Книга Бытия. Общая история происхождения - Гвидо Тонелли

Самая успешная теория современной физики объясняет свойства материи через очень небольшое число ее компонентов: шесть кварков и шесть лептонов, организованных в три семейства. Двенадцать частиц вещества связываются вместе или взаимодействуют, обмениваясь другими частицами, служащими переносчиками сил: фотоны переносят электромагнитные взаимодействия, глюоны переносят взаимодействия сильные, векторные бозоны W и Z переносят взаимодействия слабые. У частиц вещества, лептонов и кварков, полуцелый спин (1/2), они входят в семейство фермионов, а у частиц, переносящих взаимодействия, спин целый (1), они входят в семейство бозонов. С помощью этого небольшого набора деталей возможно построить все известные формы материи, как стабильные, заполняющие нашу повседневную жизнь, так и экзотические и эфемерные, образующиеся в ускорителях, в высокоэнергетических событиях в недрах звезд или во время космических катастроф.

Эта теория немедленно получила единодушное признание, поскольку обладала колоссальной предсказательной силой. С самого момента своего появления в 1960-е годы она предсказывала существование некоторых новых элементарных частиц, регулярно с тех пор открываемых, и давала возможность с огромной точностью рассчитывать новые физические величины, которые, когда их удавалось измерить, оказывались в полном согласии с предсказанием, с точностью до десяти значащих цифр совпадающими с вычисленным значением.

Архитравом Стандартной модели служит объединение слабого и электромагнитного взаимодействий, ставших теперь двумя разными проявлениями одной и той же силы – электрослабого взаимодействия.

И все это опять-таки было следствием определенной симметрии. Первым о ней заговорил Энрико Ферми, едва только отметивший свое тридцатилетие. Благодаря своей интуиции он распознал в странностях казавшегося маргинальным явления – излучения электронов при распаде некоторых радиоизотопов – какое-то новое фундаментальное взаимодействие. Ферми предположил, что между этим новым взаимодействием и электромагнетизмом есть изрядная формальная аналогия, и воспользовался этой аналогией, чтобы описать новое взаимодействие и вычислить его константу связи.

Многие годы его так и называли: “взаимодействие Ферми”. Название сменилось только много позже, чтобы подчеркнуть малость этой самой константы связи G, определяющей интенсивность взаимодействия, и это она в честь своего первооткрывателя стала носить его имя – “константа Ферми”.

Революционная идея молодого физика открыла путь тому самому объединению электромагнитных сил со слабым ядерным взаимодействием, которое тридцать лет спустя легло в основу Стандартной модели фундаментальных взаимодействий.

В 1865 году Джеймс Клерк Максвелл опубликовал уравнения, ставшие фундаментом для теории, которая объединила электрические и магнитные явления: так возник электромагнетизм. По прошествии века история повторилась. В конце шестидесятых годов прошлого века появилась новая теория стараниями Стивена Вайнберга, Шелдона Глэшоу и Абдуса Салама, при определяющем вкладе Герарда Хоофта. Электромагнетизм и слабые взаимодействия оказались проявлениями одного и того же поля, и с тех пор их стали называть электрослабыми.

В 1983 году Карло Руббиа открыл предсказанные теорией векторные бозоны W и Z, и это стало окончательным триумфом Стандартной модели.

Но под пеленой успеха скрывалась глубокая трещина, внутренняя слабость теории, которая в любой момент могла обернуться переламыванием архитрава и крушением всего здания.

Ее обнаруживал один простой вопрос: как могло случиться так, что два взаимодействия, столь различные между собой, оказывались проявлениями одного и того же поля? Радиус действия электромагнитного взаимодействия бесконечен, тогда как слабое взаимодействие проявляется только на крошечных внутриядерных расстояниях. Один из общих законов физики гласит, что радиус какого-либо взаимодействия обратно пропорционален массе переносящей его частицы. Масса фотона равна нулю, и поэтому в электромагнитное взаимодействие могут быть вовлечены частицы, сколь угодно далекие одна от другой. Напротив, бозоны W и Z очень массивны, в 80–90 раз тяжелее протона, и у них радиус действия очень мал. Слабое взаимодействие возможно только внутри ядер, и потому мы смогли узнать о его существовании только совсем недавно.

Но в таком случае как же может фотон, не имея массы, переносить то же электрослабое взаимодействие, что и бозоны W и Z? Что отличает бозоны W и Z от фотона? Что в точности мы называем массой?

Красота нарушенной симметрии

Коммуна Кастельфранко-Венето – одно из многих тайных сокровищ Италии. Здесь сохраняется изначальная структура: города-крепости, выросшего за стенами, которые его защищали. В центре города, как и полагается, стоит дуомо – красивое неоклассическое здание. Это церковь умеренных размеров – в ней нет ничего напоминающего большую базилику. Но дух захватывает, стоит только зайти внутрь и пройти к часовне Костанцо, справа от пресвитерия. Над алтарем возвышается “Мадонна Кастельфранко” Джорджоне – шедевр художника, родившегося в этом городе, чей родной дом на площади неподалеку до сих пор открыт для посетителей.

Джорджо Барбарелли, таково его настоящее имя, прожил короткую жизнь, но оставил миру незабываемые произведения. Ему было всего двадцать пять лет, когда в 1503 году он начал писать “Мадонну Кастельфранко” по заказу Туцио Костанцо, кондотьера из Мессины, нанятого Светлейшей Республикой Венецией возглавить ее армию. Образ Мадонны был нужен Костанцо для алтаря часовни, где покоился его сын Маттео, скончавшийся от малярийной лихорадки в возрасте двадцати трех лет недалеко от Равенны во время одной из военных кампаний.

Джорджоне сделал выбор в пользу разрыва с традицией. Все великие до него – от Пьеро делла Франческа до его собственного учителя Джованни Беллини – располагали персонажей в центре идеальной композиции, благородно играющей с перспективой и намекающей на линии, вдоль которых в церкви были развешаны картины. У Джорджоне мы видим статичную пирамидальную структуру, на вершине которой располагается Мадонна с младенцем, но открытая вовне перспектива сохранена. Высокий, сверхъестественный, почти метафизический трон выделяется на фоне пейзажа с холмами и деревенскими постройками, мучительно-сладостного, проникнутого мягким светом. И в фигурах, и в красках фона ясно торжество венецианской тональной живописи, мазка, отличающего венецианских художников от флорентийцев, той самой “живописи без рисунка” (pittura senza disegno), о которой писал Джорджо Вазари в своих “Жизнеописаниях”. Искусная техника наложения красок используется, чтобы, окружая все линии приглушенными полутенями, избежать каких-либо резких переходов от света к тени.

У картины двойная осевая симметрия: между верхом и низом и между правой стороной и левой. Большое панно темно-красного вельвета служит границей земного мира, с его правильно упорядоченным, выложенным плиткой полом, на котором установлено основание трона и стоят по бокам две фигуры. Сверху – небесный мир, возвышающийся над спокойным пейзажем, и в его центре фигура Богоматери.

Совершенная симметрия в верхней части нарушается фигурой младенца на правом колене Богоматери, погруженного в раздумья о своей судьбе. Внизу две фигуры в схожих позах расположены идеально симметрично относительно средней линии картины, они обе смотрят прямо в глаза рассматривающего картину, словно затягивая его внутрь, но контраст между ними огромен. Справа – святой Франциск