Чтение онлайн

Мало кто слышал этот зловещий шёпот, и уж наверняка его не слышал Дирак. Иначе он и не взялся бы соорудить релятивистское квантово-механическое уравнение для электрона – зачем стараться, если заранее известно, что получится «чушь собачья»? Впрочем, Дирак был на редкость целеустремлённым, и чушь в итоге получилась не такая уж и собачья. Вот, посудите сами. Из теории Дирака прямо следовало, что свободные электроны могут иметь не только положительные энергии – суммы собственных и кинетических энергий – но и точно такие же по величине, только… отрицательные. Причём, немедленно получалось, что электроны, имеющие отрицательную энергию, должны иметь отрицательную массу. Представляете? Все приколы «Страны чудес» Кэррола – это детский лепет по сравнению с одним таким приколом, как «отрицательная масса». Смотрите: электрон, испытывающий силу притяжения к положительному заряду, из-за своей отрицательной массы ускоряется не туда, куда его тянут, а в противоположном направлении! Про таких говорят – если в реке утонет, то искать его нужно будет выше по течению. Представили? Ну, вот ещё примерчик: бьёт электрон, имеющий отрицательную массу, теоретика по башке. Натурально, передаёт этой башке импульс. Только импульс этот направлен не так, как казалось бы, а наоборот. Хлоп теоретика – что в лоб, что по лбу – а башка его, вместо того, чтобы откинуться назад, клюёт вперёд! «Слушайте, - тактично обращались к Дираку оппоненты, - давайте не будем доводить маразм до абсурда!» - «Чего-чего? – вскидывался Дирак. – Теорию относительности и квантовую механику вы называете маразмом, а их прямые следствия – абсурдом?! Так и запишем…» И оппоненты моментально испарялись с горизонта. «Наскоком Дирака не ущучить, - прикидывали они, - уж больно он талантлив! Ладушки, мы вот что тебе устроим…» И устроили. Понимаете, согласно релятивистским воззрениям, энергия свободного электрона может быть как угодно большой – вплоть до бесконечности. С лёгкой руки Дирака, энергии электронов с отрицательной массой тоже могли забираться в бесконечность – только в отрицательную. Но это значит, что состояния с наинизшей энергией не существует, а тогда неустойчивы состояния нормальных электронов, имеющих положительные энергии: все эти электроны, через квантовые скачки, сваливались бы в бездонную пропасть отрицательных энергий. Довольно скоро мир остался бы без нормальных электронов! Что, мол, на это скажете, Дирак Вы наш?.. Ха-ха! С этой проблемой Дирак разделался одним плевком, выдав дополнительное предположение: все состояния с отрицательной энергией уже заняты, господа! Бездонная пропасть уже заполнена, так что некуда сваливаться нормальным электронам! Пусть живут и радуются! «Так это что же, - обалдевали коллеги, - мы живём в бесконечном океане отрицательной энергии, и не замечаем этого?» - «Ну, зачем вы так, - приводил их в чувство Дирак. – Если присмотреться, то можно кое-что заметить». И начинал ликбез: если, мол, электрон с отрицательной энергией возьмёт да поглотит себе достаточно энергичный гамма-квант… (в этом месте у слушателей отваливались нижние челюсти: по всем раскладам, поглотить квант свободный электрон не может) …то, мол, этот электрон забросится в состояние с положительной энергией. И получится в итоге что? А вот, мол, такая парочка: нормальный электрон и – на месте прежнего – «дырка» в океане отрицательных энергий, чуете? Причём, эта «дырка», мол, не простая, а вся из себя положительная: и по заряду, и по массе! Коллеги чуяли и цепенели от ужаса, и вправду кое-что замечая: у Дирака внаглую нарушались законы сохранения и заряда, и массы. Но уж так запугал своих оппонентов талантливый Дирак, что никто и пикнуть не смел. В довершение к этому кошмару, Андерсону удалось сфотографировать след частицы, которая ионизировала газ так же, как и электрон, но имела, несомненно, положительный заряд. Дираковская «дырка от бублика» оставляла трек в камере Вильсона! «Ну, что я вам говорил ещё год назад?!» - ухахатывался Дирак.

В общем, чтобы пресечь массовую истерику среди физиков, самые стойкие из них дали необходимые разъяснения. Да, мол, Дирак немного погорячился со своим релятивистским квантово-механическим уравнением – никто в здравом уме не будет применять его для расчёта движения электрона в ускорителе или в электровакуумном приборе. Да, Дирак немного погорячился также насчёт океана отрицательных энергий. Да, а ещё он немного погорячился насчёт «дырок» в этом океане – Андерсон запечатлел совсем не «дырку», а натуральную частицу. Видите: погорячился, погорячился, погорячился… Так он и дальше будет горячку пороть: горланить, что он первый брякнул про штучку с массой электрона и положительным зарядом! Ей-богу, дешевле будет признать его великим теоретиком, предсказавшим существование первой из открытых античастиц – позитрона! Виват, господа! Гоним зайца дальше!

Здесь самое время заметить: всё то, до чего дошёл пылающий разум теоретиков, когда они квантовали состояния вещества – это пустяки по сравнению с тем, до чего они дошли, квантуя электромагнитное поле. Ведь между веществом и полем есть принципиальная разница. Вещество – оно в природе есть. А поле… ну, в общем, его нет. Теория поля – это теория того, чего нет. Квантовая теория поля - это квантовая теория того, чего нет. Поле, вообще-то, понадобилось лишь как посредник во взаимодействиях электрических зарядов на расстоянии. Без такого посредника физикам и белый свет не мил. Если, мол, такого посредника нет, то от взаимодействия зарядов на расстоянии попахивает «мистикой и спиритизмом». Эк куда хватили! Да если мистики и спириты попытались бы разобраться в квантовой теории поля – они бы позеленели от зависти!

Помните, мы говорили, что различными формами физической энергии обладает только вещество? Ну, вот: тогда не нужен заполняющий пространство между зарядами посредник для передачи энергии. «Кому-то не нужен, - возразят нам, - а кому-то очень нужен! Вопрос должен решаться не на уровне субъективных склонностей, а на уровне объективных экспериментов!» Так мы разве против? Смотрим правде в глаза: ни один объективный эксперимент не говорит прямо о поведении поля, все они говорят о поведении только вещества. Смотрят на поведение зарядов и выводы делают: «Ах, вон куды электрончик понесло… Ах, вот какой точок в катушечке наводится… Ну, стало быть, поле там такое!» Только так! Глядя на поведение вещества, поведение поля домысливают. Ёлки-палки, объективнее некуда: поведение поля – это сплошные домыслы! Кому-то там очень нужные!

Ну, вспомним историю: было время, когда считалось, что пространство между атомами заполняет эфир, в котором возможны механические напряжения-натяжения и даже механические волны. Всё это описывалось уравнениями Максвелла. Заряды дёргались, от этого по эфиру бежали волны, которые приводили в движение другие заряды. Никакой мистики, всё очень физично-с! А потом, ради нужд теории относительности, эфир пришлось упразднить. И что же предложили взамен прежнего посредника во взаимодействиях зарядов? Да только и предложили, что одно название: поле. Новая физическая реальность, мол, просим любить и жаловать! А за что её любить, спрашивается? За то, что ей на халяву досталось чужое добро – уравнения Максвелла? Так ведь говорят же, что на чужом несчастье своего счастья не построишь. И точно! Раньше уравнения Максвелла имели чёткий физический смысл, и волны, которые бегали между зарядами, были волнами в среде – как волнам и положено. Теперь же уравнения Максвелла утратили физический смысл, а волны стали волнами… в пустоте. «Да не в пустоте, - поправляют нас, - там же поле есть!» Ну, ладно, бывшие волны в среде стали волнами в поле – вам от этого легче? Волновое движение среды – это понятно. А что такое «волновое движение поля»? Что там, в чистом поле, колеблется? «Энергия поля!» - отвечают нам. Слушайте, милейшие: для колебательных движений необходимы возвращающие силы. Какова же природа возвращающих сил, действующих на «колеблющуюся энергию» в чистом поле? До сих пор не надыбали? Ай-яй-яй! Чем же вы занимались сотню лет – делая вид, что развиваете теорию поля?

Развивали-развивали, а две главные проблемы поля так и остались. Во-первых, полевая энергия заполняет всё пространство сплошняком, а также имеет бесконечно широкий спектр – т.е. поле имеет, как говорится, бесконечное число степеней свободы. А поскольку на каждую степень свободы приходится конкретная тепловая энергия, то оказывается, что, при температурах выше абсолютного нуля (проще говоря, всегда) энергия любого конечного объёма поля – бесконечна! Где вы такое видели, милейшие? Во-вторых, в отличие от эфира, который, как считалось, существовал независимо от зарядов, поле зарядами-то и порождается. До чего красиво: каждый заряд даёт свой скромный вкладец в суммарное поле, а это суммарное поле, в свою очередь, действует на каждый заряд. Выходит, что каждый заряд действует, в том числе, и сам на себя. Шутка, да? Отнюдь: из-за этой «шутки» даже в теории получались жуткие проблемы с расходимостями. Как только с этими расходимостями не боролись: и «обрезали» их, и «перенормировали» - да толку-то? Как уродство ни ретушируй, оно уродством и останется!..

Но вот… чей это вкрадчивый голосочек послышался? «Только я помогу решить ваши проблемы!» - «Кто ты?» - обомлели измученные теоретики. «Не признаёте, что ль? Обидеться могу!» - «Ах, боже ты мой, господа! Это же квантовая теория поля! Долгожданная ты наша!» И там такое началось…

Короче, проквантовали поле начисто: никаких непонятных волн в нём больше не осталось. Стало поле набором квантов, или фотонов. Летают они, друг сквозь друга проходят, друг другу при этом не мешаючи… А почему так? А потому что фотон – это как бы отрезочек волны, понимаете? А для волн это нормально, мол – проходить друг сквозь друга! Слушайте, милейшие: с этим открытием вас, конечно, можно поздравить, но как там дела с предвыборными обещаниями – насчёт решения проблем? Число степеней свободы поля уменьшилось? Да нет, так и осталось бесконечным. Более того: проквантовать поле ухитрились так, что на одну степень свободы, даже при абсолютном нуле температуры, стала приходиться ненулевая энергия! Теперь поле сохранялось даже в немыслимой ситуации – при абсолютном нуле! – имея всё ту же бесконечную энергию! Вот так мы, значит, проблемы решаем? Ну, ну. А действие заряда самого на себя – устранилось? Ну, что вы! Устранится оно здесь, как же. Впрочем, продвиг – налицо: прежнее классическое уродство стало квантовым уродством – теперь оно только специалистам бросается в глаза.

Кстати: как бы не пыжилась квантовая теория поля, помимо квантовой передачи энергии на расстояние есть ещё и передача волновая. В смысле – принципиально волновая. Можно квантовать её до потери пульса, но она от этого не перестанет быть волновой. В ней даже атомы участвуют! Речь о распространении радиоволн – которое никакими квантовыми скачками в атомах не сопровождается. Как можно не видеть принципиальную физическую разницу между волновой и квантовой передачами энергии? Это ведь так просто: в первом случае те или иные колебания зарядов на частоте волны происходят, а во втором случае – не происходят! Зачем же было простирать длань квантующую в область радиоволн? Гулять, так гулять, да? Раз пошла такая пьянка – режь последний огурец? Погуляли, чего уж там. Помните, выше мы говорили о проблемах с размерами фотонов? Так это были ещё пустячки, ведь речь шла о видимом свете, с длинами волн всего-то около полмикрона. А теперь представьте, что вместо радиоволн летают радиокванты – скажем, с метровыми длинами волн. Проблемы с их размерами обостряются, как показывает несложный расчёт, в пару миллионов раз. Радиоинтерферометры со сверхдлинными базами отлично работают – при том, что их приёмные антенны разнесены на межконтинентальные расстояния. Радиоквант при этом должен иметь тысячи километров в поперечнике и ещё больше – в длине. И вот такая тысячекилометровая дура, значит, способна лететь от атома-источника к атому-приёмнику, когда расстояние между ними составляет, скажем, десяток Ангстрем? Причём, эта дура умудряется излучаться и поглощаться мгновенно – согласно постановлению Первого Сольвеевского конгресса? Дяденьки, вы что же – во всё это верите?

А ведь главные достижения квантовой теории поля были ещё впереди. И касались они взаимодействия с полем не атомов, а свободных зарядов – например, электронов. Если поле – это набор фотонов, то, чтобы свободным зарядам взаимодействовать через поле, им пришлось бы обмениваться фотонами. Но свободный электрон не может ни поглотить, ни излучить фотон, поскольку у электрона нет необходимой для этого внутренней структуры. Некоторые теоретики считают, что в фотон может прямо превратиться кинетическая энергия электрона, и пример приводят: рентгеновские лучи, мол, порождаются при резком торможении электронов, бомбардирующих антикатод рентгеновской трубки. Но тогда – ведь тормозиться можно по-разному! – спектр излучения рентгеновской трубки был бы сплошной. А он имеет характеристические пики – свои для каждого материала антикатода. Стало быть, дела такие: налетающие электроны вышибают из атомов антикатода внутренние электроны, и, при сваливании в эти вакансии внешних атомарных электронов, излучаются рентгеновские кванты. Это подтверждается тем, что характеристические пики имеются лишь в рентгеновских спектрах излучения, но не поглощения! Короче: не могут обмениваться фотонами свободные электроны, особенно покоящиеся – при этом нарушался бы закон сохранения энергии.

Как быть? А помните, чему учит квантовая теория: возможны какие угодно большие неопределённости у энергии – правда, на достаточно малых интервальчиках времени. Как говорится, хорошего – понемножку. Но теоретики и этому были рады без ума. Ведь какая прелесть получилась! Если допускать, что основной закон не работает даже в течение короткого периода, и успевать за этот период обтяпывать свои делишки, то можно смело творить что угодно! Ну, и кинулись теоретики наперегонки – тоже творить, значит. И сотворили то, что называется виртуальными фотонами. Для которых «как бы не выполняется закон сохранения энергии» (это официальная формулировка!). Внимание, мистики и спириты! Чтобы не отвечать за это «как бы невыполнение закона сохранения энергии», теоретики постулировали, что виртуальные фотоны принципиально не поддаются детектированию. Этим виртуальные фотоны существенно отличаются от реальных: их «как бы нет»! А в остальном у них всё по науке: они должны переносить вполне реальные энергию и импульс! Это само собой, ведь взаимодействие между двумя электронами рассматривается как испускание виртуального фотона одним электроном и поглощение его другим. Главное, чтобы это проделывалось достаточно быстро – чтобы публика не успевала глазом моргнуть. Ну, а для облегчения публике привыкания к подобным чудесам, разработали схематические комиксы, которые по-научному называются «фейнмановские диаграммы». Тут достаточно научиться отличать волнистые линии от прямых – и сразу начинаешь чувствовать себя крутым специалистом по виртуальной реальности. Вишь, как эта реальность виртуальничает: и прямо тебе, и внахлёст, и стежками тебе, и петельками! И, главное, всё это – неопровержимо, поскольку виртуальная реальность, мол, не поддаётся детектированию! Такие весёлые картинки и самому рисовать можно – «твори, выдумывай, пробуй!» - надо лишь соблюдать единственное правило: при проведении прямой линии, рука не должна дрожать. Нарисуешь твёрдой рукой парочку таких картинок – и само собой приходит убеждение в том, что виртуальная реальность не менее реальна, чем реальность реальная! Студенты просто балдеют…

Втолкуй потом этим фанатам виртуальной реальности, что никакого поля нет! Вон, сегодня медицина совершенно официально говорит о синдроме пристрастия к виртуальной реальности. Медицинские светила дают рекомендации по уходу за больными: контакт с виртуальной реальностью позволять не более часа в день, вести побольше разговоров на разные отвлекающие темы, и т.д. Хватились, Склифософские! Прикиньте, как долго физики буквально вопили о том, что страдают этим самым синдромом – а медицина не приходила им на помощь! Но радует, что процесс наконец-то пошёл!