О. Деревенский - Фокусы-покусы квантовой теории

• Название: Фокусы-покусы квантовой теории
• Автор: О. Деревенский
• Жанр: Физика

Квантовая теория приводит в трепет даже многих физиков. Ох, как они горды тем, что всякие там доморощенные опровергатели основ суются со своими умничаниями в самые разные области – и в классическую механику, и в электродинамику, и, в особенности, в теорию относительности – но никто не покушается на квантовую теорию! «Даже этим олухам ясно, - веселятся академики, - что без квантовой теории люди бы до сих пор жили в пещерах и бегали с каменными топорами!» Без квантовой теории, мол, не было бы лазеров – а без лазеров, девочки и мальчики, не было бы у вас таких балдёжных дискотек! Без квантовой теории, мол, не было бы понимания того, как движутся электроны в металлах и полупроводниках – а без этого понимания, девочки и мальчики, не было бы у вас ни компьютеров, ни мобильных телефончиков!

 Откуда девочкам и мальчикам знать, что всё это – шутки? Лазеры, компьютеры, мобильные телефончики – своим появлением они вовсе не обязаны квантовой теории. Эти и целый ряд других примечательных технических устройств были созданы исключительно на основе экспериментальных и технологических прорывов. А то, что называется квантовой теорией – это просто пачка изысканных математических процедур, с помощью которых задним числом описывали эмпирические факты из жизни микромира.

---

Мало кто слышал этот зловещий шёпот, и уж наверняка его не слышал Дирак. Иначе он и не взялся бы соорудить релятивистское квантово-механическое уравнение для электрона – зачем стараться, если заранее известно, что получится «чушь собачья»? Впрочем, Дирак был на редкость целеустремлённым, и чушь в итоге получилась не такая уж и собачья. Вот, посудите сами. Из теории Дирака прямо следовало, что свободные электроны могут иметь не только положительные энергии – суммы собственных и кинетических энергий – но и точно такие же по величине, только… отрицательные. Причём, немедленно получалось, что электроны, имеющие отрицательную энергию, должны иметь отрицательную массу. Представляете? Все приколы «Страны чудес» Кэррола – это детский лепет по сравнению с одним таким приколом, как «отрицательная масса». Смотрите: электрон, испытывающий силу притяжения к положительному заряду, из-за своей отрицательной массы ускоряется не туда, куда его тянут, а в противоположном направлении! Про таких говорят – если в реке утонет, то искать его нужно будет выше по течению. Представили? Ну, вот ещё примерчик: бьёт электрон, имеющий отрицательную массу, теоретика по башке. Натурально, передаёт этой башке импульс. Только импульс этот направлен не так, как казалось бы, а наоборот. Хлоп теоретика – что в лоб, что по лбу – а башка его, вместо того, чтобы откинуться назад, клюёт вперёд! «Слушайте, - тактично обращались к Дираку оппоненты, - давайте не будем доводить маразм до абсурда!» - «Чего-чего? – вскидывался Дирак. – Теорию относительности и квантовую механику вы называете маразмом, а их прямые следствия – абсурдом?! Так и запишем…» И оппоненты моментально испарялись с горизонта. «Наскоком Дирака не ущучить, - прикидывали они, - уж больно он талантлив! Ладушки, мы вот что тебе устроим…» И устроили. Понимаете, согласно релятивистским воззрениям, энергия свободного электрона может быть как угодно большой – вплоть до бесконечности. С лёгкой руки Дирака, энергии электронов с отрицательной массой тоже могли забираться в бесконечность – только в отрицательную. Но это значит, что состояния с наинизшей энергией не существует, а тогда неустойчивы состояния нормальных электронов, имеющих положительные энергии: все эти электроны, через квантовые скачки, сваливались бы в бездонную пропасть отрицательных энергий. Довольно скоро мир остался бы без нормальных электронов! Что, мол, на это скажете, Дирак Вы наш?.. Ха-ха! С этой проблемой Дирак разделался одним плевком, выдав дополнительное предположение: все состояния с отрицательной энергией уже заняты, господа! Бездонная пропасть уже заполнена, так что некуда сваливаться нормальным электронам! Пусть живут и радуются! «Так это что же, - обалдевали коллеги, - мы живём в бесконечном океане отрицательной энергии, и не замечаем этого?» - «Ну, зачем вы так, - приводил их в чувство Дирак. – Если присмотреться, то можно кое-что заметить». И начинал ликбез: если, мол, электрон с отрицательной энергией возьмёт да поглотит себе достаточно энергичный гамма-квант… (в этом месте у слушателей отваливались нижние челюсти: по всем раскладам, поглотить квант свободный электрон не может) …то, мол, этот электрон забросится в состояние с положительной энергией. И получится в итоге что? А вот, мол, такая парочка: нормальный электрон и – на месте прежнего – «дырка» в океане отрицательных энергий, чуете? Причём, эта «дырка», мол, не простая, а вся из себя положительная: и по заряду, и по массе! Коллеги чуяли и цепенели от ужаса, и вправду кое-что замечая: у Дирака внаглую нарушались законы сохранения и заряда, и массы. Но уж так запугал своих оппонентов талантливый Дирак, что никто и пикнуть не смел. В довершение к этому кошмару, Андерсону удалось сфотографировать след частицы, которая ионизировала газ так же, как и электрон, но имела, несомненно, положительный заряд. Дираковская «дырка от бублика» оставляла трек в камере Вильсона! «Ну, что я вам говорил ещё год назад?!» - ухахатывался Дирак.

В общем, чтобы пресечь массовую истерику среди физиков, самые стойкие из них дали необходимые разъяснения. Да, мол, Дирак немного погорячился со своим релятивистским квантово-механическим уравнением – никто в здравом уме не будет применять его для расчёта движения электрона в ускорителе или в электровакуумном приборе. Да, Дирак немного погорячился также насчёт океана отрицательных энергий. Да, а ещё он немного погорячился насчёт «дырок» в этом океане – Андерсон запечатлел совсем не «дырку», а натуральную частицу. Видите: погорячился, погорячился, погорячился… Так он и дальше будет горячку пороть: горланить, что он первый брякнул про штучку с массой электрона и положительным зарядом! Ей-богу, дешевле будет признать его великим теоретиком, предсказавшим существование первой из открытых античастиц – позитрона! Виват, господа! Гоним зайца дальше!

Здесь самое время заметить: всё то, до чего дошёл пылающий разум теоретиков, когда они квантовали состояния вещества – это пустяки по сравнению с тем, до чего они дошли, квантуя электромагнитное поле. Ведь между веществом и полем есть принципиальная разница. Вещество – оно в природе есть. А поле… ну, в общем, его нет. Теория поля – это теория того, чего нет. Квантовая теория поля - это квантовая теория того, чего нет. Поле, вообще-то, понадобилось лишь как посредник во взаимодействиях электрических зарядов на расстоянии. Без такого посредника физикам и белый свет не мил. Если, мол, такого посредника нет, то от взаимодействия зарядов на расстоянии попахивает «мистикой и спиритизмом». Эк куда хватили! Да если мистики и спириты попытались бы разобраться в квантовой теории поля – они бы позеленели от зависти!

Помните, мы говорили, что различными формами физической энергии обладает только вещество? Ну, вот: тогда не нужен заполняющий пространство между зарядами посредник для передачи энергии. «Кому-то не нужен, - возразят нам, - а кому-то очень нужен! Вопрос должен решаться не на уровне субъективных склонностей, а на уровне объективных экспериментов!» Так мы разве против? Смотрим правде в глаза: ни один объективный эксперимент не говорит прямо о поведении поля, все они говорят о поведении только вещества. Смотрят на поведение зарядов и выводы делают: «Ах, вон куды электрончик понесло… Ах, вот какой точок в катушечке наводится… Ну, стало быть, поле там такое!» Только так! Глядя на поведение вещества, поведение поля домысливают. Ёлки-палки, объективнее некуда: поведение поля – это сплошные домыслы! Кому-то там очень нужные!

Ну, вспомним историю: было время, когда считалось, что пространство между атомами заполняет эфир, в котором возможны механические напряжения-натяжения и даже механические волны. Всё это описывалось уравнениями Максвелла. Заряды дёргались, от этого по эфиру бежали волны, которые приводили в движение другие заряды. Никакой мистики, всё очень физично-с! А потом, ради нужд теории относительности, эфир пришлось упразднить. И что же предложили взамен прежнего посредника во взаимодействиях зарядов? Да только и предложили, что одно название: поле. Новая физическая реальность, мол, просим любить и жаловать! А за что её любить, спрашивается? За то, что ей на халяву досталось чужое добро – уравнения Максвелла? Так ведь говорят же, что на чужом несчастье своего счастья не построишь. И точно! Раньше уравнения Максвелла имели чёткий физический смысл, и волны, которые бегали между зарядами, были волнами в среде – как волнам и положено. Теперь же уравнения Максвелла утратили физический смысл, а волны стали волнами… в пустоте. «Да не в пустоте, - поправляют нас, - там же поле есть!» Ну, ладно, бывшие волны в среде стали волнами в поле – вам от этого легче? Волновое движение среды – это понятно. А что такое «волновое движение поля»? Что там, в чистом поле, колеблется? «Энергия поля!» - отвечают нам. Слушайте, милейшие: для колебательных движений необходимы возвращающие силы. Какова же природа возвращающих сил, действующих на «колеблющуюся энергию» в чистом поле? До сих пор не надыбали? Ай-яй-яй! Чем же вы занимались сотню лет – делая вид, что развиваете теорию поля?

Развивали-развивали, а две главные проблемы поля так и остались. Во-первых, полевая энергия заполняет всё пространство сплошняком, а также имеет бесконечно широкий спектр – т.е. поле имеет, как говорится, бесконечное число степеней свободы. А поскольку на каждую степень свободы приходится конкретная тепловая энергия, то оказывается, что, при температурах выше абсолютного нуля (проще говоря, всегда) энергия любого конечного объёма поля – бесконечна! Где вы такое видели, милейшие? Во-вторых, в отличие от эфира, который, как считалось, существовал независимо от зарядов, поле зарядами-то и порождается. До чего красиво: каждый заряд даёт свой скромный вкладец в суммарное поле, а это суммарное поле, в свою очередь, действует на каждый заряд. Выходит, что каждый заряд действует, в том числе, и сам на себя. Шутка, да? Отнюдь: из-за этой «шутки» даже в теории получались жуткие проблемы с расходимостями. Как только с этими расходимостями не боролись: и «обрезали» их, и «перенормировали» - да толку-то? Как уродство ни ретушируй, оно уродством и останется!..