На этом мы заканчиваем краткое описание материи нашей Вселенной, в которой еще много тайн (одна темная материя чего стоит или «кипящий» квантовый вакуум). Хотим добавить для любознательных, что частицы вещественной материи называют общим словом — фермион, а частицы взаимодействий — бозонами.

То есть фотоны, глюоны, гравитоны — это все бозоны. А нейтроны, электроны, протоны — фермионы. И у них там свои тёрки между собой (смотрите принцип запрета Паули в качестве домашнего задания).

Короче, господа и дамы, сидим и ждём. Стандартная Модель, в общем и целом, ничего себе теория, но с каждым годом новые открытия на коллайдере подкидывают ей различные нерешаемые гадости. Поэтому рано или поздно родится очередной Эйнштейн и, наконец, расскажет человечеству Теорию Всего (так ее называют оптимистичные физики).

6

Несмотря на то, что к концу лекции у неискушенных читателей слегка прояснилось в одном месте, и в то же время возникло ощущение, что непонятного на самом деле стало больше, хотим заметить и тем самым слегка перечеркнуть все вышесказанное. Мы-таки наврали ради упрощения, что поля устарели. Их по-прежнему воспринимают как поля, и даже выдвигают такие крутые штуки как Единое теория поля и тому подобное. И читатель обязательно раздраженно спросит, так что же такое бозон и что такое поле — это разные вещи или нет? Давайте мы очень аккуратно, пугаясь собственной тени, поясним. Эти вещи все-таки разные. С точки зрения физики поле существует везде (там, где оно может и должно быть), оно даже бывает нулевым и все равно существует — здравствуй, квантмех (за подробностями далее). В этом поле по некоторым причинам возникают возмущения — их называют волнами. Самое слабое из возможных возмущений называют квантом, и воспринимают как частицу или бозон из-за особенных свойств, которыми такая частица отличается от фермионов.

Представьте себе водную гладь — лужицу на вашем столе. Она ровно покрывает поверхность в каждой точке. А теперь подуйте на воду. Возникает возмущение, волна, обладающая энергией. Вы только что создали аналог аналога бозона. Пример не имеющий ничего общего с реальностью микромира, но дающий представление о различии в понятиях. Убедительно просим вас не воспринимать такую волну как морскую или звуковую. Это совершенно другое явление, чем-то напоминающее волну, и мы в следующих главах попробуем все вместе разобраться в этом. Главная ошибка всех современных фриков, лжеученых, квантовых магов и эфирщиков в том, что они понимают слово «волна» буквально. Мол, раз есть волна, значит есть среда для ее распространения. Это не так. Поле, бозоны, кванты существуют сами по себе и, как мы узнали из названия главы, являются особой распространенной формой материи. Живите с этим.

Да, это сложно, но, спешим заверить, ученые сами не могут внятно объяснить происходящее без тонн символов из своей высшей математики. А все потому, что наука в первую очередь описывает явление, которое наблюдает, и уже потом, если получится, раскрывает его суть. В случае с полями мы наблюдаем, регистрируем, измеряем и даже используем в быту. Но четкое окончательное понимание от нас, увы, ускользает, настолько микромир чужд нашим обывательским представлениям. Вы смотрите на формулы и вам кажется, что до вас дошло, наконец, как это все работает и устроено, но стоит отвести взгляд, и вас снова ужасает непознаваемость жизни, вселенной и вообще. Такие дела. Во всяком случае Фейнман честно предупредил, что если вы не понимаете квантовую физику, то это нормально. Никто не понимает.

В следующей лекции мы расскажем еще кое-что о ткани мироздания. О, вы будете удивлены, ведь речь пойдет о вакууме. Трепещите, горе-философы: ничто — тоже вид материи. До встречи на наших безумных уроках!

Глава 8

Материя. Вакуум

Только Бог может заполнить вакуум

в сердце каждого человека. (Паскаль кое-что подозревал)

Сегодня мы снова спешим нарушить сон среднестатистического гуманитария, который если и задумывается об окружающем мире, то только когда видит звездное небо, выйдя на балкон вечерком покурить. Те, кто следил за нашими темами, наивно полагал, что с ликбезом о материи мы закончили. А вот и нет. Мы еще не рассказали про последний вид материи, который известен науке — о вакууме. Да-да, ничто, вакуум — это материя, которая утрет нос двум другим видам своей загадочностью.

Технически, вакуум — это сильно разреженный газ, в котором вероятность поймать молекулу или атом газа довольно мала. Теоретически же вакуум — это пространство свободное от вещества. То есть свободное не только от вещественной материи, типа звезд, планет, человеков, молекул, атомов, протонов и электронов, а также и от «энергетической» формы материи, вроде электромагнитных и гравитационных полей, без фотонов, глюонов и прочих бозонов. Если подойти к вакууму со стороны теории относительности, то это среда, движение относительно которой невозможно обнаружить.

Великое Ничто — сферический конь философов, космогоническая опора верующих, универсальный аргумент завершения любого спора. Но тут вот какое дело, товарищи: ученые еще рассматривают такое явление как физический вакуум, и с ним рушатся все мечтания и надежды рассуждателей о любых формах Абсолюта.

Так то, полученное нами образование подсказывает, что даже в космосе вакуум почти везде «загрязнен» какой-нибудь материей, будь то реликтовое излучение, или гравитационное поле, или поле Хиггса, или темная материя, будь она не ладна.

Где же искать натуральную пустоту? Но вот, например, в атоме между электроном и ядром много пустого места. Если мы представим, что у ядра атома диаметр вырос до миллиметра, то ближайший к ядру электрон будет плавать в соответствующих пропорциях на расстоянии пары сотен метров. Хотя между протоном в ядре и электроном происходит постоянный обмен электромагнитным полем, а вернее, как мы знаем, виртуальными фотончиками, так что там тоже не совсем пустота.

Или вот взять пустое место между кварками внутри протона. В этом случае разного рода излучениями можно пренебречь, так как длина волны этих излучений больше субатомных расстояний, и мы получим пример чистого натурального физического вакуума. Пустота как она есть.

Беда в другом. Квантовые физики стали задавать такому вакуумы неудобные вопросы. Попробуем эти вопросы изложить популярно.

Представим себе кусочек пространства, в котором наблюдается немножечко электромагнитного поля. Ну, для наглядности, скажем, у нас в этом поле три фотончика. Если мы изымем один фотон, то любой квантовый физик скажет, что мы только что уменьшили энергию поля на один квант, переведя его в более низкое энергетическое состояние. Это обычное дело, например, в атоме, когда электрон теряет фотон и «падает» на уровень ниже.

Потом мы заберем еще один фотон, снова понизив энергетическое состояние поля. А потом отнимем и последний — третий фотон. По законам математики не осталось ничего. Ноль. А вот по законам квантовой физики выходит, что поле никуда не делось, оно осталось полем, но в состоянии с наименьшей возможной энергией.

Физики ответственно заявляют, глядя на вакуум, что это не пустота, а материя с наименьшей энергией. Кажется чушью. Но это пока. Дальше еще хуже. Квантовые законы ставят нам еще одно непреодолимое условие: мы не можем знать точно одновременно два параметра частицы (принцип неопределенности Гейзенберга). Как это — не спрашивайте — в следующих лекциях мы обсудим законы квантового мира поподробнее.