Квантовый ум. Грань между физикой и психологией

Минделл Арнольд

Лучи Рентгена составляют часть спектра электромагнитного излучения (от 0.005 до 5 нанометров, см. диаграмму в примечании 3). Эти лучи образуются, когда металлическую пластинку, состоящую из тяжелых атомов, подвергают бомбардировке электронами в вакуумной трубке. Они представляют собой форму энергии, которая излучается возбужденными электронными оболочками атомов. Рентгеновские лучи могут проникать сквозь твердые вещества; они воздействуют на фотопластинки и флуоресцентные экраны.

Виртуальные частицы помогают представлять себе рентгеновские лучи. Если электрон из электронной оболочки атома с окружающими его виртуальными частицами получает удар другой заряженной частицы, этот удар выбивает некоторые из его виртуальных частиц (рис. 34.3).

Согласно объяснению X-лучей с помощью виртуальных частиц, когда виртуальные

частицы, окружающие электрон оболочки атома подвергаются бомбардировке, они приобретают небольшую часть энергии бомбардировки и становятся, так сказать, сверхвозбужденными. В результате сверхвозбужденные частицы улетают в виде X-лучей. Хотя сами виртуальные частицы не поддаются измерению, X-лучи можно измерять. Объяснение состоит в том, что когда низкоэнергетические виртуальные частицы получают много энергии, они могут проявляться или материализоваться в повседневной реальности.

Таким образом, согласно этому объяснению, если направлять поток электронов на тяжелый металл, некоторые из виртуальных фотонов, существующих вблизи атомов металла, возбуждаются энергией, полученной при соударении, и «вытряхиваются» из металла в форме X-лучей.

Рис. 34.3. Объяснение рентгеновских лучей с помощью частиц обмена

В прошлом X-лучи наблюдали, но понимали просто как энергию, возникающую из атомов тяжелых металлов. Виртуальные частицы дают своего рода механизм этого «возникновения энергии», объясняя X-лучи в терминах относящегося к ОР понятия частиц. Удар возбуждает заряд, и в результате этого столкновения виртуальные частицы заряда возбуждаются и появляются в виде X-лучей, или микроволн.

Возможно, вам любопытно, какая разница между получением X-лучей и атомной бомбой. Разница состоит в том, что для получения X-лучей вам не нужно расщеплять на части ядро атомов; никакой измеримой потери массы не происходит. Вы просто возбуждаете электроны, окружающие атом, и энергия, которую они приобретают от бомбардировки, снова излучается в виде рентгеновских лучей. В бомбе происходит макроскопическая потеря массы, которая преобразуется в мощную вспышку излучения. Поток рентгеновских лучей обладает лишь той же энергией, что и поток электронов, направляемый на металл. Излучаемая энергия определяется количеством энергии, вкладываемым в бомбардировку электронами.

Нам следует помнить, что теория виртуальных частиц была, прежде всего, попыткой дать квантово-электродинамическую картину электрического поля. В этой картине поле, окружающее электрон, становится облаком виртуальных частиц, которые постоянно излучает и поглощает этот электрон. То, что было полем, действующим на расстоянии, теперь рассматривается как облако виртуальных частиц, способных и готовых совершать всевозможные столкновения и соударения, – обмены, не поддающиеся измерению, если только соударение не увеличивает их энергию настолько, что они становятся видимыми. До такого соударения, они не обладают достаточной энергией, чтобы быть чем-то, кроме быстрых неизмеримых флуктуаций.

Рис. 34.4. Образ частицы, окруженной ее виртуальными частицами

Подобно X-лучам, свет от огня или электрической лампочки тоже можно «объяснять» как виртуальные частицы, набирающие энергию, которые высвобождаются в виде электромагнитного излучения.

В физике идея виртуальных частиц обмена получила широкое распространение для «объяснения» всех силовых полей. Ядерные силы, удерживающие протоны в ядрах атомов, объясняются взаимодействием частиц обмена, именуемых мезонами. Есть много других частиц обмена, например «глюоны», которые взаимодействуют с «кварками» – материалом, образующим нейтроны и протоны. Возможно, есть даже «гравитоны», которые предлагают альтернативное объяснение поля тяготения (вместо эффекта искривленного пространства-времени). Хотя гравитоны пока не открыты, название уже существует, показывая, насколько сильна концепция частиц [39] .

39

Приверженность

этой концепции привела к росту числа возможных «элементарных» частиц. Попытки противодействия такой тенденции порой приводили к весьма парадоксальным теориям. Например, американский физик Джеффри Чу (автор известной теории S-матрицы) предлагал объяснять взаимодействие между тяжелыми частицами («адронами») обменом… виртуальными протонами! Эта идея получила название «бутстрэп» (дословно – «шнурок от ботинка», так как, по словам Чу, она позволяет избавиться от введения новых частиц для объяснения уже известных, которые в таком случае становятся «подобными Мюнхгаузену, вытаскивающему себя из болота за шнурки от ботинок»); она породила ряд теорий, которые в русскоязычной физической литературе носят не слишком удачное название «шнуровочных». (Примеч. пер.)

Объяснение объяснения

Здесь мы походим к пределам сегодняшней физики, которая пытается объяснять все силы в природе обменом частицами. Многие физики надеются, что элементарные частицы обмена, или, как я их называю, «частицы отношений» со временем дадут нам единую картину всех сил в природе.

Одна из причин для обсуждения виртуальных частиц обмена или отношений состоит в том, что они побуждают нас снова задавать вопрос: «Что мы имеем в виду под объяснением?» Помните упоминавшиеся ранее четыре принципа, которым должны удовлетворять виртуальные частицы? Они дают нам некоторые намеки относительно того, что означает объяснение. Вот эти четыре принципа.

I. Сохранение энергии: энергия должна быть постоянна во времени

II. Превращение энергии-массы: энергия может проявляться как масса (поскольку Е = mc²).

III. Принцип неопределенности: t x E >= h.

IV. Принцип сообщества ОР: Новые теории должны использовать понятия общепринятой реальности.

Первые три теории уже существуют; они были приняты потому, что ведут к результатам, допускающим проверку в общепринятой реальности. Первые три принципа подразумевают, что любое объяснение должно включать в себя экспериментальное подтверждение в ОР.

Четвертый принцип гласит, что сами научные теории должны основываться на общепринятых понятиях. Например, частицы обмена невозможно видеть – если только не увеличить их энергию – и, в то же время, в отношении понятия частиц существует общее согласие. Людям нравится идея частицы; ее разделяют и могут обсуждать многие. Как я уже говорил ранее, то, что мы сегодня называем частицами, частицами обмена или виртуальными частицами, в будущем мы, возможно, будем называть струнами или духами.

Проблемы возникают только, когда объяснения воспринимаются как «истина». Мы всегда должны помнить о том, что по мере того, как меняется общепринятая реальность, меняются и объяснительные концепции. Все это зависит от Zeit Geist – немецкого выражения, которое буквально означает «дух времен».

Цайтгейст выступает в качестве скрытого параметра в физике и психологии. Например, Цайтгейст – дух времен общепринятой реальности – допускает идеи виртуальных частиц и фигур сновидения.

Мы знаем, что этот же Цайтгейст, обнаруживающийся в качестве скрытого параметра в физике, влияет и на психологию. В главе 27 о синхронности мы видели, что на идею Юнга о синхронности влияла теория относительности Эйнштейна. Понятия бессознательного у Фрейда и Юнга отражают Цайтгейст частицы, ибо бессознательное представлялось как безбрежный океан потенциала, своего рода поле, которое в то же самое время можно было представлять и как взаимодействие между виртуальными частями, именуемыми влечениями (Фрейд) или архетипами (Юнг). Подобно невидимым частицам, возникающим из океана энергии в физике, влечения и архетипы невозможно увидеть. Однако сегодня многие используют влечениями архетипы для объяснения человеческого поведения. По существу, элементарные частицы играют в физике ту же роль, которую фигуры сновидения и архетипы играют в психологии⁴.