Теория поля

– Интересно, и что из этого всего следует? Зачем все это знать?

– Ну, фундаментальная наука не всегда отвечает на вопрос «зачем», этим занимается прикладная физика. Нам важен принцип. Но я все же отвечу. Примеров множество. Сильное ядерное взаимодействие очень быстро уменьшается в зависимости от расстояния. Поэтому крайние, внешние, протоны и нейтроны больших ядер – ядер тяжелых металлов, таких как уран, – очень слабо связаны и легко от него отрываются. Этот процесс называется радиоактивным распадом, в результате образуются ядра других, более легких элементов. Важно, что суммарная масса двух новых ядер меньше, чем масса исходного ядра. А масса и есть энергия! Помнишь знаменитую формулу Эйнштейна? Ее даже ты наверняка знаешь: «как я рад, как я рад, е равно эм-це-квадрат!» Разница масс выделяется в виде колоссальной энергии, которая может быть использована для разрушения в атомных бомбах или для созидания в ядерных электростанциях.

– А тайны?

– А я тебе мало тайн раскрыл? Ну хорошо, попробую заинтриговать еще сильнее! Представь: ученые открыли строение ядра, элементарные частицы. Еще не все предсказанные частицы подтверждены экспериментально, не хватает некоторых важных элементов, которые должны существовать в теории, но пока не обнаружены на практике. И вот ученые исследуют поток элементарных частиц, которые прилетают к нам на Землю из космоса. Земля ведь постоянно бомбардируется всякими разными частицами. И вдруг, нате вам – мюон. То есть, конечно, тогда никто не знал, что это мюон. Его никто не ждал. Искали совсем другие частицы. Просто измерили его свойства, и оказалось, что они какие-то необычные. Ученый[16 - Исидор Исаак Раби], который его открыл, только развел руками и сказал: «Ну, и кто это заказывал?» А потом выяснилось, что мюону соответствует целое семейство, или как его еще называют «поколение» фундаментальных частиц. И что в этом новом, мюоновом, семействе мюон играет ту же роль, что электрон в своем, уже знакомом нам, семействе. И что для семейства этого есть соответствующая пара кварков, которые назвали странным и очарованным. И что семейство это гораздо тяжелее привычного нам электронного. И что есть еще более тяжелое семейство. С тау-частицей в роли электрона и опять же с двумя кварками: прелестным и истинным. И возникли новые загадки! Почему вся материя состоит из частиц первого семейства, а второе и третье остаются «не у дел»? И откуда тогда они взялись, и зачем тогда они нужны?

– Какие любопытные названия у кварков!

– Да, физики иногда не сильно заморачиваются на тему названий. Есть над чем поломать голову и без этого. К тому же в их терминологии это даже не названия, а «ароматы», а еще кварки имеют свойство, называемое «цвет». Ничего общего с нашим традиционным пониманием аромата и цвета. Про заряд я уже говорил.

На некоторое время разговор прервался. Виктория обдумывала услышанное, а Арсений пытался ловить свободной рукой облака – плотные скопления тумана, которые периодически пролетали мимо них, гонимые легким ветерком. Температура падала, влажность продолжала повышаться, и облачность постепенно поднималась все выше и выше, временами добираясь до влюбленной парочки.

Вика, похоже, наконец-то сумела навести некоторое подобие порядка в своей симпатичной головке.

– Ну ладно, а дальше?

– Дальше? Тебе еще не надоело? – удивился Арсений. – Ну хорошо, слушай! На самом деле сейчас исследования уже добрались до такого уровня, когда дальнейшие эксперименты становятся труднореализуемыми. Еще чуть-чуть – и мы вообще не сможем проверять на практике новые теоретические предсказания. Слишком большие энергии необходимо концентрировать в малых объемах, чтобы залезать дальше внутрь вещества. Существует стройная теория, называемая Стандартной моделью, которая очень хорошо описывает все известные на настоящий момент элементарные и фундаментальные частицы, предполагая, что они точечные. И, наоборот, почти все частицы, необходимые для подтверждения Стандартной модели, обнаружены экспериментально. Не хватает, пожалуй, только бозона Хигса. Это тоже частица-посланник, передающая взаимодействия. Только отвечает она за инертность тел.

– А что такое инертность?

– Я тебе покажу на примере. Когда начался всеобщий бум по поводу бозона Хигса, был проведен конкурс на лучшее наглядное, популярное объяснение инертности. И победила следующая аналогия: представь, что в помещении, в котором организован крупный светский раут, находится большое количество народа. Все гости более-менее равномерно распределены по залу. И вдруг заходит очень известный человек. Многие стремятся удостоиться его внимания и спешат к нему. В результате он окружен плотной массой людей, которая мешает ему двигаться с приемлемой скоростью. Если же ему все же чудом удалось набрать скорость, то остановиться тоже теперь непросто – толпа продолжает увлекать его за собой. И чем выше известность этого человека, тем труднее ему разгоняться и останавливаться. Это и называется инертностью, а роль толпы в физике играет бозон Хигса. Сейчас есть планы по строительству нового огромного ускорителя, который будет расположен одновременно на территории двух государств! Одна из основных целей – обнаружить экспериментально бозон Хигса.

– Ничего себе! Это же, наверное, ужасно дорого!

– Да, очень дорого. Хотя, ты знаешь, в связи с этой дороговизной сейчас все больше и больше на передний край исследований выходит теоретическая физика. Ученые пытаются на основании умозаключений и мощного математического аппарата предугадать, предсказать, как же может быть устроен наш мир на самом-самом мельчайшем уровне.

– Мне даже трудно это представить!

– Да, это очень сложная область на пересечении физики и математики. Сначала нужно умозрительно определить, как именно все организовано. Потом требуется описать эти умозрительные заключения с помощью математических уравнений. Иногда удается получить только их приближенные виды. Потом приходится решать эти уравнения. Опять же не всегда удается найти точное решение. Или же, наоборот, оказывается, что у уравнения существует множество решений, и какое из них соответствует действительности, а может быть, все они – это новый нетривиальный вопрос.

– Как все сложно!

– Да, ты знаешь, Эйнштейн однажды сказал: «С тех пор как математики занялись теорией относительности, я сам перестал ее понимать». Так что не волнуйся, ты не одинока. Огромное количество людей считает, что это очень сложно. Ну что, мне продолжать?

– Да, только можно как-то поближе к реальности.

– Здесь все очень реально. Просто несколько непривычно. Так вот, существует такая теория, называется теория струн, которая предсказывает нам, а что же там дальше. Ну, то есть в смысле глубже внутри материи. Из чего состоят все эти частицы и почему они имеют именно такие свойства, а никакие другие. Суть в следующем: высказана гипотеза о том, что все эти фундаментальные частицы на самом деле не точечные, а имеют некоторую протяженность в пространстве. Конечно же, очень маленькую, но все же не точки, как ныне предполагается в Стандартной модели. И похожи они на тонкие-тонкие струны. Эдакие микроскопические, тонюсенькие колечки. И вот эти струны могут колебаться строго определенным образом. Как натянутая струна гитары может издавать только строго определенные звуки. В зависимости от характера таких колебаний частицы обладают теми или иными свойствами, например массой и зарядом.

– Что-то я не понимаю, как это масса струны может зависеть от ее колебаний?

– А это как раз один из тех моментов, что выходят за пределы нашего повседневного мировосприятия. Видишь ли, в чем дело. Наш разум так устроен, что способен представить что-то только на основе своего предыдущего опыта. А опыт у нас довольно скудный. У нас нет опыта движения на сверхвысоких скоростях, близких к скорости света. Мы не знаем, как там, вблизи тел с огромными массами. Мы никогда не гуляли с любимым человеком по ядру атома, любуясь светящимися орбитами электронов. Не можем представить себе вечность и бесконечность. Или, наоборот, жизнь вне времени. Мы никогда не имели опыта общения с такими сущностями. А они, оказывается, существуют по совершенно иным законам. То есть я, конечно, сказал неправильно. В этих масштабах начинают проявляться особенности тех же самых законов, которые не заметны в других, более привычных, для нас условиях. Чтобы это осмыслить, приходится коренным образом перестраивать свое сознание. Это как раз и является одной из самых интересных тайн физики.

– Можешь как-то пояснить это на примере?

– Запросто. Попробуй объяснить слепому человеку, который был слепым с рождения, что такое цвет. Чувствуешь? Представила себе суть твоих затруднений? Тебе сначала нужно будет объяснить, что такое свет. И вдруг он прозрел, вылечился. За какие-то минуты мир перед ним откроется по-новому. Какой это будет сюрприз для него! Или другой пример, на этот раз с сюрпризом для тебя. Представь, что благодаря туннельному эффекту элементарные частицы могут преодолевать барьеры, которые, вообще говоря, преодолевать не должны были бы. Фактически проходить сквозь стены. Тебя бы удивил мир, в котором люди могут проходить сквозь стены?

– Наверняка!

– А для них это было бы в порядке вещей, потому что они постоянно это наблюдают и давно привыкли. Как ты привыкла различать цвета. Ну стены ладно, это хотя бы как-то можно себе представить. А теперь попробуй представить следующее: ты находишься в открытом космосе и движешься мимо меня со скоростью, близкой к скорости света. Тогда в соответствии с теорией относительности, которая очень хорошо подтверждена экспериментально, время для тебя будет течь медленнее, чем для меня. Это с моей точки зрения. С твоей же точки зрения как раз наоборот – время течет медленнее для меня. Ведь, как известно, движение относительно, и ты будешь думать, что это я двигаюсь мимо тебя, а сама ты спокойно стоишь на месте. То есть ты думаешь, что я старею медленнее тебя, а я, напротив, думаю, что это ты стареешь медленнее меня. И обе эти точки зрения одновременно справедливы и обоснованны. Твои часы идут медленнее моих, и в то же самое время мои часы идут медленнее твоих.

– Как это?

– Объяснение довольно сложное. Просто поверь. Эйнштейн однажды необыкновенно точно заметил: «Для нас, убежденных физиков, различие между прошлым, настоящим и будущим – не более, чем иллюзия, хотя и весьма навязчивая». Не вдаваясь в подробности, эффект в том, что у нас нет способа сравнить часы. Мы с тобой существуем в двух совершенно не связанных между собой системах отсчета, в двух разных мирах, между которыми напрочь отсутствует возможность обмена информацией. Точно так же и с массой. Чем выше скорость, чем ближе она к скорости света – тем больше масса. Вот тебе и зависимость массы от скорости, или от формы колебания струны. Есть и другие интересные и неожиданные вещи. Что пространство искривляется вблизи тяжелых объектов и даже, вероятно, может разрываться. Что невозможно определить одновременно местоположение и скорость, скажем, электрона, а только их некоторую вероятность. Вот как представить в нашей голове, что электрон, согласно квантовой механике, одновременно движется по бесконечному числу возможных траекторий, только по каждой из них со своей вероятностью? Или вот еще: свет двигается со скоростью света в любой системе отсчета. И для тебя, и для меня, даже если мы движемся друг относительно друга. Но как фотон может двигаться с двумя разными скоростями одновременно? Понять это очень сложно, нужно просто уметь принять как некий непреложный факт.

Эта беседа влюбленных после оглушительного секса могла показаться странной кому угодно, только не Арсению, с детства жившему среди физиков и слышавшему подобные разговоры ежедневно. К тому же рассказывал он так вдохновенно и так интересно, будто сказку, а Вика слушала так завороженно, что все выглядело органично и трогательно. К тому же Вике, не блиставшей на уроках физики в школе, сейчас все было понятно. Она смотрела на любимого с нежностью и восхищением, ей хотелось, чтобы его голос не замолкал, хотелось слушать его вечно.

Арсений вдруг встрепенулся.

– Эгей! Да ты смотри, нас совсем уже накрыло туманом!

– Не знаю, как тебя, а меня так точно накрыло туманом! Но ты так здорово говоришь о науке, что мне хочется еще послушать.

Арсений засмеялся:

– Ладно, физик мой начинающий. Пойдем! Нам надо еще домой как-то добраться!

Они быстро оделись, привели себя в относительный порядок и, обнявшись, поспешили в обратный путь.

* * *

Отпуск пролетел незаметно. Как ни прекрасно на солнечном юге, но долг неумолимо требует возвращения к длительным трудовым будням в сырой и промозглой осенней Москве. Все хорошее рано или поздно кончается. К счастью, то же самое относится и к плохому!

Обратный поезд отходил вечером с железнодорожного вокзала Симферополя. Путь до него занимает более двух часов, но, несмотря на это, Вика напросилась проводить ребят. А ведь ей еще предстояло возвращаться обратно, одной, к тому же глубокой ночью. Арсений благородно возражал, ему не хотелось заставлять девушку совершать столь долгую и утомительную поездку, но ее настойчивость вкупе с его желанием провести вместе еще несколько лишних часов в итоге сделали свое дело.

Добрались они быстро. Предусмотрительно созданный запас времени позволил нашим влюбленным в последний раз прогуляться вдвоем по вечернему городу. Оставив Антона с Борисом сторожить вещи на вокзале, они направились проститься в ближайший парк. Гуляя по пустынным вечерним аллеям, оба грустили, мысленно готовились расстаться на долгое время. На сколько же? Этого никто не знал. Но даже весьма смелые предположения безжалостно удручали: самое малое – на год, самое большое – на всю жизнь! Конечно, они понимали, что для настоящей любви границы и расстояния не помеха. Но была ли она, та самая, настоящая любовь? Сколько еще проживет это чувство, которое сейчас щемящей тоской сжимало сердца прощающихся молодых людей?

Арсению было немного легче. Говорят, что при разлуках уезжающий забирает только треть грусти, предоставляя на долю другого, остающегося, в два раз больше тоски и печали. Действительно, Арсения ждало возвращение в пеструю, шумную и многоликую Москву, которая в своей постоянной суете не знала различий между временами года. Призывно манила любимая работа. Заманчиво улыбались перспективы завести новые отношения с целым миллионом других женщин. Вика оставалась одна в маленьком курортном поселке. Жизнь вокруг полностью замирала сразу же после окончания летнего сезона. Ее ждала серая скука пустых улиц, жалкие потуги в поисках хоть какой-то работы, попытки обеспечить себя и бабушку на долгие зимние месяцы. Среди ее перспектив в личной жизни навряд ли можно было отыскать хотя бы пару достойных молодых парней, которые еще не были женаты или не спились от безысходности и уныния.

Арсений заметил продавца надувных шариков и купил Вике в подарок огромного зеленого попугая.

– Пусть он висит под потолком у тебя в комнате и напоминает обо мне!

Юноша обмотал ленточку вокруг ее руки, чтобы попугай случайно не улетел в небо.

– Ты мне оставишь свой адрес? Я ведь так и не побывала у тебя в гостях, даже не знаю, где и как вы жили все это время.

– А надо было соглашаться, когда тебя звали! – с ироничной улыбкой он легонько подтолкнул девушку локтем и полез в карманы в поисках клочка бумаги.

Листочка, как назло, не оказалось, тогда он достал из кошелька десятирублевую банкноту и по краям, там, где еще оставалось немного свободного от типографской краски места, написал свой московский адрес и номер домашнего телефона.

– А тебе как-то можно позвонить? – спросил он Вику, передавая ей заветную купюру.

– У нас нет телефона. Впрочем, я могу пойти к соседям. Но это надо заранее договариваться, лучше я тебе сначала сама позвоню.

Арсений остановился и развернул девушку лицом к себе. На ее глазах выступили слезы, но внешне держалась она неплохо. Какое-то время они смотрели друг на друга, не отрывая взгляда. Вика сдалась первая, опустила голову и уткнулась носом в его плечо. Он с силой прижал ее к себе. Так они и стояли, безмолвно обнявшись, в пустом темном парке возле парапета какой-то небольшой речушки под мерное журчание бегущей по камням воды. Слов не требовалось, оба все понимали.

В поезд Вика зашла вместе с ребятами. Она быстро застелила все три постели, чем немало их удивила. Оказывается, что и еда в дорогу тоже была припасена заботливой девушкой. Сами они, естественно, об этом даже не задумались. Она достала из сумки и поставила на стол несколько пакетов: