Про эту вашу физику

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.