Единая теория поля

Единая теория поля, единая теория материи, призванная свести многообразие свойств элементарных частиц и законов их взаимопревращения (взаимодействия) к неким универсальным принципам. Такая теория ещё не построена и рассматривается скорее как стратегия развития физики микромира.

Первым примером объединения различных физических явлений (электрических, магнитных, световых) принято считать Максвелла уравнения. Следующим этапом были попытки объединения электромагнитных и гравитационных явлений на основе общей теории относительности Эйнштейна, связывающей гравитационное взаимодействие материи с геометрическими свойствами пространства-времени. Однако существенно продвинуться в этом направлении «геометризации» взаимодействий не удалось.

Более плодотворным оказался путь расширения глобальной симметрии уравнений движения до локальной калибровочной симметрии, справедливой в каждой точке пространства-времени. На этом пути американские физики Ш. Глэшоу, С. Вайнберг и пакистанский физик А. Салам построили (в 60-х гг.) объединённую теорию слабого и электромагнитных взаимодействий лептонов и кварков, не имеющую пока противоречий с экспериментом (см. Слабое взаимодействие). Наиболее существенное предсказание этой теории — наличие трёх тяжёлых (ок. 80—90 протонных масс) слабовзаимодействующих векторных частиц —промежуточных векторных бозонов (обнаружены в 1983 экспериментально), играющих роль переносчиков слабого взаимодейстствия. Делаются попытки включения в эту схему и сильного взаимодействия — т. н. «великое объединение» (Grand Unification), объединяющее в одно семейство и кварки и лептоны. Одним из предсказаний различных моделей «великого объединения», допускающим экспериментальную проверку, является нарушение законов сохранения барионного и лептонного зарядов (в частности, нестабильность протона со временем жизни 1030—1032 лет).

Другим направлением объединения, включающим также и гравитационное взаимодействие, является расширение калибровочной симметрии до т. н. супергравитаии (см. Суперсимметрия), объединяющей частицы с различными спинами (и следовательно, с разными статистическими свойствами). Эти попытки также оказываются пока неудовлетворительными.

Таким образом, Единая теория поля остаётся пока мечтой. Однако неразрывная связь между всеми частицами, их взаимопревращаемость, всё более явственно проявляющиеся черты единства материи заставляют с неослабевающей настойчивостью искать путей подхода к единой теории поля, призванной объяснить всё многообразие форм материи.