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.

---

Ну, и под занавес мы ещё успеем увидеть, до чего дошли учёные мужи, вооружённые квантовой теорией, в физике атомного ядра. Исходили-то из того, что протоны, имея положительные заряды, должны кулоновски отталкиваться друг от друга. Ядерные силы, мол, гораздо сильнее, но зато они короткодействующие: протоны сцепляются, лишь касаясь друг друга бочками. Значит, чтобы протонам сблизиться до касания бочками, они сначала должны пересилить отталкивание – преодолеть т.н. кулоновский барьер. Чтобы такое происходило в естественных природных условиях, протоны должны весьма нехило соударяться – имея энергии, соответствующие температурам в десятки миллионов градусов. Где же в природе бывают такие температуры? «А в звёздах! – догадались учёные мужи. – Там-то атомные ядра и слипаются!» Но позже выяснились кошмарные вещи: в Солнце ядра, скорее, разлипаются, поскольку к Солнцу падают самые разные атомы, а вылетают из Солнца – протоны! Как-то это не стыкуется с версией о том, что на Солнце идут термоядерные реакции! «Ничего, ничего! – не растерялись учёные мужи. – В лабораторных условиях у нас всё получится! Ведь протоны можно разогнать до нужной энергии на ускорителе. Щас как обстреляем мишень протонами – то-то они на её ядра поналипнут!» Ну, и чего? Вышло опять какое-то конфузище: при малых энергиях протоны просто рассеивались на ядрах, а при энергиях поболе они вызывали ядерные реакции – даже если протон и «прилипал» к ядру, такое ядро долго не жило. Бывали, впрочем, исключения; например, таким образом из лития получался изотоп бериллия, но эта реакция имела резонансный характер – она происходила лишь при одной определённой энергии налетавшего протона. В общем, лабораторный опыт с полной определённостью подтверждал: откуда берутся составные ядра – науке было совершенно непонятно.

«А чё нам мучиться над тем, откуда они берутся? – зашептали учёные мужи. – Делать нам больше нечего, что ли? Будем исходить из того, что они уже откуда-то взялись. Вот сообразим, на чём они держатся – и все дела!» Сказано – сделано. Получите, мол, мезонную теорию ядерных сил! Без обману: всё по последней «кванта-механической» моде! Короче: нуклоны – протоны и нейтроны – притягиваются друг к другу потому, что, дескать, обмениваются друг с другом пи-мезонами. Да не простыми, а виртуальными. Что виртуальными – это принципиально, это сразу развеивает разные недоумения. Например, недоумение первое: откуда пи-мезоны берутся в нуклонах? Да ниоткуда не берутся! Их же «как бы нет»! Или, вон, недоумение второе: перебрасывание друг другу массивных частиц может породить лишь силы отталкивания, но не притяжения! Ха-ха! Это в классической механике так; а в микромире, мол, возможны любые чудеса – даже притяжение вбок! Постойте, постойте! Виртуальные пи-мезоны, по-вашему, могут переносить из нуклона в нуклон реальный заряд, превращая нейтрон в протон, или наоборот. Нейтрон, как известно, может превратиться в протон, но ведь освобождается при этом электрон, а не пи-мезон, масса которого на два порядка больше разности масс нейтрона и протона! Ха-ха! А на что же, мол, принцип неопределённости, согласно которому закон сохранения энергии может «как бы нарушаться»? Исходя из «нарушения», соответствующего массе пи-мезона, получили ограничение на время его жизни в ядре: не более 10-23 с. За это время он едва успевал бы преодолеть «радиус действия ядерных сил», двигаясь со скоростью света. На соплях, но успевал бы! Вот на этом-то, мол, ядра и держатся!

Эта склизкая версия не давала ответов даже на простейшие вопросы. Если ядерные силы одинаковы между любой парой нуклонов (протон-протон, протон-нейтрон, нейтрон-нейтрон) – то почему не бывает нуклонных комплексов из одних протонов или одних нейтронов? И зачем вообще нужны нейтроны в ядре? Да не просто нужны: почему, чем больше в ядре протонов, тем всё большее число избыточных нейтронов требуется, чтобы ядро было стабильно? И так далее – почему, да зачем, да с какой стати… Простейших вопросов было столько, что мезонная теория так и не добралась до главного вопроса, на который должна отвечать теория ядерных сил: откуда у связанных нуклонов берётся дефект масс? Тот самый, не понимая природы которого, сделали атомную бомбу!

Ободрённые этим оглушительным успехом, затеяли ещё одно доброе дело – так называемый управляемый, так называемый термоядерный, и так называемый синтез. Печальный опыт, полученный при попытках синтеза ядер на ускорителях, академиков ничуть не смущал. «Мировые энергетические проблемы будут решены, - втолковывали они публике, - если мы научимся разогревать сверхлёгкие ядра до десятков миллионов градусов. При этом ядра смогут преодолевать кулоновский барьер. И начнут слипаться, как миленькие – с выделением огромной энергии!» Дяденьки, а зачем вам для этого нужны десятки миллионов градусов? Возьмите простейшую реакцию синтеза лёгких ядер – слияние протона и нейтрона. Эта реакция шла бы с выделением огромной энергии даже при комнатной температуре, поскольку здесь реагентам не надо преодолевать кулоновский барьер. Вот же оно, решение мировых энергетических проблем! Может, у вас трудности с добычей протонов и нейтронов в промышленных масштабах? Ну, сделали бы для начала небольшой протон-нейтронный обогреватель. И подарили бы его президенту. Вот ужо он был бы рад! Ни у кого, дескать, нет, а у него – есть! К тому же – удобно, безопасно, экологически чисто! Да ещё и безотходно: тяжёлую водичку, которая капала бы из этого обогревателя, президент мог бы собирать в специально подставленную бутылочку и загонять по сходной цене руководителю атомной энергетики – там эта водичка, говорят, до сих пор пользуется бешеным спросом… Но, увы! Использовать реакцию слияния протона с нейтроном академикам неинтересно – дело в том, что она у них почему-то не идёт. Вот реакции при десятках миллионов градусов – это то, что надо! Это и интересно, и перспективно!

Сегодня можно с определённостью сказать, что позитивная роль, которую сыграла мезонная теория, заключалась не в том, что она хоть что-нибудь прояснила в физике ядра, а в том, что она послужила хорошей основой для более навороченной версии: квантовой хромодинамики. Там обмен нуклонов виртуальными пи-мезонами оставили в полной сохранности – как жалкий частный случай из богатейшего набора кипучих процессов в ядре. Спрятав подальше бритву Оккама, чтобы она не отсвечивала, завели разговоры о составных частях нуклонов, т.н. кварках, имеющих дробный электрический заряд. Это – нечто! Помните, мы говорили, что электрический заряд – это наличие квантовых пульсаций на электронной частоте? Есть эта частота – есть заряд, а нету этой частоты – нет и заряда. Дробных зарядов не бывает! Ну, ладно, а как же эти чудики, с дробными зарядами, удерживаются вместе? Да по старому доброму образу и подобию: благодаря обмену т.н. глюонами. Сразу виден полёт теоретической мысли! Ой, а чтобы было веселей, кваркам и глюонам столько новых квантовых параметров приписали – вы не представляете! Дескать, и верхние они бывают, и нижние, и цвета у них есть, и очарование, и даже ароматы! «Фу, фу, фу, нижним кварком пахнет!»

Понимаете, квантовую хромодинамику строили, свято соблюдая основной принцип теорфизики: «В тех теориях, что уже приняты, никаких глупостей нет. Поэтому новая теория ни в коем случае не должна отвергать старую: она должна включать её в себя, как частный случай». Понятно, что, при таких порядочках, квантовая хромодинамика нисколько не почистила мезонную теорию ядерных сил – наоборот, ещё своих блох добавила. Самой жирной и зловредной из них оказалась т.н. проблема конфайнмента. Казалось бы: если нуклоны состоят из кварков и глюонов, то возможно разбить нуклоны на эти составляющие. И получить, понимаете ли, кварк-глюонную плазму – чтобы подтвердить квантовую хромодинамику! Ну, и бросились экспериментаторы дробить нуклоны. Били-били – не разбили. Причём, воздействовали на них энергиями, в массовом эквиваленте на многие порядки превышавшими массы самих нуклонов. А нуклоны всё не разбивались – до того сильно, мол, кварки в них связаны. Для тех, кто привык к термину «дефект масс», поясняем: дефект масс здесь оказывается на многие порядки больше самих масс! До сих пор учёные мужи делают вид, что они здесь ещё чего-то недопоняли. Говорят – нужно ещё сильнее по нуклонам вдарить. Столкнуть их лбами, да покрепче! Тогда, глядишь, они и расколются! Даёшь Большой адронный коллайдер! И, чтобы публика-дура не усомнилась в исключительной серьёзности этой затеи, организовали публичную дискуссию – в популярном жанре клоунады. «Слышал, Бим, учёные строят огромный, как его, кол-лайдер!» - «Да и нехай себе строят, Бом!» - «Вот и я говорю, что нехай. А ты не боишься, Бим, что, когда они его запустят, у них там ка-а-к вспыхнет! Вдруг оно, это самое, всех нас сожжёт? Ведь жалко будет!» - куксится Бом и пускает две струи, изображающие слёзы. - «Что ты, что ты, - суетится Бим. – Я полагаю, что нет никаких оснований для опасений! На вот, возьми платочек!» - «Спасибо, Бим… теперь мне ни капельки не страшно! Пожелаем этим учёным удачи?» - «А как же, Бом? Чай, им приятно будет!»