Глава 7 Материя. Поля
Рассказывать популярно о таком виде материи как поле занятие практически бестолковое, потому что визуализировать оное или художественно его описать практически нереально. В нашем повседневном опыте поле нельзя потрогать, да и ощутить можно только косвенно, ничего при этом не понимая. Поэтому физики делают упор на много-много математики.
Тем не менее мы попытаемся немного осветить достижения нынешней науки в этой области ужасными аналогиями и примерами, из-за которых большинство физиков (и химиков!) уйдут в леса и пустыни жить отшельниками. Мы заранее просим у них прощения.
В классической физике полем называли что-то такое воздушное и невидимое, разлитое по пространству, в которое объект попадал и внезапно испытывал влияние «неведомых» сил. Например, если камень начинает падать с ускорением на землю, то он, видите ли, находится в гравитационном поле. А если железный шарик двигается к магниту, то он всего-навсего плавает в магнитном поле. Короче, поле это что-то волшебное. Недаром в фантастической литературе сплошь и рядом встречаются защитные и магические поля для спасения сюжета.
Но в наши благословенные дни ученые решили от термина «поле» отказаться. Это понятие в свете квантмехов устарело, и нынче им пользуются физики в случаях, когда надо упростить суть явления (ну типа как мы говорим, «дай мне вон ту фигню» вместо «принеси, пожалуйста, степлер»). Еще слово «поле» говорят электрики, чтобы выглядеть солидно, им как-то сразу начинаешь больше доверять.
Вместо всего вот этого теперь используют словечко «взаимодействие». И оно содержит принципиально иной подход: разгадка в том, что вещественная материя может взаимодействовать между собой другой формой материи. И не только может, а постоянно это делает.
Поначалу все думали, что взаимодействие распространяется волнами, по поводу чего поспешили нарисовать всякие формулы волн и полей собранных из них, но потом Планк, как вы уже знаете, рассчитал, что поле можно измерять кусочками-квантами, Эйнштейн подтвердил, и вообще оказалось, что это не волны, а иногда совсем даже частицы. Для удобства ученые решили считать явление одновременно и частицей и волной, а чтобы никто не смеялся, они назвали явление по-умному корпускулярно-волновым дуализмом.
Позже Фейнман с единомышленниками задвинули собственную версию происходящего, в которой взаимодействие (да и всё вещество микромира) особая форма материи, которая не частица и не волна, но имеет свойства и того и другого. Собственно, с Фейнмана и началось отношение к полям как к видам взаимодействия.
О бытовых тонкостях дуализма мы расскажем в лекциях по квантовой физике. А сейчас вернемся в наши поля. На сегодняшний день физики обнаружили пять натуральных видов взаимодействий.
И начнем мы с первого вида взаимодействия электромагнитного.
Что же такое электромагнетизм? В самом простом случае, который нас собственно и интересует, это такое явление, при котором противоположно заряженные частицы притягиваются, а частицы с одинаковым зарядом отталкиваются. То есть электрон избегает другого электрона, но тянется к протону именно из-за электромагнитного взаимодействия.
Важная ремарка: ни мы и никто другой не знает, что такое заряд на самом деле. Мы наблюдаем заряды в виде взаимодействия заряженных частиц, но природа заряда науке пока не известна. Впрочем, если открыть интернет, то там найдутся те, кому всё понятно, у кого очевидными причинами заряда являются торсионные вихри, тороидальные сущности, эфирные осцилляции по вектору «взад-вперед» и так далее. Надеемся, вы уже понимаете, в какую сторону нужно разворачивать диван, встречая подобные открытия!
Но каким образом заряды притягиваются или отталкиваются? Оказывается, что между двумя частицами, находящимися на определенном расстоянии друг от друга, происходит что-то вроде обмена кое-чем материальным, а не эфирным. И в случае с электромагнитными силами обмен этот производится частицей-переносчиком, которая известна под именем «фотон».
Да-да, квант электромагнитного поля, частица электромагнитного взаимодействия это старый добрый фотон, который летит с максимально возможной в этой Вселенной скоростью и излучается из каждой лампочки и звезды.
Чтобы представить, как именно происходит электромагнитное взаимодействие, возьмем игроков в бадминтон. Хорошая игра, расслабляет, нервничать не надо, движение какое-никакое. Профилактика геморроя опять же. Представьте, что вы (здоровый мужик) играете в бадминтон с таким же здоровяком. Пол у вас одинаковый (как заряд у двух электронов), и вы друг другу не очень симпатичны. Ваш воланчик это фотон, который вы отбиваете ракетками. Чем ближе вы подбираетесь друг к другу, тем сильнее вы отбиваете воланчик, желая победить соперника, поэтому вам приходиться отступать, чтобы не проиграть партию. Две частицы с одинаковым зарядом, обмениваясь фотоном, расходятся подальше друг от друга, улавливаете?
А теперь наоборот! Если вы все тот же здоровый мужик, но играете в бадминтон с очаровательной дамой (две частицы с противоположными зарядами электрон и протон), то, играя в бадминтон, вы слабее бьете по волану и непринужденно приближаетесь друг к другу, мечтая оказаться в интимной, так сказать, обстановке. Но вплотную, тем не менее, не подходите, потому что ракеткой можно получить по зубам это больно, поверьте.