22. Квантовые поля. Квантовая природа времени

Свойства элементарных частиц проявляются в процессе их взаимодействия и описываются в Стандартной модели. Она определяет, что все вещество состоит из квантовых полей, квантами которых являются фермионы - фундаментальные частицы со спином 1/2. Частицами-переносчиками взаимодействий являются бозоны, имеющие целый спин. Элементарное взаимодействие рассматривается как взаимодействие полей в одной точке или мгновенное превращение в этой точке одних частиц в другие.

Все великое множество электромагнитных взаимодействий осуществляется только между частицами, обладающими электрическим зарядом, посредством электромагнитного поля. Посредником, ответственным за возможность таких взаимодействий, является безмассовый бозон – фотон, квант электромагнитного излучения. Сам фотон электрическим зарядом не обладает, но может взаимодействовать с другими фотонами путем обмена виртуальными электрон-позитронными парами. Сильные взаимодействия существуют только между кварками – фундаментальными составляющими материи. Переносчиком сильного взаимодействия, «склеивающим» кварки, является безмассовый бозон – глюон, считающийся квантом векторного поля. Слабые силы действуют между всеми известными элементарными частицами.  Переносчиками слабого взаимодействия являются тяжелые частицы W± и Z – бозоны, считающиеся квантами слабого поля.

Особняком в этом ряду стоит гравитационное взаимодействие. Оно универсально: гравитация – это взаимодействие пространства-времени со всеми другими физическими телами и полями. Гравитация играет важнейшую роль в структуре и эволюции Вселенной, обеспечивает ключевые условия движения, равновесия и устойчивости астрономических тел и систем. Без нее не могли бы существовать планеты, звезды, галактики. Если бы гравитация вдруг исчезла, нас просто сдуло бы с поверхности планеты в открытый космос.

Гравитационное взаимодействие теоретически представляется как обмен гравитонами - калибровочными бозонами со спином 2. Однако пока не удается ни обнаружить гравитон, ни построить квантовую теорию гравитации. Гравитация – самое слабое из всех фундаментальных физических взаимодействий, ее сила считается пренебрежительно малой, с трудом поддающейся измерению. Но всё меняется при попытке построения ее квантовой теории. Расчеты квантовых поправок к законам гравитации Ньютона и Эйнштейна наталкиваются на бесконечно большие, чудовищные результаты, сопоставимые с планковской энергией. Квантовая теория гравитации оказывается неперенормируемой, и, следовательно, считается неудовлетворительной, бесполезной. Объединить гравитацию со Стандартной моделью не получается.