Как и теории квантового поля, это поле, или ци, не только лежит в ос-
нове всех материальных объектов, но и осуществляет их взаимосвязи, при-
нимая форму волн. При сравнении описания понятия поля в современной фи-
зике, данное Вальтером Тиррингом, и китайского подхода к объяснению фи-
зического мира, описанного Джозефом Нидэмом, становится вполне очевидным
близкое родство этих двух концепций,
"Современная физика... поместила наши размышления о природе Mатерии в
совершенно новый контекст. Она заставила нас перевести взгляд с видимо-
го, то есть частиц, на невидимое, то есть поле. Присутствие Mатерии есть
всего лишь возбужденное состояние поля в данной точке, нечто случайное,
непостоянное, своеобразный "изъян" в пространстве, если так можно выра-
зиться. Соответственно, простых знаков, которые описывали бы силы, дейс-
твующие между элементарными частицами, не существует... Упорядоченность
и гармонию должно искать на уровне поля, лежащего в основе всего сущего"
{77, 160}.
"В древние времена и средневековье китайцы воспринимали физический
мир как протяженное целое. Согласно их представлениям, ци, конденсирую-
щееся в виде осязаемого вещества, не имеет какой бы то ни было самостоя-
тельной сущности и отдельности, напротив,- все отдельные предметы взаи-
модействуют друг с другом... при помощи волн, или колебаний, характер
которых, в конечном счете, зависит от ритмического чередования двух ос-
новополагающих начал на всех уровнях мироздания. Следовательно, от-
дельные предметы обладают своими собственными ритмическими характеристи-
ками, которые вплетаются... в общий узор мировой гармонии" {60, 8}.
Придя к понятию квантового поля, физика нашла неожиданный ответ на
старый вопрос о том, из чего же состоит вещество-из неделимых атомов или
фундаментального континуума, лежащего в основе всего. Поле есть контину-
ум, пронизывающий все пространство, который, тем не менее, имеет протя-
женную, как бы "гранулярную", структуру в одном из своих проявлений, то
есть в форме частиц. Таким образом, два самостоятельных понятия объеди-
няются в одно, приобретая характер двух различных аспектов одной и той
же реальности. Как всегда в теории относительности, объединение двух
противоположных понятий носит динамический характер: два аспекта вещест-
ва непрестанно преобразуются друг в друга. Восточные мистики подчеркива-
ют тот факт, что между Пустотой и порождаемыми ею формами существует
аналогичное динамическое единство. По словам Ламы Говинды,
"Соотношение формы и пустоты нельзя рассматривать как противопостав-
ление взаимоисключающих противоположностей; напротив, форма и пустота
представляют собой два аспекта одной и той же реальности, сосуществующие
друг с другом и пребывающие в постоянном взаимодействии" {31,223}.
Слияние этих противоположностей в рамках единого целого одна из буд-
дийских сутр описывает в следующих словах, ставших довольно известными:
"Форма есть пустота, а пустота, в свою очередь, есть форма. Пустота
не отличима от формы; форма не отличима от пустоты. Что есть форма-есть
пустота; что есть пустота есть форма" {58}.
Теории поля современной физики не только выработали новый взгляд на
субатомные частицы, но и существенно изменили наши представления о си-
лах, действующих между ними. Первоначальное понятие поля связывалось с
понятием силы, и даже в теории квантового поля оно сохраняет связь с си-
лами взаимодействующих частиц. Так, электромагнитное поле может предс-
тавляться в виде "свободного поля", то есть перемещающихся волн, или фо-
тонов, а также может играть роль силового поля, возникающего в прост-
ранстве между заряженными частицами. В последнем случае наличие поля
проявляется в обмене фотонами между заряженными частицами. Взаимное от-
талкивание двух электронов опирается на механизм фотонных обменов между
электронами.
На первый взгляд, такая трактовка понятия силы может показаться чере-
счур мудреной и сложной, однако стоит взглянуть на пространственно-вре-
менной график, как все сразу же становится гораздо более понятным. На
графике {рис. 29} изображены два электрона, сближающиеся друг с другом,
один из которых испускает фотон (гамма) в точке А, а второй поглощает
этот фотон в точке В. Испустив фотон, первый электрон изменяет скорость
и направление своего движения, что проявляется в изменении наклона его
мировой линии. Второй электрон делает то же самое, поглощая фотон. В ре-
зультате электроны разлетаются в разные стороны. Их взаимное отталкива-
ние выражается в обмене фотонами. Полное взаимодействие электронов вклю-
чает в себя обмен несколькими фотонами, вследствие чего отталкивание
происходит не резко, как на нашем графике, а постепенно и плавно, так
как электроны будут двигаться по изогнутым дугам.
Классическая физика объяснила бы эту ситуацию действием отталкивающей
силы. Сейчас такой подход представляется крайне неадекватным. При сбли-
жении электронов ни один из них не ощущает воздействия какой бы то ни
было силы. Все, что происходит между ними,-это обмен фотонами. Следова-
тельно, понятие силы не может быть применено по отношению к явлениям су-
батомного мира. Это понятие из арсенала классической физики, ассоциирую-
щейся (пусть даже только подсознательно) с ньютоновскими представлениями
о силах, действующих на расстоянии. В субатомной физике таких сил уже
нет: их заменяют взаимодействия между частицами, происходящие через пос-
редство полей, то есть каких-то других частиц. Поэтому физики избегают
употреблять слово "сила", заменяя его словом "взаимодействие".
"Обмен фотоном" - это интерференция двух волновых пакетов, происходя-
щая, однако, не непрерывно, а квантами. [А.Б.]
Согласно теории квантового поля, все взаимодействия сводятся к обмену
частицами. В случае электромагнитного взаимодействия в обмене участвуют
фотоны; при более сильных взаимодействиях между нуклонами-в обмене
участвуют частицы новой разновидности: "мезоны". Мезоны бывают разного
типа. Чем ближе друг к другу расположены нуклоны, тем больше количество
и вес мезонов, которыми они обмениваются. Взаимодействия нуклонов и
свойства мезонов отчетливо связаны друг с другом. Поэтому фундамен-
тальное понимание природы невозможно без понимания природы всего спектра
субатомных частиц.
В теории квантового поля все взаимодействия частиц можно представить
в виде пространственно-временных графиков, сопроводив каждый из послед-
них математических формулой, помогающей вычислить вероятность соот-
ветствующего процесса. Точное, соответствие между графиками и математи-
ческими формулами было установлено в 1949 году Ричардом Фейнманом, после
чего эти графики получили название графиков Фейнмана. Важнейшая состав-
ная часть теории квантового поля-это объяснение процессов возникновения
и уничтожения частиц. Например, фотон (рис. 30) создается в процессе
эмиссии в точке А, а уничтожается при его поглощении в точке В. В реля-
тивистской теории при рассматривании такого процесса необходимо учиты-
вать, что частицы представляют собой не неделимые тела, а динамические
паттерны, сущность которых определяется наличием того или иного коли-
чества энергии, которая может перераспределяться при образовании новых
паттернов.
Возникновение частицы, обладающей массой, возможно только при условии
наличия такого количества энергии, которое эквивалентно массе этой час-
тицы, как, например, в процессе столкновения. В случае сильных взаимо-
действий, которые могут происходить внутри атомного ядра, обмен тяжелыми
мезонами представляется маловероятным, и все же процессы обмена имеют
место. Так, два протона могут обменяться "пи-мезоном", или "пионом",
масса которого составляет около одной седьмой массы протона (см. рис. 31
и 32).
Обменные процессы такого рода происходят, несмотря на недостаточное
количество энергии для возникновения мезона. Причина этого заключается в
"квантовом эффекте", связанном с принципом неопределенности. Как уже го-
ворилось в гл. II, субатомные явления, происходящие в течение небольшого
промежутка времени, характеризуются значительной неопределенностью в
энергетическом отношении. Мезонные обмены, то есть возникновение и пос-
ледующее уничтожение мезонов тоже относится к таким процессам. Их тече-
ние столь кратковременно, что неопределенность энергии достаточно велика
для возникновения мезонов. Такие мезоны называются "виртуальными" части-
цами. Они отличаются от "настоящих" частиц тем, что могут существовать
только на протяжении небольшого отрезка времени, обусловленного принци-
пом неопределенности. Чем тяжелее мезоны (то есть чем больше энергии не-
обходимо для их возникновения), тем быстротечнее процесс обмена. Поэтому
нуклоны могут обмениваться тяжелыми мезонами лишь в том случае, когда их
разделяет небольшое расстояние. С другой стороны, обмен виртуальными
частицами может иметь место и на очень большом удалении, так как фотоны,
по причине своей невесомости (нулевой массы покоя), не нуждаются в
больших количествах энергии для своего возникновения. Проведя аналогич-
ный анализ ядерных и электромагнитных сил, Хидэки Юкава в 1935 году не
только предсказал существование пиона за двенадцать лет до его экспери-
ментального обнаружения, но и приблизительно оценил его массу, исходя из
величины ядерной силы.
Теория квантового поля изображает все взаимодействия как процессы об-
мена виртуальными частицами. Чем сильнее взаимодействие, то есть чем
мощнее "сила" взаимодействия между частицами, тем выше вероятность соот-
ветствующего процесса и тем чаще происходит обмен виртуальными частица-
ми. Однако роль виртуальных частиц не ограничивается участием в подобных
взаимодействиях. Виртуальную частицу может испускать любой отдельно взя-
тый нуклон, который потом ее поглотит. Это вполне обычный процесс, и
единственная оговорка заключается в том, что время существования образо-
вавшегося мезона ограничено принципом неопределенности. На рис. 32 поме-
щен график Фейнмана, на котором изображен процесс испускания и уничтоже-
ния пиона.
Вероятность таких процессов, получивших название процессов "взаимо-
действия", для нуклонов очень велика, так как они часто вступают во вза-
имодействия. Это означает, что в действительности нуклоны постоянно ис-
пускают и поглощают виртуальные частицы. Теория поля рассматривает нук-
лоны в качестве центров постоянной активности, окруженных "облаками"
виртуальных частиц. Виртуальные мезоны вскоре после своего испускания
исчезают, что означает, что они не могут удалиться на большое расстояние
от нуклона. Поэтому мезонное облако имеет очень небольшие размеры. Внеш-
ние области облака заполнены легкими мезонами (главным образом, пиона-
ми), а более тяжелые мезоны поглощаются нуклоном быстрее, и могут поэто-
му находиться вблизи от центра атома.
Каждый нуклон окружен такими облаками мезонов, которые существуют
очень недолго. Тем не менее, при некоторых обстоятельствах виртуальные
мезоны могут превратиться в нуклоны. Если нуклон сталкивается с ка-
кой-либо другой частицей, движущейся с большой скоростью, кинетическая
энергия этой частицы может перейти к виртуальному мезону и оторвать его
от облака.
Таков механизм образования настоящих мезонов при столкновении частиц
с участием высоких энергий. С другой стороны, два нуклона могут сбли-
зиться друг с другом, так что их мезонные облака частично належатся друг
на друга, и тогда некоторые виртуальные частицы могут не возвращаться к
тому нуклону, который их испустил, а "перепрыгнуть" в соседнее облако и
быть поглощенными другим нуклоном. Это механизм процессов обмена части-
цами во время сильных взаимодействий.
Становится ясно, что взаимодействия частей, а следовательно, и силы,
