В квантовой физике в конце концов нашли способ, как избавиться от частиц, движущихся навстречу силе, и объяснили, как следует понимать соответствующие решения уравнений. Однако, если бы на этот вопрос обратили внимание еще в классической механике, предсказание уравнения Дирака об электронах с отрицательной массой не выглядело бы столь неожиданным.
По своей красоте и строгости механика подобна геометрии. Только ее теоремы формулируются не в трехмерном, а в многомерном пространстве, да еще и время И1рает роль дополнительной координаты.
Физические системы иной природы — например, распределенные в пространстве электрическое и магнитное поля, гравитационные волны, реакции с участием элементарных частиц и ядерных сил и тому подобное — тоже описываются величинами, играющими роль координат, скоростей и сил. В любой системе есть основные величины, а также величины, характеризующие их изменение («скорости»), и силовые функции, понуждающие систему изменяться. Так устроен наш мир.
По аналогии с механикой для всех этих величин можно сформулировать вариационный принцип и найти уравнения движения. Такая процедура оказывается совершенно однозначной и теперь широко используется в физике. Образно говоря, все современные теории являются обобщенной механикой и строятся по ее образу и подобию. С этой точки зрения механика — самая фундаментальная. коренная наука, хотя и относится лишь к не слишком быстрым движениям и достаточно большим расстояниям.
Есть еще порох в пороховницах!
Механику изучают уже триста лет. Казалось бы, за это время физики «выжали» из нее все, что можно, исследовали все частные случаи и возможности. И тем не менее она до сих пор служит лабораторией для изучения различных нетривиальных обобщений наших представлений о движении и взаимодействии материальных тел.
О теории с отрицательными массами уже упоминалось. Другое интересное обобщение связано с попыткой объяснить необычное поведение суперэлементарных частичек — кварков. Дело в том, что их никак не удается вылущить из протонов и нейтронов, частями которых они являются. Складывается впечатление, что, в отличие от всех других материальных объектов, больших и малых, кварки не могут существовать поодиночке — сами по себе, без других братьев-кварков. Капельку слипшихся кварков нельзя разорвать.
Если, например, по одному из кварков сильно стукнуть разошанным в ускорителе электроном, то, вопреки ожиданиям, этот кварк не отделяется от других, а мгновенно «выплевывает» быстрый мезон и сам, избавившись от излишней энергии, остается внутри капельки. И так всякий раз. Физики творят о «резиновой тюрьме»: удирающий кварк с силой ударяется о ее стену, в этом месте от нее отлетает кусок в виде мезона, а кварк отбрасывается ею назад.
Почему вокруг капельки кваркового вещества образуются такие резиновые стенки — это остается загадкой. Предложено немало объяснений, но ни одно из них не описывает полностью удивительного поведения плененных кварков.
Может, нужно как-то по-новому характеризовать систему частиц? Обычно считают, что положен не каждой из ее частиц-составляющих полностью определяется силами, действующими на нее со стороны всех ее соседей. Эти силы входят в уравнения движения, и решения, то есть эволюция системы, однозначно зависят от их величины. Однако в системе могут быть и несиловые связи. Например. известно, что если в группе совершенно одинаковых (тождественных, как говорят физики) электронов с равными скоростями и ускорениями поменять местами две частицы, то это может породить наблюдаемые эффекты, хотя, казалось бы, какая разница — ведь частицы-то совершенно одинаковы по всем параметрам!
Почему происходит такое, довольно трудно объяснить в популярной, не использующей формул статье, но нам сейчас важен сам факт: в природе существуют и проявляются во многих экспериментах несиловые связи, действующие даже тогда, когда между частицами нет никаких сил!
Можно сформулировать вариационный принцип, учитывающий возможность несиловых связей, и получить соответствующие обобщенные уравнения движения. Оказывается, частицы в таких системах не могут разойтись на большие расстояния. Бестелесные несиловые связи удерживают их внутри некоторой ограниченной области. Возникает ситуация, похожая на ту. что имеет место в случае кварков. Может, и там действуют какие-то еще не изученные физикой типы несиловых связей? Это весьма интересный предмет для дальнейшего исследования.
Есть еще одна очень любопытная область, где механика служит сегодня полигоном для проверки новых илей. Это теория векторного времени. Мы привыкли к тому, что пространство трехмерно, а время одномерно — всегда течет в одном направлении. А почему? Может, время тоже — вектор с тремя компонентами, и мы не видим двух дополнительных просто потому, что временные векторы всех тел в окружающей нас части Вселенной параллельны друг другу и нас, как щепки в потоке воды, несет всех в одном направлении? Известный нам мир образовался путем «распухания» небольшого «кусочка» первичной Вселенной. Возможно, в других, удаленных от нас районах Вселенной направление временной оси совсем иное?
