Запасные части для коммунальной и дорожно-строительной техники

Физмат

1983. Барашенков В.С., "Секрет монополя".


Секрет монополя.

Барашенков В.С.

Журнал «Знание – сила», 1983, № 11, стр. 9-11.


        Несколько лет назад на одной из международных конференций группа американских физиков сообщила, что высоко над Землей, в космических лучах, им удалось обнаружить частицу, у которой электрический заряд был заменен магнитным. Эта сенсация быстро облетела все физические лаборатории мира. Сообщение американцев обсуждалось на семинарах и в рабочих кабинетах, в коридорах и в столовой. Еще бы – если есть одна такая частица, то почему не быть целому миру, в котором «все как у нас», но электрические заряды заменены магнитными? Магнитные атомы, магнитные молекулы... Как в волшебном зеркале: все, что было электрическим, стало магнитным, а магнитное – электрическим. Может, и в нашем мире удастся создать такое необычное «магнитное вещество»?
        А потом все затихло... Оказалось, что результаты эксперимента можно объяснить и более прозаическим способом, без всяких магнитных зарядов. Манящая дверь в волшебный магнитный мир так и не открылась.
        Но возможен ли вообще такой мир? Откуда физики взяли, что должна быть симметрия между электрическими и магнитными свойствами природы?
        Для того чтобы ответить на эти вопросы, нам сначала придется вернуться на 150 лет назад – в Англию прошлого века.

        Электричество и магнетизм – две стороны одной медали.

        Это было время, когда важными становились разделы науки, еще недавно считавшиеся «чисто кабинетными», не имеющими никакого практического значения. А это, в свою очередь, подталкивало ученых к изучению новых явлений, тем более, что для опытов не требовалось многоэтажного оборудования с десятками специалистов, как в современных институтах. Наука, по существу, еще только приступала к детальному изучению окружающей природы, и многие удивительные факты лежали буквально на поверхности, их можно было исследовать в любой маленькой лаборатории. Просто поразительно, сколько замечательных открытий было сделано в то время, и с помощью самых примитивных средств. Настоящий Клондайк открытий!
        В поисках новых законов ученые сопоставляли и связывали явления, которые до этого считались не имеющими между собой ничего общего. Исследования «на вольную тему», поисковые эксперименты, когда проверяется «сумасшедшая» идея «а что, если...», были самым обычным делом. В то золотое для физики время и была установлена связь трех издавна известных, но, казалось бы, таких различных по своей сути явлений – света, электричества и магнетизма. Этим наука обязана нескольким ученым, и прежде всего Майклу Фарадею.
        Оказалось, что электричество и магнетизм – это две компоненты единого целого: распределенного в пространстве электромагнитного поля. Если ранее считалось, что мир состоит только лишь из вещества, то теперь к этому добавилась новая сущность – поле, которое может быть «привязанным» к электрическим зарядам и токам, порождая действующие вокруг них силы, либо отрываться от них в виде светового излучения.
        В статьях Фарадея нет ни одной математической формулы, его представления были наглядно-качественными, с их помощью трудно делать точные расчеты. Строгий математический вид им придал другой физик, Джеймс Максвелл, родившийся в тот год, когда сорокалетний Фарадей сделал свое главное открытие – доказал, что магнетизм может превращаться в электричество.
        Правда, основной труд Максвелла по теории электромагнетизма был написан так сумбурно и длинно, что созданная им теория долго не получала всеобщего признания и имела репутацию слишком запутанной и плохо обоснованной. Тем не менее как раз эта теория дала уравнения, которые стали называть именем Максвелла и которые играют в электродинамике такую же роль, как уравнения Ньютона в механике.
        И вот в них обнаружилась удивительная особенность электродинамики Максвелла. Несмотря на то, что электрическое и магнитное поле – это две равноправные «половинки» единого поля и входят в уравнения теории совершенно симметрично, полного равноправия электричества и магнетизма все же нет: электричество имеет источники – заряды, а магнитные заряды отсутствуют; магнетизм порождается токами, то есть опять-таки электрическими зарядами, только движущимися. В природе встречаются лишь двухполюсные, или, как говорят физики, дипольные магнитные системы, и нет изолированных полюсов – монополей.
        Сегодня мы знаем, что даже элементарные частицы, и те, подобно магнитной стрелке, всегда имеют по два магнитных полюса. Каждая элементарная частица – сложное образование. На очень короткое время она может испускать другие элементарные частицы, в том числе и электрически заряженные. Их движение образует внутренние электротоки, и частица становится похожей на микроскопический электромагнит. Например, магнитные свойства протона обусловлены в основном его мезонными токами. Сложнее с электроном. Никаких внутренних частей у него пока не обнаружено, во всех опытах он проявляется как точечная частичка, и в то же время он – микромагнит. У протона также есть небольшая необъясненная еще часть магнетизма. Некоторые теоретики связывают все это с токами еще не открытых «сверхэлементарных» частиц. Может это и так.
        Но как бы там ни было, факт остается фактом: электрические заряды есть, а изолированных магнитных полюсов мы нигде не видим. Зачем природе потребовалась такая асимметрия? Разве не проще было бы иметь два типа зарядов – электрические и магнитные, почему не реализуется такая возможность? Может быть, это – всего лишь свойство той части Вселенной, где мы живем, а в других ее областях, наоборот, есть магнитные, но нет электрических зарядов? Допустимо представить себе и полностью симметричный электромагнитный мир... Ведь должно же быть какое-то объяснение загадочной асимметрии!

        Гипотезы о монополях [1].
   
        Оливер Хевисайд был человеком весьма своеобразным. Гениальный чудак-отшельник, научные открытия которого буквально озолотили телеграфные компании, он жил в бедности и умер в одиночестве в захолустном английском городе. Рассказывают, что, будучи избранным членом Лондонского королевского общества, самого почетного научного учреждения Великобритании, он не счел нужным хотя бы раз появиться на его заседаниях.
        Единственной страстью Хевисайда была наука. Однако он не считал нужным тратить время и силы на обоснование своих результатов, и научные журналы иногда десятилетиями отвергали его статьи. Полученные им результаты часто были необычайно остроумны, но пользоваться ими можно было лишь с осторожностью, так как обычно оставалось неясным, где они справедливы, а где – уже нет.
        Хевисайд первым попытался записать уравнения Максвелла в симметричном виде – с электрическими и магнитными зарядами. Однако его статья осталась почти незамеченной. Даже сегодня мало кто о ней слышал, хотя она на сорок лет опередила подобную работу Дирака, о которой пойдет речь ниже и с которой знакомы все физики. Несомненно, здесь сыграла свою роль прижизненная репутация Хевисайда как очень талантливого, но непонятного «кустаря-одиночки», научные выводы которого выглядели не очень убедительными.
        Впрочем, не только Хевисайд размышлял о странной асимметрии электрических и магнитных зарядов. Пьер Кюри – тот, кто вместе с женой, Марией Склодовской, прославился открытием радия, - пытался экспериментально обнаружить магнитные заряды и их токи, а австриец Эренхафт в течение двадцати лет опубликовал в физических журналах более полусотни статей, где доказывал, что в своих опытах он наблюдает магнитные заряды-монополи, изучая движение железных пылинок в магнитном поле. Когда пылинка освещалась сильным лучом света, ее движение изменялось так, как если бы свет выбивал с ее поверхности магнитный заряд. До сих пор остается загадкой, чем объясняется наблюдавшийся Эренхафтом эффект, тем более, что он отмечен и другими физиками. (Совсем недавно опыт был повторен в Институте физики высоких энергий в Алма-Ате, и опять было замечено аномальное движение железных пылинок.) Видимо, вкралась какая-то тонкая методическая погрешность. Во всяком случае, эксперименты других типов никаких следов монополей не обнаружили.
        В 1931 году к идее о существовании в природе магнитных монополей пришел Поль Дирак, двадцатидевятилетний английский теоретик, который стал известен благодаря гипотезе об античастицах, выдвинутой им и блестяще подтвердившейся на опыте. Новая идея знаменитого физика сразу же привлекла к себе внимание теоретиков и экспериментаторов. В отличие от Хевисайда Дираку была присуща особая скрупулезность в обосновании своих выводов.
        К идее монополей он пришел, решая совсем другую задачу. Дирак старался понять, почему электрический заряд принимает всегда лишь дискретные значения, кратные заряду электрона. Масса, энергия, размеры макроскопических тел и микрочастиц могут быть любыми, никаких ограничений здесь нет, а вот их электрические заряды почему-то пропорциональны заряду электрона и коэффициент пропорциональности – обязательно целое положительное или отрицательное число, или просто ноль *.

        Примечание. * - Сегодня известно, что «составные части» элементарных частиц – кварки – обладают электрическим зарядом, равным одной и двум третям заряда электрона. Другими словами, минимальной порцией электричества является не заряд электрона, а его треть. Но дискретность по-прежнему сохраняется.

        Неожиданно для себя Дирак обнаружил, что если в природе наряду с квантом электричества существует квант магнетизма, то современная теория приводит к парадоксальному выводу: перемещая измерительный прибор по замкнутому контуру и выполняя измерения в одних и тех же точках, мы для некоторых величин при каждом повторном обходе должны получать новые значения, чего на опыте никогда не наблюдалось. Во всех экспериментах наблюдаемые величины оказываются зависящими только от точек, в которых они измеряются, и не от чего другого. Никакой памяти о прошлом у измеряемых величин нет. Казалось бы, этот парадокс – убедительное доказательство того, что никаких квантов магнетизма в природе быть не может.
        И вот тут Дирак сделал важное открытие. Он заметил, что если величина электрического и магнитного зарядов такова, что их произведение равно целому числу или половине целого числа, то все неприятные слагаемые в теоретических формулах, зависящие от числа обходов контура, обращаются в нуль. Получается, что гипотеза монополей не только делает теорию полностью симметричной по отношению к электричеству и магнетизму, но и приводит к квантованию электрического и магнитного зарядов: в природе возможны только такие заряды, которые удовлетворяют формуле Дирака.
        По сравнению с теорией Хевисайда, которая в глазах современников выглядела необоснованной догадкой, теория Дирака была в высшей степени последовательной и сразу же получила признание. Однако ответить на вопрос, существуют в природе монополи или нет, теория Дирака не может. Это вопрос к эксперименту.
        Вполне возможно, что монополей нет, ведь гипотеза о таких частичках потребовалась Дираку лишь для того, чтобы объяснить дискретность зарядов. Но эта дискретность может иметь и другое происхождение. Не пытаемся ли мы здесь объяснить «старую тайну при помощи новой загадки»?

        На Земле и в космосе.

        Шесть с половиной веков отделяют нас от эпохи, когда Уильям Оккам сформулировал свой знаменитый принцип: «Не следует с помощью большего делать то, что можно достигнуть меньшей ценой». В современной физике этот принцип понимается несколько более широко: считается, что в мире может реализовываться любая возможность, которая не приходит в противоречие с нашими основными представлениями о законах природы. Во всяком случае, такую возможность следует обязательно изучить, и если она осуществляется, то это выглядит уже загадочным и в свою очередь требует объяснения.
        Физика наших дней – наука математическая, и часто оказывается так, что в ее уравнениях бывают скрыты неожиданные возможности, приводящие к замечательным предсказаниям и выдающимся открытиям. Примером такого предсказания и является гипотеза монополей Дирака. Это – теоретическая возможность, которую нельзя пропустить. Неудивительно, что она породила целую лавину исследований. Теоретики анализировали ее следствия, пытаясь обнаружить какие-либо противоречия (кстати сказать, таких противоречий до сих пор не обнаружено), экспериментаторы в поисках монополей «обшаривали» земные и космические материалы.
        Из формул Дирака следовало, что минимальная «порция» магнитного заряда по своей величине должна быть приблизительно раз в сто больше электрического заряда электрона, поэтому монополи должны сильно взаимодействовать с окружающим веществом, и это вселяло надежды, что в опытах их можно будет сравнительно легко отделить от других частиц. К тому же, однажды родившись, монополь не исчезнет, ведь магнитный заряд, как и электрический, всегда сохраняется. Погибнуть монополь может только в процессе аннигиляции, столкнувшись с другим монополем, магнитный заряд которого имеет противоположный знак. Но монополей в окружающем нас веществе очень мало (иначе их давно бы уже заметили), и вероятность такой встречи ничтожна. Монополи – это частицы, которые можно было бы собирать и накапливать в магнитных «мешках» или «бутылках»: отдельно – северные и южные полюса.
        По сравнению с другими частицами сильно взаимодействующие с веществом монополи должны оставлять очень толстые, «жирные» следы в фотопластинках. Именно такой необычно плотный след в стопке фотопластинок и пластиковых пленок был обнаружен американскими физиками в опыте, о котором шла речь в начале статьи. С помощью связки воздушных шаров фотопластинки и пленка поднимались на большую высоту, почти в безвоздушное пространство, и там в течение нескольких дней облучались в потоке «падающих» на Землю космических лучей. Однако скорее всего это был след от какого-то тяжелого иона – атома тяжелого элемента с «ободранной» электронной оболочкой, который также оставляет плотные следы в детектирующем материале. Надежно исключить такую возможность американские физики не могли.
        Искали монополи и среди частиц, рождающихся на ускорителях. Искали разными способами, используя самые совершенные и точные приборы, - и никаких следов магнитных зарядов, нет даже намека.
        Пожалуй, наиболее точными были эксперименты, в которых раздробленные образцы различных материалов перемещались по оси соленоида. Если бы эти образцы содержали магнитные заряды, то в катушке соленоида должен был бы возникнуть электрический ток. (Вспомним знаменитый опыт Фарадея по «превращению» магнетизма в электричество!) Эксперимент проводился при очень низкой температуре, когда материал соленоида становился сверхпроводящим и образовавшийся в нем ток должен был бы циркулировать практически неограниченное время. Многократно прогоняя исследуемый образец по оси соленоида, можно получить («накопить») значительный ток даже при исключительно малой концентрации монополей. Таким путем были обследованы многочисленные минералы, выброшенное вулканами вещество земных недр, вода океанов, метеориты, много килограммов лунного грунта, даже контейнеры, в которых содержался этот грунт, в надежде, что, может быть, в них «застряла» часть монополей. Если бы на 10^28 атомов (несколько ведер) вещества приходилось всего только по одному монополю, его присутствие было бы замечено в этих экспериментах. Однако регистрирующие приборы молчали. Монополей не нашлось ни в земных недрах, ни в небесных материалах.
        Так что же, следует сделать вывод о том, что изолированных зарядов-монополей в природе не существует? Нет, пока это еще преждевременно. Современные ускорители могут рождать только такие частицы, которые не более чем в несколько сот раз тяжелее протона; для рождения более массивных частиц энергия существующих ускорителей пока недостаточна. Поэтому если монополи – очень тяжелые объекты, то в опытах с ускорителями они не образуются – их там просто нет. Такие объекты должны были бы рождаться под действием космических лучей, в которых имеются частицы с энергией, в миллиарды раз большей того, что дают ускорители. Но и здесь есть обстоятельство, которое мешает нам заметить родившиеся монополи. Дело в том, что взаимодействие магнитных частиц с веществом настолько сильное, что они растрачивают свою энергию почти сразу же после рождения, не успев далеко уйти от точки, где образовались. А поскольку закон сохранения заряда требует, чтобы монополи обязательно рождались парами, то, затормозившись, они с большой вероятностью тут же аннигилируют, исчезнут, превратившись в обычные немагнитные частицы. Теория говорит, что в большинстве случаев это будут пучки жестких гамма-квантов. Физики, изучающие космические лучи, в своих опытах не раз замечали узконаправленные вспышки очень интенсивного гамма-излучения. Вообще говоря, это можно было бы рассматривать как указание на рождение и аннигиляцию монополей, но как мы увидим ниже, имеются веские основания считать, что для их рождения недостаточно энергии даже самых быстрых космических частиц.
        Труднее объяснить, почему нет монополей в земном и лунном грунте. Они должны были бы образоваться вместе с другими частицами в огненном котле «первичного взрыва», когда рождалось вещество нашей Вселенной, и часть их должна сохраниться до наших дней, как сохранилась часть теплового излучения первичного взрыва, - это реликтовое излучение уверенно регистрируют наши приборы.
        Как бы там ни было, неудачи всех попыток обнаружить следы магнитных зарядов охладили энтузиазм физиков. Было ясно, что в природе есть что-то такое, что мешает осуществлению красивой идеи Дирака.

        Второе дыхание.

        Все опять началось с математики...
        Если ехать по одной из скоростных автострад из Нью-Йорка, то примерно через час с  небольшим можно добраться до равнинной тщательно охраняемой местности с редко расположенными зданиями, напоминающими заводские цеха. Это Брукхэйвенская лаборатория – один из основных атомных институтов США. В середине пятидесятых годов двое сотрудников этой лаборатории – давно эмигрировавший в США китайский физик Чженьнин Янг и молодой американец Роберт Миллс – изучали обобщение максвелловских уравнений, которое они надеялись использовать для описания нового класса частиц – подобных кванту света фотону, но в отличие от него несущих на себе электрический заряд, так сказать, квантов «заряженного света». Теория получилась на редкость изящной, и а последующие годы ее усовершенствованием занимались многие теоретики, до тех пор, пока в конце шестидесятых годов эти исследования не привели к теории, объединяющей электромагнитные и так называемые слабые силы, вызывающие распады элементарных частиц и атомных ядер. Оказалось, что все это – проявление различных компонент одного и того же «электрослабого поля», которое в зависимости от условий воспринимается нами как электричество, магнетизм или как особое, слабое взаимодействие элементарных частиц. И вот здесь гипотеза монополей неожиданно получила мощную поддержку.
        Есть страшное явление природы – цунами. Далеко в океане образуется необычайно устойчивая волна – изолированный всплеск, который, почти не изменяя своей формы и не растрачивая энергии, преодолевает огромные расстояния, где обычная волна давным-давно успела бы угаснуть, и всю свою энергию сразу, ударом, обрушивает на побережье. Оказалось, что в электрослабом поле, как в океане, возможно образование устойчивых всплесков-цунами. Первыми это явление обнаружили в своих расчетах советский физик А.М. Поляков и голландец с труднопроизносимой фамилией т’Хоофт. Они заметили, что каждое «полевое цунами» ведет себя в пространстве подобно частице и, что особенно важно, с каждым из них связан изолированный магнитный полюс, северный или южный. Другими словами, новая теория подтверждала гипотезу монополей! С математической точки зрения монополь – это особое решение полевых уравнений, в физическом плане – это сгусток энергии, новая частица.
        Правда, монопольные решения получаются не во всех вариантах электрослабой теории. Для них нужны весьма специфические условия, и в конечном счете опять-таки только эксперимент способен сказать нам, осуществляются они в природе на самом деле или нет. В частности, расчеты подсказывают, что полевые цунами-монополи могут образоваться, лишь имея достаточно большую массу. Они должны быть тяжелыми объектами, приблизительно в десять тысяч раз тяжелее протона. По массе они сравнимы с крупными органическими молекулами.
        Но еще более удивительные магнитные  частицы предсказываются теорией, в которой электрослабое поле объединяется с сильным ядерным полем. такую теорию принято называть «великим объединением». Это дальнейшее развитие идеи Янга и Миллса, следующий шаг в построении единой теории поля.
        Пока теория великого объединения еще весьма неоднозначна, здесь еще много вариантов и плохо изученных возможностей. Однако предсказание цунами-монополей очень устойчиво, оно получается почти в любом варианте теории.
        Просто поразительно, как с разных сторон математический аппарат настойчиво подсказывает нам идею магнитных частиц!
        Монополи теории великого объединения – необычайно массивные частицы, в миллионы миллиардов раз тяжелее протона; их масса больше, чем у бактерии! Они, как монстры среди других элементарных частиц, даже называть элементарными их как-то неудобно. Конечно, ни один ускоритель не в состоянии породить такое «микрочудовище». Это не под силу даже самым высокоэнергетическим космическим частицам. Столь массивные объекты могли «выкристаллизоваться» лишь из первичного поля в момент рождения Вселенной, когда ее температура и плотность были фантастически велики и энергии хватало для рождения самых тяжелых частиц.

        Эксперимент снова говорит «нет»?

        Криминалисты утверждают, что ни одно событие нашей жизни не уходит в прошлое, не оставив после себя следов, по которым многое можно восстановить спустя недели, месяцы, а иногда и годы. Задача физиков, изучающих историю Вселенной, значительно сложнее. Однако следы далекого прошлого есть и здесь. С их помощью можно отобрать наиболее подходящий вариант теории, который, в свою очередь, подскажет, какие еще более тонкие следы следует искать в природе. Теоретические картины юной Вселенной – это не беспочвенные фантазии, хотя, конечно, в них много и предположительного.
        У американского физика Стивена Вайнберга, одного их авторов электрослабой теории, есть книга «Первые три минуты» (недавно она была издана на русском языке), где очень наглядно рассказывается о том, как современная наука представляет себе развитие Вселенной, ее историю, начиная с сотой доли секунды после катаклизма первичного взрыва. Как ни странно (казалось бы, от столь далеких времен ничего не осталось!), об этом многое известно. Но вот что было с Вселенной в самые первые мгновения ее жизни – за время, меньше сотой доли секунды, - Вайнберг ничего сказать не мог. Еще несколько лет назад, а английское издание книги Вайнберга вышло в 1977 году, это было сплошным белым пятном. Человеческого воображения  не хватало, чтобы представить себе, что там могло происходить.
        Теория великого объединения позволяет заглянуть в эту таинственную интригующую область нашей истории – вплоть до 10^-35 секунды. Это был мир первозданной плазмы, где еще не существовало элементарных частиц, а были только их составные части, первичные «кубики»-кварки и связывающее их сильное  взаимодействие – нечто вроде огненного сиропа с ягодками-кварками, сбивающимися в сгустки. Некоторые из этих сгустков несли магнитный заряд. Впрочем, какой именно это был заряд – электрический, магнитный или какой-либо еще, сказать трудно. Температура была так велика, что первые мгновения после своего рождения раскаленный мир оставался совершенно симметричным, различные его свойства проявлялись с равной вероятностью. Расщепление единого симметричного взаимодействия на электромагнитное, слабое, сильное – те виды взаимодействий, которые действуют в современном мире, - произошло позднее.
        Расчет показывает, что от тех давних «горячих» времен нам в наследство должно было остаться довольно много тяжелых монополей. Но вот эксперимент почему-то говорит, что если такие монополи и есть, то их концентрация в окружающем нас веществе на Земле и в космосе крайне мала. Действительно, если бы один монополь, приходился на каждые 10^16 протонов, то масса рассеянного в пространстве невидимого вещества была бы приблизительно такой же, как и масса наблюдаемого нами светящегося вещества, состоящего из атомов с протон-нейтронным ядром. (Напомним, что монополь по массе равен 10^16 протонов.) Астрофизики утверждают, что масса невидимого вещества (они называют ее «скрытой массой») может превосходить массу светящегося вещества не более, чем в десять раз, иначе возникают противоречия. А это означает, что в космосе в среднем не больше одного монополя на 10^15 протонов. Некоторые ученые считают, что концентрация тяжелых космических монополей еще меньше – приблизительно в сотню тысяч раз. В противном случае они оказывали бы очень сильное возмущающее влияние на магнитное поле Галактики, которое имело бы совсем не ту структуру, что наблюдается сейчас.
        Для «умеренно тяжелых» монополей, предсказываемых теорией Полякова – т’Хоофта, расхождение теории с опытом еще больше. Это видно, в частности, из следующих соображений.
        Известно, что многие нейтронные звезды обладают сильным магнитным полем. Такое поле должно притягивать и разгонять «падающий» на звезду монополь до энергий, в сотни миллионов раз превышающих те, что можно получить с помощью самых мощных современных ускорителей. Этой энергии достаточно, чтобы породить в плотном нейтронном веществе звезды интенсивный каскад новых монополей, которые, притягиваясь ее магнитными полюсами – северным и южным, будут компенсировать, «гасить» магнитное поле. Для этого, оказывается, достаточен всего один начальный монополь. Ну а то, что магнитное поле у нейтронных звезд все же наблюдается, как раз и доказывает: умеренно тяжелые монополи во Вселенной исключительно редки.
        Этот вывод, по-видимому, зачеркивает все варианты «элетрослабой теории», которые предсказывают образование монополей, в этой теории они получаются слишком легкими. Поэтому-то физики и считают, что если монополи существуют в природе, они должны быть чрезвычайно тяжелыми частицами, как это и предсказывает теория «великого объединения». Вот только число их, предсказываемое расчетом, оказывается на много порядков больше, чем это нужно для объяснения астрофизических данных! Концы с концами у эксперимента и теории пока не сходятся.
        Впрочем, неустранимого противоречия здесь, по-видимому, все же нет. Ведь наши сведения об условиях, при которых протекали процессы в первые мгновения жизни Вселенной, еще весьма ориентировочны. Некоторые физики доказывают, что тогда монополи стремились объединиться в группы, а это резко увеличивало их аннигиляцию.
        Обнаружить предсказываемые теорией «великого объединения» монополи невероятно трудно. Дело в том, что по меркам ядерной физики большинство из них – довольно медленные частицы. Только такие «ленивые» частицы и могло удержать магнитное поле нашей Галактики, более энергичные давно уже ее покинули и затерялись в безбрежных межгалактических просторах. Медленные же частицы ионизируют вещество слабо, и чтобы их заметить, нужны гигантские детектирующие установки – в сотни и тысячи раз больше существующих.
        Например, сейчас много говорят о проектируемой установке ДЮМАНД – глубоководном детекторе ливней, порождаемых слабовзаимодействующими частицами космического излучения. Размеры этой установки – сложной системы фотоумножителей, фиксирующих едва уловимые световые импульсы, сопровождающие прохождение ливня частиц в морской воде, - около кубического километра. Так вот, как показывают расчеты, даже этой циклопической установки недостаточно, чтобы уловить слабое свечение, вызываемое монополем.
        Идея монополей возникла более полувека назад. Это очень большой срок для научной гипотезы. Обычно за такой срок гипотеза либо отбрасывается, либо подтверждается. Монополь – редкое исключение, он по-прежнему остается загадкой. Сегодня это ключ к целому клубку проблем, связывающих два полюса наших знаний – элементарные частицы и астрофизику.
        Несмотря на трудности с экспериментальным обнаружением удивительной частицы, интерес физиков к ней не только не ослабевает, а, наоборот, становится все сильнее, тем более что теоретики открывают у нее новые и новые неожиданные свойства. Недавно было установлено, что она может служить эффективным катализатором радиоактивного распада протонов. Физики долго были уверены в том, что протон – стабильная частица. Сомнения породила теория «великого объединения», которая предсказывает, что протон – хотя и долгоживущая, но все же распадающаяся частица. По разным оценкам, время ее жизни 10^30 – 10^33 лет. Но вот если рядом находится монополь, то протон практически мгновенно распадается на позитрон и мезоны, один или несколько. И что важно, опять остается монополь, готовый к «убийству» следующего протона, и так далее. Путь магнитной частицы в веществе должен быть отмечен цепочкой «протонных катастроф». Это подсказывает новый метод поиска монополей.
        Но есть и более важное следствие этого явления: поскольку при распаде протона выделяется значительная энергия, то будь в нашем распоряжении килограмм монополей (пока это звучит почти как шутка), удалось бы удовлетворить все энергетические потребности человечества. Энергию можно было бы извлекать из любого вещества.
        Вот куда ведет чисто теоретический, казалось бы, вопрос о симметрии электричества и магнетизма!

Примечание:

1. Сатлон - аналог монополя. См. выдержки из книги Вейник А.И., «Термодинамика реальных процессов», Минск, Навука i тэхнiка, 1991, стр. 275-279.

Справка:

Барашенков Владилен Сергеевич (1929-2004), доктор физико-математических наук (1963), профессор (1969), с 1976 года начальник сектора математического моделирования объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна).

Фарадей (Faraday, Michael) Майкл (1791-1867), английский физик. В 1824 Фарадей избран членом Королевского общества, в 1825 - директором лаборатории в Королевской ассоциации. С 1833 состоял Фуллеровским профессором химии Королевского института, оставил этот пост в 1862. Результатом его исследований стало открытие в 1833 законов электролиза (законы Фарадея). В 1845 Фарадей обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). В том же году открыл диамагнетизм, в 1847 – парамагнетизм. Ввел ряд понятий – подвижности (1827), катода, анода, ионов, электролиза, электродов (1834); изобрел вольтметр (1833). В 1830-х годах предложил понятие поля, в 1845 впервые употребил термин «магнитное поле», а в 1852 сформулировал концепцию поля.

Максвелл (Maxwell James-Clerk) Джеймс Клерк (1831-1879), английский физик, член Эдинбургского (1855) и Лондонского (1861) королевских обществ. Создатель классической электродинамики, один из основоположников статистической физики, организатор и первый директор (с 1871) Кавендишской лаборатории.
Maxwell J.С. «A Treatise on Electriciy and Magnetism» («Трактат об электричестве и магнетизме»), Oxford, 1873.

Хевисайд (Heaviside Oliver) Оливер (1850-1925), английский физик и математик. Работал в телеграфной компании в Ньюкасле, в 1874 был вынужден оставить работу из-за прогрессирующей глухоты. Научные исследования проводил в собственной лаборатории. Основные физические работы посвящены электромагнетизму и математической физике. В 1892 занялся теоретическими аспектами проблем телеграфии и передачи электрических сигналов. Предложил увеличивать индуктивность телефонных линий для улучшения дальней связи. Ввел понятие импеданса, т.е. полного сопротивления синусоидальному переменному току электрической цепи, содержащей емкости и индуктивности. В многотомном труде «Электромагнитная теория» («Electromagnetic Theory», 1893-1912) выдвинул гипотезу о существовании ионизированного слоя атмосферы (1902), способного отражать радиоволны (ионосферы). (Независимо от Хевисайда и почти одновременно с ним эту гипотезу высказал американский инженер А.Кеннелли *.) Является одним из создателей операционного исчисления.
* - Кеннелли (Kennelly Arthur Edwin) Артур Эдвин (1861-1939), американский инженер-электрик из Гарвардского университета, независимо от Хевисайда предсказал существование на высоте примерно 100 миль (185 км) слоя ионизированных газов (ионосферы), отражающего радиоволны. Ионосфера позволяет увеличивать дальность распространения радиоволн на расстояния, превышающие прямую видимость. В честь первооткрывателей ее часто называют «слоем Кеннелли-Хевисайда».

Эренхафт (Ehrenhaft F.) Феликс (1879-1952), австрийский физик.

Поляков Александр Маркович (1945 г.р.), физик-теоретик, член-корреспондент РАН (1991; член-корреспондент АН СССР с 1984). Труды по квантовой теории поля и статистической физике. Развил топологические методы в теории элементарных частиц. Бывший сотрудник ИТФ им. Ландау, работающий в настоящее время в Университете Принстона (США).
Поляков А.М., Калибровочные поля и струны. Перевод с англ. М.: ИТФ им. Л.Д.Ландау, 1995. 300 с.

Т’Хоофт (t'Hooft Gerardus) Герардус (1946 г.р.), фамилия читается "ut Hooft". Голландский физик-теоретик, доктор из Утрехтского университета (Rijks-universiteit te Utrecht, Нидерланды), лауреат Нобелевской премии 1999 года.

Вайнберг (Weinberg Steven) Стивен (1933-1996), американский физик, лауреат Нобелевской премии (1979) по физике, сотрудник Техасского университета в Остине (США).
Weinberg S., «Gravitation and Cosmology», John Wiley, 1972. Русский перевод: Вайнберг С., «Гравитация и космология». М.: Мир, 1975.
Steven Weinberg, The First Three Minutes, New York: Basic Books, 1977. Русский перевод: Вайнберг С., «Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной». М.: Энергоиздат, 1981. 208 с.
Weinberg S., «Dreams of a Final Teory» («Мечты об окончательной теории»), New York: Pantheon Books, 1992, p. 255.
Weinberg S., «The quantum theory of fields» («Квантовая теория поля»), Cambridge,
2000. Русский перевод: Вайнберг С., «Квантовая теория поля». Перевод с англ. В 2-х томах. М.: Физматлит, 2003 (Том 1. Общая теория, 648 с.; Том 2. Современные приложения, 528 с.). Вайнберг С., «Квантовая теория поля». Том 3. Суперсимметрия, М.: Фазис, 2002. 458 с.