Фокусы-покусы квантовой теории

Деревенский О. Х.

Ну, вспомним историю: было время, когда считалось, что пространство между атомами заполняет эфир, в котором возможны механические напряжения-натяжения и даже механические волны. Всё это описывалось уравнениями Максвелла. Заряды дёргались, от этого по эфиру бежали волны, которые приводили в движение другие заряды. Никакой мистики, всё очень физично-с! А потом, ради нужд теории относительности, эфир пришлось упразднить. И что же предложили взамен прежнего посредника во взаимодействиях зарядов? Да только и предложили, что одно название: поле. Новая физическая реальность, мол, просим любить и жаловать! А за что её любить, спрашивается? За то, что ей на халяву досталось чужое добро – уравнения Максвелла? Так ведь говорят же, что на чужом несчастье своего счастья не построишь. И точно! Раньше уравнения Максвелла имели чёткий физический смысл, и волны, которые бегали между зарядами, были волнами в среде – как волнам и положено. Теперь же уравнения Максвелла утратили физический смысл, а волны стали волнами… в пустоте. «Да не в пустоте, - поправляют нас, - там же поле есть!» Ну, ладно, бывшие волны в среде стали волнами в поле – вам от этого легче? Волновое движение среды – это понятно. А что такое «волновое движение поля»?

Что там, в чистом поле, колеблется? «Энергия поля!» - отвечают нам. Слушайте, милейшие: для колебательных движений необходимы возвращающие силы. Какова же природа возвращающих сил, действующих на «колеблющуюся энергию» в чистом поле? До сих пор не надыбали? Ай-яй-яй! Чем же вы занимались сотню лет – делая вид, что развиваете теорию поля?

Развивали-развивали, а две главные проблемы поля так и остались. Во-первых, полевая энергия заполняет всё пространство сплошняком, а также имеет бесконечно широкий спектр – т.е. поле имеет, как говорится, бесконечное число степеней свободы. А поскольку на каждую степень свободы приходится конкретная тепловая энергия, то оказывается, что, при температурах выше абсолютного нуля (проще говоря, всегда) энергия любого конечного объёма поля – бесконечна! Где вы такое видели, милейшие? Во-вторых, в отличие от эфира, который, как считалось, существовал независимо от зарядов, поле зарядами-то и порождается. До чего красиво: каждый заряд даёт свой скромный вкладец в суммарное поле, а это суммарное поле, в свою очередь, действует на каждый заряд. Выходит, что каждый заряд действует, в том числе, и сам на себя. Шутка, да? Отнюдь: из-за этой «шутки» даже в теории получались жуткие проблемы с расходимостями. Как только с этими расходимостями не боролись: и «обрезали» их, и «перенормировали» - да толку-то? Как уродство ни ретушируй, оно уродством и останется!..

Но вот… чей это вкрадчивый голосочек послышался? «Только я помогу решить ваши проблемы!» - «Кто ты?» - обомлели измученные теоретики. «Не признаёте, что ль? Обидеться могу!» - «Ах, боже ты мой, господа! Это же квантовая теория поля! Долгожданная ты наша!» И там такое началось…

Короче, проквантовали поле начисто: никаких непонятных волн в нём больше не осталось. Стало поле набором квантов, или фотонов. Летают они, друг сквозь друга проходят, друг другу при этом не мешаючи… А почему так? А потому что фотон – это как бы отрезочек волны, понимаете? А для волн это нормально, мол – проходить друг сквозь друга! Слушайте, милейшие: с этим открытием вас, конечно, можно поздравить, но как там дела с предвыборными обещаниями – насчёт решения проблем? Число степеней свободы поля уменьшилось? Да нет, так и осталось бесконечным. Более того: проквантовать поле ухитрились так, что на одну степень свободы, даже при абсолютном нуле температуры, стала приходиться ненулевая энергия! Теперь поле сохранялось даже в немыслимой ситуации – при абсолютном нуле! – имея всё ту же бесконечную энергию! Вот так мы, значит, проблемы решаем? Ну, ну. А действие заряда самого на себя – устранилось? Ну, что вы! Устранится оно здесь, как же. Впрочем, продвиг – налицо: прежнее классическое уродство стало квантовым уродством – теперь оно только специалистам бросается в глаза.

Кстати: как бы не пыжилась квантовая теория поля, помимо квантовой передачи энергии на расстояние есть ещё и передача волновая. В смысле – принципиально волновая. Можно квантовать её до потери пульса, но она от этого не перестанет быть волновой. В ней даже атомы участвуют! Речь о распространении радиоволн – которое никакими квантовыми скачками в атомах не сопровождается. Как можно не видеть принципиальную физическую разницу между волновой и квантовой передачами энергии? Это ведь так просто: в первом случае те или иные колебания зарядов на частоте волны происходят, а во втором случае – не происходят! Зачем же было простирать длань квантующую в область радиоволн? Гулять, так гулять, да? Раз пошла такая пьянка – режь последний огурец? Погуляли, чего уж там. Помните, выше мы говорили о проблемах с размерами фотонов? Так это были ещё пустячки, ведь речь шла о видимом свете, с длинами волн всего-то около полмикрона. А теперь представьте, что вместо радиоволн летают радиокванты – скажем, с метровыми длинами волн. Проблемы с их размерами обостряются, как показывает несложный расчёт, в пару миллионов раз. Радиоинтерферометры со сверхдлинными базами отлично работают – при том, что их приёмные антенны разнесены на межконтинентальные расстояния. Радиоквант при этом должен иметь тысячи километров в поперечнике и ещё больше – в длине. И вот такая тысячекилометровая дура, значит, способна лететь от атома-источника к атому-приёмнику, когда расстояние между ними составляет, скажем, десяток Ангстрем? Причём, эта дура умудряется излучаться и поглощаться мгновенно – согласно постановлению Первого Сольвеевского конгресса? Дяденьки, вы что же – во всё это верите?

А ведь главные достижения квантовой теории поля были ещё впереди. И касались они взаимодействия с полем не атомов, а свободных зарядов – например, электронов. Если поле – это набор фотонов, то, чтобы свободным зарядам взаимодействовать через поле, им пришлось бы обмениваться фотонами. Но свободный электрон не может ни поглотить, ни излучить фотон, поскольку у электрона нет необходимой для этого внутренней структуры. Некоторые теоретики считают, что в фотон может прямо превратиться кинетическая энергия электрона, и пример приводят: рентгеновские лучи, мол, порождаются при резком торможении электронов, бомбардирующих антикатод рентгеновской трубки. Но тогда – ведь тормозиться можно по-разному! – спектр излучения рентгеновской трубки был бы сплошной. А он имеет характеристические пики – свои для каждого материала антикатода. Стало быть, дела такие: налетающие электроны вышибают из атомов антикатода внутренние электроны, и, при сваливании в эти вакансии внешних атомарных электронов, излучаются рентгеновские кванты. Это подтверждается тем, что характеристические пики имеются лишь в рентгеновских спектрах излучения, но не поглощения! Короче: не могут обмениваться фотонами свободные электроны, особенно покоящиеся – при этом нарушался бы закон сохранения энергии.

Как быть? А помните, чему учит квантовая теория: возможны какие угодно большие неопределённости у энергии – правда, на

достаточно малых интервальчиках времени. Как говорится, хорошего – понемножку. Но теоретики и этому были рады без ума. Ведь какая прелесть получилась! Если допускать, что основной закон не работает даже в течение короткого периода, и успевать за этот период обтяпывать свои делишки, то можно смело творить что угодно! Ну, и кинулись теоретики наперегонки – тоже творить, значит. И сотворили то, что называется виртуальными фотонами. Для которых «как бы не выполняется закон сохранения энергии» (это официальная формулировка!). Внимание, мистики и спириты! Чтобы не отвечать за это «как бы невыполнение закона сохранения энергии», теоретики постулировали, что виртуальные фотоны принципиально не поддаются детектированию. Этим виртуальные фотоны существенно отличаются от реальных: их «как бы нет»! А в остальном у них всё по науке: они должны переносить вполне реальные энергию и импульс! Это само собой, ведь взаимодействие между двумя электронами рассматривается как испускание виртуального фотона одним электроном и поглощение его другим. Главное, чтобы это проделывалось достаточно быстро – чтобы публика не успевала глазом моргнуть. Ну, а для облегчения публике привыкания к подобным чудесам, разработали схематические комиксы, которые по-научному называются «фейнмановские диаграммы». Тут достаточно научиться отличать волнистые линии от прямых – и сразу начинаешь чувствовать себя крутым специалистом по виртуальной реальности. Вишь, как эта реальность виртуальничает: и прямо тебе, и внахлёст, и стежками тебе, и петельками! И, главное, всё это – неопровержимо, поскольку виртуальная реальность, мол, не поддаётся детектированию! Такие весёлые картинки и самому рисовать можно – «твори, выдумывай, пробуй!» - надо лишь соблюдать единственное правило: при проведении прямой линии, рука не должна дрожать. Нарисуешь твёрдой рукой парочку таких картинок – и само собой приходит убеждение в том, что виртуальная реальность не менее реальна, чем реальность реальная! Студенты просто балдеют…

Втолкуй потом этим фанатам виртуальной реальности, что никакого поля нет! Вон, сегодня медицина совершенно официально говорит о синдроме пристрастия к виртуальной реальности. Медицинские светила дают рекомендации по уходу за больными: контакт с виртуальной реальностью позволять не более часа в день, вести побольше разговоров на разные отвлекающие темы, и т.д. Хватились, Склифософские! Прикиньте, как долго физики буквально вопили о том, что страдают этим самым синдромом – а медицина не приходила им на помощь! Но радует, что процесс наконец-то пошёл!

Тем из фанатов поля, кому трудно сразу представить, что никакого поля нет, можно попробовать справиться с этой задачей в два приёма: для начала освоиться с тем, что нет никаких фотонов. Как уже говорилось, эксперименты показывают следующее. Кванты световой энергии перебрасываются с атома на атом, практически, мгновенно – на расстояния, по крайней мере, в несколько метров. При таком перебросе не происходит передача импульса. Вам мало того, что «фотоны» не летят вообще и не летят со скоростью света в частности, а также не переносят импульс? Ладно, можем продолжить. «Фотоны» не испытывают ни гравитационных, ни квадратично-допплеровских сдвигов частоты – этим сдвигам подвержены лишь уровни энергии в веществе (см. «Фиговые листики…»). «Фотоны», далее, не испытывают и линейно-допплеровских сдвигов частоты: с этими сдвигами работает навигатор квантовых перебросов энергии, но на величине перебрасываемой порции энергии не сказывается то, что отдающий и принимающий атомы как-то там движутся. Наконец, совершенно не по делу к фотону пытаются прицепить ярлык полноценной талантливой частицы, которая способна полностью превращаться в частицы вещества, и обратно. По жизни эти таланты никогда не проявляются! В россказнях про то, как гамма-квант, имеющий достаточную энергию, лихо превращается в пару электрон-позитрон, кое-что умалчивается. А именно: гамма-квант должен попасть в тяжёлое ядро – откуда и вылетит та парочка. Без ядра сей фокус не получается… Вроде дипломированные специалисты – святая наука, мол, то да сё – а на мелком надувательстве ловятся. Что уж говорить про надувательство крупное – насчёт т.н. аннигиляции электрона с позитроном, которые, якобы, исчезают полностью, превращаясь в два кванта по 511 кэВ штука. Дурить нас изволите! Здесь получается один квант на 511 кэВ, а электрон и позитрон не исчезают полностью, а образуют сильно связанную пару – которая может вновь распасться, получив достаточную энергию. Нету у фотонов и частиц вещества взаимопревращаемости. Есть только сказочки о ней. О, на какие хитрости пускались экспериментаторы, чтобы выдавать эти сказочки за действительность (см. «Фиговые листики…»)!

Ну, и что же остаётся у фотона от полноценной частицы? Только служебное удостоверение, да? В котором для лопухов прописано, что предъявитель сего является одной из четырёх фундаментальных, абсолютно стабильных частиц? Прописями для лопухов не сваяешь физических свойств, любезные! Все, кажется, согласны с тем, что верховным судьёй в подобных разборках является Его Величество Эксперимент? Так извольте принять его вердикт: фотонов нет. А теперь вспомните, чему учит квантовая теория: поле – это, мол, набор фотонов. Нет фотонов – нет и поля. Понимаете?

«Но не могут же заряды действовать друг на друга непосредственно!» - кричат нам. Конечно, не могут. Иначе до смешного бы доходило. Особенно если верить тому, что одноимённые заряды отталкиваются друг от друга. Вот, смотрите: свободный электрон. Считается, что его заряд как-то там размазан по его объёму. Правда-правда: есть целое экспериментальное направление в физике элементарных частиц – определение форм-факторов, т.е. функций, описывающих распределение заряда в объёме частицы. Ну, вот: размазан заряд по объёму электрона – значит, на каждый кусочек электрона приходится какой-то зарядик. Если эти зарядики расталкиваются – причём, со страшной силой! – то пришлось бы допускать наличие контр-воздействия, которое сдерживает электрон от того, чтобы он взорвался. Мало того, что при таком допущении подмачивалась бы репутация электрона как элементарной частицы. Энергии разрывающих и сдерживающих электрон воздействий были бы чудовищны, на порядки превышая энергию, соответствующую его массе покоя. Но тогда выходило бы, что при аннигиляции эта чудовищная энергия исчезает бесследно. Тут даже виртуальные фотоны ничем не смогли бы помочь!