Незавершенность современной физики

В соответствии с воззрениями современной философии развитие науки асимптотически приближает человечество к истинному познанию окружающего мира. Асимптотический характер этого приближения состоит в том, что к истинному познанию мира можно подойти сколь угодно близко, но такое познание невозможно осуществить полностью и до конца. В философии совокупность истинных закономерностей материального мира называется абсолютной истиной, а совокупность закономерностей, представленных в науке на данном этапе ее развития, называется относительной истиной. Рассмотренная ситуация выражена в философии следующим утверждением: относительная истина может быть сколь угодно приближена к абсолютной истине, но не может с ней полностью совпадать. Отсюда следует, что естественные науки, и в том числе физика, не могут оказаться в завершенном состоянии.

Сейчас имеет место незавершенность решения ряда принципиальных проблем физики. Например, еще не удалось удовлетворительным образом совместить общую теорию относительности с принципами квантовой теории. В результате не получила успешного завершения квантовая теория гравитации, представляемой как искривление четырехмерного пространства-времени. В свою очередь, это не позволяет удовлетворительным образом описать гравитацию как одно из проявлений единого универсального взаимодействия, являющегося одним из фундаментальных свойств материального мира. Для такого представления гравитации были созданы теория супергравитации и теория суперструн. В этих теориях к трем пространственным измерениям пришлось добавить еще шесть измерений, названных компактифицированными и простирающихся только на расстояния порядка 10^-33 см. Из-за чрезвычайной малости таких расстояний экспериментальная проверка этих теорий не представляется возможной.

Нельзя считать завершенной и теорию, названную «Великим объединением», в которой сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия рассматриваются как проявления единого супервзаимодействия.

Во-первых, эта теория не едина по своей математической основе, ибо существуют несколько ее разных вариантов с различными исходными уравнениями.

Во-вторых, из этой теории следуют два многозначительных вывода, не получивших экспериментальных подтверждений.

Первый вывод — нестабильность протона, его самораспад на пион и позитрон при средней продолжительности жизни 10³¹ лет. При столь большом среднем времени существуют хотя и небольшие, но экспериментально приемлемые вероятности распада за достаточно короткие времена, позволяющие регистрировать распады при достаточно большой массе исследуемого вещества. Чтобы исключить распад протонов под действием космических лучей, эти эксперименты проводились в глубоких шахтах и в туннелях в подножиях гор. Пока самораспады не зарегистрированы. Заметим, что если протоны действительно нестабильны, то, поскольку они входят в состав всех атомных ядер, через некоторое весьма большое время во Вселенной исчезнут все атомно-молекулярные формы вещества.

В качестве второго вывода теория Великого объединения предсказывает существование магнитных монополей, то есть зарядов северного и южного магнетизма, аналогов электрических зарядов. Идея о существовании таких монополей была выдвинута в физике еще задолго до теории великого объединения. Основанием для этой идеи явились, с одной стороны, наблюдаемая в природе тенденция к разным формам симметрии, а с другой стороны — резкая асимметрия электрических и магнитных явлений, обусловленная отсутствием магнитных зарядов. Поэтому была принята точка зрения, что такие заряды в природе есть, но по каким-то причинам они пока не зарегистрированы. Исходя из этой точки зрения, английский физик Поль Дирак создал симметричную электродинамику, в которой фигурируют магнитные заряды, образуемые их движением магнитные токи и создаваемые этими токами электрические поля. Но пока выполненные исследования на дне океанов, в глубинах шахт, в космических лучах и в лунном грунте не обнаружили магнитных монополей, которые, кстати, сейчас называются монополями Дирака.

Одна из принципиальных задач физики элементарных частиц и космологии большого взрыва состоит в объяснении спектра масс известных частиц. Уравнения, описывающие фундаментальные свойства материи, должны определять и значения масс элементарных частиц. Анализ этих уравнений на основе физических принципов, математическим выражением которых они являются, должен дать ответ на вопрос, почему именно существующие значения масс реализованы в природе. Однако создать теорию, позволяющую получить такие уравнения, пока не удалось.

Далека от завершенности и принятая в современной физике и космологии концепция происхождения и эволюции Вселенной в виде модели большого взрыва. Хотя эта модель позволяет объяснить некоторые факты наблюдательной астрономии, она не может дать ответы на ряд принципиальных вопросов. Например, остается неясной до конца причина сверхвысокой температуры Вселенной непосредственно после взрыва, неизвестна начальная конфигурация Вселенной. Сейчас неизвестны формы существования материи в сингулярностях черных дыр и в начальной сингулярности Вселенной. Известно только, что плотность массы в этих формах теоретически бесконечна и что материя сохраняет свойство создавать гравитацию.

Не определена также с достаточной точностью средняя плотность материи во Вселенной. Как было указано ранее, от этой плотности зависит направление будущей эволюции Вселенной. Поэтому пока нет возможности с достоверностью указать, в каком из направлений будет происходить ее развитие.

В настоящее время еще не имеет окончательного решения вопрос об элементарности кварков и лептонов. Как было отмечено в одном из предыдущих параграфов, в 1996 году были получены экспериментальные данные, на основе которых было высказано предположение о том, что кварки имеют внутреннюю структуру и состоят из более элементарных частиц. Пока это предположение не получило безусловного подтверждения.

Литература:

1. Курс физики: Учебник для вузов: в 2 т./ Под ред. В.Н. Лозовского,-СПб.: Лань, 2001

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики: в 5 т.- М.: Физматлит 1979-1989.