Эта попытка была достаточно фантастической. Но вопрос: «почему мир именно такой, каков он есть, а не другой?» — не исчез. Во все периоды своего развития физика — и классическая и неклассическая — стремилась исключить чисто эмпирические величины, связать их с другими, объяснить их каузальным образом, превратить картину мира в самосогласованную схему, где каждая константа вытекает из общей концепции мироздания. Эйнштейн в своей автобиографии 1949 г. писал о завершении подобной тенденции, о фундаментальной физической теории, в которой вовсе не будет чисто эмпирических констант, где все константы будут вытекать из единой схемы, однозначно выражающей гармонию мироздания[69]. В разговоре со своим ассистентом Штраусом Эйнштейн как-то спросил: «Мог ли бог создать мир иным?», т. е. могла ли каузальная гармония мироздания быть выражена другими физическими константами[70].
Если считать указанную тенденцию сквозной для всего развития физики, то какие же константы стали сейчас предметом наиболее напряженных поисков каузального объяснения?
В части поведения элементарных частиц современная наука добилась сравнительно упорядоченной картины. Две константы — скорость света и постоянная Планка, квант действия, — объясняют множество процессов. Но то, что мы могли бы назвать константами существования элементарных частиц, т. е. массы и заряды, характеризующие типы частиц, не только не уменьшаются в своем числе, но, наоборот, растут. Конкретная и ближайшая ступень восхождения к идеалу, нарисованному Эйнштейном, состоит в выведении спектра масс и зарядов частиц из каких-то общих постулатов, в превращении значений масс и зарядов частиц из эмпирических в теоретически осмысленные.
В этом и состоит основная задача еще не построенной единой теории элементарных частиц, в этом состоит переход от теории поведения частиц к теории их бытия. Вспоминая приведенные в начале этой главы беглые характеристики концепций XVII в., можно было бы сказать, что задача состоит в переходе от программы Декарта к программе Спинозы, к представлению о природе не только как сотворенной (natura naturata), но и творящей (natura naturans), создающей свои элементы, взаимодействующей сама с собой, о природе, которая является причиной своего существования.
Как можно, пользуясь накопленными за последние десятилетия сведениями о частицах, их взаимодействиях и трансмутациях, превратить эту программу из абстрактно-философской в конкретную физическую, т. е. в программу экспериментов? Именно на этот вопрос и должны ответить прогнозы, относящиеся к фундаментальным исследованиям. Они, эти прогнозы, явно или неявно присутствуют в тех гипотезах, которые выводят спектр масс и зарядов частиц из некоторого общего постулата. Как мы видели, в современной физике многие стремятся упорядочить разросшийся список элементарных частиц, рассматривая их многообразие как результат взаимодействия «более элементарных» частиц, может быть больших по массе. Наряду с такой тенденцией существует и другая — выведение спектра масс и зарядов частиц (а также других величин, характеризующих отличие одного типа частиц от другого) из более общих постулатов.
Таким общим постулатом может быть, по мнению Гейзенберга, нелинейный характер первичного взаимодействия, которое ответственно за существование элементарных частиц. В конце 30-х годов было написано нелинейное уравнение, описывающее взаимодействие некоторого универсального поля с самим собой. Решения этого уравнения должны были дать спектр масс различных частиц. Они являются возбужденными состояниями той «праматерии», которая взаимодействует сама с собой. Существование частицы в этой теории рассматривается как результат взаимодействия, понятие «голой», т. е. невзаимодействующей, частицы теряет здесь смысл.
Концепция Гейзенберга пока не дала однозначного результата. Единая теория элементарных частиц продолжает быть недостигнутым идеалом современной науки.
Но нелинейная концепция, по-видимому, Лежит в основном фарватере научного прогресса. Классическая картина мира рассматривала поведение частицы как нечто зависящее от существования и расположения других частиц, но эта зависимость казалась линейной. Исходное представление — заданная система заряженных частиц. Она рассматривается как источник поля. Поле действует на частицу и определяет ее поведение. Возникновение поля той или иной структуры в зависимости от расположения и движения частиц — это один процесс, одна задача, а образование кинематической схемы мироздания, расположение и движение частиц в зависимости от структуры поля — другой процесс, другая задача. Классическая физика решала их отдельно одна от другой. Можно предполагать, что единая теория элементарных частиц подойдет к проблеме движения и взаимодействия частиц по-иному.
Если существование частицы иногда выводится из ее взаимодействия с другими частицами, получается самосогласованная система, где уже не может быть заданного распределения частиц, каждая из которых обладает индивидуальным существованием, независимым от существования других частиц и связывающего их взаимодействия. Из принципа относительности вытекает, что положение частицы не имеет смысла без других частиц. Теперь мы склоняемся к мысли, что существование частицы невозможно без существования других частиц, взаимодействующих с данной. Эта схема кажется парадоксальной, более того — порочным кругом: существование частиц объясняется их взаимодействием, а взаимодействие — существованием. Столь же парадоксально существование частицы, которое объясняется существованием других частиц, причем существование каждой из последних в свою очередь не имеет первичного и независимого характера. Но именно такой парадоксально-нелинейный характер свойствен природе, которая сама является причиной своего существования. Эта спинозовская производящая природа (natura naturans) в классической физике не находила эквивалента и оставалась вопросом, адресованным будущему. Теперь это понятие облеклось в физическую форму самосогласованной системы сильных взаимодействий, которые создают каждую из взаимодействующих частиц.
Такое представление о существовании частицы как результате ее взаимодействия с другими частицами уже упоминалось в первой части этой книги, оно принадлежит Чу и Фраучи и относится к сильным взаимодействиям и к частицам, участвующим в сильных взаимодействиях. Сильно взаимодействующая частица, например протон, представляется результатом динамических воздействий, причем каждый такой результат сам является источником динамических воздействий. Динамические воздействия определяют не только поведение, но и существование частиц.
Теперь мы постараемся показать, что привлечение сильных взаимодействий к объяснению существования элементарных частиц пересекается с другой тенденцией. Речь идет о дискретном пространстве и времени. Эта идея, очень старая, существовавшая, как мы видели, уже в древности, приобрела в середине нашего столетия особое значение. В ней увидели возможный, хотя и трудный, выход из очень тяжелой ситуации. Уже в 30-е годы, а еще больше в 40-е выяснилось, что последовательное применение теории относительности и квантовой механики для описания событий в очень малых пространственно-временных областях приводит к физически бессмысленному результату. Вычисленные с учетом квантовых и релятивистских соотношений значения энергии и заряда оказываются бесконечными. Предположения о бесконечной энергии и бесконечном заряде противоречат всему, что мы знаем о мире. Тем не менее при вычислении получался именно такой физически бессмысленный результат.
Чтобы пояснить эту ситуацию и значение дискретного пространства-времени для выхода из нее, рассмотрим только один источник бесконечных значений энергии. Электрон может излучать фотоны, которые поглощаются самим излучившим их электроном. Чем короче интервал между излучением и поглощением подобного фотона, тем больше его вклад в энергию электрона и соответственно в его массу. Такое «самодействие» электрона приводит к бесконечно большим значениям его энергии и массы: если фотон может быть излучен и затем поглощен в течение сколь угодно малого интервала времени и пройти сколь угодно малое расстояние, то вклад его в энергию электрона может быть сколь угодно большим. Существуют весьма виртуозные математические методы, чтобы избежать бесконечных значений. Эти методы дают значения энергии, очень близкие к тем, что дает эксперимент. Они обладают тем, что Эйнштейн называл внешним оправданием. Но указанные методы вводятся ad hoc, т. е. специально для получения искомого результата; они не обладают в этом смысле' внутренним совершенством, не вытекают из какой-либо общей непротиворечивой физической теории и применяются «в кредит», в надежде на то, что подобная теория будет построена.
