Фридэн Королькевич - Этюды о свете

В «Диалектике природы» Энгельс заметил, что если все различия и изменения качества сводятся к количественным различиям и изменениям, то мы с необходимостью приходим к тезису, что вся материя состоит из тождественных мельчайших частиц. Но до этого мы еще не дошли. До этого еще не дошла и физика высоких энергий, имеющая дело с наиболее глубоко скрытыми деталями строения вещества и в этом смысле логически развивающая гипотезы античных философов.

Взаимопревращения частиц заставляют предполагать наличие некоего общего элемента, служащего для них как бы строительным материалом. Фоторождение частиц и их превращение в свет убеждает в возможности существования единой для них детали, инвариантной относительно форм, видов и состояний частиц вещества и излучений. Эта общая для них деталь в частицах перекрывается их характеристиками. Остается искать ее в свете, в фотонах.

Ньютон считал, что изучение света — ключ к познанию тайн материи. Действительно, изучение света не раз приводило к фундаментальным результатам. Один из них — создание квантовой теории. Но и в ней, как известно, еще нет ответов на вопросы о физической сущности квантов света и постоянной Планка. А Лобачевский сетовал, что трудность понятий увеличивается по мере их приближения к начальным истинам в природе. Это относится и к атому энергии излучений — субкванту.

Свет, фотоны показывают: да, в природе существует исходный, начальный элемент материальных структур, инвариантный относительно вещества и излучения. Он неделим, имеет точное численное значение величины энергии, размер, участвует в создании всех частиц вещества и вновь обретает свой первоначальный вид при их распаде и аннигиляции. В частицах он может группироваться в своего рода фракции, которые определяются в качестве кварков, партонов и им подобных образований.

Идея субкванта, вероятно, отвечает на вопрос Фалеса из Милета: мир наш, вещество и свет, образован из субквантов. Они обладают всеми качествами и параметрами, необходимыми для того, чтобы признать их непреходящей основой современной атомистики.

Так таинственно кричали чайки герою романа Джойса «Поминки по Финнегану» во время кошмарного бреда. В 1963 году американские физики Гелл-Манн и Джордж Цвейг предложили гипотезу о трех фундаментальных составляющих адронов — элементарных частиц, участвующих в сильных взаимодействиях, и назвали их кварками. Нечто неопределенное и мистическое стало характерным свойством кварков.

С годами их стало как минимум семь, появились и антикварки. Чтобы их различать, ввели «цвет», «очарование» и другие прелести. Но никто и никогда не смог выделить из частиц ни одного кварка. Считается, что это невозможно. Однако есть убедительные доводы в пользу существования такого, кваркового уровня строения материи. Установлено наличие в адронах важных структурных элементов на расстояниях меньше 10 −16 сантиметра, а протон имеет радиус порядка 10 −13 сантиметра. Кварковая модель является сегодня главным кандидатом на роль фундаментальной теории сильных взаимодействий в квантовой теории поля.

Но что такое кварки?

Известно, что взаимопревращение света и всего отряда элементарных частиц — надежно установленный опытом факт. Это вызывает простой вопрос: если кварки действительно существуют как основа адронов, то где они обитают до превращения фотонов в частицы и после превращения частиц в фотоны?

Ответа на этот вопрос пока нет. Известно, что в фотонах никаких кварков нет ни до, ни после их взаимопревращений в элементарные частицы.

Как писали Зельдович и Хлопов, в рамках кварковой гипотезы процесс образования адрона заключается в следующем. Электрон и позитрон аннигилируют и образуют квант света. Потом он уничтожается и рождается пара кварк-антикварк, которая как-то превращается в адрон. Полная вероятность аннигиляции электрона и позитрона в адрон определяется вероятностью рождения пары кварк-антикварк.

Фоторождение частиц в поле атомного ядра, например, правдоподобно выглядит как своего рода закрутка цепочки фотона в частицу по гиперболической спирали, а при рождении электронно-позитронной пары — по спирали Корню, или клотоиде. Если это так, то короткоживущие частицы, называемые резонансами, по сути могут быть несостоявшимися закрутками из фотонов. Время их жизни порядка 10 −21–10 −24 секунды как раз соответствует времени процесса несостоявшегося фоторождения стабильной частицы.

Если представление частицы как места локализации первичных элементов света — атомов его энергии — не противоречит опыту и пока что согласуется с указаниями на сложную структуру частиц, с понятием спина и с наличием в частицах возбуждений вращательного типа, то кварки можно представить в качестве фракций в частицах вещества.

В этом случае становится понятным конфайнмент (по-английски — тюремное заключение) как невозможность свободных кварков. Но его призвание объяснить фантомность кварков становится также и излишним.

По-видимому, лауреат Нобелевской премии по физике Роберт Лафлин не без оснований восклицал в прошлом году в Стокгольме, что кварки могут возникать в частицах. Попутно заметим: известный американский физик Майкл Кройц сообщил, что по иронии судьбы при ближайшем рассмотрении одна из основных причин введения кварков теперь характеризуется лишь как случайная симметрия.

Все это не дает основания согласиться с утверждением современной теории элементарных частиц о том, что именно кварки являются истинно элементарными и бесструктурнымч частицами.

Столбовая дорога физики разветвляется при подходе к вопросу о физической сущности пространства, в котором распространяется свет. Исторически первым было представление пустоты, восходящее к античным мыслителям и ныне почти не применяемое. Вместе с ним на сцену вышло понятие эфира как верхнего лучезарного слоя воздуха — местопребывания богов. Древние философы рассматривали его наряду с огнем и водой как начальный материальный элемент всего сущего. В XVIII–XIX веках эфир стал мировым и светоносным — средой, заполняющей все пространство и промежутки между частицами вещества. Попытки обнаружить его опытом были сочтены неудачными. А саму идею эфира фактически упразднила специальная теория относительности Эйнштейна в 1905 году.

В результате объявления эфира несуществующим физика оказалась без материального носителя в виде среды. Вавилов писал, что представить себе притяжение и отталкивание без посредства промежуточной среды невозможно, а говорить о волнах в геометрической пустоте, это, по словам Эдсера, то же самое, что рассказывать о росте народонаселения на необитаемом острове.