
Фундаменталь физикада, башка фәннәрдән аермалы буларак, барлык галимнәрне дә борчыган, әмма әлегә кадәр чишелеше табылмаган өч төп мәсьәлә бар. Болар – галәмнең константасы (космологик даими), кваркларның ирексезләнүе (конфайнмент) һәм квант гравитациясе проблемасы.
Галәмнең константасы

Эченә шар салынган ташаякны күз алдына китерегез. Без шарны хәрәкәтләндереп җибәрсәк, ул тирбәнешләр ясый башлый, һәм ышкылу көче булмаса, беркайчан да туктамый – гади осциллятор барлыкка килә. Ә башлангыч хәрәкәт бирелмәсә – ул тик торачак.
Әмма квант кисәкчекләре шар түгел. Алар дулкын буларак кына «яшиләр» һәм башлангыч халәттә дә берникадәр энергиягә ия булалар, тирбәнешләр ясыйлар. Аларны нуль-тирбәнешләр дип атыйлар. Бу барлык квантлар системасына да хас, шул исәптән кырның квант теориясенә дә.
Кырның квант теориясендә вакуум бушлык түгел. Ул нуль-тирбәнешләрдән тора. Әгәр гравитация булмаса, энергияне нуль-тирбәнешләрнең энергиясеннән чыгып исәплиләр. Ягъни аларның энергиясен башлангыч, нуль ноктасы буларак карыйлар.
Әмма гравитация булган очракта нуль-тирбәнешләрне исәпкә алу зарур. Чөнки алар берникадәр «авырлык»ка ия. Ягъни киңлек (пространство) һәм вакытка тәэсир итәләр. Шуңа проблема килеп чыга да.
Теоретик исәпләүләр нуль-тирбәнешләр зур вакуум энергиясен барлыкка китерә дигән фаразга нигезләмә бирәләр. Әмма тәҗрибәләр галәмдәге вакуум энергиясен бик аз дип күрсәтә. Бүген аны космостагы «караңгы» энергия дип исемлиләр. Ул галәмнең тизләнеп киңәюенә сәбәпче. Һәм биредә галәм константасы проблемасы формалаша: бер яктан, кырның квант теориясе энергияне зур дип фаразлый, ә икенче яктан, тәҗрибә аз энергия микъдарын күрсәтә. Кайда китә соң квант теориясе фаразлаган зур энергия? Һәм «караңгы» энергиянең табигате нинди?
Кваркларның ирексезләнүе (конфайнмент)
Төшнең протоннар һәм нейтроннардан торганы билгеле. Алар үзара төш көчләре аша тәэсир итешәләр. Әгәр протоннарга энергия тапшырып, аларны үзара бәрелештерсәк, бихисап күптөрле яңа кисәкчекләр – адроннар туганын күзәтергә була.
Барлык адроннарны да кварклардан тора дип тасвирлыйлар. Аларны югары энергияле электронны протонда чәчелдереп күзәтәләр. Бу күренеш атомнарда альфа-кисәкчекнең чәчелүенә охшаш, аны ХХ гасыр башында Резерфорд өйрәнә. Ул альфа кисәкчекнең бик тыгыз һәм кечкенә төштә чәчелүен күзәтә. Электрон протонда шулай ук чәчелергә мөмкин. Әмма бер искәрмә белән: протонда һәрберсенең үз корылма саны булган өч үзәк бар кебек.
Протон чыннан да өч кварктан тора. Ләкин билгесез сәбәпләр нәтиҗәсендә, бу кваркларны мөстәкыйль халәттә табып булмый. Алар адроннар составында гына күзәтелә. Кваркларның теориясен без беләбез, бу – квант хромодинамикасы. Ул кваркларны һәм глюоннарны тасвирлый. Соңгылары фотон корылмаларының тәэсир итешүен тапшырган кебек, кваркларның тәэсирен тапшыра. Квант хромодинамикасын без югары энергияләр белән эш иткәндә яхшы куллана алабыз. Чыннан да, ул адроннар физикасын аңлата. Әмма электронның түбән энергияләрдә чәчелүе адроннарны бербөтен кебек тасвирлый. Бәйсез диярлек кварклардан, адроннар – үзара бербөтен кебек бәйләнгән кварклар ничек барлыкка килә соң? Һәм ни өчен кварклар мөстәкыйль халәттә очрамыйлар? Бу сораулар конфайнмент мәсьәләсенең асылын тәшкил итәләр дә инде.
Квант гравитациясе
Кырның квант теориясендә чиксез ешлыклар белән бәйле бәхәсләр бар. Кырны теләсә нинди рәвештә һәм теләсә нинди төгәллек белән сындырырга була. Бу берникадәр тайпылышлар китереп чыгара. Мәсәлән, төрле физик берәмлекләрне квант теориясендә исәпләгәндә, бихисап күп кушылучылар барлыкка килә. Бүгенге көндә тикшерелгән һәм кулланыла торган теорияләрдә бу мәсьәлә берничә бәйләнеш зурлыкларын башкалары аша чыгарып чишелә (кисәкчәнең массасын, корылмасын).
Әмма квант теориясен кулланып, гравитация турында охшаш мәсьәләне чишкәндә, чиксез бәйлелек саннарын чыгарырга туры килә. Энергия югарырак булган саен теорияне тагын да катлауландырырга кирәк. Бу гравитация теориясен түбән энергияләр белән эш иткәндә генә куллану урынлы икәнен күрсәтә. Ә аның нигезендә әлегә безгә билгеле булмаган тагын да фундаментальрәк теория ятарга тиеш.
Эмиль Әхмәдов, физика-математика фәннәре кандидаты, А.И. Алиханов ис. Нәзарый һәм тәҗрибәви физика институтының әйдәп баручы фәнни хезмәткәре, МФТИ нәзарый физика кафедрасы профессоры
Постнаука сәхифәсеннән Галимҗан Галимов тәрҗемә итте