В последние десятилетия физика столкнулась с фундаментальными вопросами о природе массы и длины — тех величин, которые традиционно считаются базовыми и неподъемными свойствами нашей Вселенной. Однако современная теория симметрии масштаба предлагает кардинально иной взгляд: масса и длина не существуют как фундаментальные параметры, а возникают динамически в результате взаимодействий между частицами. Эта революционная идея лишает физику привычных представлений о масштабе и побуждает учёных пересмотреть основы строения материи и пространства-времени. Концепция симметрии масштаба построена на предположении, что на глубочайшем уровне природа не делает различий между большими и малыми масштабами. В базовых уравнениях, описывающих элементарные частицы и их взаимодействия, пока не учитываются масса и длина – начальные условия предполагают набор безмассовых частиц.
Взаимодействия между этими частицами вызывают динамическое нарушение симметрии масштаба, что приводит к спонтанному появлению масс и размеров. Таким образом, масса перестаёт быть фундаментальным параметром и превращается в производное, вызванное сложными квантовыми процессами. Этот подход объясняет, почему масса протонов и нейтронов существенно превышает сумму масс их составляющих — кварков. Энергия взаимодействий, удерживающих кварки вместе, создаёт почти 99% видимой массы во Вселенной. Если бы отдельные кварки были единственным источником массы, то базовые частицы были бы значительно легче.
Но энергия взаимодействий внутри адронов и есть тот механизм, который и рождает значительные массы, поднимая массу названных частиц на порядок выше суммы простых масс кварков. Это служит примером того, как симметрия масштаба может порождать физические параметры из замкнутой системы взаимодействующих частиц. Появление теории симметрии масштаба связано с необходимостью преодолеть проблемы, связанные со Стандартной моделью физики частиц, в частности с вопросами о природе массы Хиггса и «проблемой иерархии». Хиггсовское поле и сопутствующий ему бозон, открытый в 2012 году, традиционно рассматриваются как источник массы для большинства элементарных частиц. Однако физики давно сталкиваются с тем, что масса бозона Хиггса кажется незащищённой от квантовых флуктуаций на максимально больших энергетических масштабах — например, на уровне Планковской массы.
В обычных теориях это должно было бы привести к тому, что такая масса «размывается» и становится невероятно большой, что противоречит наблюдаемым данным. Ранее представители науки обращались к теории супермсимметрии, которая предполагала существование новых, ещё не открытых частиц — суперпартнёров известных элементарных частиц. Эти новые частицы «уравновешивали» бы квантовые эффекты, тем самым защищая малую массу Хиггса. Но до сих пор все поиски таких частиц, проводимые на Большом адронном коллайдере, не дали результатов, что вызывает сомнения в жизнеспособности данной модели. Теория симметрии масштаба предлагает альтернативу — возможно, даже масса Хиггса не является фундаментальным параметром, но возникает спонтанно из динамических взаимодействий.
Это означает, что гравитационные эффекты, традиционно рассматривавшиеся как главная причина разрушения малой массы Хиггса, могут вовсе не влиять на нее. Если это подтвердится, перед нами откроется совершенно новая перспектива понимания физических основ мира. Одной из самых амбициозных реализаций идей симметрии масштаба стала теория «агравитации» (adimensional gravity), разработанная рядом исследователей. Она объединяет физические законы всех масштабов в единое целое, в котором массы элементарных частиц и масштаб гравитации возникают через разные динамические процессы. Теория также объясняет инфляционный этап ранней Вселенной, предположительно возникший благодаря нарушению симметрии масштаба, что вызвало быстрое расширение пространства.
Это открывает важные перспективы для решения загадок космологии и фундаментальной физики. Тем не менее, теория агравитации сталкивается с серьезными проблемами. Для её математической консистентности необходимы так называемые «призрачные частицы» — объекты с отрицательной энергией или вероятностью существования. Такие сущности угрожают базовой вероятностной интерпретации квантовой механики и затрудняют физическую осмысленность теории. Учёные не оставляют попыток найти способы, которые позволили бы «призракам» влиять на систему корректно или вовсе отсекать их влияние, однако это остаётся одной из самых сложных непокорённых задач.
Несмотря на эти трудности, идеи симметрии масштаба привлекают внимание многих известных исследователей, поскольку они предлагают принципиально новый способ взглянуть на фундаментальные вопросы, которые традиционные модели пока не разрешают удовлетворительно. В будущем предстоящие эксперименты на Большом адронном коллайдере смогут проверить предсказания этих теорий, открывая двери к обнаружению новых частиц и явлений за пределами Стандартной модели. Идея симметрии масштаба также воздействует на философские взгляды ученых, заставляя пересматривать концепции порядка и случайности во Вселенной. Отказ от предположения о фиксированных масштабах приводит к мысли о родстве законов физики на всех уровнях и к представлению о том, что «величина» — субъективное понятие, ворочаемое процессами взаимодействий и спонтанных нарушений симметрий. Важным аспектом является также широкий спектр новых подходов, которые базируются на идеях динамического возникновения массы и длины.
Это включает модели с «скрытым сектором» частиц, фазовые переходы между разными энергетическими режимами и новаторские методы математического анализа. Все это свидетельствует о возрождении интереса к принципам и симметриям, которые многие годы были в стороне от повестки дня, но теперь приобретают статус новых ориентиров в теоретической физике. В конечном счёте, теория симметрии масштаба может существенно изменить наше представление о Вселенной, предложить пути решения долгосрочных проблем физики частиц и гравитации и допустить неординарные направления исследований, смещающие акцент с поиска новых частиц на углубленное понимание природы взаимодействий и их связей с масштабами. Вызовы перед учеными огромны, но интригуют возможности новых открытий и пересмотра устоявшихся парадигм, что всегда стимулировало развитие науки. Таким образом, современная физика приближается к эпохе, где масса и длина перестают быть примитивными атрибутами материи и пространства.
Возникая как результат сложных взаимодействий и спонтанных нарушений симметрий, они представляют собой динамический феномен, открывающий новые горизонты понимания основ мироздания. Результаты исследований, опирающиеся на теорию симметрии масштаба, утверждают, что реальность устроена гораздо глубже и тоньше, чем допускает традиционная картина мира.
