Владилен Барашенков - Кварки, протоны, Вселенная

Пустоты нет, возражал ему Платон. Тела движутся, замещая собой заполняющую все пространство среду. Это подобно вращению колеса: одна его часть замещает другую, и нигде нет разрывов...

Конечно, это были лишь догадки, умозрительные заключения. Возможность практического изучения пустоты появилась много веков спустя. Но шли годы, развивалась техника, и опыт, постепенно убеждал людей в том, что, используя все более и более усовершенствованные приспособления, можно насколько угодно близко подойти к «полной пустоте». Представление о вакууме как о пространстве, из которого «вычерпано» все его материальное содержание, стало казаться самоочевидным, и проблема пустоты на некоторое время перестала волновать умы ученых. Ни у кого не возникало сомнений, что этот вопрос решен окончательно и бесповоротно.

Однако на фундаментальные вопросы, касающиеся свойств и структуры мира, раз и навсегда данного, окончательного ответа не существует. Любой ответ оказывается приближенным и рано или поздно требует дальнейшего уточнения. Более того, представления, казавшиеся ранее взаимоисключающими, на новом, более глубоком уровне знаний часто оказываются тесно связанными, даже выражаются одно через другое. Так случилось и с понятием пустоты. Вопрос о смысле этого понятия превратился в одну из основных физических проблем после того, как были открыты волновые свойства света, и буквально приковал к себе внимание ученых.

Каким образом световая волна бежит в вакууме, если там нет ничего, что могло бы передавать это движение от точки к точке? Не указывает ли сам факт распространения световой волны на то, что вакуум — это все же не пустота, а какая-то особая светоносная субстанция, скажем эфир? Субстанция до того тонкая, что проникает сквозь стенки всех сосудов и ее в отличие от воздуха в принципе нельзя ниоткуда откачать.

Три с половиной столетия назад Рене Декарт, французский математик, физик и философ, писал: «Мы считаем сосуд пустым, когда в нем нет воды, но на самом деле там остается воздух. Если теперь из кажущегося пустым сосуда убрать и воздух, в нем опять что-то должно остаться, но этого «что-то» мы просто не чувствуем». Вот это «что-то» и есть эфир.

Но почему тогда эта заполняющая все пространство субстанция не мешает движению небесных тел, которое веками остается неизменным, хотя для того, чтобы передавать световые волны, эфирная среда должна обладать весьма значительной плотностью? Почему ни в одном эксперименте не удается заметить «эфирный ветер»?

Несколько столетий все это оставалось загадкой. Ответ был найден квантовой механикой совсем недавно — в 20-х годах нашего века. Оказалось, что движение каждой отдельной световой частицы, фотона, настолько сложно и прихотливо, что с определенной вероятностью ее можно обнаружить в самых различных точках пространства. Строгие закономерности проявляются лишь при рассмотрении большого числа фотонов. И вот статистически, в среднем, световые частицы распределяются в пространстве таким образом, что их поведение выглядит как распространение волны. Поодиночке каждый фотон — частица, корпускула, а в совокупности они — волна. И никакой эфирной среды для этого не требуется, квантовые законы, описывающие поведение света, прекрасно действуют и в вакууме.

Для того чтобы сделать картину нагляднее, иногда говорят, что фотоны двигаются в пустом пространстве по нечетко определенным, размазанным траекториям, а «размазка» имеет форму волны. Это очень упрощенное описание того, что происходит на самом деле, но некоторое представление о характере явления отсюда получить можно.

Заметим, впрочем, что такими свойствами обладают не только фотоны, но и все другие микрочастицы. Каждая из них одновременно имеет корпускулярные и волновые характеристики. Таковы законы квантовой механики.

Казалось бы, квантовая механика окончательно «очистила» пространство от эфира. Но все не так просто. По мнению некоторых ученых, квантовую картину волнового движения в абсолютно пустом пространстве еще нельзя считать достаточно ясной. Дело не в том, что сама квантовая механика все еще выглядит странной и парадоксальной. Физики давно уже обжились в мире квантовых образов, а эксперимент убеждает нас в правильности новых законов. Никаких отклонений у них не обнаружено. Неудовлетворенность у некоторых ученых вызывает лишь то обстоятельство, что, научившись хорошо пользоваться квантовой механикой, мы все-таки точно не знаем, что же заставляет тождественные по своим свойствам частицы в совершенно одинаковых условиях вакуума двигаться по-разному.