Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса (Голдберг) - страница 149
Поля и частицы
С практической точки зрения прыжки вверх-вниз в случае, скажем, электромагнетизма похожи на колебания электрона. На этом основана работа радиопередатчика.
Однако аналогия эта несовершенна. Батут — это двумерная поверхность, а мы живем в трехмерном пространстве. Если вы в состоянии точно представить себе, как трехмерный батут колеблется в четырехмерном пространстве, значит, вы — борг.
Бросьте в пруд горстку камушков, и вы увидите, что при помощи одной лишь интерференции возникших в результате волн можно получить крайне сложные узоры. Даже воображение напрягать не нужно. Все, что вы видите, — не более чем собрание колоссального количества электромагнитных волн, наложившихся друг на друга и спроецированных вам в глаза. Звук устроен точно так же за тем исключением, что его проецируют в уши.
На первый взгляд кажется, будто понятие поля не такое уж и важное. Подумаешь — ну, были у нас десятки разных фундаментальных частиц, берем и заменяем их десятками разных фундаментальных полей. Умничка, физика!
Однако в мире полей проявляются симметрии, которые на примере частиц увидеть невозможно. Нескольких простых полей достаточно, чтобы описать практически все частицы во вселенной.
Вы, возможно, полагали по наивности, будто нам понадобится 61 поле, по одному на каждый вид частицы, на цвет, спин и все прочее. Шестьдесят одно поле — это, конечно, очень много кропотливой работы, особенно если каждое из них подчиняется своему закону и все эти законы придется выводить. С другой стороны, разумно предположить, что частицы-правши и частицы-левши должны вести себя примерно одинаково, поэтому, возможно, нам удастся воспользоваться некоторыми полями по два раза и сэкономить усилия. Ну и еще стоить вспомнить идею Уилера, согласно которой позитрон выглядит точь-в‑точь как электрон, движущийся обратно во времени. Электроны и позитроны — это одно и то же поле.
Иначе говоря, некоторые частицы так похожи друг на друга, что очевидно, что слеплены они из одного теста. Электроны и позитроны, частицы со спином вверх и со спином вниз — у них много общего: масса, общий спин, количество заряда. Так что нечего удивляться, если окажется, что все они представляют собой одно и то же поле. Можно исколесить множество дорог в попытках разведать, как выглядела бы вселенная, заполненная одним лишь электронно-позитронным полем.
Как вывести заряд из симметрии
Вселенная, где нет ничего, кроме электронов с позитронами, — место донельзя унылое. Само собой, здесь нет никаких молекул и даже атомов. Ваши воображаемые детишки могут напрыгаться на космическом батуте до полного умопомрачения, генерируя электроны и позитроны, и волны будут попросту проходить друг через дружку. Без фотонов у заряженных частиц нет никакой возможности для взаимодействия. Чтобы запустить взаимодействие, нам придется углубиться в мир