Дао физики - Фритьоф Капра

Неоконфуцианцы развили понятие «ци» таким образом, что оно сблизилось по смыслу с понятием квантового поля в современной физике. Подобно квантовому полю, ци воспринимается как нематериальная, ускользающая от человеческого восприятия форма существования материи, присутствующая одновременно во всем пространстве и способная конденсироваться в виде твердых материальных тел. По словам Цзая Цая, «Когда ци конденсируется, оно становится видимым, в результате чего появляются очертания (отдельных вещей). Рассеиваясь, ци перестает быть видимым, и очертания исчезают. Когда ци конденсируется, разве можно утверждать, что оно не есть что-то преходящее? Но в тот момент, когда ци рассеивается, разве можно с поспешностью утверждать, что оно прекратило свое существование?» [29. 279].

Таким образом, ци конденсируется и рассеивается с ритмической периодичностью, порождая формы, которые, в конечном итоге, снова растворяются в Пустоте. Как говорит Цзан Цай, «Великая Пустота не может не состоять из ци; ци не может не конденсироваться, чтобы породить все вещи; — эти вещи не могут не рассеиваться, чтобы (снова) породить Великую Пустоту» [29,280].

Как и теории квантового поля, это поле, или ци, не только лежит в основе всех материальных объектов, но и осуществляет их взаимосвязи, принимая форму волн. При сравнении описания понятия поля в современной физике, данное Вальтером Тиррингом, и китайского подхода к объяснению физического 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 видимого, 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 выразиться. Соответственно, простых знаков, которые описывали бы силы, действующие 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, конденсирующееся в виде осязаемого вещества, не имеет какой бы то ни было самостоятельной сущности и отдельности, напротив, — все отдельные предметы взаимодействуют друг с другом... при помощи волн, или колебаний, характер которых, в конечном счете, зависит от ритмического чередования двух основополагающих начал на всех уровнях мироздания. Следовательно, отдельные предметы обладают своими собственными ритмическими характеристиками, 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 континуум, пронизывающий все пространство, который, тем не менее, имеет протяженную, как бы «гранулярную», структуру в одном из своих проявлений, то есть в форме частиц. Таким образом, два самостоятельных понятия объединяются 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 вещества непрестанно преобразуются друг в друга. Восточные мистики подчеркивают тот факт, что между Пустотой и порождаемыми ею формами существует аналогичное динамическое единство. По словам Ламы Говинды, «Соотношение формы и пустоты нельзя рассматривать как противопоставление 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 буддийских 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 силах, действующих между ними. Первоначальное понятие поля связывалось с понятием силы, и даже в теории квантового поля оно сохраняет связь с силами взаимодействующих частиц. Так, электромагнитное поле может представляться в виде «свободного поля», то есть перемещающихся волн, или фотонов, а также может играть роль силового поля, возникающего в пространстве между заряженными частицами. В последнем случае наличие поля проявляется в обмене фотонами между заряженными частицами. Взаимное отталкивание двух электронов опирается на механизм фотонных обменов между электронами.

На первый взгляд, такая трактовка понятия силы может показаться чересчур мудреной и сложной, однако стоит взглянуть на пространственно-временной 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 результате электроны разлетаются в разные стороны. Их взаимное отталкивание выражается в обмене фотонами. Полное взаимодействие электронов включает 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 сближении электронов ни один из них не ощущает воздействия какой бы то ни было силы. Все, что происходит между ними, — это обмен фотонами. Следовательно, понятие силы не может быть применено по отношению к явлениям субатомного мира. Это понятие из арсенала классической физики, ассоциирующейся (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 посредство полей, то есть каких-то других частиц. Поэтому физики избегают употреблять слово «сила», заменяя его словом «взаимодействие».

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 фундаментальное 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 последних математических формулой, помогающей вычислить вероятность соответствующего процесса. Точное, соответствие между графиками и математическими формулами было установлено в 1949 году Ричардом Фейнманом, после чего эти графики получили название графиков Фейнмана. Важнейшая составная 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 релятивистской теории при рассматривании такого процесса необходимо учитывать, что частицы представляют собой не неделимые тела, а динамические паттерны, сущность которых определяется наличием того или иного количества энергии, которая может перераспределяться при образовании новых паттернов.

Возникновение частицы, обладающей массой, возможно только при условии наличия такого количества энергии, которое эквивалентно массе этой частицы, как, например, в процессе столкновения. В случае сильных взаимодействий, 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 говорилось в гл. II, субатомные явления, происходящие в течение небольшого промежутка времени, характеризуются значительной неопределенностью в энергетическом отношении. Мезонные обмены, то есть возникновение и последующее уничтожение мезонов тоже относится к таким процессам. Их течение столь кратковременно, что неопределенность энергии достаточно велика для возникновения мезонов. Такие мезоны называются «виртуальными» частицами. Они отличаются от «настоящих» частиц тем, что могут существовать только на протяжении небольшого отрезка времени, обусловленного принципом неопределенности. Чем тяжелее мезоны (то есть чем больше энергии необходимо 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 аналогичный анализ ядерных и электромагнитных сил, Хидэки Юкава в 1935 году не только предсказал существование пиона за двенадцать лет до его экспериментального обнаружения, но и приблизительно оценил его массу, исходя из величины ядерной силы.