Changes
/* 4 */
Թվում է, թե Էյնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը նկարագրում է տիեզերքի խոշորամասշտաբ կառուցվածքը։ Դա այն է, ինչը կոչվում է դասական տեսություն, որը հաշվի չի առնում քվանտային մեխանիկայի անորոշության սկզբունքը, ինչը հարկավոր է մյուս տեսությունների հետ ներդաշնակ լինելու համար։ Սակայն այս անտեսումը հարաբերականության ընդհանուր տեսության կանխատեսումների և դիտարկումների միջև հսկայական պատճառ չի դառնում, որովհետև գրավիտացիոն դաշտը, որի հետ մենք առնչվում ենք շատ թույլ է։ Բայց, ինչպես ցույց են տալիս վերը նշված եզակիության թեորեմները, ձգողական դաշտը խիստ ուժեղանում է առնվազն երկու պարագայում՝ սև խոռոչների և Մեծ պայթյունի համար։ Այսպիսի ուժեղ դաշտերում քվանտային մեխանիկայի դերը շատ կարևոր է։ Այլ կերպ ասած, դասական հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը՝ կանխագուշակելով անսահման խիտ կետերի առաջացումը, նախանշեց իր սեփական անզորությունը ճիշտ այնպես, ինչպես դասական (այսինքն՝ ոչ քվանտային) մեխանիկան կանխագուշակեց իր կործանումը, կանխագուշակելով, որ ատոմները պիտի կոլապսվեն մինչև անսահման մեծ խտության։ Մենք դեռևս չունենք կատարյալ և հետևողական մի տեսություն, որը միավորեր ընդհանուր հարաբերականությունը և քվանտային մեխանիկան, բայց գիտենք, թե այդպիսի միացյալ տեսությունն ինչպիսի հատկանիշներ պիտի ունենա։ Թե այն ինչպիսի հետևանքներ կարող է ունենալ սև խոռոչների և Մեծ պայթյունի էությունները բացատրելու համար, կնգարագրվի հաջորդ գլուխներում։ Մի պահ, սակայն, անդրադառնանք ժամանակակից այն աշխատանքներին, որոնք փորձում են բնության մեջ գործող այլ ուժերի մասին մեր ունեցած պատկերացումներն ամփոփել մի եզակի, միացյալ քվանտային տեսության մեջ։
==5==
Տարրական մասնիկների և բնության ուժերը
Արիստոտելը հավատացած էր, որ տիեզերքում ամեն ինչ կազմված է չորս հիմնական տարրերից՝ հողից, օդից, կրակից և ջրից։ Այդ տարրերի վրա ազդում է երկու ուժ․ ծանրությունը, որի շնորհիվ հողն ու ջուրը ձգտում են ներքև իջնել, և թեթևությունը, որը օդի ու կրակի վեր բարձրանալու պատճառն է։ Տիեզերքի պարունակության այս բաժանումը նյութի և ուժերի՝ օգտագործվում է մինչև օրս։
Արիստոտելը կարծում էր, որ նյութն անվերջ բաժանելի է, այն է՝ կարելի է նյութն անվերջ բաժանել մասերի և ոչ ոք չի գտնի նյութի այնպիսի հատիկ, որն այլևս բաժանել հնարավոր չլինի։ Սակայն Դեմոկրիտը և մի քանի հույներ պնդում էին, որ նյութն, ըստ էության, հատիկային բնույթ ունի և ամեն ինչ կառուցված է մեծ թվով տարբեր տեսակի ատոմներից (ատոմ բառը հունարեն նշանակում է «անբաժանելի»)։ Այդ վեճը շարունակվեց դարեր՝ առանց կողմերից որևէ մեկի ճշմարտացիությունը հաստատող իրական ապացույցների, մինչև 1803֊ին անգլիացի քիմիկոս և ֆիզիկոս Ջոն Դալտոնն ուշադրություն հրավիրեց այն փաստի վրա, որ քիմիական միացությունները, որ միշտ առաջանում են որոշակի հարաբերություններով, կարելի է ներկայացնել որպես միմյանց հետ ատոմների խմբավորում կազմած նոր միավորներ, որոնք կոչվում են մոլեկուլներ։ Սակայն այդ վեճը տեսակետների երկու դպրոցների միջև լուծվեց ի նպաստ ատոմիստների միայն մեր դարասկզբին։ Դրա ամենակարևոր ֆիզիկական ապացույցներից մեկը տվեց Էյնշտեյնը մի հոդվածում, հատուկ հարաբերականության մասին հայտնի հոդվածից մի քանի շաբաթ առաջ նշում էր, թե բրոունյան կոչված շարժումը՝ հեղուկում ընկղմված փոշու մասնիկների անկանոն, կամայական շարժումը կարող է բացատրվել նրանով, որ հեղուկի ատոմները բախվում են փոշու մասնիկների հետ։
Այդ ժամանակ արդեն կասկածներ կային այն մասին, որ ատոմներն ի վերջո ևս բաժանելի պետք է լինեն։ Դրանից մի քանի տարի առաջ, Քեմբրիջի Թրինիթի քոլեջում, Ջ․ Ջ․ Թոմսոնը ցույց էր տվել նյութի էլեկտրոն կոչված մասնիկի գոյությունը, որի զանգվածը հազարից ավելի անգամ փոքր էր ամենաթեթև ատոմի՝ ջրածնի զանգվածից։ Թոմսոնի օգտագործած սարքը բավականին նման էր ժամանակակից հեռուստացույցի պատկերաստեղծ խողովակի․ կարմիր շիկացած մետաղական լարը էլեկտրոններ է արձակում և, որովհետև դրանք լիցքավորված են բացասական լիցքով, արագացվում են էլեկտրական դաշտով և ուղղվում դեպի ֆոսֆորապատ էկրանը։ Բախվելով էկրանին, էլեկտրոններն առաջացնում են լույսի փայլատակումներ։ Շուտով պարզվեց, որ այս էլեկտրոններն արձակվում են ատոմներից, և 1911֊ին անգլիացի ֆիզիկոս Էռնեստ Ռեզեֆորդը ցույց տվեց, որ ատոմն ունի ներքին կառուցվածք, այն կազմված է շատ փոքր, դրական լիցքավորված միջուկից, որի շուրջ պտտվում են որոշ թվով էլեկտրոններ։ Նա հանգեց այդ եզրակացությանը վերլուծելով ռադիոակտիվ տարրերի քայքայման արդյունքում առաջացող դրական լիցքավորված α֊մասնիկների՝ ատոմների հետ բախման հետևանքով, հետագծերի շեղումները։
Սկզբնական շրջանում կարծում էին, թե միջուկը կազմված է էլեկտրոններից և տարբեր թվով դրական լիցքավորված մասնիկներից, որոնք անվանվեցին պրոտոններ՝ հունարեն «առաջին» բառից, քանի որ հավատացած էին, թե դա այն հիմնական միավորն է, որից կազմված է նյութը։ Սակայն 1932֊ին Քեմբրիջում Ռեզերֆորդի գործընկերներ Ջեյմս Չադվիկը հայտնաբերեց, որ միջուկում առկա է մի այլ մասնիկ ևս, որն անվանվեց նեյտրոն։ Այն համարյա նույն զանգվածն ունի, ինչ պրոտոնը, բայց էլեկտրաչեզոք է։ Այս հայտնագործության համար Չադվիկին շնորհվեց Նոբելյան մրցանակ, և նա ընտրվեց Քեմբրիջի Կայուս և Գոնվիլ քոլեջի ղեկավար (ես այժմ այդ քոլեջում խորհրդի անդամ եմ)։ Հետագայում Չադվիկը հրաժարվեց ղեկավար պաշտոնից՝ խորհրդի անդամների հետ անհամաձայնության պատճառով։ Քոլեջում խիստ լարված վիճակ էր ստեղծվել, այն բանից հետո, երբ պատերազմից վերադարձած շատ երիտասարդ գիտնականներ հեռացրել էին երկար տարիներ խորհրդում պաշտոն զբաղեցրած հին անդամներին։ Սա ինձնից առաջ էր, երբ ես 1965 թվականին դարձա քոլեջի խորհրդի անդամ, վեճի վերջին փուլն էր․ նմանօրինակ վեճերը պատճառ դարձան, որպեսզի մի այլ Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր, մագիստրոս պրն Նեվիլ Մոտը նույնպես հրաժարական տար։
Սրանից մոտավորապես քսան տարի առաջ տարածված էր այն տեսակետը, թե պրոտոնը և նեյտրոնը տարրական մասնիկներ են, սակայն, երբ ուսումնասիրվեցին մեծ արագությամբ շարժվող պրոտոնների բախումներն այլ պրոտոնների կամ էլեկտրոնների հետ, պարզվեց, որ դրանք կազմված են ավելի փոքր մասնիկնեից։ Երբ մասնիկներն անվանվեցին քվարկներ Կալիֆոռնիայի տեխնոլոգիական ինստիտուտի աշխատակից, ֆիզիկոս Մյուրել Գել֊Մանի կողմից, որը և 1969 թվականին այդ աշխատանքների համար արժանացավ Նոբելյան մրցանակի։ Քվարկ բառն ծագել է Ջեյմս Ջոյսի մի առեղծվածային մեջբերումից․ «երեք քվարկ Մուստեր Մարկի համար»։ Անգլերենում quark բառը պետք է արտասանվի guart֊ի նման, միայն թե k֊ով, բայց սովորաբար արտաբերվում է lark֊ հանգով։
Կան քվարկների մի քանի տեսակներ․ ենթադրվում է, որ նրանք ունեն 6 «բույր», որոնք կոչվում են վեր, վար, տարօրինակություն, հմայք, հատակ և գագաթ։ Յուրաքանչյուր «բույր» ունի երեք «գույն»՝ կարմիր, կանաչ և կապույտ։ (Պետք է նշել, որ սրանք լոկ պիտակներ են՝ քվարկներն ավելի փոքր են, քան տեսանելի լույսի ալիքի երկարությունը և հետևաբար սովորական իմաստով գունավոր չեն։ Ժամանակակից ֆիզիկոսները, ինչպես երևում է, վառ երևակայություն ունեն և նոր մասնիկներն ու երևույթները անվանելիս այլևս չեն սահմանափակվում հունարեն լեզվով)։ Պրոտոնը կամ նեյտրոնը կազմված են երեք քվարկներից՝ յուրաքանչյուր գույնից մեկ հատ։ Պրոտոնը պարունակում է երկու վեր և մեկ վար քվարկ, իսկ նեյտրոնը՝ երկու վար և մեկ վեր քվարկ։ Հնարավոր է մասնիկներ ստեղծել, օգտագործելով մյուս քվարկները (տարօրինակություն, հմայք, հատակ և գագաթ), բայց այս քվարկների զանգվածները շատ մեծ են և արագ քայքայվելով՝ վերածվում են պրոտոնների և նեյտրոնների։
Ինչպես արդեն տեսանք, ոչ միայն ատոմները, այլև նրանց կազմի մեջ մտնող պրոտոններն ու նեյտրոններն են բաժանելի։ Հարց է ծագում՝ որո՞նք են այն իրական տարրական մասնիկները՝ հիմնական շինաղյուսները, որոնցով շինված է ամեն ինչ։ Քանի որ լույսի ալիքի երկարությունն ավելի մեծ է, քան ատոմի չափը, հետևաբար մենք չենք կարող հուսալ, որ հնարավոր է «տեսնել» ատոմի մասերը սովորական ճանապարհով։ Այդ նպատակի համար պետք է օգտագործել ավելի փոքր ալիքի երկարություն ունեցող ինչ֊որ բան։ Քվանտային մեխանիկայի համաձայն, ինչպես տեսանք նախորդ գլխում, բոլոր մասնիկները փաստորեն միևնույն ժամանակ ալիքներ են, և որքան մեծ է մասնիկի էներգիան, այնքան փոքր է համապատասխան ալիքի երկարությունը։ Մեր հարցի պատասխանը կախված կլինի այն բանից, թե որքան բարձր էներգիայով օժտված մասնիկ կունենանք մեր տրամադրության տակ, որպեսզի համապատասխանաբար փոքր ալիքի երկարությամբ տեսանելի լինեն տարրական մասնիկները։ Մասնիկների էներգիան սովորաբար չափվում է Էլեկտրոն֊Վոլտ կոչվող միավորներով։ (Թոմսոնի էլեկտրոնների հետ կատարած փորձերից մենք տեսանք, որ նա էլեկտրոնների արագացման համար օգտագործել էր էլեկտրական դաշտը։ Այն էներգիան, որ էլեկտրոնը ձեռք է բերում մեկ Վոլտ լարվածություն ունեցող էլեկտրական դաշտում, կոչվում է Էլեկտրոն֊Վոլտ)։ XIX դարում, երբ մարդկությանը հայտնի էր մասնիկի համար միայն մի քանի Էլեկտրոն֊Վոլտ էներգիան, որն առաջանում էր այնպիսի քիմիական ռեակցիաներից, ինչպիսին այրումն է, տարածված էր այն կարծիքը, թե ատոմը փոքրագույն մասնիկն է։ Ռեզերֆորդի փորձերի ժամանակ α-մասնիկների էներգիան միլիոնավոր Էլեկտրոն֊Վոլտի էր հասնում։ Այժմ մենք գիտենք՝ ինչպես օգտագործել էլեկրտամագնիսական դաշտերի ուժը, որպեսզի մասնիկները ձեռք բերեն նախ միլիոնավոր, ապա հազար միլիոնավոր Էլեկտրոն֊Վոլտ էներգիա։ Այս առաջադիմության շնորհիվ այսօր գիտենք, որ այն մասնիկները, որոնք քսան տարի առաջ «տարրական» էին համարվում կազմված էին ավելի փոքր մասնիկներից։ Քանի որ այժմ հնարավոր է շատ ավելի մեծ էներգիա ունեցող մասնիկներ ունենալ, մեզ կհաջողվի՞ արդյոք տարրական համարվող մասնիկներում ավելի փոքր մասնիկներ գտնել։ Այս բանը, իհարկե, հնարավոր է, և՛ տեսական հիմքեր կան, և՛ կամ շատ ենք մոտեցել դրան, որպեսզի ընդունենք, որ բնության վերջակետային շինաղյուսները ճանաչելու համար բավարար գիտելիքներ կան։
Նախորդ գլխում քննարկված արլիք֊մասնիկային երկվվությունն օգտագործելով՝ մենք տիեզերքում ամեն ինչ, ներառյալ նաև լույսը և գրավիտացիան, կարող ենք նկարագրել մասնիկային տեսանկյունից։ Այս մասնիկները մի հատկություն ունեն, որը կոչվում է սպին։ Սպինը ըմբռնելու համար սովորաբար մասնիկը պատկերացնում են որպես փոքր հոլ, որը պտտվում է իր առանցքի շուրջ։ Այդպիսի պատկերացումը խաբուսիկ է, որովհետև քվանտային մեխանիկայի համաձայն, մասնիկները ճշգրիտ սահմանված պտտման առանցք չունեն։ Սպին ասելով պիտի հասկանալ, թե ինչպես է երևում մասնիկը, երբ այն դիտարկվում է տարբեր ուղղություններից։ Օրինակ, սպին չունեցող (0 սպին ունեցող) մասնիկը նման է կետի, որը բոլոր ուղղություններով միանման է երևում երևում (նկ․5.1 ― 1)։ Մյուս կողմից մեկ սպին ունեցող մասնիկը նման է կետի և տարբեր ուղղություններից տարբեր է երևում։ Միայն մեկ լրիվ շրջապտույտից հետո (360 աստիճան) գալիս է նույն տեսքին (նկ․ 5.1 ― 2)։
Իսկ 2 սպին ունեցող մասնիկը նման է երկկողմանի սլաքի (նկ․5.1 ― 3), այն նույն տեսքը կստանա կես (180 աստիճան) պտույտից հետո։ Նման ձևով ավելի մեծ սպին ունեցող մասնիկը նույնը կերևա, երբ պտտվի որոշակի անկյուններով։ Շատ տարօրինակ, բայց ուշադրության արժանի է այն, որ մասնիկներ կան, որոնք նույնը չեն երևում մի ամբողջ շրջան՝ 360 աստիճան, պտույտից հետո, որպեսզի դրանք նույնը երևան, պետք է երկու լրիվ շրջապտույտ կատարեն։ Այսպիսի մասնիկների սպինը պայմանականորեն ընդունված է 1/2:
Տիեզերքում մեզ հայտնի բոլոր մասնիկները կարելի է բաժանել երկու խմբի․ 1/2 սպին ունեցող մասնիկների, որոնք կազմում են տիեզերքի նյութը (նյութական մասնիկներ) և 0,1 ու 2 սպին ունեցող մասնիկների, որոնք, ինչպես հետո կտեսնենք, պայմանավորում են նյութական մասնիկների միջև գործող ուժերը։ Նյութական մասնիկները ենթարկվում են Պաուլիի արգելակման սկզբունքին։ Այս սկզբունքը 1925 թվականին հայտնագործել է ավստիացի ֆիզիկոս Վոլֆանգ Պաուլին, որի համար 1945 թվականին արժանացավ Նոբելյան մրցանակի։ Պաուլին տեսական ֆիզիկոսի նախատիպն էր․ նրա մասին ասում էին, թե բավական էր, որ նա գտնվեր տվյալ քաղաքում, որպեսզի ֆիզիկայի փորձերը ձախողվեն։ Պաուլիի սկզբունքի էությունն այն է, որ երկու միանման մասնիկներ չեն կարող նույն դիրքն ու նույն արագությունն ունենալ, անորոշության սկզբունքի սահմաններում։ Պաուլիի արգելակման սկզբունքը վճռական նշանակություն ունի, որովհետև բացատրում է, թե ինչու նյութական մասնիկները կոլապսի չեն ենթարկվում և չեն հասնում գերխիտ վիճակի՝ 0 և 2 ապին ունեցող մասնիկների առաջացրած ուժերի ազդեցության տակ։ Եթե նյութական մասնիկները մոտավորապես նույն դիրքն ունենան, պետք է տարբեր արագություններ ունենան և հետևաբար չեն կարող երկար ժամանակ միևնույն տեղում մնալ։ Ակնհայտ է, որ եթե աշխարհը ստեղծված լիներ առանց արգելակման սկզբունքի, ապա քվարկները չպիտի կարողնային ինքնուրույն որոշակի պրոտոններ և նեյտրոններ առաջացնել։ Իսկ վերջիններս իրենց հերթին չէին կարողանա էլեկտրոնների հետ ինքնուրույն որոշակի ատոմներ առաջացնել։ Տեղի կունենար մի մեծ կոլապս և կառաջանար քիչ թե շատ համասեռ, թանձր մի «ապուր»։
Էլեկտրոնի և 1/2 սպին ունեցող այլ մասնիկների մասին ճշգրիտ գիտելիքներ ձեռք են բերվել սկսած միայն 1928 թ․, երբ Պոլ Դիրակը տվեց իր տեսությունը։ Դիրակը հետագայում ընտրվեց Քեմբրիջի համալսարանի մաթեմատիկայի լուկասյան պրոֆեսոր (պաշտոն, որը ժամանակին զբաղեցրել է Նյուտոնը, այսօր՝ ևս ես)։ Դիրակի տեսությունն առաջինն է իր տեսակի մեջ, որ համատեղելի էր և՛ քվանտային մեխանիկայի, և՛ հարաբերականության հատուկ տեսության հետ։ Այն մաթեմատիկորեն բացատրում էր, թե էլեկտրոնի սպինը ինչու է 1/2, այսինքն՝ էլեկտրոնն ինչո՞ւ ինքն իրեն չի նմանվում մեկ լրիվ շրջապտույտից հետո, այլ միայն՝ երկու շրջապտույտից հետո։ Կանխագուշակեց նաև, որ էլեկտրոնը պետք է մի զուգընկեր ունենա՝ հակաէլեկտրոն կամ պոզիտրոն։ Պոզիտրոնի հայտնագործումը 1932 թվականին հաստատեց Դիրակի տեսության ճշտությունը և 1933 թվականին նրան դարձրեց Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր՝ ֆիզիկայի բնագավառում։<ref>Ավելի ուշ, 60 ― 70֊ական թվականներին, մի առիթով Դիրակը սրամտեց, որպեսզի իմանանք, թե ինչ բան է էլեկտրոնը, պետք է իմանալ՝ ինչ բան է էլեկտրականությունը, իսկ որպեսզի վերջինիս ինչ լինելը իմանանք, հարկավոր է իմանալ, թե ինչ բան է էլեկտրոնը։</ref> Մենք այժմ գիտենք, որ ամեն մասնիկ ունի իր հակամասնիկը, և երբ մասնիկն ու հակամասնիկը հանդիպեն միմյանց, տեղի կունենա դրանց ոչնչացում (աննիհիլացում)։ (Պետք է նշել, որ ուժակիր մասնիկների հակամասնիկները նրանցից ոչնչով չեն տարբերվում)։ Հնարավոր է, որ հակաաշխարհներ և նույնիսկ հակաժողովուրդներ գոյություն ունենան, որոնք կազմված են հակամասնիկներից։ Այնուամենայնիվ, եթե դուք հանդիպեք ձեր հակամարդուն, ձեռքը չսեղմեք, հակառակ դեպքում երկուսդ էլ կանէանաք՝ լույս արձակելով։ Թե ինչո՞ւ է թվում, որ մեր շրջապատում շատ ավելի մասնիկներ կան, քան հակամասնիկներ, չափազանց կարևոր հարց է, և ես դրան կանդրադառնամ այս գլխի վերջում։
Ենթադրվում է, որ քվանտային մեխանիկայում նյութական մասնիկների միջև գործող բոլոր ուժերը կամ փոխազդեցությունները կրում են այն մասնիկները, որոնք ունեն ամբողջական սպիններ՝ 0,1 կամ 2։ Տեղի է ունենում հետևյալը․ նյութական մասնիկը, ինչպես, օրինակ, էլեկտրոնը կամ քվարկը, արձակում է ուժակիր մի մասնիկ։ Դրանով պայմանավորված հետհարվածը փոխում է նյութական մասնիկի արագությունը։ Արձակված ուժակիր մասնիկը բախվում է մի այլ նյութական մասնիկի հետ և կլանվում։ Հետևաբար, փոխվում է նաև երկրորդ նյութական մասնիկի արագությունը և ստացվում է այնպես, կարծես երկու նյութական մասնիկների միջև ուժ է գործում։
Ուժակիր մասնիկների կարևոր հատկությունն այն է, որ նրանք չեն ենթարկվում արգելակման սկզբունքին։ Սա նշանակում է, որ կարող են կատարվել անսահման թվով փոխանակումներ և այսպիսով շատ հզոր փոխազդեցության ուժ առաջացնել։ Եթե ուժակիր մասնիկների զանգվածը մեծ լինի, ապա դրանց և՛ առաջացումը, և՛ փոխանակումը մեծ հեռավորությունների վրա դժվար կլինի։
Այսպիսով, դրանցով պայմանավորված փոխազդեցության ուժերը կլինեն կարճազդեցության կարգի։ Մյուս կողմից, եթե ուժակիր մասնիկը սեփական զանգված չունենա, ապա փոխազդեցության ուժը կլինի հեռազդեցության կարգի։ Նյութական մասնիկների միջև փոխանակվող ուժակիր մասնիկները կոչվում են վիրտուալ մասնիկներ, որովհետև դրանք, ի տարբերություն «իրական» մասնիկների (նյութական մասնիկների), ուղղակիորեն չեն հայտնաբերվում մասնիկային դետեկտորով։ Սակայն մենք գիտենք, որ նրանք գոյություն ունեն, որովհետև թողնում են չափելի ազդեցություն՝ ուժեր են առաջացնում նյութական մասնիկների միջև։ 0,1 և 2 ապին ունեցող մասնիկները նույնպես որոշ պարագաներում գոյություն ունեն որպես իրական մասնիկներ և նրանց կարելի է ուղղակիորեն հայտնաբերել։ Այս դեպքում նրանք մեզ համար կներկայանան այն վիճակում, որը դասական ֆիզիկոսն անվանում է ալիք, ինչպես, օրինակ, լույսի կամ գրավիտացիոն ալիքները։ Դրանք որոշ դեպքերում կարող են արձակվել, երբ նյութական մասնիկները միմյանց հետ փոխազդելով փոխանակում են վիտուալ ուժակիր մասնիկներ։ (Օրինակ, երկու էլեկտրոնների միջև գործող վանողական ուժն արդյունք է վիրտուալ ֆոտոնների փախանակման, որոնք երբեք չեն կարող ուղղակիորեն հայտնաբերվել, սակայն, եթե մի էլեկտրոն մյուսի կողքով անցնի, կարող են իրական ֆոտոններ արձակվել, որոնք մենք կգրանցենք որպես լույսի ալիքներ)։
Ուժակիր մասնիկները կարելի է բաժանել չորս դասի՝ կախված նրանց ուժի մեծությունից և այն բանից, թե ինչպիսի մասնիկների հետ են փոխազդում։ Պետք է նշել, որ այս բաժանումը պայմանական է, հարմար մասնակի տեսություններ մշակելու համար, սակայն խորը հիմնավորում չունի։ Վերջ ի վերջո ֆիզիկոսների մեծ մասը հույս ունի մի միացյալ տեսություն մշակել և այս չորս ուժերը բացատրել որպես նույն եզակի ուժի տարբեր արտահայտություններ։
Կարելի է ասել, որ սա այսօր ֆիզիկոսների հիմնական նպատակն է։ Վերջերս հաջող փորձեր են արվել այս չորս դասից երեքը միավորելու, և ես այս գլխում կխոսեմ այդ մասին։ Մյուս դասի ուժի՝ գրավիտացիայի միավորման հարցը կքննարկենք հետագայում։
Այդ չորս դասի ուժերից առաջինը գրավիտացիոն ուժն է։ Այն համոզիչ (ունիվերսալ) է, այսինքն՝ ամեն մասնիկ ենթարկվում է գրավիտացիոն ուժին՝ իր զանգվածի և էներգիայի համապատասխան։ Գրավիտացիան այդ չորս տեսակի ուժերից ամենաթույլն է, այնքան թույլ է, որ այն հնարավոր չէր լինի նկատել, եթե չունենար երկու առանձնահատկություն, այն է․ կարող է ազդել շատ մեծ հեռավորությունների վրա և իր բնույթով միշտ ձգողական է։ Դա նշանակում է, որ երկու մեծ մարմինների, ինչպիսիք են, օրինակ, արևը և երկիրը, առանձին մասնիկների միջև առկա բոլոր ձգողական թույլ ուժերը գումարվելով առաջացնում են զգալի մի ուժ։ Մյուս երեք ուժերը կամ գործում են շատ փոքր հեռավորությունների վրա, կամ ժամանակ առ ժամանակ ձգողական և վանողական դառնալով չեզոքացնում են միմյանց։ Գրավիտացիոն դաշտը քվանտային մեխանիկայի տեսանկյունից դիտելիս, երկու նյութական մասնիկների միջև գործող ուժը կրողը պատկերանում է որպես 2 սպին ունեցող մի մասնիկ, որը կոչվում է գրավիտոն։ Դա սեփական զանգված չունի, այդպիսով նրա կրած ուժը հեռազդող է։ Արևի և երկրի միջև առկա գրավիտացիոն ուժը վերագրվում է այս երկու մարմինները կազմող մասնիկների միջև գրավիտոնների փախանակմանը։ Թեև փախանակվող մասնիկները վիրտուալ են, սակայն նրանք տալիս են չափելի արդյունք, պայմանավորում են երկրի պտույտը արևի շուրջը։ Իրական գրավիտոնները, որոնք դասական ֆիզիկոսներն անվանում են գրավիտացիոն ալիքներ, շատ թույլ են և այնքան դժվար հայտնաբերելի, որ դեռ երբեք չեն դիտվել։
Հաջորդ դասը էլեկտամագնիսական ուժն է, որը գործում է լիցքավորված մասնիկների միջև, ինչպիսիք են էլեկտրոնները և քվարկները, բայց ոչ երբեք գրավիտոնները, որոնք լիցքավորված չեն։ Էլեկտրամագնիսական ուժը շատ ավելի մեծ է, քան գրավիտացիոն ուժը․ երկու էլեկտրոնների միջև գործող էլեկտրամագնիսական ուժը գրավիտացիոն ուժի համեմատ մեծ է մոտավորապես միլիոն միլիոն միլիոն միլիոն միլիոն միլիոն անգամ (1֊ից հետո 42 զերո)։ Ընդ որում, գոյություն ունի էլեկտրական լիցքերի երկու տեսակ՝ դրական և բացասական։ Երկու դրական լիցքերի միջև փոխազդեցության ուժը վանողական է, նույնը տեղի ունի նաև երկու բացասական լիցքերի միջև, բայց դրական և բացասական լիցքերի միջև ուժը ձգողական է։ Մեծ մարմինը, ինչպես օրինակ, արևը կամ երկիրը, պարունակում են մոտավորապես հավասար քանակով դրական և բացասական լիցքեր։ Հետևաբար նրանց առանձին մասնիկների միջև ձգողական և վանողական ուժերը իրար ոչնչացնում են, և էլեկտրամագնիսական ուժը շատ փոքր է։ Սակայն ատոմների և մոլեկուլների չափերի կարգի հեռավորություններում էլեկտամագնիսական ուժը տիրապետող է։ Բացասական էլեկտրոնների և միջուկի դրական պրոտոնների միջև էլեկտրամագնիսական ձգողությունը պայմանավորում է ատոմում էլեկտրոնների պտույտը միջուկի շուրջ այնպես, ինչպես գրավիտացիոն ձգողությունն է պատճառը, որ երկիրը պտտվի արևի շուրջ։ Էլեկտրամագնիսական ձգողությունը կարելի է պատկերել որպես մեծ թվով վիրտուալ, զանգված չունեցող, 1 սպինով մասնիկների՝ ֆոտոնների փոխանակման հետևանք։ Փոխանակվող ֆոտոնները նույնպես վիտուալ մասնիկներ են։ Ընդ որում, երբ ատոմի մեջ էլեկտրոնը մի թույլատրելի ուղեծրից անցնում է մյուսին՝ միջուկին ավելի մոտիկ ուղեծիր, ատոմից էներգիա է անջատվում և արձակվում է իրական ֆոտոն, որը կարող է դիտվել սովորական աչքով որպես տեսանելի լույս, եթե այն տեսանելիության տիրույթում է, կամ գրանցվել դետեկտորով՝ որպես լուսանկարչական ֆիլմ։ Հանգունորեն, եթե իրական ֆոտոնը բախվի ատոմի հետ, ապա այն կարող է էլեկտրոնը միջուկին մոտիկ ուղեծրից տեղափոխել ավելի հեռու գտնվող ուղեծիր։ Այս դեպքում տեղի է ունենում ֆոտոնի էներգիայի օգտագործում, այսինքն՝ ֆոտոնի կլանում։
Ուժերի երրորդ դասը կոչվում է թույլ միջուկային ուժ, որը պատասխանատու է ռադիոակտիվության համար և ներգործում է 1/2 սպին ունեցող բոլոր նյութական մասնիկների վրա, բայց ոչ 0,1 կամ 2 սպին ունեցող մասնիկների, ինչպիսիք են ֆոտոնը և գրավիտոնը։ Թույլ միջուկային ուժի բնույթը հասկանալի չէր մինչև 1967 թիվը, երբ Լոնդոնի Կայսերական քոլեջից Աբդուս Սալամը և Հարվարդի համալսարանից Ստիվեն Ուայնբերգն առաջարկեցին իրենց տեսությունները․ սրանցում այդ փոխազդեցությունը միաձուլվել էր էլեկտրամագնիսական ուժի հետ, ինչպես դրանից հարյուր տարի առաջ Մաքսվելն էր միավորել էլեկտրամագնիսականությունը մագնիսականության հետ։ Նրանք այն միտքն արտահայտեցին, որ ֆոտոնից բացի կան 1 սպին ունեցող 3 այլ մասնիկներ ևս, որոնք թույլ ուժը կրողներ են և բոլորը միասին կոչվեցին զանգվածեղ վեկտոր բոզոններ։ Այդ բոզոնները կոչվում են W + (արտասանվում է դաբլյու պլյուս), W - (դաբլյու մինուս) և Z° (զեթ զերո) և յուրաքանչյուրի զանգվածը շուրջ 100 ԳԵՎ է (ԳԵՎ ― նշանակում է Գիգա Էլեկտրոն֊Վոլտ կամ հազար միլիոն Էլեկտրոն֊Վոլտ): Ուայնբերգ Սալամի տեսությունը բացահայտեց մի հատկություն, որ հայտնի է որպես ինքնակամ համաչափության խզում։ Այսինքն այն, որ թվում էր թե ցածր էներգիայի դեպքում մասնիկները բոլորովին տարբեր են, իրականում դրանք նույն տեսակի են, բայց գտնվում են տարբեր վիճակներում։ Բարձր էներգիայի պայմաններում բոլոր այս մասնիկների վարքը նույնն է։ Այս երևույթը նման է ռուլետի խաղանիվի գնդակի վարքին։ Բարձր էներգիաների դեպքում (երբ անիվը արագ է պտտվում) գնդակը միայն մի վարք ունի․ պտտվում է և պտտվում։ Բայց երբ անիվը դանդաղում է, գնդակի էներգիան նվազում է, և այն վերջապես ընկնում է անիվի երեսունյոթ անցքերից մեկի մեջ։
Համաձայն Ուայնբերգ֊Սալամի տեսության, երբ էներգիան 100 ԳԵՎ֊ից բարձր է, ապա երեք նոր մասնիկները՝ W+, W- և Z°֊ն, ինչպես նաև ֆոտոնը կունենան նույնանման վարք։ Բայց քանի որ բնականոն պայմաններում մասնիկի էներգիան ցածր է լինում, մասնիկների համաչափությունը խզվում է։ W+ W- մասնիկների զանգվածները մեծանում են՝ նրանց կրած ուժերը դարձնելով շատ կարճազդեցության կարգի։ Երբ Ուայնբերգը և Սալամը առաջարկեցին այս տեսությունը, շատ քչերը հավատացին դրան, իսկ այն ժամանակ չկային բավարար հզորությամբ մասնիկների արագացուցիչներ, որոնք էներգիան հասցնեին 100 ԳԵՎ֊ի, ինչը պահանջում էր իրական W+, W- և Z° մասնիկներ առաջացնելու համար։ Այնուամենայնիվ, հաջորդ 10 տարիների ընթացքում այդ տեսության այլ կանխագուշակումները ցածր էներգիայի պայմաններում այնքան մեծ ճշգրտությամբ համընկան փորձնական տվյալների հետ, որ1979 թվականին Սալամն ու Ուայնբերգը և Հարվարդի համալսարանից Շելդոն Գլեշոուին, որը նույնանման միասնական մի տեսություն էր առաջարկել էլեկտրամագնիսական և թույլ միջուկային ուժերի համար, արժանացան Նոբելյան մրցանակի ֆիզիկայի բնագավառում։ Նոբելյան հանձնաժողովին սխալ գործած լինելու անհարմար վիճակից փրկեց Միջուկային հետազոտությունների եվրոպական կենտրոնը (ՑԵՌՆ ― CERN) երբ 1983 թվականին հայտնաբերվեցին ֆոտոնի զանգված ունեցող երեք զուգընկերները, որոնք ունեին ճշգրիտ կանխագուշակված զանգվածներ և այլ հատկությունները։ Կառլո Ռուբիան, որ ղեկավարում էր հայտնագործությունը կատարած հարյուրավոր ֆիզիկոսների աշխատանքը, և Սայմոն վան դեր Միըլրին, որ կառուցել էր հակամարմինների պահեստային համակարգ, 1984 թ․ արժանացան Նոբելյան մրցանակի։ (Այսօր փորձարարական ֆիզիկայի բնագավառում անհնարին է շոշափելի հաջողության հասնել, եթե արդեն իսկ բարձրունքների չես հասել)։
Ուժերի չորրորդ դասը միջուկային փոխազդեցության հզոր ուժն է, որով քվարկներն իրար են կապվում պրոտոններում և նեյտրոններում, իսկ պրոտոնները և նեյտրոնները իրար են կապվում ատոմի միջուկում։ Կա այն կարծիքը, որ այս ուժը կրող մասնիկը 1 սպին ունի, այն կոչվում է գլյուոն և փոխազդում է ինքն իր և քվարկների հետ։ Հզոր միջուկային ուժը օժտված է շատ տարօրինակ հատկությամբ, որը կոչվում է կասեցում․ այն միշտ մասնիկներն իրար է կապում՝ առաջացնելով համակցություններ, որոնք գույն չունեն։ Քվարկը միայնակ չի կարող գոյություն ունենալ, որովհետև այն ունի գույն (կարմիր կանաչ և կապույտ)։ Որպեսզի այն գոյություն ունենա, պետք է կարմիր քվարկը միանա, ասենք, կանաչ և կապույտ քվարկների հետ գլյուոնների «լարանով» (կարմիր + կանաչ + կապույտ = սպիտակ)։ Այսպիսի եռյակ կազմություն է հենց պրոտոնը կամ նեյտրոնը։ Մեկ այլ հնարավորություն է քվարկ և հակաքվարկ զույգը (կարմիր+ հակակարմիր կամ կանաչ + հակականաչ կամ կապույտ = սպիտակ)։ Այսպիսի համակցություններն առաջացնում են, այսպես կոչված, մեզոններ, որոնք անկայուն են, քանի որ քվարկն ու հակաքվարկը կարող են իրար ոչնչացնել և առաջացնել էլեկտրոններ կամ այլ մասնիկներ։ Նման ձևով կասեցման հատկությունը թույլ չի տալիս նաև, որ գլյուոնը միայնակ գոյություն ունենա, քանի որ այն նույնպես գունավոր է։ Այս պատճառով կարող է գոյություն ունենալ գլյուոնների այնպիսի հավաքածու, որում գույների գումարը սպիտակ է։ Այդպիսի հավաքածուն առաջացնում է անկայուն մի մասնիկ, որը կոչվում է գլյուբոլ (անգլ․՝ սոսնձագունդ)։
Այն փաստը, որ կասեցման հատկությունը թույլ չի տալիս դիտարկել քվարկը և գլյուոնը մեկուսացած վիճակում, թերևս մտածել տա, որ քվարկ ու գլյուոն հասկացությունները, որպես մասնիկներ, ինչ֊որ չափով մետաֆիզիկական են։ Սակայն հզոր միջուկային ուժը մի այլ հատկություն ունի, որը կոչվում է սիմպտոմային ազատություն և որոշակիորեն իմաստավորում է քվարկներ և գլյուոններ հասկացությունները։ Սովորական էներգիայի պայմաններում հզոր միջուկային ուժը իսկապես այնքան ուժեղ է, որ մեծ ուժով իրար է կապում քվարկները։ Բայց մեծ մասնիկային արագացուցիչներով կատարված փորձերը ցույց են տալիս, որ բարձր էներգիաների պայմաններում միջուկային ուժը շատ է թուլանում, և քվարկներն ու գլյուոնները իրենց պահում են որպես ազատ մասնիկներ։
Նկ․ 5.2֊ում ցույց է տրված բարձր էներգիայով պրոտոնի և հակապրոտոնի բախման լուսանկարը։ Առաջացել են մի քանի գրեթե ազատ, քվարկներ, և նկարում երևում են հետագծա «ցայտեր»։
Էլեկտրամագնիսական և թույլ միջուկային ուժերի միասնականացման հաջողությունները պատճառ դարձան, որ սրանց միացվի հզոր միջուկային ուժը և ստեղծվի մի նոր միասնական տեսություն, որը կոչվում է մեծ միասնական տեսություն (ՄՄՏ ― GUT)։<ref>GUT անգլ․՝ grand unitied theory ― Մեծ միասնական տեսություն (ՄՄՏ):</ref>
Այստեղ անվանումն ավելի քան չափազանցված է, որովհետև ստացված տեսություններն այդքան էլ մեծ չեն և ոչ էլ լրիվ միասնական, քանի որ չեն ընգրկում գրավիտացիան։
Կամ տեսությունները լրիվ չեն, քանի որ պարունակում են մի շարք պարամետրեր, որոնց արժեքները տեսականորեն կանխագուշակելի չեն, այլ ընտրված են փորձնական տվյալներին համապատասխան։ Այնուամենայնիվ, կատարվել է մի քայլ դեպի ամբողջական, կատարյալ միասնական տեսության ստեղծումը։ ՄՄՏ֊ի հիմնական գաղափարը հետևյալն է, ինչպես ասվեց վերևում, հզոր միջուկային ուժը թուլանում է բարձր էներգիաների պայմաններում։ Մյուս կողմից, էլեկտրամագնիսական և թույլ ուժերը, որոնք ասիմետրորեն ազատ չեն, հզորանում են բարձր էներգիաների պայմաններում, որը կոչվում է մեծ միասնական էներգիա, այս երեք դասի ուժերը կունենան նույն ուժգնությունը, և կլինեն մեկ ուժի տարբեր արտահայտություններ։ ՄՄՏ֊ի համաձայն, այս պայմաններում 1/2 սպին ունեցող տարբեր նյութական մասնիկները, ինչպես օրինակ, քվարկն ու էլեկտրոնը, հիմնականում կլինեն նույնը, այսինքն՝ այդպիսով իրագործվում է մեկ այլ միավորում։
Մեծ միասնական էներգիայի արժեքը ճշգրիտ հայտնի չէ, բայց հավանաբար առնվազն հազար միլիոն միլիոն ԳԵՎ֊ի կարգի է։ Մասնիկային արագացուցիչների ժամանակակից սերունդը կարող է ապահովել մասնիկների բախումը մոտ հարյուր ԳԵՎ էներգիայի տակ, և ծրագրվում են այնպիսի արագացուցիչներ, որոնք կապահովեն մի քանի հազար ԳԵՎ էներգիա։ Բայց այն արագացուցիչը, որն ի վիճակի կլինի մասնիկներն արագացնել այնքան, որ նրանց էներգիան հասնի մեծ միասնության էներգիայի մակարդակին, պետք է այնքան մեծ լինի, որքան Արեգակնային համակարգն է, որն, իհարկե, ներկա տնտեսական պայմաններում անհնարին է։ Այսպիսով, մեծ միասնական տեսությունը հնարավոր չէ ուղղակիորեն ստուգել լաբորատոր պայմաններում։ Այնուամենայնիվ, ինչպես էլեկտրոմագնիսական և թույլ միջուկային ուժի միասնական տեսության դեպքում, այստեղ ևս կան ցածր էներգիական այնպիսի հետևանքներ, որոնք կարող են ստուգվել լաբորատոր պայմաններում։
Մեծ միասնական տեսության համար ամենահետաքրքրականն այն է, որ կանխագուշակեց նյութի հիմնական զանգվածը կազմող պրոտոնների ինքնակամ քայքայումն ավելի թեթև մասնիկների, ինչպիսիք են հակաէլեկտրոնները։ Իսկ այդ քայքայումը հնարավոր է այն պատճառով, որ մեծ միասնության էներգիայի պայմաններում քվարկների և հակաէլեկտրոնների միջև մի էական տարբերություն չկա։ Պրոտոնի կազմում ներառված երեք քվարկները սովորաբար այնքան էներգիա չունեն, որպեսզի վերածավեն հակաէլեկտրոնների, սակայն անորոշության սկզբունքի համաձայն, պրոտոնի կազմում գտնվող քվարկի էներգիան չի կարող ճշգրտորեն սևեռված լինել և, հնարավոր է, որ մի քվարկի էներգիան այնքան բարձր լինի, որ տեղի ունենա նրա անցումը հակաէլեկտրոնի։ Այդ դեպքում պրոտոնը կքայքայվի։ Քվարկի բավարար էներգիա ձեռք բերելու հավանականությունն այնքան փոքր է, որ դրա համար հարկավոր է առնվազն միլիոն միլոն միլիոն միլիոն տարի (1֊ից հետո 30 զերո)։ Այս ժամանակը շատ ավելի մեծ է, քան Մեծ պայթյունից մինչև օրս անցած ժամանակը, որը մոտ տասը հազար միլիտարի է (1֊ից հետո 10 զերո)։ Հետևաբար, կարելի է եզրակացնել, որ պրոտոնի ինքնակամ քայքայումը լաբորատոր պայմաններում ստուգման ենթակա չէ։ Սակայն քայքայման հայտնաբերման հնարավորությունը կարելի է մեծացնել, եթե օգտագործենք մեծ քանակով այնպիսի նյութ, որը պարունակում է մեծ թվով պրոտոններ։ (Օրինակ, եթե հնարավոր լինի տասը միլիոն միլիոն միլիոն միլիոն միլիոն (1֊ից հետո 31 զերո) պրոտոն դիտարկել մեկ տարվա ընթացքում, ապա սպասելի է, որ ՄՄՏ֊ի համաձայն մեկից ավելի պրոտոն քայքայվի։
Այդպիսի մի շարք փորձեր են դրվել, սակայն պրոտոնի կամ նեյտրոնի քայքայման որոշակի փաստ չի դիտվել։ Փորձերից մեկի համար օգտագործվեց ութը հազար տոննա ջուր Օհայո նահանգի Մորտոն աղահանքում (փորձը այնտեղ դրվեց տիեզերական ճառագայթման ազդեցության հետևանքներից խուսափելու համար)։ Քանի որ փորձի ընթացքում պրոտոնային ինքնակամ քայքայում չդիտվեց, ապա կարելի է եզրակացնել, որ պրոտոնի կյանքի տևողությունը տաս միլիոն միլիոն միլիոն միլիոն միլիոն միլիոն (1֊ից հետո 31 զերո) տարուց մեծ է։ Դա ավելին է, քան կանխագուշակում է պարզագույն Մեծ միասնության տեսությունը, սակայն, կան բազմաթիվ առավել մշակված տեսական տարբերակներ, որոնք կանխագուշակում են պրոտոնի կյանքի ավելի երկար տևողություն։ Հետևաբար այդ նպատակի համար հարկավոր է օգտագործել ավելի մեծ քանակի նյութ և դնել ավելի ճշգրիտ փորձեր։
Չնայած այսքան դժվար է պրոտոնի ինքնակամ քայքայում դիտելը, հնարավոր է, որ մեր իսկ գոյությունը պայմանավորված է հակադարձ գործընթացով՝ պրոտոնների կամ ավելի պարզ մասնիկների՝ քվարկների առաջացումով սկզբնական այնպիսի վիճակից, որում ավելի շատ հակաքվարկներ կային, քան քվարկներ, որը կարող է տիեզերքի սկզբնավորման ամենահավանական ճանապարհը լինել։ Երկրագնդի նյութը կազմված է հիմնականում պրոտոններից և նեյտրոններից, որոնք իրենց հերթին կազմված են քվարկներից։ Հակաքվարկներից առաջացած հակապրոտոններ և հականեյտրոններ չկան, բացառությամբ այն չնչին քանակի, որը հզոր արագացուցիչներում ստացել են ֆիզիկոսները։ Տիեզերական ճառագայթների հիման վրա ստացված արդյունքները ցույց են տալիս, որ վիճակը նույնն է մեր գալակտիկայում, ուր հակապրոտոններ և հականեյտրոններ չկան, բացի այն փոքր թվով մասնիկ֊հակամասնիկ զույգերից, որոնք առաջանում են բարձր էներգիա ունեցող մասնիկների բախման ընթացքում։ Եթե մեր գալակտիկայում լինեին հակամարմինների լայն տիրույթներ, ապա հակամարմին և մարմին պարունակող տիրույթների սահմանագծում շատ հզոր ճառագայթում կդիտվեր՝ շնորհիվ մասնիկ֊հակամասնիկ զույգերի փոխադարձ ոչնչացման։
Մենք ուղղակի ապացույց չունենք այն մասին, որ այլ գալակտիկաներում նյութը կազմված է պրոտոններից ու նեյտրոններից կամ հակապրոտոններից ու հականեյտրոններից։ Բայց երկուսից մեկը պետք է լինի, քանի որ այն չի կարող մասնիկի և հակամասնիկի խառնուրդ լինել, այլապես նման դեպքում տեղի կունենար մասնիկների ոչնչացում և հզոր էներգիայի ճառագայթում։ Այդ պատճառով այսօր տարածված է այն կարծիքը, որ գալակտիկաները ավելի շուտ կազմված են քվարկներից, քան հակաքվարկներից։ Անհավանական է, որ որոշ գալակտիկաներ կազմված են նյութից, իսկ մյուսները՝ հականյութից։
Իսկ ի՞նչն է պատճառը, որ ավելի շատ քվարկներ կան, քան հակաքվարկներ։ Ինչո՞ւ դրանք հավասար թվով չեն կարող լինել։ Սա ակնհայտ է, քանի որ այդ դեպքում քվարկներն ու հակաքվարկները կոչնչացնեին միմյանց, նախնական տիեզերքում նյութ գոյություն չէր ունենա, և տիեզերքը լցված կլիներ հզոր ճառագայթումով։ Գոյություն չէին ունենա գալակտիկաներ, աստղեր կամ մոլորակներ, որտեղ մարդկային կյանք կարող էր զարգանալ։ Բարեբախտաբար, մեծ միասնական տեսություններն ի վիճակի են բացատրել, թե ինչո՞ւ այժմ տիեզերքում ավելի շատ քվարկներ կան, քան հակաքվարկներ, նույնիսկ եթե սկզբնական շրջանում դրանց թիվը հավասար էր։ Ինչպես մենք տեսանք, ՄՄՏ֊ները թույլ են տալիս, որ բարձր էներգիայի պայմաններում քվարկները փոխարկվեն հակաէլեկտրոնների։ Դրանք թույլ են տալիս նաև հակառակ գործընթացը՝ հակաքվարկների փոխանակումը էլեկտրոնների և հակաէլեկտրոնների ու էլեկտրոնների փոխարկումը քվարկների ու հակաքվարկների։ Տիեզերքի շատ վաղ շրջանում, երբ այն չափազանց տաք էր, մասնիկների էներգիան այնքան բարձր էր, որ հնարավոր էին նման փոխարկումները։ Պատճառն այն է, որ ֆիզիկայի օրենքները ճիշտ նույնը չեն մասնիկների և հակամասնիկների համար։
Մինչև 1956 թվականը տարածված էր այն կարծիքը, թե ֆիզիկայի օրենքները ենթարկվում են երեք առանձին համաչափություններից յուրաքանչյուրին․ դրանք կոչվում են C, P, T. համաչափություններ։ C֊համաչափություն նշանակում է, որ մասնիկի և հակամասնիկի համար ուժի մեջ է նույն օրենքը։ P֊համաչափությունը նշանակում է, որ օրենքները նույնն են որևէ դրության և նրա հայելային պատկերի համար (դեպի աջ պտտվող մասնիկի հայելապատկերը ձախ պտտվողն է)։ T֊համաչափությունը նշանակում է, որ եթե բոլոր մասնիկների ու հակամասնիկների շարժման ուղղությունը շրջվի, ապա համակարգը կվերադառնա իր նախնական վիճակին, այլ կերպ ասած, օրենքները նույնն են ժամանակի առաջընթաց և հետընթաց ուղղություններում։
1956֊ին երկու ամերիկացի ֆիզիկոսներ՝ Յունգ֊Դաո Լին և Չեն Նին Յանգը այն միտքն արտահայտեցին, թե թույլ ուժը համաչափությանը չի ենթարկվում։ Այլ կերպ ասած, թույլ ուժի ազդեցության տակ տիեզերքի զարգացումը բոլորովին այլ կլիներ, քան նրա հայելային պատկերի զարգացումը։ Նույն տարում նրանց պաշտոնակից Չյեն֊Շյունգ Վուն ապացուցեց, որ այդ կանխագուշակումը ճիշտ է։ Տիկին Վուն ռադիոակտիվ ատոմների միջուկները մագնիսական դաշտում այնպես էր դասավորել, որ բոլորը նույն ուղղությամբ էին պտտվում և գտել էր, որ էլեկտրոնների արձակումը ավելի մեծ է մի ուղղությամբ, քան մյուս ուղղությամբ։ Հաջորդ տարում Լին և Յանգը Նոբելյան մրցանակ ստացան իրենց գաղափարի համար։ Պարզվեց նաև, որ թույլ ուժը չի ենթարկվում նաև C֊համաչափությանը։ Այսինքն, այդ պատճառով հակամասնիկներից կազմված տիեզերքը պետք է տարբեր լիներ մեր տիեզերքից։ Այնուամենայնիվ թվում է, թե թույլ ուժը ենթարկվում է CP միացյալ համաչափությունը։ Այսինքն՝ տիեզերքն ու իր հայելային պատկերը նույն ձևով կզարգանային, եթե, որպես լրացում, ամեն մասնիկ փոխարինված լիներ իր հակամասնիկով։ Սակայն, 1964֊ին երկու ամերիկացի՝ Ջ․ Ու․ Կրոնինը և Վել Ֆիտչը հայտնաբերեցին, որ նույնիսկ CP համաչափությունը ուժի մեջ չէ K֊մեզոններ կոչվող որոշակի մասնիկների քայքայման համար։ Կրոնինը և Ֆիտչը իրենց աշխատանքի համար վերջապես 1980֊ին արժանացան Նոբելյան մրցանակի։ (Այսպիսով, բազմաթիվ Նոբելյան մրցանակներ են շնորհվել պարզապես այն բանի համար, որ ցույց է տրվել, որ տիեզերքը այնքան պարզ չէ, որքան կարծում ենք)։
Կա մաթեմատիկական մի թեորեմ, որի համաձայն, ամեն տեսություն, որը ենթարկվում է քվանտային մեխանիկային և հարաբերականությանը, պետք է միշտ ենթարկվի CPT միացյալ համաչափությանը։ Այսինքն՝ տիեզերքի վարքագիծը չի փոխվի, եթե մասնիկները փոխարինվեն հակամասնիկներով, վերցվի տիեզերքի հայելային պատկերը և շրջվի ժամանակի ուղղությունը։ Բայց, ինչպես տեսանք, համաձայն Կրոնինի և Ֆիտչի, եթե մասնիկները փոխարինվեն իրենց հակամասնիկներով և վերցվի հայելային պատկերը, ապա տիեզերքը նույն վարքագիծը չի ունենա, քանի դեռ չի շրջվել ժամանակի ուղղությունը։ Այսինքն՝ եթե ժամանակը իր ուղղությունը փոխի, կփոխվեն նաև ֆիզիկայի օրենքները, հետևաբար դրանք չեն ենթարկվում T֊համաչափությանը։
Իհարկե, նախնական տիեզերքը T֊համաչափությանը չի ենթարկվում․ այսպես՝ եթե ժամանակը շարժվում է առաջ, տիեզերքն ընդարձակվում է, իսկ եթե ժամանակը ետ շարժվի, տիեզերքը պետք է կծկվի։ Եվ քանի որ կան այնպիսի ուժեր, որոնք չեն ենթարկվում T֊համաչափությանը, հետևաբար այդ ուժերը կարող են պատճառ դառնալ, որ տիեզերքի ընդարձակման պայմաններում ավեի շատ հակաէլեկտրոններ վերածվեն քվարկների, քան էլեկտրոններ՝ հակաքվարկների։ Մինչ տիեզերքն ընդարձակվում և սառչում է, հակաքվարկները աստիճանաբար ոչնչանում են քվարկներով, սակայն, որովհետև վերջիններիս թիվը ավելի շատ է, քան հակաքվարկներինը, ապա ակնհայտ է, որ քվարկների փոքրիկ ավելցուկ կմնա տիեզերքում։ Հենց սա էլ կազմում է այն նյութական աշխարհը, որը մենք տեսնում ենք այսօր և, որից մենք ինքներս կազմված ենք։ Այսպիսով, հենց մեր գոյությունը հաստատում է մեծ միասնական տեսության ճշմարտացիությունը, թեև լոկ որակական առումով։ Անորոշությունն այն է, որ մենք չենք կարող հաշվել, թե ոչնչացումից հետո ինչ թվով քվարկներ կմնան կամ, դեռ ավելին, դրանք քվարկներ, թե հակաքվարկներ կլինեն։ (Այնուամենայնիվ, եթե մնացած մասնիկները հակաքվարկներ լինեին, մենք պարզապես դրանք կանվանեինք քվարկ, իսկ քվարկները՝ հակաքվարկներ, և դրանից ոչինչ չէր փոխվի)։
Մեծ միասնական տեսությունները չեն ընդգրկում գրավիտացիոն ուժը։ Սա առանձնահատուկ նշանակություն չունի, որովհետև գրավիտացիոն ուժը այնքան թույլ է, որ կարելի է այն արհամարհել, երբ մենք գործ ունենք տարրական մասնիկների և ատոմների հետ։ Սակայն, այն փաստը, որ դրանք երկուսով հեռավոր ազդեցության ուժեր են և բնույթով՝ միշտ ձգողական, նշանակում է, որ նրանց ազդեցությունը գումարային է։ Այսինքն, եթե նյութական մասնիկների թիվը շատ մեծ է, ապա գրավիտացիոն ուժը կարող է գերազանցել մյուս բոլոր ուժերին։ Ահա թե ինչու է գրավիտացիոն ուժը<ref>Հարց է ծաում, գոյություն ունի՞ արդյոք փոխազդեցություն գրավիտացիոն ուժի և մյուս երեք քվանտային ուժերի միջև։ Բանն այն է, որ գրավիտացիոն ուժը տարածություն֊ժամանակի տիրույթում նյութի առկայության հետևանքն է։ Չնայած այդ ուժի էությունը մեզ հայտնի չէ դեռևս, բայց մենք գիտենք, որ նյութը որոշակի կառույց ունի, այն կազմված է որոշակի թվով պրոտոններից ու նեյտրոններից, նրանց կապի էներգիայից և վերջապես ատոմների ներքին փոխդասավորությունից։ Ըստ ոմանց, նյութի այդ կառուցվածքային առանձնահատկությունը պայմանավորում է մի հինգերորդ ուժ, որը հակազդում է գրավիտացիոն ուժին և գործում մինչև մի քանի հայրուր կիլոմետր հեռավորությունների վրա։ Սա վիճելի, բայց հետաքրքիր հարզ է, որի մասին մանրամասնորեն խոսվում է «National Geographic Magazine» ամսագրի 1989 թվականի մայիսի և սեպտեմբերի համարներում։</ref> որոշում տիեզերքի էվոլյուցիան։ Նույնիսկ այն չափի մարմինների համար, ինչպիսիք աստղերն են, գրավիտացիոն ձգողական ուժը կարող է գերազանցել մյուս բոլոր ուժերին և ստիպել, որ աստղը կոլապսվի։ 1970֊ի իմ ուսումնասիրությունները կենտրոնացած էին սև խոռոչներին, որոնք կարող են առաջանալ այդպիսի աստղային կոլապսի արդյունքում, և նրանց շուրջ առկա հզոր գրավիտացիոն դաշտերի վրա։ Այս էր պատճառը, որն ինձ հուշեց այն մասին, թե ինչպես կարող են ընդհանուր հարաբերականությունը և քվանտային մեխանիկան լրացնել միմյանց, և սա եղավ գրավիտացիոն քվանտային մեխանիկայի առաջին առկայծումը։
