Дао физики

Квантовая теория поля изображает все взаимодействия как процессы обмена виртуальными частицами. Чем сильнее взаимодействие между частицами, тем вероятнее обмен и тем чаще он происходит. Но роль виртуальных частиц не ограничивается участием в подобных взаимодействиях. Их может испускать любой нуклон, который вскоре затем ее поглощает. Ничто не может помешать этому при условии, что возникший мезон исчезает за время, определяемое принципом неопределенности. На рисунке 37 приведена диаграмма Фейнмана, на которой изображен процесс испускания и уничтожения пиона.

Рис. 37. Нейтрон (n) испускает и вновь поглощает пион

Вероятность таких процессов, получивших название «самовзаимодействия», для нуклонов очень велика: они находятся в сильном взаимодействии. Нуклоны испускают и поглощают виртуальные частицы постоянно. Теория поля рассматривает их как центры постоянной активности, окруженные «облаками» виртуальных частиц. Виртуальные мезоны «живут» совсем недолго, поэтому не могут удалиться на большое расстояние от нуклона. Мезонное облако очень невелико. Внешние области облака заполнены легкими мезонами (главным образом пионами), а более тяжелые поглощаются нуклоном быстрее, поэтому подвергаются «прижиманию» ближе к центру облака.

Каждый нуклон окружен облаком виртуальных мезонов, которые существуют очень недолго. Но при некоторых условиях они могут превратиться в мезоны реальные. Если нуклон сталкивается с другой частицей, движущейся с высокой скоростью, кинетическая энергия этой частицы может перейти к виртуальному мезону и оторвать его от облака. Таков механизм образования настоящих мезонов при столкновении частиц с участием высоких энергий. Два нуклона могут сблизиться настолько, что их облака частично перекроются друг с другом, и тогда некоторые виртуальные частицы могут не возвращаться к тому нуклону, который их испустил, а «перепрыгнуть» в соседнее облако и быть поглощенными другим нуклоном. Таков механизм обмена частицами при сильных взаимодействиях.

Ясно, что взаимодействия частиц, а следовательно, и силы, действующие между ними, зависят от состава виртуальных облаков этих частиц. Дистанция взаимодействия, т. е. расстояние между частицами, при котором оно возникает, определяется свойствами частиц, составляющих облака. Например, электромагнитные силы зависят от наличия виртуальных фотонов «внутри» заряженных частиц, а сильные взаимодействия между нуклонами происходят в результате присутствия «внутри» последних виртуальных пионов и других мезонов. Теория поля рассматривает силы, действующие между частицами, как исходные свойства самих частиц. Понятия силы и материи, которые резко противопоставлялись друг другу в греческом и ньютоновском атомизме, теперь представляются происходящими из одних и тех же динамических паттернов, которые мы называем частицами.

Такой подход к пониманию силы характерен и для восточного мистицизма, в учениях которого движение и изменение рассматриваются как основные исходные свойства всех вещей. «Все вращающиеся тела, — говорит Чжан Цзай о небесах, — обладают природной силой. Поэтому их движение не является навязанным извне»[207]. В «И цзин» утверждается, что природные законы не являются внешними силами по отношению к вещам: они воплощают гармонию движения, свойственную вещам[208].

Это древнее китайское определение силы как воплощения гармонии движения, свойственной самим вещам, представляется особенно адекватным в свете положений квантовой теории поля, которая характеризует силы взаимодействия между частицами как проявления динамических паттернов (виртуальных облаков), присущих частицам.

Теория поля в современной физике заставляет нас отказаться от традиционного противопоставления материальных частиц и пустоты. И уравнения гравитационного поля Эйнштейна, и квантовая теория поля утверждают, что частицы неразрывно связаны с окружающим пространством и не могут рассматриваться отдельно от него. С одной стороны, частицы определяют структуру этого пространства, с другой — это не самостоятельные субстанции, а скорее, сгустки бесконечного поля, пронизывающего всё пространство. Квантовая теория поля видит в этом поле основу существования и взаимодействия всех частиц.

Поле существует всегда и везде; оно не может исчезнуть. Поле есть проводник для всех материальных явлений. Это «пустота», из которой протон создает пи-мезоны. Возникновение и исчезновение частиц — лишь формы движения поля[209].