Квантовый возраст - [97]

У Эйнштейна были различные подходы. Одно из направлений было связано с отказом от мероопределения Римана и переходом к более общим, неримановым геометриям. Другое направление, и оно стало главным, было связано с введением пятого измерения в римановой геометрии.

Уже говорилось о пятимерных теориях Калуцы и Клейна, о переписке Эйнштейна и Калуцы, из которой видно, что Эйнштейн восхищался идеей Калуцы, но высказывал определенные сомнения. Эти сомнения привели к тому, что работа Калуцы в течение двух лет не отсылалась в печать, Эйнштейн в нее просто не поверил. Письма Калуцы не сохранились, но из ответов Эйнштейна (пять его писем и открытка с корабля сохранились у сына Калуцы) видно, что в дискуссии с Эйнштейном Калуца ничего не менял в своей теории, а лишь убеждал Эйнштейна в правильности своего подхода, и Эйнштейн понял. В 1926 г. появилась работа О. Клейна, в которой, используя идею квантового подхода, он развивает теорию Калуцы.

Мы не будем говорить о дальнейшей судьбе этих работ, так же как и о судьбах работ самого Эйнштейна, Эйнштейна и Бергмана, о пятиоптике Румера и о множестве других работ по пятимерному обобщению. Интерес к этим работам постепенно угас. Слишком волнующими были результаты исследований ядра, элементарных частиц и их взаимодействий. Эти результаты открыли физикам так много, что на повестку дня (ирония судьбы) встал вопрос той самой программы, о которой говорил Салам. Программы, которая должна включить не только продолжение попыток Эйнштейна (добавим к этому — попыток Калуцы, Клейна, Румера, Йордана и многих других), но включить в эту схему сильное и слабое взаимодействия. И снова возникла необходимость в многомерных обобщениях. И снова произошел возврат к мечте Римана связать силы природы с кривизной нашего пространства.

И снова цитируются работы Эйнштейна и Бергмана, Калуцы и Клейна, Румера и Йордана, работы тридцати-, сорока-, пятидесяти- и более чем шестидесятилетней давности. Выходят даже книги с очень смелыми заглавиями, например «Единые теории поля более чем четырех размерностей» с подзаголовком «Включая точные решения». К этому подзаголовку никто не может остаться равнодушным, он вызывает неизменную улыбку. Никаких точных решений, связанных с многомерными обобщениями, кроме сугубо математических, пока нет. Но есть очень заманчивые идеи. Есть, например, попытки объединить все заряды — гравитон (квант гравитационного поля), фотон, промежуточные векторные бозоны и глюоны — в один заряд, связанный с кривизной одиннадцатимерного пространства.

Но мы-то знаем, что наш мир четырехмерен — высота, длина, ширина и время. Что же стало с остальными размерностями, как они проявляются, как представить себе одиннадцатимерное пространство, если оно и вправду одиннадцатимерное? И здесь нам не миновать вопроса о том, как соединилось «самое малое» и «самое большое», как тесно связаны сегодняшние проблемы физики элементарных частиц и космологии.

В стандартной космологической модели биография нашей Вселенной начинается с так называемого планковского времени, когда Вселенной было 10^–43 с от роду. Более ранние мгновения находятся за пределами теории гравитации. Спустя 10^–43 с после Большого Взрыва наша Вселенная была крохотным раскаленным шариком, размеры которого представить себе невозможно: диаметр шарика был равен так называемой длине Планка, 10^–33 см. Температуру шарика, 10³² градусов, тоже невозможно себе представить. Эта температура соответствует энергии Планка 10¹⁹ ГэВ. Плотность нашей Вселенной в это мгновение должна была составлять 10⁹⁰ кг/см³ — это бесконечность.

К этому моменту не было никаких зарядов, ни ядерных, ни электрослабых, а были лишь, сильные эффекты квантовой гравитации и был один заряд, соответствующий этому невообразимому гравитационному полю. И если был этот заряд, то, возможно, он был связан с кривизной столь же невообразимого одиннадцатимерного пространства. Спустя мгновение, когда Вселенной исполнилось 10^–35 с, она расширилась настолько, что температура ее упала на пять порядков (в сто тысяч раз), и родившиеся к этому времени кварки стали уже взаимодействовать. Соответствующая этому моменту энергия — порядка 10¹⁴ ГэВ. При этой энергии вступает в игру сильное взаимодействие и начинается синтез кварков, рождаются адроны, до бозонов и электронов еще далеко. По мере дальнейшего расширения Вселенной (пока мы находимся в адронной эре, понятие «по мере» соответствует тысячным долям секунды, масштаб времени пока еще очень плотный) вступают в силу слабые взаимодействия — начинается радиоактивный распад (например, распад свободных нейтронов на протоны, электроны и нейтрино), начинается лептонная эра. Когда возраст Вселенной приблизился к одной секунде, характерные энергии упали до 10^–3 ГэВ, рождение нейтронов становится затруднительным, но их энергии еще очень велики, чтобы они вступили в реакцию с протонами. Когда Вселенной исполнилось 100 с, энергия упала до 10^–4 ГэВ и начался синтез ядер, начинается эра гелия. С этого момента временнáя шкала сильно растягивается. Вселенная представляет собой «бульон» из ядер гелия, дейтерия, свободных электронов и нейтрино. Этот бульон эволюционирует уже очень медленно. Лишь спустя 106 лет, когда Вселенная расширилась настолько, что характерные энергии упали до 0,1 эВ (всего тысяча градусов), начинается образование атомов и вещество отделяется от излучения, от фотонов.