Квантовые поля. Калибровочные подходы

   КВАНТОВЫЕ ПОЛЯ. КАЛИБРОВОЧНЫЕ ПОДХОДЫ.

   Здесь мы в популярном изложении познакомимся с тем подходом в современной теории элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, который, как кажется физикам, если и не открыл дорогу к полному объединению всех фундаментальных видов взаимодействия, то очень сильно продвинул науку на этом пути, позволив создать единую теорию электрослабого взаимодействия.
   Немного поясним: на сегодняшний день в физике твёрдо установлено существования четырёх видов фундаментальных взаимодействий. Два из них большинству известны ещё из курса школьной физики, это 1) ГРАВИТАЦИОННОЕ - притяжение между любыми телами, имеющими массу; 2) ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ- взаимодействие между заряженными телами, токами, магнитами...
   Два других более экзотичны. С ними человек непосредственно в повседневном опыте практически не сталкивается, тем не менее они фундаментальны, ибо без них не смогли бы существовать ядра атомов и проходить многие ядерные процессы. Названы они банально: 3) СИЛЬНОЕ и 4) СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ. Третье отвечает, в частности, за взаимное притяжение нейтронов и протонов в атомном ядре. Четвёртое, напротив, “повинно” в распаде атомных ядер, хотя его нельзя свести к простому отталкиванию. Названы они так потому,  что третье много интенсивнее электромагнитного отталкивания частиц в ядре атома, а четвёртое, при малых импульсах частиц, значительно слабее электромагнитного.

   В квантовом подходе все поля, через которые описываются взаимодействия, рассматриваются как ансамбли частиц-квантов. Важнейшей характеристикой таких частиц является так называемая волновая функция, которая связана с вероятностью нахождения частицы в определённом состоянии. Оказывается, что уравнения, в которые входят волновые функции, и которые  выражают законы для квантовых полей, решаются так, что функции, являющиеся корнями этих уравнений, содержат произвольный фазовый множитель, не влияющий на сопоставимый с реальностью численный результат. Однако чтобы результат был физически интерпретируем, т.е. соответствовал какой-то вероятности наблюдения конкретной физической величины - множители должны быть “сфазированными”, т.е. для всех частиц фаза должна быть одной. Тогда  комплексные сопряжённые множители в результате взаимно уничтожаются и не влияют на результат. Назовём это фазовой симметрией или фазовой однородностью, что будет, в общем, верно.
   Ну, а если эта симметрия нарушается, и в одном месте поля одна фаза, а в другом другая? - Вот тут появляется поле, которое исправляет ситуацию, КАЛИБРУЕТ  (ВОССТАНАВЛИВАЕТ) ИСХОДНУЮ ФАЗОВУЮ СИММЕТРИЮ или фазовую однородность. И оказывается, что ЭТО - ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ.
 
   Поясним широкому читателю, как это понимать. Проведём аналогию. Допустим, имеется однородная упруго-растяжимая ткань. Если нарушить её однородность, т.е. в одном месте “сгустить” ткань, создать воздействием извне искусственную “затяжку”, тогда мы увидим, как вокруг этой затяжки возникнут как бы “лучики” на ткани - расходящиеся во все стороны и постепенно исчезающие неоднородности, радиально направленные. Эти лучевые неоднородности - реакция однородной ткани на “затяжку”.
   Эти неоднородности создают поле упругих сил в ткани, такое, что если пальцы разжать - отпустить затяжку, то поле сил рассосёт её, приведёт к релаксации, восстановит - калибрует структуру, приведя её к прежнему однородному состоянию.
   Аналогично, ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ, который ВОВСЕ НЕ ЕСТЬ какая-то АБСОЛЮТНАЯ ПУСТОТА, но полон так называемыми виртуальными, т.е. самими по себе ненаблюдаемыми парами частица-античастица, - этот вакуум до сих пор всюду однородный и незаряженный реагирует на появление в своей среде реального заряда - созданием поля, которое калибрует эту неоднородность, пытаясь её “рассосать”.
  В науке это называется ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ВАКУУМА. Вот почему одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые притягиваются. Ибо притяжение разноимённых приводит к взаимной компенсации и восстановлению первичной незаряженности вакуума, а соединение одноимённых ещё сильнее увеличивает неоднородность и приводит к необходимости её “рассосать” - т.е. развести заряды как можно дальше.
  Таким образом, вновь мы видим, что первоматерия – ВАКУУМ СТРЕМИТСЯ К СИММЕТРИИ, стремится не нарушать этой исходной симметрии-однородности, а реагировать, создав такие поля, которые бы в итоге калибровали-восстанавливали нарушенную симметрию. Т.е. стремление материи к симметричному состоянию - её фундаментальнейшее свойство. Это и отражено в калибровочном подходе квантовой теории полей.
*       *       *
   Подведём небольшой итог. Материя, стремится адекватно отреагировать на воздействие на неё, противодействуя этому воздействию, сопротивляясь попыткам изменить её исходное состояние. В этом основа т.н. “косности” и непроницаемости материи. Чем устойчивее её исходное состояние к тем воздействиям, что производятся извне, тем коснее и непроницаемее материал. Т.е. чем точнее соблюдается симметрия: действие = противодействию, тем менее можно что-либо изменить в материи.
   НО ТЕМ НЕ МЕНЕЕ, МЫ НАБЛЮДАЕМ ЭВОЛЮЦИЮ, ИЗМЕНЕНИЯ. ОТКУДА ЖЕ ЭТО БЕРЁТСЯ? Сама по себе материя пассивна и косна, она не может меняться, исходя из себя самоё. Из тех законов, что открыла наука, занимаясь исключительно материей, акцентируя свое внимание только на это выражение чувственного начала во вне - никак не объяснишь необратимый динамизм мира. Из симметричных законов асимметрия не выводится. Где же взять причины, побуждающие материю меняться, эволюционировать, развиваться? Учёные пытаются решить вопрос, вводя т.н. самодействие полей, самоорганизующиеся структуры и т.п. Но всё же, как не упражняются аналитики, ситуация выглядит как у барона Мюнхгаузена, который, по его рассказам, вытащил сам себя из болота, дёрнув за волосы.
   Именно ограниченность научной парадигмы, поставившей в центр, в основание концепции мира лишь одно из начал триединства - материальное (а значит, в субъективных терминах - чувственное), приводит к ситуации замкнутого круга. Т.е. ложность концепции или всей научной парадигмы не в том, что она опирается на понятие материи, как фундаментальное и всеобщее, а в том, что она абсолютизирует единственную изначальность только этой категории, а все остальные пытается вывести из него. Тут-то и начинается искажение и ложь концепции, где искажается понимание изначального триединства. Точнее, в науке этого понимания триединства в ясном виде вовсе нет. Хотя само оно (в силу нерушимости триединства), пусть в неявном виде, в научной теории присутствует и ниже мы постараемся это показать.