Как и в квантовой теории поля, это поле, или ци, не только составляет основу материальных объектов, но и осуществляет их взаимосвязи, принимая форму волн. При сравнении описания понятия поля в современной физике, данного австрийским физиком-теоретиком Вальтером Тиррингом, и китайского подхода к объяснению физического мира, описанного Джозефом Нидэмом, очевидно сходство этих двух концепций.
Современная теоретическая физика… поместила наши размышления о природе материи в новый контекст. Она заставила нас перевести взгляд с видимого, т. е. частиц, на лежащее в их основе невидимое — поле. Присутствие материи есть всего лишь возбужденное состояние поля в данной точке; это нечто случайное, своеобразный «изъян» в пространстве. Соответственно, простых законов, которые описывали бы силы, действующие между элементарными частицами, не существует… Упорядоченность и гармонию нужно искать на уровне поля, лежащего в основе всего сущего[202].
В древние времена и Средневековье китайцы воспринимали физический мир как постоянное целое. По их представлениям, ци, сгущаясь в осязаемую материю, не имеет какой бы то ни было самостоятельной сущности; напротив, все отдельные предметы взаимодействуют друг с другом… при помощи волн, или колебаний, характер которых, как считали на Востоке, зависит от ритмического чередования двух основополагающих сил на всех уровнях мироздания — сил инь и ян. Следовательно, отдельные предметы обладают своим природным ритмом. И все они вписываются… в общую картину гармоничного мира[203].
Придя к понятию квантового поля, современные физики нашли неожиданный ответ на давний вопрос о том, из чего же состоит материя: неделимых атомов или фундаментального континуума, лежащего в основе всего. Поле — континуум, пронизывающий всё пространство, который в форме частиц приобретает прерывистую «гранулярную» структуру. Так два самостоятельных понятия объединяются в одно, приобретая характер двух разных аспектов одной реальности. Как всегда в теории относительности, объединение двух противоположных понятий изменчиво: две стороны материи непрестанно преобразуются друг в друга. Восточные мистики подчеркивают существование такого же динамического единства между Пустотой и порождаемыми ею формами. Обратимся к труду Ламы Говинды.
Только из опыта формы можно постичь переживание бесформенного, а без переживания «пустоты», или шуньяты, ценность формы теряет свое динамичное, живое значение[204].
Слияние этих противоположностей в рамках единого целого одна из буддийских сутр описывает так.
Пустота неотлична от формы, форма неотлична от пустоты; что форма — то пустота, что пустота — то форма[205].
Теории поля не только дали нам новый взгляд на субатомные частицы, но и решительно изменили наши представления о силах, действующих между ними. Первоначально поле связывалось с понятием силы, и даже в квантовой теории поля оно связано с силами взаимодействующих частиц. Например, электромагнитное поле может представляться в виде «свободного поля» в форме перемещающихся волн, или фотонов, или играть роль силового поля между заряженными частицами. В последнем случае наличие поля проявляется в обмене фотонами между заряженными частицами. Взаимное отталкивание двух электронов происходит благодаря фотонному обмену между ними.
На первый взгляд такая трактовка понятия силы очень сложна. Но стоит взглянуть на пространственно-временную диаграмму, как всё сразу же становится понятнее. На рисунке 34 изображены два электрона, сближающиеся друг с другом, один из которых испускает фотон (γ) в точке А, а второй поглощает его в точке В.
Рис. 34. Взаимное отталкивание двух электронов в рамках фотонного обмена
Испустив фотон, первый электрон меняет скорость и направление движения, что проявляется в изменении наклона его мировой линии. Второй делает то же, поглощая фотон. В результате электроны разлетаются в разные стороны. Их взаимное отталкивание выражается в обмене фотоном. Полное взаимодействие электронов включает обмен несколькими фотонами, вследствие чего отталкивание происходит не резко, как на графике, а плавно. При этом электроны движутся по изогнутым дугам.
Классическая физика объяснила бы эту ситуацию действием отталкивающих сил, воздействующих на оба электрона. Сейчас такой подход представляется крайне неточным. При сближении электронов ни один из них не ощущает воздействия какой бы то ни было силы. Между ними происходит только обмен фотонами. Следовательно, понятие силы больше не действует в субатомном мире. Это понятие из классической физики, которое мы ассоциируем (пусть и подсознательно) с ньютоновскими представлениями о силах, действующих на расстоянии. В субатомном мире таких сил нет. Их заменяет взаимодействие между частицами посредством полей, т. е. других частиц. Поэтому физики предпочитают говорить о взаимодействиях, а не о силах.
Согласно квантовой теории поля, все взаимодействия сводятся к обмену частицами. В случае электромагнитного взаимодействия в обмене участвуют фотоны. При более сильных взаимодействиях между нуклонами внутри ядра в обмен вовлекаются новые частицы — «мезоны», которые принимают участие в обменах между протонами и нейтронами. Они бывают разных типов. Чем ближе друг к другу нуклоны, тем тяжелее мезоны, которыми они обмениваются, и тем их больше. Взаимодействия нуклонов и свойства мезонов явно связаны друг с другом, а сами мезоны взаимодействуют, обмениваясь другими частицами. Поэтому фундаментальное понимание природы внутриядерных сил невозможно без знания всего спектра субатомных частиц.
В квантовой теории поля все взаимодействия частиц можно представить в виде пространственно-временных диаграмм, сопроводив каждую математической формулой, которая позволяет вычислить вероятность возникновения соответствующего процесса. Точное соответствие между диаграммами и их аналитическим выражением было установлено в 1949 г. американским физиком-теоретиком Ричардом Фейнманом, потому они и называются диаграммами Фейнмана. Важнейшая составляющая квантовой теории поля — объяснение процессов возникновения и уничтожения частиц. Например, фотон на рис. 35 создается в процессе эмиссии в точке А, а уничтожается при его поглощении в точке В.
Рис. 35. Путь фотона
Этот процесс можно понять только в рамках релятивистской теории, где частицы рассматриваются не как неделимые тела, а скорее, как динамические схемы с определенным количеством энергии, которая может перераспределяться при образовании новых схем.
Возникновение частицы, обладающей массой, возможно только при наличии такого количества энергии, которое эквивалентно массе этой частицы, например в процессе столкновения. При сильных взаимодействиях, которые могут происходить внутри атомного ядра, скажем, между двумя нуклонами, такая энергия не всегда присутствует. Это делает обмены массивными мезонами почти невозможным. И всё же они иногда происходят. Так, два протона могут обменяться «пи-мезоном», или «пионом», масса которого составляет около одной седьмой массы протона.
Рис. 36. Обмен пионом (π) между двумя протонами (p)
Обменные процессы такого рода происходят, несмотря на недостаточное количество энергии для возникновения мезона. Причину следует искать в «квантовом эффекте», связанном с принципом неопределенности. Как уже говорилось выше, субатомные явления, происходящие в течение небольшого промежутка времени, характеризуются большой неопределенностью в энергетическом отношении. Мезонные обмены, т. е. возникновение и уничтожение мезонов, тоже относятся к таким процессам. Их течение столь кратковременно, что неопределенность энергии достаточно велика для возникновения мезонов. Последние называются «виртуальными» частицами. Они отличаются от «настоящих», возникающих при столкновениях, тем, что могут существовать недолго в силу принципа неопределенности. Чем тяжелее мезоны (чем больше энергии необходимо для их возникновения), тем короче процесс обмена. Поэтому нуклоны могут обмениваться тяжелыми мезонами, только когда находятся на очень небольшом расстоянии друг от друга. А обмен виртуальными фотонами может иметь место и на большом удалении, поскольку фотоны в силу нулевой массы покоя возникают при наличии бесконечно малых энергий. Анализ ядерных и электромагнитных сил, проведенный японским физиком Хидэки Юкава[206] в 1935 г., позволил не только предсказать существование пиона за 12 лет до его экспериментального обнаружения, но и приблизительно оценить его массу исходя из величины ядерной силы.
