорости света При условии V « с (скорость много меньше скорости света) уравнения СТО переходят в уравнения механики Ньютона. Это позволяет рас­сматривать ньютонову механику как частный случай СТО, а после­днюю, как более общую теорию, включающую в себя НМ. Ньюто­нова теория тяготения и специальная теория относительности спра­ведливы при описании движения макроскопических тел. В области микромира они не применимы. Здесь действую, законы квантовой механики. Они справедливы, когда произве, гение энергии движущихся частиц на время (или количества движения на пройденный путь) со­поставимо с квантом действия H. Если эти величнньг много больше /г, действуют законы ньютоновой механики. Таким образом, квантовая механика есть обобщение. НМ на область микромира. При И—>0 (т. е. когда квантом действия H можно пренебречь) уравнения кван го вой механики переходят в уравнения механики Ныотона.

В нашем юграэдре ребра основания пересекаются в точках А, В и С. Каждая из этих точек служит истоком более общей теории, каж дая из них характеризуется двумя мировыми константами. Так, точка А, в которой пересекаются НТТ и СТО, служит истоком общей тео­рии относительности. Она является обобщением ньютоновой тео­рии тяготения на область сильных гравитационных полей и быст­рых движений (со скоростями, близкими к скорости света). В то же время она является распространением, обобщением СТО на область 1 равит-щионных явлений. Соответственно, общая теория относитель­ности характеризуется двумя фундаментальными постоянными G и С. При отсутствии гравитации уравнения ОТО переходят в уравнения специальной теории относительности. А при медленных скоростях движения V « с) уравнения ОТО переходят в уравнения ньютоно­вой теории тяготения. Таким образом, обе теории — НТТ и С ГО — можно рассма гривать как частные проявления более общей теории — ОТО. Последняя справедлива для макроскопических тел и не рас­пространяется на явления микромира. Точка В, где пересекаются СТО и КМ, является истоком релятивистской квантовой механики. Она является обобщением квантовой механики на случай движения час­тиц с релятивистскими (т. е. близкими к с) скоростями и в то же вре­мя — обобщением СТО на область микромира. Соответственно, РКМ характеризуется двумя мировыми коне/антами с’ и И. Наконец, точка С, где пересекаются НТТ и КМ, м^жег быть истоком теории, которую Тельманов наззал (нере. ытивистской> квант овой гравитаци­онной теорией (KIT). Он.. характеризуется двумя постоянными G и И и является обобщением НТТ и КМ. Подобной теории пока не < ущесгвуе г. И возможность ее по-лроенкя вызывает сомнение, так как кванты гравитационного поля (гравитоны) должны перемещаться со скоростью света и, следовательно, квантовая теория гравитации не­избежно должна быть релятивистской. Тем не менее З^льманов фор­мулирует условия, при которых KIT может существовать как само­стоятельная теория. Получается, в целом, довольно симметричное ] юстроение. Грань тетраз дра АОВ обрг ювана релятивистскими тео­риями, грань БОС — квантовыми теориями и грань АОС — грави­тационными теориями.

В этой схеме не нашлось места для ньютоновой механики НМ, кото рая служит истоком всех остальных теорий. Можно изобразить ее в цен­тре основания и, проведя стрелки на ребра АВ, АС и ВС, указать тем самым, что соответствующие теории исходят из НМ. Другой вариант, п} едложенный В. Г. Сурдиным, — пристроить к основанию еще одну пирамиду вершиной вниз и поместить в эту вершину НМ.

Что касается таких физических дисциплин, как статистическая фи­зика, термо инамика и электродинамика, то первоначально они были «.формулированы в рамках ньютоновых представлений, но впосле тсгвии, юлжным образом обобщенные, они вошли в рамки тех представлений, которые вытекают из более общих теорий: СТО, ОТО и КМ. Основ­ные физические взаимодействия также охватываются этой схемой. Тео­рия электромагнитного взаимодействия входит в СТО, а теория слабого и сильного взаимодействия — в РКМ. Гравитационное взаимодействие описывается гравитационными теориями.

Все физические теории в нашей схеме сходятся к вершине пира­миды, которая изображает наиболее общую теорию, являющуюся Синтезом всех существующих. Зельманов назвал ее Единой физичес­кой теорией (ЕФТ). Она характеризуется тремя мировыми констан­тами G, И и с. Эта теория, объединяющая все ввды физических взаи­модействий, находится сейчас в стадии становления. Мы уже упоми­нали об объединении электромагнитного и слабого взаимодействий и создании теории электрослабого взаимодействия, а также о Вели­ком объединении трех физических взаимодействий: электромагнит­ного, слабого и сильного. Чтобы завершить этот процесс синтеза физических теорий, необходимо включить в объединенную теорию и гравитационное взаимоцейсгвие. Такая формирующаяся сейчас те­ория по.1учила название Суперобъединения.

Тенденция к синтезу, интеграции основных понятий и теорий характерна для развития физических наук. Специальная теория от­носительности объединила столь различные категории, как простран­ство и время, в единую сущность — четырехмерный пространствен­но-временной континуум. Оказалось, что лишь при скоростях, ма­лых по сравнению со скоростью света, эта единая сущность разделяется на две независимые составляющие — пространство и время, никак не связанные друг с другом. Но при скоростях, близких к скорости све­та, пространство и время уже не являются независимыми: при движе­нии тел с такими скоростями совместно меняются и геоме трические свойства пространства, и темп течения времени. Мы уже упоминали о том, как сце до создания теории относительности произошло объе­динение теорий электричества и магнетизма в единую теорию элект­ромагнитного поля. Это стало возможным потому, что электричес­кие и магнитные силы, как выяснилось, являются проявлением од­ного электромагнитного взаимодействия. Впоследствии произошло объединение этого взаимодействия со слабым и сильным. Все они оказались проявлением одной универсальной силы Великого объе­динения. Создатель теории относительности А. Эйнштейн мечтал о построении теории, в кот эрой были бы объединены все силы при­роды. Много лет после создания теории относительности, практи­чески всю вторую половину жизни он напряженно работал над со­зданием такой теории. Современная теория суперобъединения (еще до конца не завершенная) является воплощением этой мечты Эйн­штейна[107] .

Единое универсальное взаимодействие, объединяющее все силы природы, все ввды физических взаимодействий, проявляется как синтетическое начало только при очень БольШих энергиях частиц, порядка планковской энергии U л = — JcFti/G = 1019ГэВ

Она на шпь порядков больше энергии Великого объединения. При меньшей энергии происходит расщепление Единого взаимо­действия, сначала отщепляется гравитационное взаимодействие, за­тем сильное и, наконец, происходит разделение электрослабого вза­имодействия на слабое и электромагнитное. В условиях, с которы­ми мы обычно имеем дело, все эти взаимодействия выступают как совершенно различные силы, хотя и являются проявлением одной Универсальной Силы Природы.

В рамках теории Суперобъединения исчезае1 различие между ча­стицами физической материи фермионами и частицами перенос­чиками взаимодействий — бозонами. При Е ~ 1019 ГэВ они могут свободно переходить друг в друга.

Другой важнейшей чертей Суперобъ щинения является дальней­шее обобщение понятия пространства — введение многомерных пространств и, соответственно, дополнительных пространо венных измерений. Мы привыкли к тому, что наше физическое простран­ство трехмерно, и не допускаем того, что мир может быть устроен более сложно. Но математики давно работают с многомерными пространствами, однако до последнего времени считалось, что это — лишь теоретические конструкции В физике многомерные фазовые пространства широко используются в качестве удобных теоретичес­ких моделей, но не более. Мир предполагается трехмерным и счи­тается, что дополнительные пространственные измерения не могут иметь никакого отношения к действительнос ти. Это превратилось в своего рода философскую догму.

Однако уже первая попытка объединить теорию гравитации с электромагнетизмом, предпринятая в 1920-е годы Т. Калуцой и О Клейном, привела к неожиданному результату. Оказалось, что это возможно только в том случае, если ввести дополнительное чет­вертое пространственное измерение, т. е. рассматривать пятимер­ный пространственно-временной мир. Работа Т. Калуцы и О. Клейна была первым шагом. Они пытались объединить гравитацию непос­редственно с электромагнетизмом. Сегодня мы знаем, что синтез возможен только через Великое объединение (сначала электромаг­нетизм объединяется со слабым взаимодействием, потом с сильным и только после этого возможно ооъединение с гравитацией). Одна­ко возникшая в их теории необходимость введения дополнитель­ных пространственных измерений оказалась не случайной. Совре­менные теории показывают, что невозможно добит ься Суперобъе динения в рамках трехмерного пространства. Наименьшее число пространственных измерений, для которых удается построить тео­рию суперобъединения, равно 9. То есть мы имеем 9-мерное про­странств^ или 10-мерный пространственно-временной мир. Воз­можно, полное число пространственных измерений больше 10.

Конечно, все эти дополнительные пространственные измерения не могут быть пустыми, поскольку пространство не существует вне материи. Автор полагает, что дополнительные пространственные измерения имеют определенный не равный нулю объем, в отличие от тех теоретических построений, которые приводят к нулевому объему. Несомненно, они заполнены какой то материей. Но какой? Скорее всего, это материя неизвестного нам вида, которую мы пока не научились обнаруживать посредством физического эксперимен­та. Может быть, это та материя, которая лежит «за пределом* фи­зического вакуума. Вероятно, в этих неизвестных нам пространствен­ных мирах действуют и какие то другие, неизвестные нам законо­мерности. Например, в нашем т рехмерном мире каждая физическая величина выражается определенным действительным числом Раз­витый в мат ематике аппарат мнимых чисел остается невостребован — ным[108]. Может быть, в других пространственных измерениях какие — то характеристики материи измеряются мнимыми числами? Может бьггь… Космос, несомненно, таит в себе еще много неизведанного.

В свете этих представлений философская идея о неисчерпаемос­ти форм материи приобретает более реальные очертания. Вместе с тем качественно новое значение приобретает понятие «беспредель­ности». Если ранее оно трак говалось как беспредельность простран­ственного протяжения Вселенной, то теперь мы должны включить в это понятие все беспредельное многообразие миров и форм ма терии вечно меняющегося, эволюционирующего Космоса.

Вернемся к «пирамиде физических теорий». Симметрия и за­вершенность этой конструкции могут навести на мысль, что с объе — днненнем всех фундаментальных физических теорий в одну Еди­ную физическую теорию (теорию Суперобъединения) завершается развитие физического знания[109]. Так ли это? Несомненно, создание ЕФТ будет означать окончание очень важного этапа в развитии на­ших знаний о физическом мире. Но, конечно, это не финал позна­ния. Я думаю, что Единая физическая теория явится не только за­вершением, но и мощным истоком новых теоретических представ­лений, новых теорий, новых знаний, опирающихся на новые экспериментальные открытия. Более того, завершенность «пирамиды знания» указывает, на мой взгляд, на то, что дальнейшее развитие будет связано в принципиальными качественными изменениями. Вероятно, оно будет включать изучение новых пространственных измерений и новых форм движения материи.

Несмотря на волнующие воображение достижения науки в изуче­нии безграничных пространств иiлубин Вселенной, не следует слиш­ком обольщаться этими успехами. Мы познали (и притом не полно­стью!) лишь один срез, один слой окружающего Мира. Сегодня мы стоим на пороге революционного изменения всей научной картины мира. Многие процессы, которые сейчас происходят в физике, био­логии, психологии, являются предвестниками того, что ожидает нас за этим порогом — там, где сияет Беспредельный Космос.