Про эту вашу физику (СИ)

На этом краткий экскурс в атомную материю у нас заканчивается. Можете бить нас за неточность изложения и обещать открыть глаза на правильную физику. Мы с интересом следим за дискуссией, которая не затихает на просторах сетевых площадок. Пишите в интернетах, и мы вас сами найдем!

Наверное, дотошные читатели заметили, что тема названа «Часть 1». Дело в том, что, разглядывая материю, мы рассмотрели только ту ее часть, которая, скажем так, вещественна. А есть еще одна форма материи, которую пощупать нельзя. Это то, что мы называем полем или энергией (да-да, те самые фотоны, гравитоны и бозоны Хиггса). Об этом мы расскажем во второй части.

Глава 7

Материя. Поля

Весь мир — эфир, а ты в нем Майкельсон

Эту главу мы начинали писать много раз. Потом перечитывали и удаляли все к чертям. Потому что перед нами стояла задача впихнуть невпихуемое. То, что обычно называется кратким изложением в двенадцати томах, нам предстояло рассказать в трех словах с картинками. Полистав любимые мануалы по ядерной физике, всплакнув над недочитанными лекциями Фейнмана, мы взяли себя в руки, плеснули себе для храбрости из бара, и написали финальный вариант.

Рассказывать популярно о таком виде материи как поле — занятие практически бестолковое, потому что визуализировать оное или художественно его описать практически нереально. В нашем повседневном опыте поле нельзя потрогать, да и ощутить можно только косвенно, ничего при этом не понимая. Поэтому физики делают упор на много-много математики.

Тем не менее мы попытаемся немного осветить достижения нынешней науки в этой области ужасными аналогиями и примерами, из-за которых большинство физиков (и химиков!) уйдут в леса и пустыни жить отшельниками. Мы заранее просим у них прощения.

В классической физике полем называли что-то такое воздушное и невидимое, разлитое по пространству, в которое объект попадал и внезапно испытывал влияние «неведомых» сил. Например, если камень начинает падать с ускорением на землю, то он, видите ли, находится в гравитационном поле. А если железный шарик двигается к магниту, то он всего-навсего плавает в магнитном поле. Короче, поле — это что-то волшебное. Недаром в фантастической литературе сплошь и рядом встречаются защитные и магические поля для спасения сюжета.

Но в наши благословенные дни ученые решили от термина «поле» отказаться. Это понятие в свете квантмехов устарело, и нынче им пользуются физики в случаях, когда надо упростить суть явления (ну типа как мы говорим, «дай мне вон ту фигню» вместо «принеси, пожалуйста, степлер»). Еще слово «поле» говорят электрики, чтобы выглядеть солидно, им как-то сразу начинаешь больше доверять.

Вместо всего вот этого теперь используют словечко «взаимодействие». И оно содержит принципиально иной подход: разгадка в том, что вещественная материя может взаимодействовать между собой другой формой материи. И не только может, а постоянно это делает.

Поначалу все думали, что взаимодействие распространяется волнами, по поводу чего поспешили нарисовать всякие формулы волн и полей собранных из них, но потом Планк, как вы уже знаете, рассчитал, что поле можно измерять кусочками-квантами, Эйнштейн подтвердил, и вообще оказалось, что это не волны, а иногда совсем даже частицы. Для удобства ученые решили считать явление одновременно и частицей и волной, а чтобы никто не смеялся, они назвали явление по-умному — корпускулярно-волновым дуализмом.

Позже Фейнман с единомышленниками задвинули собственную версию происходящего, в которой взаимодействие (да и всё вещество микромира) — особая форма материи, которая не частица и не волна, но имеет свойства и того и другого. Собственно, с Фейнмана и началось отношение к полям как к видам взаимодействия.

О бытовых тонкостях дуализма мы расскажем в лекциях по квантовой физике. А сейчас вернемся в наши поля. На сегодняшний день физики обнаружили пять натуральных видов взаимодействий.

И начнем мы с первого вида взаимодействия — электромагнитного.

1

Изначально было две магии — магнитная и электрическая. Затем Максвелл поэкспериментировал с той и другой и объявил, что вообще-то это одно и то же; просто в разных условиях и ситуациях мы наблюдаем, то магнитный, то электрический эффект. Там еще потом и теория относительности затесалась, объясняющая, откуда берется поле у движущихся зарядов. Делов-то было, всего лишь ограничить скорость вещества во Вселенной. Но легче от этого открытия не стало.