Биньямин Файн - Нищета неверия. О мире, открытом Богу и человеку, и о мнимом мире, который развивается сам по себе

Теперь обратимся к другой физической реальности, второй составной части материи, то есть к элементарным частицам. Если физическое поле существует и в классической области, элементарные частицы представляют собой квантовые явления. Классическая теория не может описывать ни атомов, ни молекул, ни кристаллов, ни того, что их составляет – элементарных частиц. Элементарные частицы и сложенные из них тела, такие, как атомы и молекулы, – это квантовыеобъекты. Если описать и объяснить физическое поле было сложно, представить себе или описать квантовые объекты совершенно невозможно, так как они не похожи ни на что из того, что мы знаем. Само слово частицаможет привести к ошибочному пониманию. Нет ничего общего между квантовыми частицами и теми частицами, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни – маленькими частичками материи, такими, как песчинки.

Квантовая частица обладает и свойствами частицы, и свойствами волны. Если мы попытаемся исследовать ее, то есть провести над ней различные эксперименты, окажется, что в некоторых из них она ведет себя как классическая частица, а в других – как волна, – явление, воображению совершенно не поддающееся. Ведь понятие «волны» всегда связывается с тем, что распространяется по всему пространству, как волны на поверхности воды или в воздухе. Классическая частица сосредоточена в небольшом объеме пространства, а волна не имеет пространственных границ и распространяется очень далеко. Нет смысла говорить здесь подробнее о поразительных и противоречащих здравому смыслу свойствах квантовых объектов. И все же может возникнуть вопрос: если все это настолько далеко от возможностей нашего понимания, как же физика может этим заниматься?

Цель науки – описывать законы природы и их следствия, другими словами, подойти как можно ближе к истинным законам, существующим объективно и не зависящим от нашего знания о них. Но действительность, природа, не обязана быть похожей на то, что мы знаем из повседневного опыта. Физика решает эту проблему, используя символы, и законы природы она представляет в виде математических уравнений. Как правило, мы, люди, не понимаем этих символов и не можем перевести их в понятия, знакомые нам. Однако чтобы пользоваться физической теорией, не обязательно понимать ее символы. Необходимо знать только одно: как достичь результатов, проверяемых экспериментально.

Здесь как бы сталкиваются два типа мышления. «Чувственное» мышление требует объяснения на основании повседневного опыта; но физик ХХ и XXI века понимает, что реальность сложна и понять ее на основании этих понятий невозможно. Физик уже привык к языку символов и чувствует себя комфортно в своем типе мышления. Фейнмана вопрос его отца не волнует. Он знает, что спонтанное излучение фотона можно описать уравнением квантовой электродинамики, и более наглядного объяснения ему не требуется. Более того, «наглядное» объяснение покажется ему совершенно неудовлетворительным!

Теперь, приближаясь к концу главы, задумаемся о том, что же такое материя с точки зрения физики. Давайте рассмотрим строение материи, как его описывает современная физика. При комнатной температуре материя существует в жидкой, газообразной или твердой форме. В любом случае она состоит из атомов или из молекул. Между этими атомами и молекулами действуют электрические и магнитные поля, поддерживающие материю в состоянии твердого тела, жидкости или газа. Молекулы состоят из атомов, а сами атомы состоят из электронов и атомного ядра, между которыми действует электрическое поле. Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, удерживаемых вместе ядерной силой. В конечном итоге всякая материя, даже в условиях крайне высокой температуры и давления, как внутри Солнца, состоит из элементарных и субэлементарных частиц (таких, как кварки и струны, – сейчас не столь важно, что это такое), а также физических полей (электромагнитных и ядерных).

С физической точки зрения весьобъем материи занят физическими полями, а частицы материи вообще никакого объема не занимают. Звучит странно? Мы ожидали, что частицы материи – электроны, протоны, нейтроны и т. д. – будут занимать если не большую часть объема материи, то хотя бы его заметную часть? Но в соответствии с принципами физики нашего времени объем всех частиц в материи равен нулю. Это не пренебрежимо малый объем, а совершенный нуль! Это не означает, что эти частицы не существуют или не являются материальными. Они материальны и существуют в пространстве меньшей размерности, чем наше трехмерное пространство. Это безразмерные точки или одномерные прямые – струны. А раз так, мы приходим к выводу, что физическая материя – нечто очень странное. Она состоит из удивительных сущностей – физических полей, занимающих весь объем материи, и частиц, не занимающих вообще никакого объема. Эта реалия представляется почти абстрактной, но мы тем не менее будем по-прежнему пользоваться словом материя, несмотря на то что с физической точки зрения значение этого слова очень далеко от первоначального. В следующей главе мы продолжим наше путешествие по миру законов природы.