Бесконечности, которые появляются в квантовой механике при вычислении некоторых физических величин, не имеют физического смысла и вызывают расходимости. Расходимости появляются вследствие того, что в современной теории элементарные частицы рассматриваются как точки, то есть как материальные объекты без протяжённости.
В квантовой теории поля не только сохраняются старые, но и появляются новые расходимости, опять-таки связанные с точечностью объектов взаимодействие между полями определяется описывающими поля величинами, взятыми в одной и той же точке пространства и в один и тот же момент времени. Наделение частиц протяжённостью устраняет расходимости, однако противоречит теории относительности, постулирующей конечность скорости света.
Всё это говорит о том, что квантовая физика не описывает реальный мир. Но это нисколько не мешает квантовой механике, с её парадоксами и противоречиями, занимать прочную позицию устоявшейся, детально разработанной теории. Она имеет прекрасную математическую базу, многократно подтверждена экспериментами и имеет многочисленные применения на практике.
Согласно квантовой теории, все физические тела состоят из элементарных частиц, масса покоя которых не равна нулю. Овеществлённая материя занимает незначительную долю объёма тела (см. "Генетический Код Вселенной"). Всё остальное безмассовое пространство это огромное количество взаимодействующих полей.
Поскольку свойства макроскопических тел определяют составляющие его частицы, следует предположить, что перемещение физических объектов в пространстве происходит аналогично элементарным частицам. Можно также допустить, что квантовые поля при движении физического тела переходят в коллективное состояние и с помощью вакуума переносят энергию вещества.
Одним из примеров коллективного состояния служит сверхтекучесть. При сверхтекучести частицы складываются в микроскопическое квантовое состояние и, действуя коллективно, образуют совершенно новый вид движения, при котором полностью отсутствует трение.
На макроуровне коллективное поведение молекул можно наблюдать, бросив в воду камень. На поверхности воды появляются убегающие от камня волны, образованные упорядоченным движением молекул воды.
Особым коллективным состоянием частиц характеризуется квантовая запутанность, когда частицы утрачивают свою самостоятельность и становятся зависимыми друг от друга.
Более тридцати лет назад 23-летний выпускник Кембриджского университета Сет Ллойд, изучая поведение запутанных частиц, получил удивительный результат. По мере того, как частицы всё больше смешиваются друг с другом, информация, которая первоначально описывала их по отдельности (например, «1» для вращения по часовой стрелке, «0» против часовой), переходит на описание системы запутанных частиц в целом. Свои взгляды в 1988 г. Ллойд изложил в докторской диссертации. При попытке опубликовать статью редакция отказала в публикации, сославшись на то, что в «этой статье нет физики»[10].
С развитием теории квантовой информации учёные вплотную занялись исследованием поведения запутанных частиц. В 2017 г. физики из Университета Женевы в Швейцарии смогли продемонстрировать квантовую систему, в которой с помощью одного фотона было одновременно запутано 16 миллионов атомов[11].
Масса, образующая вещество, из которого состоят все физические тела, одно из самых загадочных понятий в науке. Массе посвящено огромное количество работ, но до настоящего времени остаётся неясным смысл этого понятия.
Радикальный взгляд для своего времени (1884 г.) на образование вещества изложил в кинетическом учении о природе барон Н. Деллингсгаузен. Его гипотезу приводит в своём классическом труде «История физики» доктор философии Фердинанд Розенбергер: «Световые и тепловые явления показывают, что всякая материя находится в колебательном движении, которое распространяется в ней волнообразно. Отсюда можно заключить, что внутренние движения материи, в силу её непрерывности, являются круговыми движениями, составленными из отдельных элементарных колебаний. <> Так как мы можем представить себе, что из каждой точки пространства исходят колебания, в каждой точке пространства должно встречаться бесчисленное множество волн. Эти встречающиеся волны могут в некоторых местах образовать стоячие волны. Такие части пространства, где образуются подобные стоячие колебания, получают тогда известную устойчивость они образуют тела»[12].
Армянский учёный Георгий Киракосян предлагает рассматривать частицу как локализовано-стоячую волну. Основываясь на таком представлении частиц, учёный смог объяснить суть одной из главных фундаментальных постоянных микромира постоянной тонкой структуры α, смысл которой всегда был загадкой для учёных. Указанная безразмерная константа определяет все физические и химические свойства вещества. Согласно гипотезе Киракосяна, постоянная тонкой структуры является классической волновой константой[13].
Физики не разделяют подход Киракосяна в представлении частицы в виде локализовано-стоячей волны: механическая масса и полевая масса понятия нетождественные. При распространении волны, как правило, переносят не массу, а энергию.
Вся сложность изучения микромира состоит в том, что наши органы чувств не созданы для восприятия малых величин. Уже на микросекундном интервале механическое движение для нас замирает снаряд за это время передвигается на несколько миллиметров. В интервале времени порядка 1015 секунды становятся неподвижными атомы, а в интервале 1020 секунды и меньше процессы происходят исключительно на уровне элементарных частиц и ядерных реакций. Действительность в рассматриваемых временных интервалах наши органы чувств уже не воспринимают.
В теоретической физике существует система естественных единиц измерения. Это система планковских величин, образованных с помощью трёх физических констант: постоянной Планка ћ, скорости света с и гравитационной постоянной g. В численном выражении планковская длина Пл = (gћ / c3)1/2 1,6·1033 сантиметра, время tПл = (gћ / c5)1/2 5,4·1044 секунды и масса mПл = (ћc / G)1/2 2,2·105 грамма.
В области, ограниченной планковскими величинами, не работают не только наши органы чувств, но и физические законы. Это фундаментальный нижний предел наших знаний о природе, и преодолеть его современная наука не в состоянии.
Заканчивая обзор, мы предлагаем читателю идею гипотетического варианта разрешения апории Зенона, по которому движение физических тел на квантовом уровне рассматривается как непрерывные взаимопревращения энергии.
В современном представлении нуклоны, из которых состоит вещество, образованы кварками и глюонами. Расчёты на основе квантовой хромодинамики показали, что масса глюонов равна нулю. Масса кварков составляет лишь незначительную часть массы нуклонов (см. «Генетический Код Вселенной»). Кварки получают свои массы при взаимодействии с полем Хиггса.
Согласно Стандартной модели, поле Хиггса одна из возможных форм вакуумного поля. Это поле распространено по всему пространству Вселенной, при этом его потенциал в вакууме не равен нулю. Открытие бозона Хиггса показало, что вакуум существует в постоянном квазиустойчивом состоянии и может быть нестабилен по своей природе. Если предположить, что всё вещество физических тел состоит из хигговского и глюонного вакуумных конденсатов, взаимодействующих друг с другом, следует заключить, что масса образуется из энергии вакуума.
В квантовой теории поля все частицы это возмущения соответствующих квантовых полей. Взаимодействие квантовых полей с полем вакуума может рождать реальные частицы. Исходя из такого представления, механическую массу на квантовом уровне гипотетически можно рассматривать как особое коллективное состояние квантовых полей.
Сила, приложенная к телу, разрушает коллективное поле, образующее физический объект. Распад коллективного поля вызывает возбуждение вакуума, которое распространяется по направлению действия силы. Возбуждённый вакуум рождает реальные частицы, образующие динамически неустойчивое коллективное поле массы. Через некоторое время зависящее от параметров первоначально приложенной к телу силы неустойчивое коллективное поле распадается. Последовательная смена состояний будет повторяться до тех пор, пока силы, действующие извне, не выведут возникший колебательный процесс из равновесия.
По своей сути процесс движения информационно-энергетический. Энергия вакуума образует массу движущегося тела; приложенная к телу сила определяет характеристики движения; информационное пространство руководит движением.