Жизнь в невозможном мире: Краткий курс физики для лириков - [17]

При описании внутриядерных взаимодействий, однако, закрыть глаза не удается. Никакой процесс там невозможно адекватно описать как процесс с конечным числом участников. Любая задача там реально есть задача бесконечного количества взаимодействующих тел. Математическая, вернее, физико-математическая дисциплина, изучающая такие задачи, называется квантовой теорией поля.

«Поле» — это то, что разлито везде, в каждой точке пространства. А частица — это локализованный объект. Как же из одного можно получить другое? Связующим образом здесь является то, что японцы назвали «цунами». Цунами есть пример того, что в физике называется «солитон», то есть это одиночная волна, которая движется практически как твердое тело, не меняя своей формы. Вот так, из текучей среды (воды) возникла устойчивая форма. Причем когда солитон движется, содержимое его все время меняется, а форма остается практически постоянной. И никакой квантовой механики здесь нет. Так и физики пытаются описать частицы как «солитоны» текучих и бесконечно изменчивых полей.

Так от картины распавшегося на бесконечное количество частиц мира мы пришли к картине нерасторжимого единства. Атом («неделимый») оказался неотделимым. Неотделимым от Вселенной.

Другой идеей, испытавшей в ходе столетий приключения и трансформации, оказалась идея «эфира». В школьных учебниках написано, что идея эта, столь популярная в XIX веке, была окончательно изгнана из физики. Мне такой взгляд представляется упрощением. То, что сейчас называют «вакуумом», во многих отношениях похоже на эфир. Поскольку понятие вакуума является чрезвычайно важным в современной физике, стоит над этим поразмышлять.

Медитация 2. Пусто ли пустое пространство?

Ночной эфир струит зефир,

Шумит, бежит Гвадалквивир.

А. С. Пушкин

Услужливо распахиваешь двери

И посылаешь в капище пустот,

Чтоб с помощью изученных заклятий

Руками загребал тебе я жар.

Но я в твоем «ничто» надеюсь, кстати,

Достать и всё посредством тех же чар.

И. Гете. Фауст (перевод Б. Пастернака)

Пустота не вполне пуста —

В ней различные есть места.

Есть такие, что головой

Шевельнёшь — и подымут вой

Все, от братских стихий вовне

До Белинского на стене.

Есть другие — и там живу,

Раз в неделю топчу траву;

И встаёт надо мной заря —

Ей не скажешь, что это зря.

Ольга Рожанская

Слово «эфир» прочно вошло в наш язык («в эфире „Эхо Москвы“», «встретимся в прямом эфире» и т. д.). Но все же читатель, наверное, слышал, что эфир есть устаревшая научная концепция и его бытовое употребление является своеобразным пережитком прошлых времен. На самом деле мне кажется, что «эфир» вернулся-таки в науку, хотя и изменившись, но не до неузнаваемости.

Как следует из приведенных примеров, в повседневном употреблении слово «эфир» связано главным образом с радио. Исторически это вполне оправданно. Радиоволны являются частным проявлением электромагнетизма, теория которого была построена в середине XIX века великим британским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом. Максвеллу удалось обобщить все предыдущие открытия в области электричества и магнетизма и написать систему уравнений, описывающих электрические и магнитные поля как часть более общего явления. Из этих уравнений, в частности, следовало, что меняющееся во времени электрическое поле может порождать переменное магнитное, а то, в свою очередь, порождает электрическое, и т. д. В результате такого «тяни-толкая» получается распространяющаяся волна, которая и описывает все, что мы теперь называем электромагнитным излучением, то есть радиоволны, тепловую радиацию, свет, ультрафиолетовые лучи, рентген и т. д.

Волны разного рода в природе — постоянное явление, но все, с чем люди были знакомы до Максвелла, были волны, распространяющиеся в какой-то среде, как то: волны на поверхности воды, звуковые волны и т. д. Естественно, возник вопрос: колебаниями какой среды является, скажем, свет. Аналогия еще более подхлестывалась тем, что уравнения электромагнитных волн выглядели очень похоже на уравнения, описывающие распространение звука в некой среде. Гипотетическая среда эта и получила название эфира. Свойства ее получались довольно странными: она должна была быть весьма плотной и упругой (скорость света превышает скорость звука даже в таких средах, как сталь, в миллионы раз), абсолютно несжимаемой и допускать деформации только на сдвиг. Такой вот сверхтвердый кристалл. Получалось, что то, что люди полагали пустым пространством, на самом деле совсем не пусто, а занято вот этим самым странным веществом, мировым эфиром.

Нет нужды рассказывать о том, как идея такого эфира вступила в противоречие с данными наблюдений и была, казалось бы, навеки похоронена теорией относительности. Об этом написано в учебниках. Однако кое-что от этой старой идеи вернулось в физику в виде отрицания существования «пустого» пространства, то есть пространства, лишенного свойств. Правда, вместо слова «эфир» теперь пользуются словом «вакуум» (то есть «пустота»), понимая его совсем не как пустоту, что несколько сбивает с толку.

Поясню терминологию на примере. Возьмем какую-нибудь частицу (ну хоть электрон) и поместим ее в ящик размерами