КЭД – странная теория света и вещества

Как я буду объяснять вам вещи, о которых не рассказываю своим студентам до третьего курса? Позвольте провести такую аналогию. Индейцев майя интересовали восходы и заходы Венеры. Им было очень интересно знать, когда она появляется как утренняя звезда, а когда – как вечерняя. После многолетних наблюдений они заметили, что пять циклов Венеры почти в точности равны восьми 365-дневным календарным годам (они знали, что астрономический год отличается от календарного и учитывали это в своих расчетах). Чтобы производить вычисления, майя изобрели систему черточек и точек, изображающих числа (включая нуль), и вывели правила, по которым рассчитывали и предсказывали не только восходы и заходы Венеры, но и другие небесные явления, например лунные затмения.

В те времена лишь немногие жрецы майя умели производить столь сложные вычисления. Теперь представим себе, что мы бы спросили одного из них, как сделать всего одно действие из сложного процесса предсказания следующего утреннего появления Венеры – как вычесть одно число из другого. И предположим, что в отличие от нынешнего времени мы не ходили в школу и не умеем вычитать. Каким образом жрец объяснил бы нам, что такое вычитание?

Он мог бы или научить нас числам, изображаемым черточками и точками, и правилам вычитания, или рассказать нам, что он на самом деле делал: «Предположим, мы хотим вычесть 236 из 584. Прежде всего отсчитаем 584 боба и положим их в горшок. Затем вынем 236 бобов и отложим в сторону. Наконец, сосчитаем бобы, оставшиеся в горшке. Это число и будет результатом вычитания 236 из 584».

Вы можете сказать: «О, Кецалькоатль![1] Какая тоска –  считать бобы, класть в горшок, вынимать из горшка – ну и занятие!»

На что жрец ответил бы: «Именно поэтому у нас есть правила для черточек и точек. Правила сложные, но при помощи этих правил гораздо легче получить ответ, чем пересчитывая бобы. Но что касается ответа, то совершенно не важно, каким способом он получен: мы можем предсказать появление Венеры, считая бобы (этот способ медленный, но простой и понятный) или применяя сложные правила (это намного быстрее, но требует многих лет учебы в школе).

Понять, как устроено вычитание – если только вам самим не надо заниматься вычислениями – не так трудно. Из этого я исхожу. Я собираюсь объяснить вам, что именно физики делают, когда предсказывают поведение Природы, но я не стану учить вас приемам, необходимым тому, кто хочет сам эффективно этим заниматься. Вы обнаружите, что для получения каких-то разумных предсказаний при помощи квантовой электродинамики придется рисовать на листе бумаги огромное количество маленьких стрелочек. Наши студенты-физики семь лет (четыре года в университете и три года в аспирантуре) учатся делать это умело и профессионально. Таким образом мы перемахнем через целых семь лет физического образования. Я надеюсь, что, познакомившись с тем, что мы реально делаем, занимаясь квантовой электродинамикой, вы поймете ее лучше, чем некоторые студенты!

Продолжая нашу аналогию с майя, мы могли бы спросить жреца, почему пять циклов Венеры длятся приблизительно 2920 дней или восемь лет. Можно предложить множество теорий, отвечающих на это почему. Например: «20 – важное число в нашей системе счисления, а если разделить 2920 на 20, получится 146, т. е. на единицу больше, чем число, которое можно представить в виде суммы двух квадратов двумя различными способами» и так далее. Но такая теория, конечно, не будет иметь ни малейшего отношения к Венере. В настоящее время мы пришли к выводу о ненужности такого рода теорий. Итак, мы оставим в стороне вопрос о том, почему Природа устроена так, а не иначе; для объяснения этого хороших теорий нет.

До сих пор я пытался правильно настроить вас. Иначе ничего не получится. Теперь мы готовы. Вперед!

Начнем со света. Когда Ньютон начал изучать свет, он прежде всего обнаружил, что белый свет представляет собой смесь цветов. С помощью призмы он разложил белый свет на различные цвета, но когда он пропускал через другую призму свет одного цвета, например красный, оказалось, что его нельзя разложить дальше. Таким образом, Ньютон узнал, что белый свет представляет собой смесь разных цветов, каждый из которых является чистым, в том смысле, что его нельзя разложить дальше.

(На самом деле свет каждого цвета может быть расщеплен еще раз, по-другому, в соответствии с его так называемой «поляризацией». Эта особенность света не существенна для понимания характера квантовой электродинамики. Поэтому, ради простоты, я не буду ее рассматривать, вследствие чего мое описание теории не будет абсолютно полным. Это небольшое упрощение никоим образом не повредит настоящему пониманию того, о чем я буду рассказывать. И все же я обязательно должен упоминать все, что будет пропущено.)