Удивительная физика. Магия, из которой состоит мир

Эта глава началась с простого примера эмерджентности: если добавить достаточно песчинок, возникнет куча. Точно так же сложение множества теорий и экспериментальных наблюдений приводит к возникновению более сложных идей. Например, непрерывные фазовые переходы проявляют масштабную инвариантность – пузырьки в пузырьках на любых пространственных и временных масштабах. Но истинная масштабная инвариантность невозможна: невозможно получить пузырь крупнее сосуда. Профессор Каданов предложил простой подход к этой проблеме: фазовых переходов не существует! Точнее, они существуют только в математических моделях, которые никогда в точности не соответствуют реальности. Эта точка зрения часто встречается у теоретиков, занимающихся физикой конденсированного состояния. Но, если переходов между состояниями не существует, существуют ли сами эти состояния?

Прагматический ответ на этот вопрос состоит в том, что состояния материи существуют постольку, поскольку они полезны. Математические модели способны быть точными, потому что могут предполагать существование бесконечного количества частиц, что не соответствует реальности. Но вам не обязательно нужно, чтобы ваш чай выдерживал столь строгий анализ: все, что от него требуется, – чтобы он плескался в вашей чашке, а не замерзал в твердую ледышку и не улетучивался в виде газа. Кроме того, ответ зависит от применимых пространственных и временных масштабах. Если кусок камамбера сохраняет форму в течение обеда, значит, он обладает достаточной твердостью, даже если столь краткий период окажется слишком ничтожным, чтобы привлечь внимание наблюдающей за нами оливы.

Именно универсальность позволяет простым моделям отражать суть реальных физических ситуаций. Сложные мелкомасштабные подробности становятся несущественными, и это обстоятельство можно выразить численно. Говоря словами того же Дж. Дж. Фрэзера, универсальность есть порядок и единообразие, скрытая пружина, обнаружение которой открывает безграничные перспективы. Тщательные размышления и наблюдения открывают путь, иногда скрытый, к сути мироздания. На первый взгляд кажется, что у магнитов и конденсации нет ничего общего, но на деле они связаны глубокими корнями.

В изначальной трактовке физики конденсированного состояния материи были представлены классическими стихиями. Эта глава была посвящена жидкостям и газам, которые олицетворяют вода и воздух. Теперь мы спустимся в глубь земли и сосредоточимся на самом магическом из всех проявлений – кристаллах. Путешествие по многочисленным мирам отдельных кристаллов приведет нас к совершенно иному пониманию материи – пониманию, сводящемуся к вопросу симметрии.

III Магия кристаллов