Природа не терпит точных симметрий

Большинство симметрий возникает при некоторой идеализации задачи, учет влияния более сложных взаимодействий приводит к нарушению симметрии. Например, независимость энергии атома водорода от орбитального момента делается неточной, и симметрия слегка нарушается, если учесть релятивистские поправки к движению электрона. Даже законы сохранения, связанные с пространственной симметрией, крайне мало, но все же нарушаются неоднородностью Вселенной во времени и пространстве.
Существует гораздо более важное нарушение симметрии — спонтанное. Примеры такого нарушения встречаются на каждом шагу в обыденной жизни. Капля воды, лежащая на столе, — пример нарушения симметрии, ведь взаимодействие молекул между собой и с молекулами стола допускает более симметричное решение, при котором вода размазана тонким слоем по столу. Но это решение для малых капель оказывается энергетически невыгодным. Таким образом, система, обладающая высокой симметрией, может иметь менее симметричные решения. Твердые тела представляют собой кристаллические решетки, и это пример нарушения не только трансляционной симметрии (симметрия относительно сдвигов), но и симметрии относительно поворотов: однородное хаотичное расположение атомов, как в жидкости, полнее отражало бы симметрию взаимодействия.
Атомное ядро представляет собой каплю нуклонной жидкости — тоже пример нарушения трансляционной симметрии. Но существуют не только сферические, а и деформированные ядра, имеющие форму эллипсоида,— это нарушение не только трансляционной, но и вращательной симметрии.
Спонтанное нарушение симметрии — весьма распространенное явление в макроскопической физике, однако в физику высоких энергий оно пришло с большим запозданием. Не все физики, занимавшиеся теорией элементарных частиц, сразу приняли возможность асимметричных решений в симметричных системах. Что поделаешь, узкая специализация имеет свои теневые стороны.
Как сказывается это явление в физике элементарных частиц? Плодотворная тенденция теории элементарных частиц состоит в предположении, что на сверхмалых расстояниях царствует максимальная симметрия, но при переходе к большим расстояниям возникает спонтанное нарушение, которое может сильно замаскировать симметрию. Так, в теории электрослабого взаимодействия, объединяющей электродинамику и слабые взаимодействия, при расстояниях порядка 10–1б см существуют четыре равноценных безмассовых поля, которые на больших масштабах в силу спонтанного нарушения симметрии превращаются в три массивных W-бозона и один безмассовый фотон — симметричная система так перестроилась, что появились три частицы с массой порядка 100 ГэВ и одна частица с массой, равной нулю.
Спонтанное нарушение симметрии — хороший пример того, как разные области физики, даже далекие друг от друга, оказывают взаимное влияние. В данном случае это влияние физики твердого тела на теорию элементарных частиц, но можно привести не меньше и обратных примеров — современные теоретические методы исследования теории фазовых переходов и других явлений физики многих частиц пришли в нее из физики высоких энергий.