Принцип нарушения симметрии как важный элемент новой постнеклассической методологии
ART 85543
Автор:
Ю.
Н. Абдулкадыров
Ю.
Н. Абдулкадыров Библиографическое описание статьи для цитирования:
Абдулкадыров
Ю.
Н. Принцип нарушения симметрии как важный элемент новой постнеклассической методологии // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2015. – Т. 13. – С.
2711–2715. – URL:
http://e-koncept.ru/2015/85543.htm.
Аннотация. Статья посвящена раскрытию роли принципа нарушения в современной физике и космологии, выявлению его доминирующего значения как методологеммы квантово-теоретического синтеза знаний, осмысления глобальных процессов самоорганизации, отражением которых выступает спонтанное нарушение симметрии вакуума.
Ключевые слова:
вакуум, симметрия, нарушенные симметрии, принцип спонтанного нарушения симметрии, фундаментальные физические взаимодействия
Текст статьи
Абдулкадыров Юсуп Нурмагомедович,докторфилософских наук, профессор, заведующийкафедройфилософии, ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала filosofdgtu@mail.ru
Принцип нарушения симметрии как важный элемент новой постнеклассической методологии
Аннотация. Статья посвящена раскрытию роли принципа нарушения в современной физике и космологии, выявлению его доминирующего значения как методологеммыквантовотеоретического синтеза знаний, осмысления глобальных процессов самоорганизации, отражением которых выступает спонтанное нарушения симметрии вакуума.Ключевые слова: симметрия, нарушенные симметрии, принцип спонтанного нарушения симметрии, фундаментальные физические взаимодействия, вакуум.
История развития физического знания выявил одну важную особенностьпроцесса познания, заключающаяся в том, чтоонфактически идет по одной схеме: от фиксации асимметричных по сути единичных фактов к поиску обобщающих эти факты новых симметрий. Примеров,подтверждающих такое утверждение особенно в современной физике много. Действительно сперва было выявленоглубокое различие междутакими частицами, какпротон и нейтрон, а лишь потомих тождествои симметриюпо отношению к сильному взаимодействию. Именно ощущение нарушения симметриимежду частицами и античастицамипозволило предсказать существование античастиц. Нарушенностьсимметрии между бозонами и фермионами в настоящее время стимулирует поискиновойсимметрии между ними.В физике закрепилась практика, когда «нарушения симметрии начального состояния ликвидируются за счет перехода к более сложной симметрии, в известной мере включающие в себя прежние»[1, С.383].Нарушенные симметрии, в рамках такой методологии, таким образом,служили всего лишь поводом для поиска болееобобщенныхформ симметрии. Нарушениям симметрии в методологическом плане особого значения не придавалось, и это во многом объяснялось особенностью построения научных теорий, процесс строения которыхсопровождается поиском общего, сходного, симметричного в возможно большем количестве разнородных явлений. Отмеченнаятенденция является одной из причин того, почему симметрия как системообразующий и объединяющий фактор приобрела черты фундаментального принципа современной науки.Во второй половинеXXстолетия особенно в связи с попытками построениятеорий фундаментальных физических взаимодействий ситуация начала радикально меняться. Суть изменяющейся методологии физическогопознания состояла в том, чтобы за точными симметриями искать их нарушения в силу того, что нарушенные симметрии в своей основе также отражают глубинные закономерности нашего мира [2, С.182]. В этом смысле каждоеновоеоткрытие нарушениясимметрии в физикедействительносоставляловажную веху в ее развитии.Одним изпервых,как известно,на это обстоятельство обратил внимание Л.Пастер, который впервые в научный обиходввелпонятие диссимметрия, под которым он понимал,свойство определенных фигур не совмещается простым наложением со своим зеркальным изображением[3, С.383].Дальнейшее развитие этого понятия связано с именем П. Кюри, который,как известно, исследуя влияние окружающей среды нанаходящихсяв ней тел, пришел к важному выводу о том, что у них сохраняются преимущественно те элементы собственной симметрии, которые совпадают с симметрией среды. Любые искажения симметрии объекта в определенной степени отражают симметрию действующих сил. И поэтомунаибольшей устойчивостью должны обладать объекты, собственная симметрия которых идентична симметрии окружающей среды. Поэтому любой объект,в процессе такой «адаптации»должен потерять ряд элементов собственной симметрии. В результате тело сохраняет только те элементы собственной симметрии, которые совпадают с элементами симметрии действующих внешних сил. Этот принцип, названный принципом Кюри, сталважным методологическим ориентиром в процессе научного познания, проявив своеплодотворность,в том числе, впознании процессов геологического развития Земли. Полученные в геологииданные о последовательности максимального проявления эндогенных минералов с той или иной симметрией их кристаллических форм в разновозрастных породах земной корысвидетельствуют о том,что чем древнее порода, тем выше в них содержание эндогенных минералов с высокой симметрией и наоборот. Такой же процесс, оказываетсявесьма вероятен и для развития всей земной коры. Развитие в этом аспекте характеризуется некоторым усложнением структуры, с характерной тенденцией понижения симметрии. Учет потерянных элементов симметрии в таких процессах приобретает важное значение,в силу того, чтотолько по ним оказывается можно судить о характере и интенсивности действующих внешних сил.В этом смысле значительныйинтерес представляют, полученные результаты вработахД.В. Наливкина, который, изучая эволюцию форм некоторых раковин брахиопод и цефалопод показал, что «наряду с изменением их симметрии от Lnnp к Р наблюдается превращение исчезнувших элементов классической симметрии в элементы криволинейной симметрии»[4, С.59]. Подобное наблюдается и в формировании искаженных форм кристаллов. Это говорит о том, что собственная симметрия тела «скрыта», «засекречена»и она может быть выявлена с помощью новых сложных форм симметрии: типа динамической, криволинейной, гомогенной, цветной и др.В этом плане,принципиально важное значение в физике микромира имело открытие нарушений Р, СРсимметрий,поиск причинкоторых вывели исследователей к новым фундаментальным закономерностям. Нарушение Рсимметрии оказалось связанной с наличием слабого взаимодействия.
Несмотря на то, что природа нарушения СРсимметрии до сих пор окончательно не прояснена, нооно (СРнарушение) уже использовалось почти рутинным образом, в нескольких экспериментах в физике высоких энергий в качестве важного методологического принципа. Нарушение СРсимметрии, также«изящно»введен и в рамки калибровочных теорий.Необходимо отметить и о том, чтополучены важные свидетельстватого, что СРинвариантность нарушается и в живой природе. В биологииоткрыт закон биоэнантиоморфов, сущность которого состоит в том, что при переходе от D к Lбиообъекту, определенные свойства изменяются так, что никакими операциями из свойства D формы нельзя получить свойства его Lразновидности. Большое количество накопленных данных подтверждают этот закон. «Значение нового закона живой природы, пишет по этому поводу Ю.А.Урманцев, трудно переоценить. Он имеет, по нашему мнению, силу одного из наиболее общих и фундаментальных общебиологических законов. Именно диссимметрияжизни является основой биофизикохимических и генетикоселекционных работ в области биосимметрики; именно она привела к новой методике: необходимости раздельного изучения и обеспечения естественного соотношения в опытной выборке D,L и DLформ данного объекта»[5, С.163].Таким образом, открытие нарушений Ри СРсимметрий как в живой, так и в неживой природе показало, что свойство нарушения симметрии природы имеет не случайный характер, а является важнейшим условием ее существования и развития. И поэтомупринцип нарушения симметрии должен рассматриваться как мощныйметодологическийинструмент в поисках новых законов природы.Методология нарушения симметрии оказалась особенно эффективной и в квантовой теории поля. Действительно преодоление кризисной ситуации в квантовой теории поля связаноисключительнос принципом спонтанногонарушениясимметрии.
Как известно, большинство наблюдаемых элементарных частиц имеют массу покоя. Амеханизм появления масс самих частиц в рамкахтеорийне возможно было объяснить.И это обстоятельство рассматривалось как «кардинальный дефект»,в том числе и теории калибровочных полей.Выход был найденименнона основе идеи спонтанного нарушения калибровочной симметрии. Эта идея в сочетании с принципом локальнокалибровочной симметрии позволила поставить и решить задачу создания единой теории электрослабого взаимодействия. Это был настоящий прорыв в осмыслении явлений квантового мира. Стало ясно, чтотребование калибровочной инвариантности как «постулата инвариантности» квантовой теории в сочетании с принципом ее спонтанного нарушения позволяетстроить теории фундаментальных взаимодействий путем учета «внутренних», связанных с собственными степенями свободы частиц, типов симметрии кварковых полей. Кроме того, появилась возможность увеличивать число инвариантных аспектов теории, вводя в рамках калибровочного подхода самые разные типы высших симметрий. Сама калибровочная природа симметрии всех типов фундаментальных физических взаимодействий также демонстрировала их единство, что создавало необходимую предпосылку для разработки теоретической программы их объединения.Именноиспользование принципа локальной калибровочной симметрии, в сочетании с идеей спонтанного нарушения симметрии между кварками и лептонамипривело к существованиюсоставленных из кварков и лептонов дублетов, возможное возникновение которых было истолковано как отражение нарушения закона сохранения особого квантового числа изотопического спина, связанного с инвариантностью относительно группы SU(2). SU(2)симметрия, однако, должнабылабыть нарушенной, изза того, что массы частиц, входящих в дублеты, сильно отличаются друг от друга. Кроме того, известное разделение всех фермионов на совокупности с левой или правой спиральностью, связано с инвариантностью относительно U(l). В итоге, полная симметрия электрослабого взаимодействия образовалагруппа SU(2)xU(l).Требование локальности порождает четыре калибровочных поля, а требование спонтанного нарушения этой симметрии до группы U(l) приводит к тому, что три калибровочных мезона W+, Wи Z° приобретают массу, один, отвечающий группе U(l), остается безмассовым. Мезоны являются переносчиками слабого, а фотон электромагнитного взаимодействия. Спонтанно нарушенная симметрия SU(2)xU(l) единым образом фиксирует взаимодействия этих мезонов с лептонами и кварками.Таким образом, принципами, лежащими в основании единой теории электрослабого взаимодействия и определяющими теоретикопознавательное значение всех важнейших физических понятий (массы, заряда, энергии, импульса, константы связи и др.) данной теории, оказалисьпринцип локальнокалибровочной инвариантности и принцип спонтанного нарушения симметрии. Логическая организация теории, упорядочение ее понятийных форм в рамках категориальной структуры теории в существенной степени определяется, именно, этими принципами. Осознание методологической значимости этих принципов в унификации физических взаимодействий позволило Вайнбергу иСаламу построить непротиворечивую логическую структуру теории,в которой все основные понятийные компоненты строго взаимосвязаны и взаимоопределяемы[6, С.202217].Создание единой теории электрослабого взаимодействия послужило основой далеко идущего предположенияо том, что все известные фундаментальные взаимодействия являются компонентами единого универсального взаимодействия более сложной структуры. На базе этой гипотезы удалось сформулировать целую программу создания единыхтеорий всех фундаментальных физических взаимодействий.
Причем, на такую возможность указывает сама природаспонтанного нарушения симметрии, анализ которой приводит к выводу о том, что в построении единых обобщенных теорий физических взаимодействий затрагиваются целостные, интегральные свойства рассматриваемых объектов. В этом плане исследовательские усилия направлены, прежде всего, на создание теории суперсимметрии и супергравитации, которая объединила бы все известные фундаментальные физические взаимодействия.С точки зрения феноменологии, суперсимметрия в принципе может существовать толькоисключительнокак нарушенная симметрия изза того,что массы бозонов и фермионов в природе существенно отличаются другот друга, и ни одна из известных частиц не является суперпартнером другой. Данное обстоятельство приводит к необходимости введения,так называемого скрытого сектора, состоящего из большого числа суперчастиц, взаимодействующих с наблюдаемым миром только гравитационно.Важной особенностью суперсимметричных калибровочных теорий, является возможность компенсации расходимостей,не только в первом порядке, но и во всех остальных порядках, физическая основа которых состоит в том, что «вклады калибровочных полей и полей материи в расходящиеся структуры отличаются знаком»Перенормируемостьтеориив этом плане оказывается свойством суперсимметрии на глубоком уровне.В настоящее время одним из кандидатов на роль единой теории претендует суперсимметричнаятеория объектовсуперструн[7, С. 45].Число фермионных и бозонных степеней свободы в суперструне равно между собой, что обеспечивает суперсимметричность модели и позволяет ликвидировать возникающие в теории бесконечности.Наиболее успешные результаты в развитии теории струн были получены Эдвардом Виттеном, который сумел обобщить пять теорий струн, в одну новую теорию. Идея Виттена заключалась в том, чтобы отказаться от необходимости выбирать одну из пяти теорий и признать их различными способами описания одного типа реальности. Такая обобщенная теория получила название «Мтеории», котораяпредставляет собой сложный конгломераттеорий, котораяоперирует в высшей степени сложным математическим аппаратом.Общим для всех теорий, которые объединены в «Мтеорию» являетсято,что они все описывают струны как пространственномногомерные объекты. Причем«струна»по мере развития теории обобщалась на более чем одно измерение. В связис чем было введено понятие "брана", которая описывает сложный многомерный объект. В выше, названных теориях фигурируют брани разных размерностей. В этих же теориях был введен и такой термин, как «критические размерности». Критические размерности –это струнный эффект, заключающийся в том, что теория струн «подбирает себе»размерность пространствавремени. Наиболее известные критические размерности: Д=26 в теории бозонной струны и Д=10 в теории фермионной струны[8, С.985]. Критическиеразмерности являются следствием симметричноститеории от выбора координат на мировом листе.Серьезным недостатком «Мтеории» является невозможностьее эмпирической верификации.Этот недостаток связан с тем, что теория струн описывает минимально возможные масштабы микромира, которые находятся за пределами сегодняшних эмпирических возможностей современной физики. Эти масштабы сравнимы с планковской длиной.Современная теория струн «зависла»в стадии «эмпирической невесомости»и специалисты, по крайней мере сегодня, не видят никаких перспектив вывести ее из этого состояния.Тем не менее «Мтеория»позволяют избавиться от сверхсветовых скоростей и различных аномалий, приводящих к нарушению законов сохранения энергии и электрического заряда. Такая возможность связана с распространением принципов суперсимметрии на струны, а также их конструирования на основе калибровочной группы SО (32) или E8× E8.Содержательный анализ процедуры предельного перехода (именно предельный переход выступает критерием истинности этой теории) приводит также к тому, что группы SО (32) и E8×E8 включают в себя известные группы SU(3) и SU(2)×U(1). Это означает, что из теории суперструн может быть получена теории «великого объединения»и теория «электрослабого взаимодействия», путем процедуры спонтанного нарушения симметрии.Это обстоятельство снимает проблему выбора группы спонтанно нарушенной симметрии для объединения известных физических взаимодействий в чем, пожалуй, состоит одно из основных преимуществ теории суперструн.Таким образом,принцип спонтанного нарушения симметрии в построении различных суперсимметричных и суперструнных теорий выступает неотъемлемым важным элементом новой методологии. Метод нарушения симметрии оказался плодотворным не только в квантовой теории поля, но и в космологии. Это связано,в том числе и с тем, что космологические вопросы связывают воедино теорию полей и частиц, теорию пространства и времени. Создание подобной теории, явилось бы логическим завершением синтеза квантовой теории поля и общей теории относительности и соответствовало бы формированию квантовотеоретической космологии. Подобную теорию имело бы характер всеобщего объединения частиц и взаимодействий в расширяющейся Вселенной.В настоящее время, у многих исследователей, занимающихся этими проблемами появиласьполная уверенность в том, чтосинтез космологии и микрофизики позволил бы решитьесли не все, то многие проблемы фридмановской космологии, в том числе и проблему сингулярности, заменив ее фазовым переходом, качественным превращением одной физической формы материи в другую как результат развития со спонтанным нарушением исходной симметрии вакуума. Врамках квантовополевой концепции эволюции Вселенной уже сегодня удается поставить и позитивно решать вопросы, связанные с пониманием того, как происходило «рождение»вещества во Вселенной, почему существует преобладание вещества над «антивеществом», как и что породило наблюдаемое ныне многообразие физических объектов во Вселенной, как происходило «отделение»электромагнитного излучения от вещества, какая судьба ожидает вещество и саму Вселенную в очень далеком будущем?Кроме тогоучет космологических аспектов квантовополевой картины мира позволяет говорить о физических взаимодействиях и фундаментальной структуре материи именно в контексте глобального эволюционного процесса. При этом калибровочные симметрии взаимодействий квантовых полей эксплицируются как глубинная причина существующего многообразия объектов во Вселенной и их квантоводинамического единства.Теории «великого синтеза», прежде всего, выражают собой новую фундаментальную парадигму теоретического познания мира, в рамках которой принцип симметрии и идея спонтанного нарушения симметрии приобретают фундаментальные и объединяющие свойства для всей современной физики, в том числе и вакуумноэнергетической концепции космического бутстрепа. Принципспонтанного нарушения симметрии фактически лежит в основе такой физикоматематической рациональности, как «ничтовсе сущее», согласно которой единство Вселенной мыслится как единство материиэнергии. Происхождение Вселенной в таком контексте рассматривается в терминах необратимого возникновения материиэнергии. А существование мира в многообразии его форм и явлений представляется фактором, гарантирующим необратимый характер всех форм проявлений единства материи и энергии. При этом процессы,связанные со спонтанным нарушением симметрии отражают фундаментальный характер глобальной эволюции, через последовательность фазовых трансформаций к дивергенции фундаментальных типов взаимодействий элементарных частиц.Таким образом, без обращения к идее спонтанного нарушения симметрии (важнейшей концепции современных вариантов квантовой теории поля) оказывается в принципе невозможно выявление глобальных механизмов самоорганизации материи и "адаптации" принципа развития в отражении процессов неживой природы. Нынешний же уровень понимания и описания этих процессовговорит о существенной незавершенности самого процесса создания единой глобальной картины мира. Однако, уже сейчас в этом плане можно сделать ряд важных выводов.Эволюция физических форм материи есть единый, целостный, глобальный процесс, отражающий способ существования Вселенной. Причем характер ее эволюции в существенных чертах отражается принципом спонтанного нарушения симметрии.Эволюция физической формы материи есть глобальный процесс развития от простого к сложному, от низшего к высшему, от симметриик асимметрии. Это процесс самоусложненияструктуры материи и еесвязей внутри имежду различными материальными системами, дифференциация и увеличение качественного многообразияи сложностифизических объектов.Природа нарушения симметрии отражает механизмы процесса творения явлений и возникновение нового. Через спонтанное нарушение симметрии космический вакуум проявляет себя и свои потенциальные возможности. Именно через процесс нарушения симметрии вакуум несет в себе заряд «рождения» и эволюция всего актуальносуществующего. Именно эти процессы для всего состояния мира объясняет, то почему элементный состав всех объектов нашего мира является одинаковым, почему действующие в нем закономерности носят универсальный характер.Таким образом, методология,содержательно обогащеннаяпринципом нарушения,позволила раскрыть все богатствовнутреннего содержания процесса эволюции.На ее основе удалось создать совершенно новые теории, на базе которых возникло новое физическая картина мира и были сформулированы новые адекватные совокупности ценностных критериев,мировоззренческих установок, теоретических стандартов, методологических норм, которые позволили выйти на новое понимание реальности и на новые стандарты исследования и новые модели решения проблем
Ссылки на источники1.Жог В.И. Единство симметрии и асимметрии и интеграция научных знаний //Единство и многообразие мира, дифференциация и интеграция научного знания. –М., 1983.2.Абдулкадыров Ю.Н.Симметрия мира и мир симметрий.М., 2013.3.Пастер Л. Исследование о молекулярной диссимметрии естественных органических соединений// Изобр.труды. В 2х Т.М., 1960.Т.14.Шафрановский И.И. Симметрия в природе. Л., 1985.5.Урманцев Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии. М., 1976.6.Вайнберг С. Идейные основы единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий //Успехи физических наук.1980.Вып.2Т.1ё32.7.Грин Брайн. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиск окончательной теорииМ., 2004.8.Маршаков А.В. Теория струн или теория поля// Успехифизических наук. 202Т.172№9.
Принцип нарушения симметрии как важный элемент новой постнеклассической методологии
Аннотация. Статья посвящена раскрытию роли принципа нарушения в современной физике и космологии, выявлению его доминирующего значения как методологеммыквантовотеоретического синтеза знаний, осмысления глобальных процессов самоорганизации, отражением которых выступает спонтанное нарушения симметрии вакуума.Ключевые слова: симметрия, нарушенные симметрии, принцип спонтанного нарушения симметрии, фундаментальные физические взаимодействия, вакуум.
История развития физического знания выявил одну важную особенностьпроцесса познания, заключающаяся в том, чтоонфактически идет по одной схеме: от фиксации асимметричных по сути единичных фактов к поиску обобщающих эти факты новых симметрий. Примеров,подтверждающих такое утверждение особенно в современной физике много. Действительно сперва было выявленоглубокое различие междутакими частицами, какпротон и нейтрон, а лишь потомих тождествои симметриюпо отношению к сильному взаимодействию. Именно ощущение нарушения симметриимежду частицами и античастицамипозволило предсказать существование античастиц. Нарушенностьсимметрии между бозонами и фермионами в настоящее время стимулирует поискиновойсимметрии между ними.В физике закрепилась практика, когда «нарушения симметрии начального состояния ликвидируются за счет перехода к более сложной симметрии, в известной мере включающие в себя прежние»[1, С.383].Нарушенные симметрии, в рамках такой методологии, таким образом,служили всего лишь поводом для поиска болееобобщенныхформ симметрии. Нарушениям симметрии в методологическом плане особого значения не придавалось, и это во многом объяснялось особенностью построения научных теорий, процесс строения которыхсопровождается поиском общего, сходного, симметричного в возможно большем количестве разнородных явлений. Отмеченнаятенденция является одной из причин того, почему симметрия как системообразующий и объединяющий фактор приобрела черты фундаментального принципа современной науки.Во второй половинеXXстолетия особенно в связи с попытками построениятеорий фундаментальных физических взаимодействий ситуация начала радикально меняться. Суть изменяющейся методологии физическогопознания состояла в том, чтобы за точными симметриями искать их нарушения в силу того, что нарушенные симметрии в своей основе также отражают глубинные закономерности нашего мира [2, С.182]. В этом смысле каждоеновоеоткрытие нарушениясимметрии в физикедействительносоставляловажную веху в ее развитии.Одним изпервых,как известно,на это обстоятельство обратил внимание Л.Пастер, который впервые в научный обиходввелпонятие диссимметрия, под которым он понимал,свойство определенных фигур не совмещается простым наложением со своим зеркальным изображением[3, С.383].Дальнейшее развитие этого понятия связано с именем П. Кюри, который,как известно, исследуя влияние окружающей среды нанаходящихсяв ней тел, пришел к важному выводу о том, что у них сохраняются преимущественно те элементы собственной симметрии, которые совпадают с симметрией среды. Любые искажения симметрии объекта в определенной степени отражают симметрию действующих сил. И поэтомунаибольшей устойчивостью должны обладать объекты, собственная симметрия которых идентична симметрии окружающей среды. Поэтому любой объект,в процессе такой «адаптации»должен потерять ряд элементов собственной симметрии. В результате тело сохраняет только те элементы собственной симметрии, которые совпадают с элементами симметрии действующих внешних сил. Этот принцип, названный принципом Кюри, сталважным методологическим ориентиром в процессе научного познания, проявив своеплодотворность,в том числе, впознании процессов геологического развития Земли. Полученные в геологииданные о последовательности максимального проявления эндогенных минералов с той или иной симметрией их кристаллических форм в разновозрастных породах земной корысвидетельствуют о том,что чем древнее порода, тем выше в них содержание эндогенных минералов с высокой симметрией и наоборот. Такой же процесс, оказываетсявесьма вероятен и для развития всей земной коры. Развитие в этом аспекте характеризуется некоторым усложнением структуры, с характерной тенденцией понижения симметрии. Учет потерянных элементов симметрии в таких процессах приобретает важное значение,в силу того, чтотолько по ним оказывается можно судить о характере и интенсивности действующих внешних сил.В этом смысле значительныйинтерес представляют, полученные результаты вработахД.В. Наливкина, который, изучая эволюцию форм некоторых раковин брахиопод и цефалопод показал, что «наряду с изменением их симметрии от Lnnp к Р наблюдается превращение исчезнувших элементов классической симметрии в элементы криволинейной симметрии»[4, С.59]. Подобное наблюдается и в формировании искаженных форм кристаллов. Это говорит о том, что собственная симметрия тела «скрыта», «засекречена»и она может быть выявлена с помощью новых сложных форм симметрии: типа динамической, криволинейной, гомогенной, цветной и др.В этом плане,принципиально важное значение в физике микромира имело открытие нарушений Р, СРсимметрий,поиск причинкоторых вывели исследователей к новым фундаментальным закономерностям. Нарушение Рсимметрии оказалось связанной с наличием слабого взаимодействия.
Несмотря на то, что природа нарушения СРсимметрии до сих пор окончательно не прояснена, нооно (СРнарушение) уже использовалось почти рутинным образом, в нескольких экспериментах в физике высоких энергий в качестве важного методологического принципа. Нарушение СРсимметрии, также«изящно»введен и в рамки калибровочных теорий.Необходимо отметить и о том, чтополучены важные свидетельстватого, что СРинвариантность нарушается и в живой природе. В биологииоткрыт закон биоэнантиоморфов, сущность которого состоит в том, что при переходе от D к Lбиообъекту, определенные свойства изменяются так, что никакими операциями из свойства D формы нельзя получить свойства его Lразновидности. Большое количество накопленных данных подтверждают этот закон. «Значение нового закона живой природы, пишет по этому поводу Ю.А.Урманцев, трудно переоценить. Он имеет, по нашему мнению, силу одного из наиболее общих и фундаментальных общебиологических законов. Именно диссимметрияжизни является основой биофизикохимических и генетикоселекционных работ в области биосимметрики; именно она привела к новой методике: необходимости раздельного изучения и обеспечения естественного соотношения в опытной выборке D,L и DLформ данного объекта»[5, С.163].Таким образом, открытие нарушений Ри СРсимметрий как в живой, так и в неживой природе показало, что свойство нарушения симметрии природы имеет не случайный характер, а является важнейшим условием ее существования и развития. И поэтомупринцип нарушения симметрии должен рассматриваться как мощныйметодологическийинструмент в поисках новых законов природы.Методология нарушения симметрии оказалась особенно эффективной и в квантовой теории поля. Действительно преодоление кризисной ситуации в квантовой теории поля связаноисключительнос принципом спонтанногонарушениясимметрии.
Как известно, большинство наблюдаемых элементарных частиц имеют массу покоя. Амеханизм появления масс самих частиц в рамкахтеорийне возможно было объяснить.И это обстоятельство рассматривалось как «кардинальный дефект»,в том числе и теории калибровочных полей.Выход был найденименнона основе идеи спонтанного нарушения калибровочной симметрии. Эта идея в сочетании с принципом локальнокалибровочной симметрии позволила поставить и решить задачу создания единой теории электрослабого взаимодействия. Это был настоящий прорыв в осмыслении явлений квантового мира. Стало ясно, чтотребование калибровочной инвариантности как «постулата инвариантности» квантовой теории в сочетании с принципом ее спонтанного нарушения позволяетстроить теории фундаментальных взаимодействий путем учета «внутренних», связанных с собственными степенями свободы частиц, типов симметрии кварковых полей. Кроме того, появилась возможность увеличивать число инвариантных аспектов теории, вводя в рамках калибровочного подхода самые разные типы высших симметрий. Сама калибровочная природа симметрии всех типов фундаментальных физических взаимодействий также демонстрировала их единство, что создавало необходимую предпосылку для разработки теоретической программы их объединения.Именноиспользование принципа локальной калибровочной симметрии, в сочетании с идеей спонтанного нарушения симметрии между кварками и лептонамипривело к существованиюсоставленных из кварков и лептонов дублетов, возможное возникновение которых было истолковано как отражение нарушения закона сохранения особого квантового числа изотопического спина, связанного с инвариантностью относительно группы SU(2). SU(2)симметрия, однако, должнабылабыть нарушенной, изза того, что массы частиц, входящих в дублеты, сильно отличаются друг от друга. Кроме того, известное разделение всех фермионов на совокупности с левой или правой спиральностью, связано с инвариантностью относительно U(l). В итоге, полная симметрия электрослабого взаимодействия образовалагруппа SU(2)xU(l).Требование локальности порождает четыре калибровочных поля, а требование спонтанного нарушения этой симметрии до группы U(l) приводит к тому, что три калибровочных мезона W+, Wи Z° приобретают массу, один, отвечающий группе U(l), остается безмассовым. Мезоны являются переносчиками слабого, а фотон электромагнитного взаимодействия. Спонтанно нарушенная симметрия SU(2)xU(l) единым образом фиксирует взаимодействия этих мезонов с лептонами и кварками.Таким образом, принципами, лежащими в основании единой теории электрослабого взаимодействия и определяющими теоретикопознавательное значение всех важнейших физических понятий (массы, заряда, энергии, импульса, константы связи и др.) данной теории, оказалисьпринцип локальнокалибровочной инвариантности и принцип спонтанного нарушения симметрии. Логическая организация теории, упорядочение ее понятийных форм в рамках категориальной структуры теории в существенной степени определяется, именно, этими принципами. Осознание методологической значимости этих принципов в унификации физических взаимодействий позволило Вайнбергу иСаламу построить непротиворечивую логическую структуру теории,в которой все основные понятийные компоненты строго взаимосвязаны и взаимоопределяемы[6, С.202217].Создание единой теории электрослабого взаимодействия послужило основой далеко идущего предположенияо том, что все известные фундаментальные взаимодействия являются компонентами единого универсального взаимодействия более сложной структуры. На базе этой гипотезы удалось сформулировать целую программу создания единыхтеорий всех фундаментальных физических взаимодействий.
Причем, на такую возможность указывает сама природаспонтанного нарушения симметрии, анализ которой приводит к выводу о том, что в построении единых обобщенных теорий физических взаимодействий затрагиваются целостные, интегральные свойства рассматриваемых объектов. В этом плане исследовательские усилия направлены, прежде всего, на создание теории суперсимметрии и супергравитации, которая объединила бы все известные фундаментальные физические взаимодействия.С точки зрения феноменологии, суперсимметрия в принципе может существовать толькоисключительнокак нарушенная симметрия изза того,что массы бозонов и фермионов в природе существенно отличаются другот друга, и ни одна из известных частиц не является суперпартнером другой. Данное обстоятельство приводит к необходимости введения,так называемого скрытого сектора, состоящего из большого числа суперчастиц, взаимодействующих с наблюдаемым миром только гравитационно.Важной особенностью суперсимметричных калибровочных теорий, является возможность компенсации расходимостей,не только в первом порядке, но и во всех остальных порядках, физическая основа которых состоит в том, что «вклады калибровочных полей и полей материи в расходящиеся структуры отличаются знаком»Перенормируемостьтеориив этом плане оказывается свойством суперсимметрии на глубоком уровне.В настоящее время одним из кандидатов на роль единой теории претендует суперсимметричнаятеория объектовсуперструн[7, С. 45].Число фермионных и бозонных степеней свободы в суперструне равно между собой, что обеспечивает суперсимметричность модели и позволяет ликвидировать возникающие в теории бесконечности.Наиболее успешные результаты в развитии теории струн были получены Эдвардом Виттеном, который сумел обобщить пять теорий струн, в одну новую теорию. Идея Виттена заключалась в том, чтобы отказаться от необходимости выбирать одну из пяти теорий и признать их различными способами описания одного типа реальности. Такая обобщенная теория получила название «Мтеории», котораяпредставляет собой сложный конгломераттеорий, котораяоперирует в высшей степени сложным математическим аппаратом.Общим для всех теорий, которые объединены в «Мтеорию» являетсято,что они все описывают струны как пространственномногомерные объекты. Причем«струна»по мере развития теории обобщалась на более чем одно измерение. В связис чем было введено понятие "брана", которая описывает сложный многомерный объект. В выше, названных теориях фигурируют брани разных размерностей. В этих же теориях был введен и такой термин, как «критические размерности». Критические размерности –это струнный эффект, заключающийся в том, что теория струн «подбирает себе»размерность пространствавремени. Наиболее известные критические размерности: Д=26 в теории бозонной струны и Д=10 в теории фермионной струны[8, С.985]. Критическиеразмерности являются следствием симметричноститеории от выбора координат на мировом листе.Серьезным недостатком «Мтеории» является невозможностьее эмпирической верификации.Этот недостаток связан с тем, что теория струн описывает минимально возможные масштабы микромира, которые находятся за пределами сегодняшних эмпирических возможностей современной физики. Эти масштабы сравнимы с планковской длиной.Современная теория струн «зависла»в стадии «эмпирической невесомости»и специалисты, по крайней мере сегодня, не видят никаких перспектив вывести ее из этого состояния.Тем не менее «Мтеория»позволяют избавиться от сверхсветовых скоростей и различных аномалий, приводящих к нарушению законов сохранения энергии и электрического заряда. Такая возможность связана с распространением принципов суперсимметрии на струны, а также их конструирования на основе калибровочной группы SО (32) или E8× E8.Содержательный анализ процедуры предельного перехода (именно предельный переход выступает критерием истинности этой теории) приводит также к тому, что группы SО (32) и E8×E8 включают в себя известные группы SU(3) и SU(2)×U(1). Это означает, что из теории суперструн может быть получена теории «великого объединения»и теория «электрослабого взаимодействия», путем процедуры спонтанного нарушения симметрии.Это обстоятельство снимает проблему выбора группы спонтанно нарушенной симметрии для объединения известных физических взаимодействий в чем, пожалуй, состоит одно из основных преимуществ теории суперструн.Таким образом,принцип спонтанного нарушения симметрии в построении различных суперсимметричных и суперструнных теорий выступает неотъемлемым важным элементом новой методологии. Метод нарушения симметрии оказался плодотворным не только в квантовой теории поля, но и в космологии. Это связано,в том числе и с тем, что космологические вопросы связывают воедино теорию полей и частиц, теорию пространства и времени. Создание подобной теории, явилось бы логическим завершением синтеза квантовой теории поля и общей теории относительности и соответствовало бы формированию квантовотеоретической космологии. Подобную теорию имело бы характер всеобщего объединения частиц и взаимодействий в расширяющейся Вселенной.В настоящее время, у многих исследователей, занимающихся этими проблемами появиласьполная уверенность в том, чтосинтез космологии и микрофизики позволил бы решитьесли не все, то многие проблемы фридмановской космологии, в том числе и проблему сингулярности, заменив ее фазовым переходом, качественным превращением одной физической формы материи в другую как результат развития со спонтанным нарушением исходной симметрии вакуума. Врамках квантовополевой концепции эволюции Вселенной уже сегодня удается поставить и позитивно решать вопросы, связанные с пониманием того, как происходило «рождение»вещества во Вселенной, почему существует преобладание вещества над «антивеществом», как и что породило наблюдаемое ныне многообразие физических объектов во Вселенной, как происходило «отделение»электромагнитного излучения от вещества, какая судьба ожидает вещество и саму Вселенную в очень далеком будущем?Кроме тогоучет космологических аспектов квантовополевой картины мира позволяет говорить о физических взаимодействиях и фундаментальной структуре материи именно в контексте глобального эволюционного процесса. При этом калибровочные симметрии взаимодействий квантовых полей эксплицируются как глубинная причина существующего многообразия объектов во Вселенной и их квантоводинамического единства.Теории «великого синтеза», прежде всего, выражают собой новую фундаментальную парадигму теоретического познания мира, в рамках которой принцип симметрии и идея спонтанного нарушения симметрии приобретают фундаментальные и объединяющие свойства для всей современной физики, в том числе и вакуумноэнергетической концепции космического бутстрепа. Принципспонтанного нарушения симметрии фактически лежит в основе такой физикоматематической рациональности, как «ничтовсе сущее», согласно которой единство Вселенной мыслится как единство материиэнергии. Происхождение Вселенной в таком контексте рассматривается в терминах необратимого возникновения материиэнергии. А существование мира в многообразии его форм и явлений представляется фактором, гарантирующим необратимый характер всех форм проявлений единства материи и энергии. При этом процессы,связанные со спонтанным нарушением симметрии отражают фундаментальный характер глобальной эволюции, через последовательность фазовых трансформаций к дивергенции фундаментальных типов взаимодействий элементарных частиц.Таким образом, без обращения к идее спонтанного нарушения симметрии (важнейшей концепции современных вариантов квантовой теории поля) оказывается в принципе невозможно выявление глобальных механизмов самоорганизации материи и "адаптации" принципа развития в отражении процессов неживой природы. Нынешний же уровень понимания и описания этих процессовговорит о существенной незавершенности самого процесса создания единой глобальной картины мира. Однако, уже сейчас в этом плане можно сделать ряд важных выводов.Эволюция физических форм материи есть единый, целостный, глобальный процесс, отражающий способ существования Вселенной. Причем характер ее эволюции в существенных чертах отражается принципом спонтанного нарушения симметрии.Эволюция физической формы материи есть глобальный процесс развития от простого к сложному, от низшего к высшему, от симметриик асимметрии. Это процесс самоусложненияструктуры материи и еесвязей внутри имежду различными материальными системами, дифференциация и увеличение качественного многообразияи сложностифизических объектов.Природа нарушения симметрии отражает механизмы процесса творения явлений и возникновение нового. Через спонтанное нарушение симметрии космический вакуум проявляет себя и свои потенциальные возможности. Именно через процесс нарушения симметрии вакуум несет в себе заряд «рождения» и эволюция всего актуальносуществующего. Именно эти процессы для всего состояния мира объясняет, то почему элементный состав всех объектов нашего мира является одинаковым, почему действующие в нем закономерности носят универсальный характер.Таким образом, методология,содержательно обогащеннаяпринципом нарушения,позволила раскрыть все богатствовнутреннего содержания процесса эволюции.На ее основе удалось создать совершенно новые теории, на базе которых возникло новое физическая картина мира и были сформулированы новые адекватные совокупности ценностных критериев,мировоззренческих установок, теоретических стандартов, методологических норм, которые позволили выйти на новое понимание реальности и на новые стандарты исследования и новые модели решения проблем
Ссылки на источники1.Жог В.И. Единство симметрии и асимметрии и интеграция научных знаний //Единство и многообразие мира, дифференциация и интеграция научного знания. –М., 1983.2.Абдулкадыров Ю.Н.Симметрия мира и мир симметрий.М., 2013.3.Пастер Л. Исследование о молекулярной диссимметрии естественных органических соединений// Изобр.труды. В 2х Т.М., 1960.Т.14.Шафрановский И.И. Симметрия в природе. Л., 1985.5.Урманцев Ю.А. Симметрия природы и природа симметрии. М., 1976.6.Вайнберг С. Идейные основы единой теории слабых и электромагнитных взаимодействий //Успехи физических наук.1980.Вып.2Т.1ё32.7.Грин Брайн. Элегантная Вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиск окончательной теорииМ., 2004.8.Маршаков А.В. Теория струн или теория поля// Успехифизических наук. 202Т.172№9.
