Единая теория поля, геометродинамика, фундаментальная масса и длина
За созданием ОТО последовали попытки аналогичным обра зом изложить теорию электромагнетизма, попытки геометриза ции электромагнитного поля и создания единой теории поля, объединяющей гравитацию и электромагнетизм. Все эти попытки не удались. Гравитационное поле обладает универсальностью действия и сообщает одинаковое ускорение любым объектам. Эта универсальность делает возможным его описание измене нием того пространства — времени, в котором все эти объекты движутся. Электромагнитное поле такой универсальностью не обладает, различные тела и частицы имеют разное отношение е/ m и испытывают различные ускорения. Электромагнитное поле само создает гравитационные поля, пропорциональные квадратичным величинам, составленным из напряженностей электромагнитных полей. Грубо говоря, электромагнитное по ле имеет энергию, и эта энергия имеет вес, как и всякая энергия.
Оказывается, что уравнения ОТО для пространства — време ни, в котором есть электромагнитные поля, с необходимостью приводят к тому, что эти поля должны подчиняться уравнениям Максвелла. Этот результат можно сопоставить с тем известным фактом, что для «обычных» материальных тел (точечных масс или твердых тел) уравнения ОТО дают не только описание гра витационного поля, но и уравнения движения этих тел, т. е. вклю чают в себя уравнения механики Ньютона. Уравнения Максвел ла являются такими же уравнениями движения электромагнит ных полей.
Отметим еще один важный пример вмешательства ОТО в тео рию других негравитационных полей: из лагранжиана поля в кривом пространстве путем варьирования метрики пространства можно получить выражение тензора энергии — импульса рас сматриваемого поля, притом сразу в явно симметричном виде
( Tik —Т ki ) .
Идея описания всех полей по создаваемым ими искривле ниям пространства получила название геометродинамики. Наи более последовательным ее выразителем является американский ученый Джон Арчибалд Уилер ( J . A . Wheeler ).
В последнее время привлекательность этой идеи поблекла, прежде всего в результате открытия и осознания разнообразия полей. В квантовой теории каждый сорт частиц описывается со ответствующим полем: «световые» кванты — электромагнитное поле, ?-, K -мезоны поля ядерных сил; то же относится и к двум сортам нейтрино и антинейтрино и т. д.
Ясно, что при таком разнообразии полей и частиц задание искривления пространства недостаточно, чтобы описать все поля и частицы, заполняющие пространство. Образно выражаясь, кар тина мира многоцветна, а гравитационное поле дает только чер но-белую фотографию, по которой нельзя воспроизвести буйные цвета природы.
Принципиальные вопросы науки не решаются большинством голосов. Все же читатель должен знать, что подавляющее число физиков в настоящее время считают невыполнимой программу единой теории поля в смысле Эйнштейна, т. е. считают, что не возможно из одних уравнений ОТО получить все законы при роды.
Если к величинам, входящим в ОТО (скорость света с — = 3-10 10 см – сек-1, гравитационная постоянная G = 6,67-10~ 8 см 3 сек -2 г1 ) добавить квантовую постоянную Планка h = 1,05 • 10~ 27 см 2 сек -1 г, то получается набор, из которого можно построить величину размерности длины lg = l ,7-10~ 33 см, времени t g = = 6-1044 сек и массы М = h 1/2 с 1/2 G ~ 1/2 = 2 • 10 -5 г. Эта харак терная масса гигантски превышает массы элементарных частиц, например, m e =0,9lQ 27 г, m р =1,6-10~ 24 г.
Отсюда большинство физиков делает вывод, что теория элементарных частиц и, в частности, теория массы элементарных частиц — не связана с теорией гравитации и имеет совсем другой (пока не известный) фундамент.
Задачи по физике с решениями Интересное и познавательное о астрофизике