Слайд 5. Этот принцип — что наблюдаемо не само значение электрического потенциала, а только его изменение в пространстве и времени — был открыт еще в ХIХ веке

Этот принцип — что наблюдаемо не само значение электрического потенциала, а только его изменение в пространстве и времени — был открыт еще в ХIХ веке. А в квантовой теории в современном виде это было сформулировано нашим замечательным учёным В.А. Фоком в 1926 году, который основал кафедру теоретической физики в Петербурге, которую я заканчивал, правда, несколько позже. Он понял, что есть такой принцип в природе, который он назвал “градиентной инвариантностью”. В книге Ландау и Лифшица тоже называется по Фоку “градиентная инвариантность”. Но сейчас, поскольку все пишут по-английски, это понятие называется “gauge invariance”, по-русски переводится как “калибровочная инвариантность”. “Gauge” — слово не очень употребительное даже в английском языке, мы переводим как калибровка, калибр, но первоначально словом gauge обозначалось расстояние между рельсами. Была узкая колея, была широкая колея — это называлось “gauge”. И почему-то это слово про рельсы оказалось абсолютно кардинальным для понимания фундаментальных взаимодействий.

Оказывается, что если богу понравится некая идея, он её употребляет повсюду. Я говорю “бог” без большого глубокомыслия, просто для краткости речи. Я это подмечал много раз. Вот вы встречаете в какой-то области науки некий механизм, что как-то там устроено, а потом оказывается, что ровно то же самое сконструировано в другой области науки, которая описывает совсем другие явления. Видно, что он экономил и не вводил новых сущностей без крайней надобности.

На этой идее, которая более или менее запечатлена в виде летающих вокруг провода птичек на слайде 5, устроены все четыре фундаментальных взаимодействия. Например, я говорю про “цвет” кварков, то есть имеется некая характеристика, принимающая три значения. Условно будем говорить красный, синий, зеленый. Так вот сам “цвет” кварка, так же как сам потенциал, физического значения не имеет, и он не наблюдаем. Наблюдаемо только изменение “цвета” от точки к точке. Эти слова имеют чёткое математическое воплощение, которое однозначно фиксирует, как конкретно кварки взаимодействуют с глюонами, а те между собой. Идея “калибровочной инвариантности” абсолютно жёстко, без всякой свободы для творчества, определяет эти взаимодействия, и именно эта наука называется квантовая хромодинамика.

Я начал свой список с гравитационного взаимодействия. Оказывается, что оно тоже построено на принципе калибровочной инвариантности, только там независимость не от “цвета”, не от потенциала, а от чего-то другого. Попробую объяснить, от чего. Есть плоское пространство, вот перед ведущим поверхность стола почти плоская, и мы можем нанести координатную сетку на поверхность — см. слайд 6.