Торвальд Олафсен - Научный материализм [СИ]

В целом базовое устройство реального мира следует представлять как множество частиц с массой, крупнейшие из которых имеют разнообразные причудливые формы, а более мелкие частицы, из которых они состоят, имеют приблизительно шарообразную форму и сами состоят из ещё более мелких частиц аналогичной формы во всех случаях, кроме элементарных частиц. Частицы имеют нечёткие границы и обязательно имеют в своём составе поля; при этом повсюду среди частиц и в одном месте с частицами присутствуют сторонние значительные по размеру поля, вызываемые массивами частиц с одинаковыми свойствами; всё это находится в пространстве. Вещество во всех без исключения случаях пребывает в движении: внутри его скоплений частицы движутся относительно друг друга, что происходит весьма хаотично, отдельные же частицы и массивы частиц целиком движутся относительно небесных тел, следуя при этом относительно простым и прогнозируемым траекториям.

Отдельно стоит осветить такое явление как волны и их место в картине мира. Есть люди, которым трудно понять поля, но которые при этом утверждают, что неотъемлемой частью реального мира являются волны. Чаще всего такие люди не вполне могут объяснить, что именно они подразумевают под волнами. Учёные описывают словом «волны» некоторое специфическое поведение какой-либо несущей среды, причём характер этого поведения может заметно отличаться в разных случаях. Чтобы хорошо представить себе электромагнитные или любые возможные другие невидимые глазу волны, начать стоит с представления водоёма и обычных волн на его поверхности, которые хорошо знакомы большинству людей. В случае с водоёмом есть несущая среда, реальная сущность — вода, и есть некоторое её поведение, которое выражается в последовательном и продолжительном изменении формы её поверхности. Если мы уберём из этой картины волны, останется спокойная вода. Если же мы уберём воду, то не останется ни воды, ни волн. Отсюда очевидно, что волны не являются отдельной реальной сущностью. Точно так же, когда учёные говорят о свете, радиации или длинноволновом излучении, подразумевается, что есть некая несущая среда, реальная сущность — поле, а волны — это лишь поведение поля. Поля воздействуют на частицы сами по себе, без волн, вращения, перемещений и прочих активностей. Примером тому может послужить магнит, который притягивает некоторые предметы, находясь в покое относительно них, а также Земля, чьё гравитационное поле притягивает нас, независимо от того, двигаемся мы относительно неё или стоим на месте. При этом, если воздействовать на источник поля, можно добиться изменения интенсивности действия поля на другую материю. Эту интенсивность принято называть напряжённостью. Если сделать это воздействие продолжительным и цикличным, например, пропускать по проводнику ток с переменным напряжением или приближать и отдалять источник поля от измерительного прибора, то прибор будет регистрировать постоянное возрастание и падение напряжённости. График зависимости этой напряжённости от времени будет выглядеть подобно синусоиде, а также подобно волнам на поверхности воды, из-за чего явление и называли волнами. На самом же деле в трёхмерном геометрическом представлении модель волнового поведения поля имеет вид расходящихся концентрических сфер разной напряжённости с нечёткими границами. Аналогично ситуации с водоёмом, если мы уберём из этой модели волны, останется поле в состоянии покоя, реальный обнаружимый объект; если же мы уберём поле, не останется ни поля, ни волн. Таким образом, неверно говорить, что материя состоит из вещества и волн. Волны есть лишь поведение реальных сущностей — полей. Реальный мир состоит из вещества и полей, при этом и вещество и поля могут проявлять такие упорядоченные внутренние возмущения, которые из-за их особенностей называют волнами.

Так распространяются волны

Теперь давайте попробуем рассмотреть бозоны на примере наиболее популярного из них — фотона. С некоторых пор считается, что именно он является переносчиком электромагнитного взаимодействия и наименьшей порцией электромагнитного поля. Вводя в нашу модель мира фотоны, нам следует представлять, что излучаемое неким предметом электромагнитное поле — это поток фотонов, постоянно разлетающихся во все стороны от источника. Это само по себе нетрудно представить. Но если на пути этого расходящегося потока установить препятствие с отверстием или щелью малого размера, мы сможем зарегистрировать т. н. явление дифракции, когда луч света, пройдя через щель в непрозрачном экране, меняет свою форму и распространяется далее в пределах значительно более широкого углового сектора, как будто обратная сторона щели сама является источником излучения. Казалось бы, если фотоны в своём естественном состоянии двигаются прямолинейно, то и здесь у них нет очевидных причин вести себя иначе: они не могут знать, что пролетают через щель, а если бы и могли знать, у них нет механизма для изменения траектории полёта, и они не могут так двигаться. «Но это, увы, было» 33 33 Ответ на мысленное удивлённое восклицание «Этого не может быть!..» М. А. Берлиоза, персонажа романа М. Булгакова «Мастер и Маргарита» , и световой поток всё же ведёт себя описанным способом. Это противоречие не решено учёными по сей день, поскольку более-менее удовлетворительно дифракцию описывает только т. н. принцип Гюйгенса — Френеля, который появился в 17 веке из представлений о космическом эфире и имеет полностью волновую природу! Согласно этому принципу, поток света — это не фотоны, а волновой фронт, объединяющий границы т. н. элементарных вторичных волн и, по всей видимости, передающий энергию только через их интерференционные пики. Что такое эти волны, почему они не приводят к истощающим потерям энергии, и как к этой модели относятся фотоны, если они действительно есть, отсюда непонятно, и об электромагнитном излучении, частным проявлением которого является и воспринимаемый нашими глазами свет, обычно говорят, что в одних случаях оно проявляет себя как поток безмассовых частиц, а в других — как волны. Как видите, это не позволяет выстроить однозначную простую рабочую модель.

Если мы продолжим интересоваться фотонами, то к сюрпризу многих окажется, что, кроме отсутствия у них массы, они, согласно принятой научной теории, не имеют также и размера! Именно так: речь идёт о перемещении в пространстве частиц, которые совершенно не занимают никакого места и не обладают массой, но в конце своего пути выполняют физическую работу. При этом им приписывают некую не поддающуюся пониманию характеристику — спин, о которой открыто пишут, что её невозможно представить через сравнение с привычными нам предметами. Поскольку в отсутствие размера смысл спина не может быть связан с вращением предмета, как на то намекает изначальный лексический смысл термина, под спином подразумевается нечто принципиально иное. Потратив время на поиски, вы можете встретить, например, такое определение: «спин — это квантовая величина, у которой нет классического аналога. Это внутреннее свойство электрона или фотона, которое можно уподобить заряду или массе». Иными словами, для того чтобы наблюдаемые явления и производимые вычисления соответствовали друг другу, бозонам была дарована некая таинственная характеристика, которая дополняет формулы, но которую очень сложно представить. Далее вы можете узнать, что фотоны, хотя и заявлены как наименьшие неделимые порции электромагнитного поля, могут обладать разным энергетическим зарядом. Выходит, что две некие сущности, не обладающие буквально никаким размером, но при этом каким-то образом реально существующие, не обладая также массой и перемещаясь с одинаковой скоростью, способны выполнить разное количество работы. Неудивительно, если вам будет непонятно, как такое возможно. В физике же разный энергетический потенциал фотонов принято привязывать к их частоте.