Дао физики

Это положение дел будет казаться парадоксальным до тех пор, пока мы придерживаемся взглядов о сложных «предметах», состоящих из «строительных кирпичиков». Парадокс исчезает только при динамическом релятивистском подходе. Тогда частицы воспринимаются как динамические паттерны или как процессы, задействующие некоторое количество энергии, заключенное в их массе. В процессе столкновения энергия двух частиц перераспределяется и образует новый паттерн, и, если кинетическая энергия столкновения достаточно велика, то новый паттерн может включать дополнительные частицы, которых не было в исходных частицах.

Высокоэнергетические столкновения субатомных частиц — основной метод, который используют физики для изучения их свойств, и по этой причине физика частиц носит также название физики высоких энергий. Кинетическая энергия гарантируется в огромных, достигающих в окружности нескольких миль, ускорителях частиц, в которых протоны разгоняются до скорости, близкой к скорости света, а затем сталкиваются с другими протонами или нейтронами.

Большинство частиц, возникающих пои столкновениях, очень недолговечны и существуют гораздо меньше одной миллионной доли секунды, после чего они снова распадаются на протоны, нейтроны и электроны. Несмотря на крайне непродолжительный срок существования, можно не только обнаружить эти частицы и измерить их характеристики, но и сфотографировать их следы. Для фиксации следов, или треков, частиц используются специальные так называемые «пузырьковые камеры». Принцип их действия напоминает след реактивного самолета в небе. Сами частицы на несколько порядков меньше пузырьков, составляющих следы частиц, но по толщине и искривленности трека физики могут определить, какая частица его оставила. В точках, из которых исходит несколько треков, происходят столкновения частиц; искривления возникают из-за использования исследователями магнитных полей. Столкновения частиц — основной экспериментальный метод для изучения их свойств и взаимодействий, и красивые линии, спирали и дуги в пузырьковых камерах имеют первостепенное значение для современной физики.

Эксперименты последних десятилетий раскрыли динамическую сущность мира частиц. Любая частица может быть преобразована в другую; энергия может превращаться в частицы, и наоборот. В этом мире бессмысленны такие понятия классической физики, как «элементарная частица», «материальная субстанция» и «изолированный объект». Вселенная предстапляет собой подвижную сеть неразделенно связанных энергетических процессов. Всеобъемлющая теория для описания субатомной действительности еще не найдена, но уже сейчас существует несколько моделей, вполне удовлетворительно описывающих ее определенные аспекты. Все они несвободны от математических трудностей и порою противоречат друг другу, все же отражая при этом глубинное единство и подвижность материи. Они показывают, что свойства частицы могут быть поняты только в терминах ее активности, то есть ее взаимодействия с окружающей средой, и что частицы следует рассматривать не как самостоятельные единицы, а как неотделимые части целого.

Теория относительности радикальным образом изменила наши представления не только о частицах, но и о силах взаимного притяжения и отталкивания частиц. При релятивистском подходе считается, что эти силы эквивалентны таким же частицам. Подобную картину сложно себе представить. Такое положение дел обусловлено четырехмерной пространственно-временной сущностью субатомной действительности, с которой сложно иметь дело и нашей интуиции, и вербальному мышлению. Однако осознать необходимо, если мы хотим постичь субатомные явления. Релятивистский подход соотносит силы, действующие между составными частями вещества, со свойствами этих составных частей и таким образом объединяет два понятия — понятия силы и вещества — которые со времени греческих атомистов казались абсолютно самостоятельными. Сейчас считается, что и сила, и материя берут свое начало в динамических системах, которые мы называем частицами.

Тот факт, что частицы взаимодействуют при помощи сил, способных преобразовываться в такие же частицы, — еще одно свидетельство в пользу нашего утверждения о невозможности разделения субатомной действительности на составные части. Начиная от нашего макроскопического окружения и вплоть до уровня ядра силы притяжения относительно слабы, и можно сделать обобщение, сказав, что вещи состоят из частей. Так, крупинка соли состоит из молекул, молекулы соли — из двух разновидностей атомов, атомы — из ядер и электронов, а ядра — из протонов и нейтронов. Однако на уровне элементарных частиц такой взгляд на вещи уже недопустим.