Калибровочные поля
Калибровочные поля
Обнаружение мультиплетов поставило перед физиками новую задачу: необходимость различать, в каких состояниях находятся в данный момент эти взаимопревращающиеся объекты. Решение было найдено – наложение на систему определенного физического поля. Так, например, наложение электрического поля сразу выделяет «положительные», «отрицательные» и «нейтральные» частицы. Положительно заряженные начинают двигаться к отрицательному электроду, отрицательно заряженные – в противоположном направлении, а нейтральные продолжают вести себя по-прежнему. Сразу становится ясно, «что есть что». Физические поля, способные играть подобную роль, получили название «калибровочных». Они служат своеобразными «сепараторами», сортирующими физические объекты. И не только объекты.
В качестве примера рассмотрим конкретный случай – упомянутую выше физическую симметрию, существующую между неподвижными системами и системами, движущимися равномерно и прямолинейно. С нею связан знаменитый «принцип инерции Галилея» – никакими внутренними наблюдениями и экспериментами невозможно обнаружить, покоится ли данная система или движется равномерно и прямолинейно. Представим себе, что мы находимся в закрытом вагоне, который плавно и совершенно бесшумно перемещается по абсолютно прямым рельсам с абсолютно постоянной скоростью. Без того, чтобы выглянуть в окно или каким-либо иным способом получить информацию извне, мы не сумеем определить, движется наш вагон или стоит на месте.
Однако и такой симметрии соответствует вполне определенное внешнее «калибровочное» поле, с помощью которого можно отличить покой от движения. Это – гравитационное поле. Оно сообщает равномерно и прямолинейно движущимся объектам определенные ускорения. Для покоящихся же объектов это ускорение будет разно нулю. А ускорение всегда можно обнаружить. Более того, наложение гравитационного поля позволяет даже различать равномерные движения с разными скоростями.
Как известно, Эйнштейн, рассматривая гравитационное поле как искривление пространства, пришел к созданию общей теории относительности – одной из величайших научных теорий XX века. Но теперь ясно, что эту теорию можно было бы построить, рассматривая гравитацию как «калибровочное» поле одной из физических симметрии. Это чрезвычайно важное соображение, которое относится не только к прошлому, но и к будущему. Дело в том, что на протяжении многих лет теоретики упорно стараются построить физическую теорию еще более общую, чем теория относительности. В том, что подобная теория в принципе должна существовать, сомнений ни у кого нет. Однако на пути к ней приходится сталкиваться с поистине фантастическими трудностями. А что, если подойти к этой проблеме, так сказать, «с тыла», решить ее с помощью симметрии?..