Единая теория поля

ЕДИНАЯ ТЕОРИЯ ПОЛЯ, единая теория материи, призванная свести всё многообразие свойств элементарных частиц и их взаимопревращений (взаимодействий) к небольшому числу универсальных принципов. Такая теория ещё не построена и рассматривается скорее как стратегия развития физики микромира.

Первым примером объединения различных физических явлений (электромагнитных, световых) принято считать Максвелла уравнения. Следующим этапом были попытки А. Эйнштейна объединить электромагнитные и гравитационные явления на основе общей теории относительности, связывающей гравитационное взаимодействие материи с геометрическими свойствами пространства-времени. Однако существенно продвинуться в этих направлениях не удалось.

Более плодотворным оказался путь расширения глобальной симметрии уравнений движения до локальной калибровочной инвариантности, справедливой в каждой точке пространства-времени. Формулировка этого принципа принадлежит японскому физику Р. Утияме, который, в частности, показал (1956), что его применение к симметрии пространства-времени (группе Пуанкаре) приводит к теории гравитации Эйнштейна. Применение принципа локальной калибровочной симметрии к изотопической инвариантности [Р. Л. Миллс (США) и Ч. Янг, Ш. Глэшоу, С. Вайнберг, А. Салам] привело к построению в начале 1970-х годов объединённой теории слабого и электромагнитного взаимодействий лептонов и кварков (смотри Электрослабое взаимодействие). Делаются попытки включения в эту схему квантовой хромодинамики - теории сильного взаимодействия кварков и глюонов (так называемое Великое объединение). Такое объединение, по-видимому, возможно за счёт расширения калибровочной симметрии до так называемой суперсимметрии, объединяющей частицы с различными спинами (и, следовательно, с разными статистическими свойствами). Такие теории, однако, предсказывают существование большого количества ненаблюдаемых пока частиц (так называемых суперпартнёров) с большой (> 1 ТэВ) массой.

Другим важным предсказанием различных моделей Великого объединения является нарушение законов сохранения барионного и лептонного чисел, приводящее, в частности, к нестабильности протона со временем жизни порядка 10³³-10³⁴ лет. Проводятся эксперименты по наблюдению такой нестабильности, пока ещё не давшие результата.

Некоторые надежды на объединение всех взаимодействий связываются с теорией суперструн в многомерном (двадцатишестимерном или десятимерном) пространстве. При этом имеется возможность сделать мир «лишних» измерений замкнутым с радиусом порядка планковской длины (порядка 10^-33 см) и рассматривать преобразования в нём как преобразования внутренней симметрии.

Лит.: Вайнберг С. Мечты об окончательной теории. М., 2004.