Квантовый ум. Грань между физикой и психологией

Наше изучение идей физики и психологии позволяет мне объяснять, как из энергии можно было бы создавать материальные частицы. Вы, вероятно, помните уравнение атомной энергии E = mc²

. На основании наших знаний о том, как энергия может создавать материю, нашим следующим шагом будет изучение смысла физических полей, например, тех, что создаются электричеством.

Ранее мы уже рассматривали электрические поля. Мы видели, как они связаны с магнетизмом, но по-настоящему не исследовали, что такое поле. Одна из причин состоит в том, что никому не известна точная природа электрического поля. По мере развития физики развиваются и такие понятия как поля. Вы знаете, что электрические поля могут создаваться электрическими зарядами, которые переносят такие частицы, как электроны или позитроны. Электрическими зарядами обладают атомы; этим отчасти объясняется то, как они притягиваются друг к другу, образуя молекулы. Электрические поля, окружающие атомы, притягивают частицы и другие атомы. Именно полями вокруг атомов объясняется большая часть молекулярной химии: это старая история взаимного притяжения и отталкивания.

Поля очень интересны, но очень абстрактны. Как в точности они действуют? Как одни вещи притягивают или отталкивают другие на расстоянии? Что это, магия? Непонятны даже поля пространства-времени. Каким образом кривизна пространства-времени создает поля тяготения? Многие физики не обладали такой даосской или полевой ориентацией как Эйнштейн и хотели больше знать о механике полей. На самом деле, многих квантовых физиков, которые были современниками Эйнштейна (равно как и более современны) никогда полностью не удовлетворяла идея, что кривизна пространства-времени эквивалентна тяготению. Теоретически, материю и тяготение можно заменять искривленным пространством-временем, но что это означает? Сколь бы полезным и важным ни было понятие пространства-времени для объяснения природы материи, поле пространства-времени кажется слишком мистическим и слишком математическим некоторым физикам, которые хотели бы больше знать о том, как поля могут проявлять физические свойства.

Многие ученые полагали, что идея воображаемых частиц была бы ближе к повседневной реальности. Даже если такие воображаемые частицы было невозможно увидеть, многим людям частицы казались более естественными, чем поля. Так начиналась невероятная история «виртуальных частиц» – области физики, где соединяются квантовая механика и теория относительности.

Кое-какую информацию о виртуальных частицах лучше всего понимать как рассказ. Если вы будете относиться к тому, что говорится далее, как к рассказу, то, быть может, сумеете следить за его содержанием и принимать его. В ином случае, ваш рациональный ум будет возражать. Я обещаю дать для этой истории более рациональные основания, но здесь я лишь постараюсь, чтобы она выглядела разумной²

.

С 1700-х гг. люди привыкли думать, что вокруг материи имеются различные физические поля – электрические поля, магнитные поля, и поля тяготения. Материальные поля можно было описывать математически. Но никто точно не знал, что на самом деле представляют собой эти поля, или как они действуют с точки зрения механических аналогий. Как им удается порождать силы, действующие на объекты? Как может магнит на расстоянии влиять на железные опилки? Это что, магия?

Эйнштейн утверждал, что пространства Вселенной, измерения пространства-времени, подобны субстанции, поскольку кривизна пространства-времени эквивалентна идее тяготения. Он связывал понятия материи и поля. Это заставляло физиков подозревать, что даже такие более осязаемые вещи, как частицы, тоже могут быть выражениями полей.

Мы знаем, что вокруг электрона или протона или любой заряженной частицы имеется электрическое поле. Это поле излучается вовне и даже на расстоянии воздействует на другие частицы. Физики могут определять силу поля, измеряя, какую силу необходимо приложить, чтобы столкнуть два электрона. Когда два электрона подходят очень близко друг к другу, они взаимно отталкиваются вследствие имеющегося между ними электрического поля. Но что там происходит на самом деле? Вот как люди отвечали на этот вопрос.

Физики, противившиеся идее, что за это отталкивание ответственно электрическое поле, говорили: давайте объяснять это поле в терминах механических частиц – крохотных кусочков материи. Этим физикам не нравилась идея поля, создающего отталкивание, магическим образом действуя на расстоянии. Они считали, что вещи отталкивают другие вещи только в результате столкновения.