Фото №1 - Длинное чтение: «Пустота и наполненность»

В издательстве «МИФ» вышла книга Фритьофа Капры «Дао физики». В ней Капра — физик и доктор философии Венского университета — раскрывает взаимосвязь между понятиями современной физики и основными идеями философии и религий Дальнего Востока.

Теории полей

Классическая механистическая модель мира исходила из представлений о твердых и неделимых частицах, движущихся в пустоте. Современная физика решительно пересмотрела эту картину, изменив наши взгляды не только на частицы, но и на пустоту. Главная роль здесь принадлежит так называемым теориям поля. Всё началось с идеи Эйнштейна об объединении гравитационных полей с пространственной геометрией. Прорыв произошел, когда ученые объединили квантовую теорию и теорию относительности для описания силовых полей субатомных частиц. В квантовых теориях поля традиционное противопоставление частиц и окружающего их пространства теряет свою остроту, и пустота превращается в динамическую величину, имеющую колоссальное значение.

Фото №2 - Длинное чтение: «Пустота и наполненность»

Понятие «поле» было введено Майклом Фарадеем и Джеймсом Максвеллом в XIX веке для описания сил между электрическими зарядами и токами. Электрическое поле — особое состояние пространства, окружающего заряженное тело, которое создает силы, способные воздействовать на любой другой заряд внутри пространства. Следовательно, электрические поля создаются заряженными телами, а их действие могут ощутить на себе только заряженные тела. Магнитные поля порождаются движущимися зарядами, т. е. электрическими токами, и возникающие между ними магнитные силы могут воздействовать на любые другие движущиеся заряды. В классической электродинамике, разработанной Фарадеем и Максвеллом, считается, что поля имеют самостоятельную физическую природу и могут исследоваться вне связи с материальными объектами. Электрические и магнитные поля способны перемещаться в пространстве в виде радиоволн, световых волн и других видов электромагнитного излучения.

Теория относительности сделала модель электродинамики гораздо более элегантной, объединив понятия зарядов и токов и электрических и магнитных полей. Поскольку движение относительно, любой заряд может восприниматься как ток — при условии выбора системы координат, в которой он движется относительно наблюдателя. А значит, его электрическое поле может проявиться и как магнитное. Поэтому в релятивистской формулировке электродинамики понятия электрического и магнитного полей объединяются в общее понятие электромагнитного поля.

Наполненность и пустота

Материя и пустое пространство — наполненность и пустота — фундаментально различные понятия, на которых построен атомизм Демокрита и Ньютона. В общей теории относительности эти понятия уже неразделимы. Массивное тело не может существовать, не создавая гравитационного поля, которое будет искривлять окружающее это тело пространство. Но не стоит считать, что поле «наполняет» пространство и искривляет его. Одно не может быть отделено от другого: поле само по себе является искривленным пространством! В общей теории относительности гравитационное поле и геометрия пространства едины. В уравнениях поля Эйнштейна им соответствует одна и та же математическая величина. В теории Эйнштейна материя не мыслится вне своего гравитационного поля, а гравитационное поле неотделимо от искривленного пространства.

Фото №3 - Длинное чтение: «Пустота и наполненность»

Массивные тела не только определяют структуру окружающего пространства, но и испытывают воздействие окружающей среды. Согласно представлениям австрийского физика и философа Эрнста Маха, инерция материального тела, то есть его сопротивление направленным извне силам, вызывающим ускорение, является не изначальным свойством материи, а мерой ее взаимодействия с остальной Вселенной. По мнению Маха, материя обладает инерцией только потому, что во Вселенной есть другая материя. Когда тело вращается, его инерция порождает центробежную силу (которая используется, в частности, в стиральной машине для отжима мокрого белья), но эта сила появляется только потому, что тело вращается «относительно неподвижных звезд». Если бы неподвижные звезды вдруг исчезли, вместе с ними пропали бы и инерция, и центробежная сила вращающегося тела.

Материальные тела

Современная физика снова (на сей раз на макроскопическом уровне) демонстрирует нам, что материальные тела — не самостоятельные объекты, а неразрывно связаны с окружающей средой; и их свойства могут восприниматься только в контексте взаимодействия с окружающим миром. Согласно принципу Маха, взаимодействие тел распространяется на всю Вселенную, включая самые удаленные звезды и галактики.

Единство и взаимосвязи материального тела и его окружения, проявляющиеся на макроскопическом уровне в общей теории относительности, дают еще более впечатляющую картину на субатомном уровне. Здесь положения классической теории поля соединяются с положениями квантовой теории для описания взаимодействий субатомных частиц. Гравитационные взаимодействия еще не могут быть описаны аналогичным способом из-за того, что теория гравитации Эйнштейна очень сложна в математическом отношении, но ученым удалось объединить квантовую теорию с другой теорией поля, а именно электродинамикой. Произошло это в рамках теории квантовой электродинамики, которая описывает все электромагнитные взаимодействия между субатомными частицами. Она включает положения квантовой теории и теории относительности. Она была первой квантово-релятивистской теорией современной физики и до сих пор остается самой удачной.

Подготовлено по материалам книги «Дао физики».

Фото: Science & Society Picture Library / Contributor / Getty Images, Koki Nagahama / Stringer / Getty Images