делает.
Поначалу все думали, что взаимодействие распространяется волнами, по поводу чего поспешили нарисовать всякие формулы волн и полей собранных из них, но потом Планк, как вы уже знаете, рассчитал, что поле можно измерять кусочками-квантами, Эйнштейн подтвердил, и вообще оказалось, что это не волны, а иногда совсем даже частицы. Для удобства ученые решили считать явление одновременно и частицей и волной, а чтобы никто не смеялся, они назвали явление по-умному — корпускулярно-волновым дуализмом.
Позже Фейнман с единомышленниками задвинули собственную версию происходящего, в которой взаимодействие (да и всё вещество микромира) — особая форма материи, которая не частица и не волна, но имеет свойства и того и другого. Собственно, с Фейнмана и началось отношение к полям как к видам взаимодействия.
О бытовых тонкостях дуализма мы расскажем в лекциях по квантовой физике. А сейчас вернемся в наши поля. На сегодняшний день физики обнаружили пять натуральных видов взаимодействий.
И начнем мы с первого вида взаимодействия — электромагнитного.
1
Изначально было две магии — магнитная и электрическая. Затем Максвелл поэкспериментировал с той и другой и объявил, что вообще-то это одно и то же; просто в разных условиях и ситуациях мы наблюдаем, то магнитный, то электрический эффект. Там еще потом и теория относительности затесалась, объясняющая, откуда берется поле у движущихся зарядов. Делов-то было, всего лишь ограничить скорость вещества во Вселенной. Но легче от этого открытия не стало.
Что же такое электромагнетизм? В самом простом случае, который нас собственно и интересует, это такое явление, при котором противоположно заряженные частицы притягиваются, а частицы с одинаковым зарядом отталкиваются. То есть электрон избегает другого электрона, но тянется к протону именно из-за электромагнитного взаимодействия.
Важная ремарка: ни мы и никто другой не знает, что такое заряд на самом деле. Мы наблюдаем заряды в виде взаимодействия заряженных частиц, но природа заряда науке пока не известна. Впрочем, если открыть интернет, то там найдутся те, кому всё понятно, у кого очевидными причинами заряда являются торсионные вихри, тороидальные сущности, эфирные осцилляции по вектору «взад-вперед» и так далее. Надеемся, вы уже понимаете, в какую сторону нужно разворачивать диван, встречая подобные открытия!
Но каким образом заряды притягиваются или отталкиваются? Оказывается, что между двумя частицами, находящимися на определенном расстоянии друг от друга, происходит что-то вроде обмена кое-чем материальным, а не эфирным. И в случае с электромагнитными силами обмен этот производится частицей-переносчиком, которая известна под именем «фотон».
Да-да, квант электромагнитного поля, частица электромагнитного взаимодействия — это старый добрый фотон, который летит с максимально возможной в этой Вселенной скоростью и излучается из каждой лампочки и звезды.
Чтобы представить, как именно происходит электромагнитное взаимодействие, возьмем игроков в бадминтон. Хорошая игра, расслабляет, нервничать не надо, движение какое-никакое. Профилактика геморроя опять же. Представьте, что вы (здоровый мужик) играете в бадминтон с таким же здоровяком. Пол у вас одинаковый (как заряд у двух электронов), и вы друг другу не очень симпатичны. Ваш воланчик — это фотон, который вы отбиваете ракетками. Чем ближе вы подбираетесь друг к другу, тем сильнее вы отбиваете воланчик, желая победить соперника, поэтому вам приходиться отступать, чтобы не проиграть партию. Две частицы с одинаковым зарядом, обмениваясь фотоном, расходятся подальше друг от друга, улавливаете?
А теперь наоборот! Если вы все тот же здоровый мужик, но играете в бадминтон с очаровательной дамой (две частицы с противоположными зарядами — электрон и протон), то, играя в бадминтон, вы слабее бьете по волану и непринужденно приближаетесь друг к другу, мечтая оказаться в интимной, так сказать, обстановке. Но вплотную, тем не менее, не подходите, потому что ракеткой можно получить по зубам — это больно, поверьте.
Фотоны, которые рождаются для взаимодействия между двумя заряженными частицами, называются «виртуальными». Грубо говоря, при обмене квантами поля немного нарушаются законы сохранения энергии, но экспериментально поймать фотон с поличным нельзя. Если мы вздумаем устроить виртуальной частице засаду, то она, взаимодействуя с приборами, превратится в обычную, и ничего противозаконного мы не обнаружим. Всё-таки там, на невероятно малых расстояниях, творится настоящая магия, отблески которой мы наблюдаем и ничего не понимаем.
Электромагнитное излучение существует не только при встрече частиц. Фотоны рождаются при распаде или столкновении массивных частиц (этим занимаются в коллайдерах) или во время ядерных реакций — вот почему опасна радиация: бодрые фотоны при распаде ядра вылетают наружу и разрушают ваши клетки как карточный домик. Когда говорят, что во время ядерной реакции выделилось некоторое количество энергии, вот эта «энергия» и есть фотоны — частицы электромагнитного взаимодействия.
Увы, не все в XXI веке знают, что фотон — это не только видимый свет, но он еще и радиоволны, ультрафиолет, а также — смертельное радиоактивное излучение (гамма-излучение). Клянемся лысиной Планка, что встречали людей, рассказывающих, что радиоволны и солнечный свет — это разные сущности ментальных планов тонких вселенных. Sic!
Однако вся разница в этих, казалось бы, настолько отличающихся физических явлениях лишь в длине волны (частоте) фотона. Если длина волны фотона БОЛЬШАЯ (то есть волна длинная), то у нас — радиоволна, если фотон колеблется чуть энергичнее (и соответственно длина волны меньше), то мы его видим в качестве света и его радужных цветов. Цвета — это всего лишь восприятие нашим глазом разных длин волн фотонов, причем очень ограниченное восприятие.
Если же длина волны фотона очень маленькая, а значит велика его частота и собственно энергия, то такой резвый фотончик запросто просветит вас насквозь (рентгеновские лучи — это тоже фотоны, ага).
Почему, например, светит Солнце? Не вдаваясь в подробности: от огромной температуры на Солнце ядра водорода посредством сложной термоядерной реакции объединяются в ядра гелия. Эта реакция сопровождается потерей энергии, часть которой в виде солнечного света мы и видим каждый день.
Мало кто знает, но сейчас вокруг нас столько устройств, использующих электромагнитное излучение, что возникает проблема электромагнитной совместимости, когда, например, ваш умный холодильник может мешать wi-fi или bluetooth-передаче. Фотоны — вокруг нас, и даже если бы вы сломали всю технику, то они все равно прилетают и будут прилетать к нам из космоса — спасения от электромагнитных волн нет. Впрочем, любителей шапочек из фольги это никогда не останавливало.
Искренне надеемся, что после вышесказанного мир стал чуть более понятен. Но на этом чудеса материи не заканчиваются.
2
Пытливые умы, читающие наши россказни очень внимательно,