Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком

Основная идея квантовой теории поля: частица – это элементарное возбуждение в некотором поле. Наша реальность – полевая; никаких частиц самих по себе не существует.

В квантовой физике мы рассматриваем частицы не как маленькие шарики, а как возмущения поля. В следующей главе вы узнаете, что любая частица может быть как частицей, так и волной, и из-за этого возникала путаница; введение понятия поля упростило ситуацию. К тому же квантовая теория поля позволяет делать серьёзные математические расчёты.

В физике элементарных частиц есть свой аналог таблицы Менделеева – это стандартная модель. В ней размещены все известные элементарные частицы. Ещё раз обращу ваше внимание на официальные названия кварков: прелестный, истинный, очарованный, странный… Очень мило, не правда ли?

Можно сказать, что существуют поля каждой элементарной частицы из этой таблицы. Изучением взаимодействия этих полей занимается наука квантовая теория поля.

В теоретической физике также есть много гипотетических полей. Они относятся к теориям, которые не содержат внутренних противоречий и часто не противоречат наблюдениям. Однако они ещё не приняты в научном сообществе из-за того, что воспроизводимы только статистически. А для признания научной теории необходима 100 %-ная воспроизводимость результатов.

Например, тахионное поле. Тахион – это гипотетическая частица с массой, равной комплексному числу, которая движется со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Впервые идею существования таких частиц предложил Арнольд Зоммерфельд.

Физик-теоретик Арнольд Зоммерфельд был универсальным учёным, чьи интересы распространялись как на точные науки, так и на гуманитарные, включая литературу, философию и историю. Его называют главным неудачником Нобелевской премии: Зоммерфельда номинировали 84 (!) раза, но так её и не дали. Сам Зоммерфельд два раза номинировал на премию своих коллег – Альберта Эйнштейна и Макса Планка, – после чего учёные стали нобелевскими лауреатами. Всего шесть учеников Зоммерфельда удостоились почётной награды, что тоже является рекордом.

Тахионы не могут как‑либо взаимодействовать с частицами нашего мира, так как их скорость выше скорости взаимодействия в нашей Вселенной. Они просто выпадают из нашей пространственно-временной и причинно-следственной структуры!

По этой причине обнаружение и фиксация таких частиц представляются, скорее всего, невозможными.

Физики вообще любят придумывать теории, которые в принципе невозможно проверить.

Другой интересный пример гипотетического поля – торсионное поле. Мысль о существовании такого поля впервые пришла в голову математику Эли Картану, который предположил следующее. Если элементарные частицы обладают набором независимых параметров, то каждому из этих параметров должно соответствовать своё поле: заряду – электромагнитное, массе – гравитационное, а спину – спиновое (или торсионное). Мне это кажется очень разумным и логичным.

Теория активно разрабатывалась советскими учёными в 1980‑е годы. Несмотря на сложности в СССР в этот период, изучение теории торсионный полей было поддержано правительством и хорошо финансировалось. Однако в 1990‑е годы исследовательская группа была распущена.

Торсионное поле (если существует) является носителем пятого фундаментального взаимодействия – информационного. И это взаимодействие в настоящее время гипотетическое.

Однако многие теории десятилетиями не принимались, а потом стали звёздами науки. Хороший пример – бозон Хиггса и поле Хиггса (см. стандартную модель). Благодаря полю Хиггса у элементарных частиц есть масса. Бозон Хиггса даже называют частицей Бога. Существование бозона предсказали в 1964 году, однако доказательств тому не было. До 2012 года это была гипотетическая теория, а потом бозон Хиггса экспериментально обнаружили на Большом адронном коллайдере. Кто знает, может, через несколько десятилетий теорию торсионных полей тоже признают наукой.

Глава 5

Постулаты классической физики