О формировании единой картины мира

Древние философы Востока утверждали, что все материальные объекты возникают из великой пустоты, где постоянно совершаются акты творений реальности. Эта идея просматривается также и в физике, начиная с Ньютона и до наших дней, в стремлении увязать геометрию пространства событий и механику движения тел. Английский математик В. Клиффорд утверждал, что в физическом мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны пространства, а материя представляет собой сгустки пространства, своеобразные холмы кривизны на фоне плоского пространства. Идеи Клиффорда использовал и Эйнштейн, который в общей теории относительности впервые показал глубокую взаимосвязь абстрактного геометрического понятия кривизны пространства с физическими проблемами гравитации (23, с. 67; 24,с. 106).

В начале XX века при создании квантовой теории Дирака, с одной стороны, и теории гравитации Эйнштейна, с другой, в теоретической физике появился в качестве объекта исследования новый уровень реальности — физический вакуум; при этом разные по своей природе теории давали разные представления о нем. Если в теории Эйнштейна вакуум рассматривался как пустое четырехмерное пространство, наделенное геометрией Римана, то в квантовой теории Дирака вакуум (глобально нейтральный) представляет собой своего рода “кипящий бульон”, состоящий из виртуальных частиц — электронов и позитронов (25, с, 89).

Для того чтобы объединить два различных представления о вакууме и создать единую теорию гравитации и электромагнетизма, в которой электромагнитное поле также происходило бы из особых геометрических свойств пространства, Эйнштейном была выдвинута программа, получившая название программы Единой Теории Поля. Именно Эйнштейн последние 35 лет своей жизни пытался сформулировать общую теорию поля или, проще говоря, открыть формулу, которая описывает весь мир, а остальные научные истины вытекают из нее, Эйнштейн полагал, что существует какое-то общее поле, которое включает в себя все уже известные физические поля. Но найти это поле и создать Единую Теорию Поля Эйнштейну так и не удалось. Однако интуиция не обманула его и на этот раз. Как будет показано ниже, такое поле действительно существует.

Тем не менее, геометризация физических полей осталась привлекательной программой для теоретической физики.

Кривизна пространства оказалась не единственной его характеристикой. В 1922 голу Э. Картан обратил внимание на возможную связь некоторых физических величин с другим геометрическим понятием — кручением пространства. Его идеи были развиты и привели к созданию теории гравитации с кручением, а позднее в общем виде — квантовой теории полей с кручением (33,с.2),

Следующий шаг, ведущий к созданию ЕТП. сделал английский физик-теоретик Р. Пенроуз, опираясь на идеи кривизны и кручения пространства- Он показал, что в основу геометрии могут быть положены, помимо поступательных, и вращательные координаты, и они определяют свойства пространства и времени, Пенроуз записал вакуумные уравнения Эйнштейна в спиновом виде (23, с. 67).

Спин (от англ. Spin — вертеться, вращаться) — собственный момент количества движения элементарной частицы, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого (18, с, 713), Концепция спина была введена в физику в 1925 году американскими учеными Дж. Уленбеком и С. Гаудсмитом, предположившими, что электрон можно рассматривать как “вращающийся волчок”, поэтому одной из важнейших характеристик элементарной частицы, кроме массы и заряда, должен стать спин. Для определенных групп элементарных частиц спиновое квантовое число принимает целочисленные или полуцелые значения. Например, спин электрона, протона, нейтрона, нейтрино и их античастиц равен 1/2; спин П- и К-мезонов равен 0; спин фотона равен 1 (70, с. 435).

Таким образом, к середине XX столетия с целью создания единой картины мира были сформированы две глобальные идеи: программа Римана—Клиффорда—Эйнштейна, согласно которой “в физическом мире не происходит ничего, кроме изменения кривизны пространства, подчиняющегося закону непрерывности”, и программа Гейзенберга—Иваненко, предполагающая построить все частицы материи из частиц спина 1/2.

Трудность в объединении этих двух программ, по мнению ученика Эйнштейна, известного теоретика Джона Уилера, состояла в том, что “...мысль о получении понятия спина из одной лишь классической геометрии представляется невозможной”. Уилер высказал эти слова в 1960 году, читая лекции в Международной школе физики им, Энрико Ферми (25, с, 89). Он еще не знал, что в результате блестящих работ Пенроуза вакуумные уравнения Эйнштейна уже были записаны в спиновом виде, что спиноры могут быть положены в основу классической геометрии и что именно они определяют топологические и геометрические свойства пространства-времени.