Вселенная в зеркале заднего вида

Чтобы взять с места в карьер, нам нужно кое-что узнать о том, как устроены волны — любые волны, и звуковые, и световые, и водяные, и вероятностные квантовомеханические. Им всем писан один закон: если удвоить амплитуду волны, сила (громкость звука, яркость света, вероятность обнаружения) возрастает в четыре раза. Точнее, сила волны пропорциональна квадрату амплитуды.

Есть ровно два способа сделать так, чтобы вероятность после подмены не изменилась. Надо умножить волновую функцию либо на единицу, либо на минус единицу. Одни частицы выбирают положительный маршрут, другие отрицательный, и то, какая какой маршрут выберет, оказывается, приводит к колоссальным последствиям.

Не будет преувеличением сказать, что своим существованием вы обязаны минусу. А чтобы понять, как так вышло, нам придется еще дальше углубиться в царство спина.

Глава восьмая. Спин В которой мы разберемся, почему вы не представляете собой облако разумного гелия и что с вами сделает чайная ложка нейтронной звезды

Представьте себе, что вы на роскошном банкете, а рядом с вами посадили физика. Придется напрячь воображение: на подобные мероприятия нас обычно не зовут. Чтобы помочь своему новому другу-физику расслабиться, вы битый час слушаете его бормотание, а потом решаете бросить ему кость и называете его теорию «элегантной». Больше от вас ничего не требуется. Он ваш верный друг до гробовой доски.

Элегантности в одежде и манерах нам добиться трудно, зато она заложена в самом центре симметрии и в сердце физики. И несмотря на то, что физика частиц во многом состоит из длиннейших списков, обитатели зоопарка частиц — существа на диво простые. Численных величин совсем немного, зато они говорят вам все, что нужно знать. Среди них есть очевидные — масса и заряд. Есть и не такие очевидные — цвет и аромат, которыми мы займемся в следующей главе. А есть и совсем неуловимая — спин.

Спин — дело настолько тонкое, что это будет единственная глава, из которой вы не узнаете ни о какой новой симметрии. Уж извините. Однако есть и хорошая новость — зато мы увидим, что следствия из симметрии замещения тождественных частиц для разных частиц совсем разные, а из-за этого разные виды частиц и ведут себя по-разному. А в конце вообще рванет, так что не отвлекайтесь.

Со спином мы уже знакомы, однако кое-какие квантовые безумства я старательно замолчал. Еще из первой главы мы узнали, что направление квантового спина, по крайней мере у нейтрино, — один из верных признаков того, что мы все не превратились в антивещество по какому-то капризу природы. Настало время перейти от слов к делу и раз и навсегда показать, что самим своим существованием вы обязаны тому, как вращаются субатомные частицы и вращаются ли они вообще, то есть, какой у них спин[84].

Казалось бы, спин — это просто вращение, а с вращением мы часто имеем дело в повседневной жизни, поэтому возникает искушение решить, будто нам уже все понятно. Так вот, поверьте мне на слово, если вы представляете себе электрон в виде микроскопического шарика или мячика, вы глубоко заблуждаетесь.

Почему спин не похож на вращение планеты

Сейчас я открою свой волшебный сундук с аналогиями и сделаю вид, будто частицы ведут себя как вращающаяся Земля — ну почти совсем, — в основном потому, что вы (скорее всего) родом с Земли и у вас, наверное, когда-то был глобус. А потом я покажу, почему все совсем не так. Заранее предупреждаю.

Начну с дурацкого вопроса. Вверх — это куда? Если не стоишь на поверхности Земли, ответ совсем не очевиден.

Когда в кино в космосе встречаются два звездолета, они почти всегда ориентированы так, чтобы «верх» разнообразных мостиков соответствовал «верху» кадра. Да откуда они знают?! В космосе «верх» — понятие практически бессмысленное. То, что почти все глобусы и карты Земли ориентированы так, что север у них сверху, а юг снизу, — просто историческая случайность. Те, у кого армия была сильнее, в конце концов завоевали остальных и нарисовали свои страны сверху[85]. Но у планет, как и у частиц, «верх» определяется иначе.

Если смотреть на Землю со стороны Северного полюса (на картах и глобусах он сверху), она вращается против часовой стрелки. Это просто условность, правда, очень крепко укоренившаяся (правда, я слышал, что в Австралии делают карты вверх ногами — та же условность, только наоборот).

«Верх» в Солнечной системе