Абдус Салам
Биография
Пакистанский физик Абдус Салам родился в сельском городке Джанг и был сыном служащего районного управления образования Мохаммада Хуссейна и Хаджиры Хуссейн. С. учился в Правительственном колледже Пенджабского университета в Лахоре, который окончил в 1946 г. со степенью бакалавра. Затем он, добившись специальной стипендии, поступил в Сент-Джон-колледж Кембриджского университета в Англии, где в 1949 г. получил степень магистра с наивысшим отличием по математике и физике. Он остается в Кембридже и в 1952 г. защищает в Кавендишской лаборатории докторскую диссертацию по теоретической физике, посвященную квантовой электродинамике. После опубликования диссертации в том же году она привлекла к себе внимание всего международного физического сообщества.
В 1951 г. С. становится профессором математики Правительственного колледжа. Первоначально он намеревался создать в Пакистане школу физиков-теоретиков, но вскоре осознал, что не сможет успешно заниматься теоретической физикой, живя в столь большом удалении от ведущих исследовательских центров Европы, и в 1954 г. вернулся в Кембридж в качестве лектора по математике. С 1957 г. С. занимает кафедру теоретической физики в Империал-колледже в Лондоне. Он является также директором Международного центра теоретической физики в Триесте (Италия), основанном в 1964 г. для поощрения работ ученых из развивающихся стран.
С середины 50-х гг. С. пытался построить единую теорию всех сил, наблюдаемых в природе, т.е. решить задачу, восходящую еще к XIX в. В 1870-х гг. шотландский математик и физик Джеймс Клерк Максвелл построил единую теорию электричества и магнетизма, сведя их к единому взаимодействию – электромагнитному. Впоследствии физики пытались построить теорию, которая охватывала бы не только электромагнетизм, но и гравитацию, а также сильное и слабое взаимодействия (сильное взаимодействие удерживает вместе протоны и нейтроны, образующие ядро атома; слабое взаимодействие расталкивает их). И сильное, и слабое взаимодействия существенно отличаются от известных ранее сил. В то время как гравитация и электромагнетизм имеют неограниченный радиус действия, сильное взаимодействие эффективно только на расстояниях, не превышающих размеры атомного ядра, а слабое взаимодействие ощущается на еще меньших расстояниях.
Новые теоретические идеи, за которые С., Шелдон Л. Глэшоу и Стивен Вайнберг были удостоены Нобелевской премии, привели к построению теории, объединившей электромагнетизм и слабое взаимодействие. Подобно осуществленному Максвеллом объединению электричества и магнетизма, теория Салама – Глэшоу Вайнберга позволила представить электромагнитное и слабое взаимодействия как различные аспекты единого «электрослабого» взаимодействия. В начале 60-х гг. С. и Глэшоу независимо друг от друга предприняли попытку объединить электромагнетизм и слабое взаимодействие, исходя из понятия, получившего название калибровочной симметрии. Под калибровочной симметрией принято понимать свойства или соотношения, остающиеся неизменными при изменении масштаба или начала отсчета относительного измерения. В 1954 г. Янг Чжэньнин и Роберт Л. Миллс, работая в Брукхейвенской национальной лаборатории, безуспешно пытались обобщить принцип калибровочной симметрии, чтобы учесть сильное взаимодействие. Однако полученные ими выводы послужили стимулом для последующей работы С., Глэшоу и Вайнберга.
В 1960 г. Глэшоу выдвинул единую теорию электромагнетизма и слабого взаимодействия, позволившую предсказать существование четырех частиц – переносчиков взаимодействия- фотона (переносчика электромагнитного взаимодействия) и трех частиц, получивших впоследствии названия W±, W– и Z0-частиц (переносчиков слабого взаимодействия). Одна из основных трудностей в теории Глэшоу проистекала из утверждения, что все частицы не имеют массы. Согласно квантовой механике, радиус действия силы обратно пропорционален массе частицы-переносчика. Следовательно, нулевая масса означает бесконечный радиус для электромагнитного и слабого взаимодействий. Такому теоретическому предсказанию противоречили экспериментальные данные.
Чтобы как-то исправить положение, Глэшоу постулировал для W±, W– и Z0-частиц большие массы. Однако такая стратегия не привела к успеху, так как после включения масс теория стала приводить к невозможным результатам, например к предсказанию бесконечной интенсивности некоторых слабых взаимодействий. Аналогичные проблемы, встретившиеся двумя десятилетиями раньше в теории электромагнитного взаимодействия, были решены с помощью математической процедуры, получившей название перенормировки, но в случае электрослабого взаимодействия теория перенормировки не позволяла устранить бесконечные интенсивности. Проблема массивных W- и Z-частиц была решена через несколько лет, когда Вайнберг, Салам и другие применили новые методы.
С. и Вайнберг, работая независимо и используя калибровочную симметрию Шелдона Глэшоу, опубликовали соответственно в 1968 и 1967 гг. единую теорию слабого и электромагнитного взаимодействий. С. и Вайнберг предложили новый механизм, наделяющий массами W±, W– и Z0-частицы и оставляющий безмассовыми фотоны. Основная идея этого механизма – так называемое спонтанное (самопроизвольное) нарушение симметрии – берет начало в физике твердого тела. Суть идеи С. пояснил на следующем примере. Представим себе, что за круглым столом обедает группа людей. Стол накрыт так, что перед каждым креслом стоит тарелка, а салфетки разложены по периметру стола, посредине между тарелками. Сервировка стола симметрична (справа и слева от каждого из обедающих на столе лежит по салфетке), но стоит одному из сидящих за столом взять салфетку, как симметрия нарушится. Если же салфетки возьмут все обедающие, то симметрия может нарушиться, а может не нарушиться. Хотя выбор как правой, так и левой салфетки одинаково приемлем, симметрия восстановится только в том случае, если все сидящие за столом сделают одинаковый выбор (т.е. все выберут салфетку справа от себя, или все выберут салфетку слева от себя). В противном случае кто-то из сидящих за столом останется без салфетки, а где-то в другом месте стола одна салфетка останется неиспользованной, т.е. возникнет явная асимметрия.
С. предположил, что калибровочная симметрия, связывающая электромагнитное и слабое взаимодействия, спонтанно нарушается, когда уровень энергии значительно изменяется. При очень высоких энергиях эти два взаимодействия неразличимы. В этих условиях массы W-и Z-частиц не приводят к каким-либо трудностям, так как массивные частицы могут быть рождены из имеющейся энергии (Эквивалентность массы и энергии доказывается в созданной Альбертом Эйнштейном в 1905 г. специальной теории относительности.) Но при низких энергиях W- и Z-частицы (и, следовательно, слабые взаимодействия) встречаются редко. Так как в земных условиях физика ограничена сравнительно низкими энергиями, исследователи обратили внимание на различия между электромагнитным и слабым взаимодействиями. В теории Вайнберга-Салама массы W+, W– и Z0-частиц не вводятся искусственно, а возникают естественно из механизма спонтанного нарушения симметрии. Оценки масс этих частиц могут быть получены из самой теории. Каждая из двух W-частиц примерно в 80 раз тяжелее протона, а Z-частица еще тяжелее.
И Вайнберг, и С. ожидали, что с помощью математической процедуры, известной под названием перенормировки, им удастся получить конечные значения для всех измеримых величин. Отчасти потому, что ни Вайнбергу, ни С. не удалось подтвердить свои ожидания расчетами, их теория до 1971 г. привлекала мало внимания. В 1971 г. датскому физику Герхарду Хоофту удалось существенно продвинуться вперед методом перенормировки и в сотрудничестве с другими теоретиками завершить доказательство этой теории. Еще через два года исследователи из Фермиевской национальной ускорительной лаборатории близ Чикаго и из ЦЕРНа (Европейского центра ядерных исследований) близ Женевы открыли слабые нейтральные токи, тем самым подтвердив теорию, выдвинутую С., Глэшоу и Вайнбергом. В 1983 г. сами W- и Z-частицы были открыты в ЦЕРНе Карло Руббиа и его сотрудниками.
В 1979 г. С., Глэшоу и Вайнберг были удостоены Нобелевской премии по физике «за вклад в теорию объединенного слабого и электромагнитного взаимодействия между элементарными частицами, в том числе за предсказание слабого нейтрального тока». В Нобелевской лекции С. выразил надежду на создание единой теории всех сил, включая гравитацию и сильное взаимодействие. «Эйнштейн постиг природу гравитационного заряда, – говорил он, – выразив его в терминах кривизны пространства – времени. Можем ли мы понять природу других зарядов – природу единого множества зарядов как целого – в терминах чего-то столь же глубокого? Такова вкратце наша мечта, надежды на осуществление которой были существенно подкреплены подтверждением предсказаний калибровочной теории».
Интересы С. далеко не ограничиваются рамками теоретической физики. С 1955 по 1958 г. он был сотрудником ООН, работая в качестве ученого секретаря Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии. С 1964 по 1975 г. он состоял членом Консультативного комитета по науке и технике ООН, а в 1971 и 1972 гг. был председателем этого комитета. В 1981 г. С. возглавлял в качестве председателя Консультативную комиссию по науке, технике и общественным процессам при ЮНЕСКО, с 1972 по 1978 г. был вице-президентом Международного союза теоретической и прикладной физики. Он состоял также членом многих комиссий по образованию и науке в Пакистане, а в 1961 г. был назначен главным научным советником при канцелярии президента Пакистана. На последнем посту С. находился до 1974 г.
Кроме Нобелевской премии, С. был удостоен медали Максвелла Лондонского физического общества (1961), медали Хьюза (1964) и Королевской медали (1978). Лондонского королевского общества, медали Гутри Лондонского физического института (1976), золотой медали Маттеуччи Итальянской национальной академии наук (1978), медали Джона Торренса Тейта Американского физического института (1978), золотой медали имени Ломоносова АН СССР (1983), а также других наград и отношений. С. состоит членом Пакистанской академии наук. Лондонского королевского общества, Шведской королевской академии наук. Папской академии наук, он является также почетным или иностранным членом Американской академии наук и искусств. Академии наук СССР и американской Национальной академии наук, а также других научных обществ. Он – обладатель почти тридцати почетных ученых степеней, в том числе Пенджабского, Эдинбургского, Бристольского. Кембриджского университетов, Сити-колледжа при Нью-Йоркском городском университете и университета в Глазго.
