Глава 14. пустота и форма
Классическая механика исходила из представлений о твердых и неделимых частицах, движущихся в пустоте. Современная физика пересмотрела эту картину самым кардинальным образом, существенно изменив наши взгляды не только на частицы, но и пустоту. Главная роль в этом принадлежит так называемым теориям поля. Все началось с того, что Эйнштейн обратил внимание на связь между гравитационными полями и геометрией пространства, и получило дальнейшее развитие после того, как ученые объединили квантовую теорию и теорию относительности для описания силовых полей вокруг субатомных частиц. В "теориях квантового поля" традиционное противопоставление между частицами и окружающим их пространством теряет свою очевидность, и пустота превращается в динамическую величину, имеющую колоссальное значение для физики.
Понятие "поле" было введено Фарадеем и Максвеллом в девятнадцатом веке для описания сил, взаимодействующих между электрическими зарядами и токами. Электрическое поле — это особое состояние пространства, окружающего заряженное тело, склонное воздействовать на любой другой заряд внутри пространства. Следовательно, электрические поля порождаются заряженными телами, и их действия могут ощутить на себе только заряженные тела. Магнитные поля порождаются движущимися зарядами, то есть электрическими токами, и возникающие между ними магнитные силы могут воздействовать на любые другие движущиеся заряды. В классической электродинамике, разработанной Фарадеем и Максвеллом, считается, что поля имеют самостоятельную физическую природу и могут рассматриваться вне связи с материальными объектами. Колеблющиеся электрические и магнитные поля могут перемещаться в пространстве в виде радиоволн, световых волн и различных других типов электромагнитного излучения.
Теория относительности сделала построение электродинамики гораздо более изящным, объединив понятия зарядов и токов, а следовательно, и электрических, и магнитных полей. Так как все движение относительно, любой заряд может восприниматься как ток — при условии выбора той системы координат, в которой он движется относительно наблюдателя, а значит, его электрическое поле может также проявиться и как магнитное. Поэтому в релятивистской формулировке электродинамики понятия электрического и магнитного полей объединяются в общее понятие электромагнитного поля.
Понятие поля связано не только с электромагнетизмом, но и с другой силой макроскопического мира — силой гравитации. Гравитационные поля подтверждаются всеми массивными телами и воздействуют на них же. Возникающие при этом силы всегда являются силами притяжения, в отличие от ситуации с электромагнитными полями, которые оказывают воздействия только на заряженные тела, порождая и силы притяжения, и силы отталкивания. Подходящей теорией поля для рассматриваемого гравитационного поля будет общая теория относительности, которая утверждает, что воздействие массивного тела на окружающее пространство имеет гораздо более далеко идущие последствия, чем аналогичное последствие заряженного тела в электродинамике. В данном случае пространство вокруг массивного тела тоже "упорядочивается" таким образом, что находящиеся поблизости тела начинают испытывать действие силы гравитации, но важнейшее отличие от электродинамики заключается в том, что это упорядочивание затрагивает геометрию пространства, то есть структуру.
Вещество и пустое пространство — наполненное и пустота — представляют собой два фундаментально различающихся понятия, на которых построен атомизм Демокрита и Ньютона. В общей теории относительности эти два понятия превращаются в одно. Массивное тело не может существовать, не создавая гравитационного поля, проявляющего себя в искривлении окружающего это тело пространства. Не следует, тем не менее, считать, что поле "наполняет" пространство, и тем самым искривляет его. Одно не может быть отдельным от другого: поле само по себе является искривленным пространством! В общей теории относительности гравитационное поле и структура, или геометрия, пространства воспринимается как одно и то же понятие. В уравнениях поля Эйнштейна им соответствует одна и та же математическая величина. Следовательно, в теории Эйнштейна вещество не мыслится вне этого гравитационного поля, а гравитационное поле не мыслится без искривленного пространства. Таким образом, вещество и пространство воспринимаются как непрерывно связанные понятия и даже более того, — как взаимосвязанные частицы единого целого.
Массивные тела не только определяют структуру окружающего пространства, но и, в свою очередь, испытывают воздействие со стороны среды. Согласно представлениям физика и философа Эрнста Маха, инерция материального тела, то есть его сопротивление направленным извне ускорениям является не неотъемлемым свойством материи, а мерой ее взаимодействия со всей остальной Вселенной. По Маху, вещество обладает инерцией только потому, что во Вселенной есть другое вещество. Когда тело вращается, его инерция порождает центробежную силу (которая используется, в частности, в центрифуге для отжимки мокрого белья), одна эта сила получает проявление только потому, что тело вращается "относительно неподвижных звезд", как выражается Мах. Если бы неподвижные звезды неожиданно исчезли, вместе с ними исчезла бы и инерция, и центробежная сила внутри вращающегося тела.
Такое понимание инерции, получившее известность под названием принципа Маха, оказало глубокое воздействие на Альберта Эйнштейна и явилось для него первым стимулом для создания теории относительности. Поскольку теория Эйнштейна очень сложна в математическом отношении, физики до сих пор не пришли к какому-либо определенному выводу относительно того, может ли принцип Маха считаться частным случаем теории Эйнштейна. Тем не менее, большинство физиков уверено в том, что принцип Маха должен быть непременно включен в общую теорию гравитации.
Итак, современная физика снова (на этот раз на макроскопическом уровне) демонстрирует нам, что материальные тела не имеют собственной сущности, но являются неразрывно связанными со своим окружением; и их свойства могут восприниматься только в терминах их воздействий с окружающим миром. Согласно принципу Маха, взаимодействие тел распространяется на всю Вселенную в целом, включая наиболее удаленные звезды и галактики. Неразрывное единство мироздания проявляется не только в мире бесконечно малого, но и в мире сверхбольшого; этот факт получает признание в современной физике и космологии. По словам астронома Фреда Хойла,
"Современные исследования довольно убедительно свидетельствуют о том, что условия нашей повседневной жизни не могли бы существовать в отрыве от далеких частей Вселенной, и, если бы эти части каким-то чудесным образом были изъяты из нашего мира, то все наши представления о пространстве и геометрии моментально утратили бы свой смысл. Наши повседневные впечатления до самых мельчайших деталей настолько тесно связаны с крупномасштабной характеристикой Вселенной, что сложно даже проставить себе, что одно может быть отделено от другого" [38, 304].
Единство и взаимосвязь материального тела и его окружения, проявляющиеся на макроскопическом уровне в общей теории относительности, становятся еще более очевидными на субмикроскопическом уровне. В последнем случае положения классической теории поля объединяются с положениями квантовой теории в целях описания взаимодействий субатомных частиц. Гравитационные взаимодействия еще не могут быть описаны аналогичным образом вследствие того, что теория гравитации Эйнштейна очень сложна в математическом отношении, однако ученым удалось объединить квантовую теорию с общей теорией поля, а именно: электродинамикой, в рамках так называемой "теории квантовой электродинамики", которая описывает все электромагнитные взаимодействия между субатомными частицами. Эта теория включает в себя положения квантовой теории и теории относительности. Она была первой квантово-релятивистской теорией современной физики и до сих пор остается самой последовательной из аналогичных моделей.
Необычным в квантовой электродинамике является прежде всего сочетание понятия электромагнитного поля с представлениями о фотонах как об электромагнитных волнах, воплощенных в частицах. Поскольку фотоны — это электромагнитные волны, то есть колеблющиеся поля, фотоны должны одновременно быть и воплощением электромагнитных полей. Так возникает понятие квантового поля, то есть поля, способного принимать форму квантов, или частиц. Безусловно, это понятие является новым. Оно используется при описании всех субатомных частиц и их взаимодействий и получает дальнейшую разработку, выражающуюся в том, что каждому типу частиц ставится в соответствие определенный тип поля. Эти "теории квантового поля" преодолевают унаследованное от классической физики противопоставление между твердыми материальными частицами и окружающим их пространством. Квантовому полю приписывается самостоятельная физическая природа — природа протяженной среды, пронизывающей или наполняющей все пространство. Частицы представляют собой лишь точки "сгущения" этой среды, возникающие и исчезающие энергетические узлы. Частицы утрачивают свою независимость и растворяются в окружающем пространстве. По словам А. Эйнштейна,
"Итак, мы можем считать, что вещество состоит из таких участков пространства, в которых поле достигает особой интенсивности... В новой физике нет места как понятию поля, так и понятию вещества, поскольку единственная существующая реальность включает в себя понятие поля" [8,319].
Представление о физических объектах и явлениях как о преходящих проявлениях лежащей в их основе фундаментальной сущности, есть не только основной элемент квантовой теории поля, но и основной элемент восточного мировоззрения. Подобно Эйнштейну, восточные мистики рассматривали эту фундаментальную сущность в качестве единственной реальности: ВСЕ ее проявления рассматривались как преходящие и иллюзорные. Мы не можем приравнивать друг к другу представления физиков и мистиков о первосущности мироздания по той причине, что мистическая первосущность трактуется как сущность всех явлений этого мира, то есть помещается, по сути дела, вне области интеллектуальных понятий и мышления. Квантовое поле, с другой стороны, является достаточно точно определенным понятием, которое применимо только для некоторых физических явлений. Однако интуитивное восприятие помогает физику правильно интерпретировать факты субатомного мира в теориях квантового поля, имеет много общего с интуитивным восприятием восточного мистика, который истолковывает факты окружающего мира в терминах высшей реальности, составляющей основу всего сущего.
После возникновения понятия поля физики стали стремиться к тому, чтобы выработать единую концепцию поля, в рамках которой могли бы получить объяснение все частные разновидности полей. Так, Эйнштейн потратил последние годы своей жизни на поиск такой концепции. Такие понятия, как "Брахман" в индуизме, "Дхармакайя" в буддизме и "Дао" в даосизме могут рассматриваться в качестве эквивалента наивысшей степени абстракции понятия поля — поля, в котором берут начало не только физические явления, но и все явления вообще.
Согласно восточным представлениям, реальность, лежащая в основе всех явлений, лишена какой бы то ни было оформленности и не может быть описана или определена. Поэтому ее часто называют бесформенной и пустой. Однако слово "пустота" не означает в данном случае "незаполненность" или "несуществование". Напротив, пустота является сущностью всех форм и источником всякого существования. Так в Упанишадах говорится:
"Брахман есть жизнь. Брахман есть наслаждение. Брахман есть пустота... Наслаждение, воистину, — то же, что Пустота. Пустота, воистину, — то же, что наслаждение". "Чхандогья Упанишада", 4, 10, 4
То же самое имеют в виду и буддисты, называя высшую реальность "ШУНЬЯТОЙ", то есть "Пустотой", и утверждая, что эта наделенная жизнью Пустота порождает все формы феноменального бытия. Даосы приписывают Дао аналогичные свойства быть вечным источником творения и тоже называют Дао пустым. "Дао Небес — пустое и бесформенное", — говорит Гуань-цзы [47]. Лао-цзы же использует для объяснения пустоты Дао несколько метафор. В частности, он сравнивает Дао с долиной между гор или с сосудом, который всегда остается пустым, сохраняя таким образом способность содержать внутри себя всю бесконечную множественность вещей.
Используя термины "пустота", "пустое", восточные мудрецы обращают внимание СВОИХ последователей на то, что под Брахманом, Шуньятой и Дао понимается не обычная пустота, а Пустота с большой буквы — Пустота, являющаяся неисчерпаемым источником творения. Поэтому мы можем сравнить Пустоту в понимании восточных мистиков с квантовым полем современной физики. Точно так же, как и квантовое поле, она порождает бесчисленное множество форм, питая их своей энергией до тех пор, пока они снова не растворятся в исходной безначальной Пустоте. Как говорится в Упанишадах,
"Спокойную, пусть каждый почитает ее
Как то, откуда он пришел,
Как то, с чем ему предстоит слиться,
Как то, чем он дышит".
"Чхандогья Упанишада", 3, 14, I
Как и субатомные частицы, феноменальные воплощения мистической Пустоты имеют не статическую а неподвижную, но динамическую и преходящую сущность. Они постоянно появляются и исчезают в процессе бесконечного танца движения и энергии. Как и субатомный мир для физика, так и для восточного мистика феноменальное существование представляет собой САНСАРУ — мир беспристрастных рождений и смертей. Будучи временными воплощениями Пустоты, предметы этого мира не имеют фундаментальной, устойчивой сущности. В особенности это характерно для буддийской философии, которая отрицает существование какой бы то ни было материальной субстанции и находит иллюзорными представления о постоянном "я", последовательно претерпевающем различные ощущения. Буддисты нередко сравнивают иллюзию существования материальной субстанции и постоянного "я" с волнами на поверхности воды. В последнем случае движение молекул воды "вверх-вниз внушает нам, что по ее поверхности в горизонтальном направлении перемещается некоторое "количество воды" (см. рис. 13). Интересно, что к тому же самому сравнению прибегали и физики, стремившиеся проиллюстрировать иллюзорность понятий материальной субстанции, порожденной движением частиц, в рамках теории поля. Так, Герман Уэлль пишет:
"Согласно (представлениям о строении вещества и теории поля), материальная частица — такая, как, скажем, электрон, представляет не что иное, как небольшой участок энергетического поля, в пределах которого мощность поля достигает фантастических величин, что свидетельствует о сосредоточении большого количества энергии в очень малом объеме пространства. Такой сгусток энергии, вне всякого сомнения, четко проступает на фоне всего остального поля, подобно волнам на поверхности водоема, перемещается в пустом пространстве; поэтому мы не можем утверждать. что электрон все время состоит из какой-то определенной субстанции" [81,171].
В китайской философии идея поля имплицитно присутствует уже в самом понятии Дао, которое, будучи пустым и бесформенным, тем не менее, порождает все формы. Кроме того, идея поля получила эксплицитное выражение в понятии "ЦИ". Этот термин занимал значительное место в концепциях практически всех школ китайской натурфилософии, играя особенно важную роль в философии неоконфуцианства, стремившейся объединить учения конфуцианства, даосизма и буддизма (см. гл. 7). Само слово "ци" буквально обозначает "газ" или "эфир". В древнем Китае оно использовалось для обозначения жизненной энергии, или энергии, одушевляющей космос. Представления о "каналах" ци, пролегающих в теле человека, стали основой традиционной китайской медицины. Цель акупунктуры — стимуляция движения ци по этим каналам. Поток ци — это основное понятие, использовавшееся китайскими мастерами гимнастики Тай Цзи — даосского Танца Воина — для теоретического обоснования плавных движений этого направления боевого искусства.
Неоконфуцианцы развили понятие "ци" таким образом, что оно сблизилось по смыслу с понятием квантового поля в современной физике. Подобно квантовому полю, ци воспринимается как нематериальная, ускользающая от человеческого восприятия форма существования материи, присутствующая одновременно во всем пространстве и способная конденсироваться в виде твердых материальных тел. По словам Цзая Цая,
"Когда ци конденсируется, оно становится видимым, в результате чего появляются очертания (отдельных вещей). Рассеиваясь, ци перестает быть видимым, и очертания исчезают. Когда ци конденсируется, разве можно утверждать, что оно не есть что-то преходящее? Но в тот момент, когда ци рассеивается, разве можно с поспешностью утверждать, что оно прекратило свое существование?" [29. 279].
Таким образом, ци конденсируется и рассеивается с ритмической периодичностью, порождая формы, которые, в конечном итоге, снова растворяются в Пустоте. Как говорит Цзан Цай,
"Великая Пустота не может не состоять из ци; ци не может не конденсироваться, чтобы породить все вещи;эти вещи не могут не рассеиваться, чтобы (снова) породить Великую Пустоту" [29,280].
Как и теории квантового поля, это поле, или ци, не только лежит в основе всех материальных объектов, но и осуществляет их взаимосвязи, принимая форму волн. При сравнении описания понятия поля в современной физике, данное Вальтером Тиррингом, и китайского подхода к объяснению физического мира, описанного Джозефом Нидэмом, становится вполне очевидным близкое родство этих двух концепций,
"Современная физика... поместила наши размышления о природе Mатерии в совершенно новый контекст. Она заставила нас перевести взгляд с видимого, то есть частиц, на невидимое, то есть поле. Присутствие Mатерии есть всего лишь возбужденное состояние поля в данной точке, нечто случайное, непостоянное, своеобразный "изъян" в пространстве, если так можно выразиться. Соответственно, простых знаков, которые описывали бы силы, действующие между элементарными частицами, не существует... Упорядоченность и гармонию должно искать на уровне поля, лежащего в основе всего сущего" [77, 160].
"В древние времена и средневековье китайцы воспринимали физический мир как протяженное целое. Согласно их представлениям, ци, конденсирующееся в виде осязаемого вещества, не имеет какой бы то ни было самостоятельной сущности и отдельности, напротив, — все отдельные предметы взаимодействуют друг с другом... при помощи волн, или колебаний, характер которых, в конечном счете, зависит от ритмического чередования двух основополагающих начал на всех уровнях мироздания. Следовательно, отдельные предметы обладают своими собственными ритмическими характеристиками, которые вплетаются... в общий узор мировой гармонии" [60, 8].
Придя к понятию квантового поля, физика нашла неожиданный ответ на старый вопрос о том, из чего же состоит вещество — из неделимых атомов или фундаментального континуума, лежащего в основе всего. Поле есть континуум, пронизывающий все пространство, который, тем не менее, имеет протяженную, как бы "гранулярную", структуру в одном из своих проявлений, то есть в форме частиц. Таким образом, два самостоятельных понятия объединяются в одно, приобретая характер двух различных аспектов одной и той же реальности. Как всегда в теории относительности, объединение двух противоположных понятий носит динамический характер: два аспекта вещества непрестанно преобразуются друг в друга. Восточные мистики подчеркивают тот факт, что между Пустотой и порождаемыми ею формами существует аналогичное динамическое единство. По словам Ламы Говинды,
"Соотношение формы и пустоты нельзя рассматривать как противопоставление взаимоисключающих противоположностей; напротив, форма и пустота представляют собой два аспекта одной и той же реальности, сосуществующие друг с другом и пребывающие в постоянном взаимодействии" [31,223].
Слияние этих противоположностей в рамках единого целого одна из буддийских сутр описывает в следующих словах, ставших довольно известными:
"Форма есть пустота, а пустота, в свою очередь, есть форма. Пустота не отличима от формы; форма не отличима от пустоты. Что есть форма — есть пустота; что есть пустота — есть форма" [58].
Теории поля современной физики не только выработали новый взгляд на субатомные частицы, но и существенно изменили наши представления о силах, действующих между ними. Первоначальное понятие поля связывалось с понятием силы, и даже в теории квантового поля оно сохраняет связь с силами взаимодействующих частиц. Так, электромагнитное поле может представляться в виде "свободного поля", то есть перемещающихся волн, или фотонов, а также может играть роль силового поля, возникающего в пространстве между заряженными частицами. В последнем случае наличие поля проявляется в обмене фотонами между заряженными частицами. Взаимное отталкивание двух электронов опирается на механизм фотонных обменов между электронами.
На первый взгляд, такая трактовка понятия силы может показаться чересчур мудреной и сложной, однако стоит взглянуть на пространственно-временной график, как все сразу же становится гораздо более понятным. На графике [рис. 29] изображены два электрона,* сближающиеся друг с другом, один из которых испускает фотон (гамма) в точке А, а второй поглощает этот фотон в точке В. Испустив фотон, первый электрон изменяет скорость и направление своего движения, что проявляется в изменении наклона его мировой линии. Второй электрон делает то же самое, поглощая фотон. В результате электроны разлетаются в разные стороны. Их взаимное отталкивание выражается в обмене фотонами. Полное взаимодействие электронов включает в себя обмен несколькими фотонами, вследствие чего отталкивание происходит не резко, как на нашем графике, а постепенно и плавно, так как электроны будут двигаться по изогнутым дугам.
Классическая физика объяснила бы эту ситуацию действием отталкивающей силы. Сейчас такой подход представляется крайне неадекватным. При сближении электронов ни один из них не ощущает воздействия какой бы то ни было силы. Все, что происходит между ними, — это обмен фотонами. Следовательно, понятие силы не может быть применено по отношению к явлениям субатомного мира. Это понятие из арсенала классической физики, ассоциирующейся (пусть даже только подсознательно) с ньютоновскими представлениями о силах, действующих на расстоянии. В субатомной физике таких сил уже нет: их заменяют взаимодействия между частицами, происходящие через посредство полей, то есть каких-то других частиц. Поэтому физики избегают употреблять слово "сила", заменяя его словом "взаимодействие".*
Согласно теории квантового поля, все взаимодействия сводятся к обмену частицами. В случае электромагнитного взаимодействия в обмене участвуют фотоны; при более сильных взаимодействиях между нуклонами — в обмене участвуют частицы новой разновидности: "мезоны". Мезоны бывают разного типа. Чем ближе друг к другу расположены нуклоны, тем больше количество и вес мезонов, которыми они обмениваются. Взаимодействия нуклонов и свойства мезонов отчетливо связаны друг с другом. Поэтому фундаментальное понимание природы невозможно без понимания природы всего спектра субатомных частиц.
В теории квантового поля все взаимодействия частиц можно представить в виде пространственно-временных графиков, сопроводив каждый из последних математических формулой, помогающей вычислить вероятность соответствующего процесса. Точное, соответствие между графиками и математическими формулами было установлено в 1949 году Ричардом Фейнманом, после чего эти графики получили название графиков Фейнмана. Важнейшая составная часть теории квантового поля — это объяснение процессов возникновения и уничтожения частиц. Например, фотон (рис. 30) создается в процессе эмиссии в точке А, а уничтожается при его поглощении в точке В. В релятивистской теории при рассматривании такого процесса необходимо учитывать, что частицы представляют собой не неделимые тела, а динамические паттерны, сущность которых определяется наличием того или иного количества энергии, которая может перераспределяться при образовании новых паттернов.
Возникновение частицы, обладающей массой, возможно только при условии наличия такого количества энергии, которое эквивалентно массе этой частицы, как, например, в процессе столкновения. В случае сильных взаимодействий, которые могут происходить внутри атомного ядра, обмен тяжелыми мезонами представляется маловероятным, и все же процессы обмена имеют место. Так, два протона могут обменяться "пи-мезоном", или "пионом", масса которого составляет около одной седьмой массы протона (см. рис. 31 и 32).
Обменные процессы такого рода происходят, несмотря на недостаточное количество энергии для возникновения мезона. Причина этого заключается в "квантовом эффекте", связанном с принципом неопределенности. Как уже говорилось в гл. II, субатомные явления, происходящие в течение небольшого промежутка времени, характеризуются значительной неопределенностью в энергетическом отношении. Мезонные обмены, то есть возникновение и последующее уничтожение мезонов тоже относится к таким процессам. Их течение столь кратковременно, что неопределенность энергии достаточно велика для возникновения мезонов. Такие мезоны называются "виртуальными" частицами. Они отличаются от "настоящих" частиц тем, что могут существовать только на протяжении небольшого отрезка времени, обусловленного принципом неопределенности. Чем тяжелее мезоны (то есть чем больше энергии необходимо для их возникновения), тем быстротечнее процесс обмена. Поэтому нуклоны могут обмениваться тяжелыми мезонами лишь в том случае, когда их разделяет небольшое расстояние. С другой стороны, обмен виртуальными частицами может иметь место и на очень большом удалении, так как фотоны, по причине своей невесомости (нулевой массы покоя), не нуждаются в больших количествах энергии для своего возникновения. Проведя аналогичный анализ ядерных и электромагнитных сил, Хидэки Юкава в 1935 году не только предсказал существование пиона за двенадцать лет до его экспериментального обнаружения, но и приблизительно оценил его массу, исходя из величины ядерной силы.
Теория квантового поля изображает все взаимодействия как процессы обмена виртуальными частицами. Чем сильнее взаимодействие, то есть чем мощнее "сила" взаимодействия между частицами, тем выше вероятность соответствующего процесса и тем чаще происходит обмен виртуальными частицами. Однако роль виртуальных частиц не ограничивается участием в подобных взаимодействиях. Виртуальную частицу может испускать любой отдельно взятый нуклон, который потом ее поглотит. Это вполне обычный процесс, и единственная оговорка заключается в том, что время существования образовавшегося мезона ограничено принципом неопределенности. На рис. 32 помещен график Фейнмана, на котором изображен процесс испускания и уничтожения пиона.
Вероятность таких процессов, получивших название процессов "взаимодействия", для нуклонов очень велика, так как они часто вступают во взаимодействия. Это означает, что в действительности нуклоны постоянно испускают и поглощают виртуальные частицы. Теория поля рассматривает нуклоны в качестве центров постоянной активности, окруженных "облаками" виртуальных частиц. Виртуальные мезоны вскоре после своего испускания исчезают, что означает, что они не могут удалиться на большое расстояние от нуклона. Поэтому мезонное облако имеет очень небольшие размеры. Внешние области облака заполнены легкими мезонами (главным образом, пионами), а более тяжелые мезоны поглощаются нуклоном быстрее, и могут поэтому находиться вблизи от центра атома.
Каждый нуклон окружен такими облаками мезонов, которые существуют очень недолго. Тем не менее, при некоторых обстоятельствах виртуальные мезоны могут превратиться в нуклоны. Если нуклон сталкивается с какой-либо другой частицей, движущейся с большой скоростью, кинетическая энергия этой частицы может перейти к виртуальному мезону и оторвать его от облака.
Таков механизм образования настоящих мезонов при столкновении частиц с участием высоких энергий. С другой стороны, два нуклона могут сблизиться друг с другом, так что их мезонные облака частично належатся друг на друга, и тогда некоторые виртуальные частицы могут не возвращаться к тому нуклону, который их испустил, а "перепрыгнуть" в соседнее облако и быть поглощенными другим нуклоном. Это механизм процессов обмена частицами во время сильных взаимодействий.
Становится ясно, что взаимодействия частей, а следовательно, и силы, действующие между ними, зависят от состава виртуальных облаков этих частиц. Радиус взаимодействия, то есть расстояние между частицами, при котором происходят взаимодействия, определяется свойствами частиц, составляющих облака. По этой причине электромагнитные силы зависят от наличия виртуальных фотонов "внутри" заряженных частиц, в то время как сильные взаимодействия между нуклонами происходят в результате присутствия фотонов "внутри" нуклонов виртуальных пионов и других мезонов. Теория поля воспринимает силы, действующие между частицами, как свойства (которые так четко разграничивались в греческом и ньютоновском атомизме), имеющие одну и ту же физическую природу — природу динамических паттернов, которые мы называем частицами.
Такой подход к пониманию силы характерен для восточного мистицизма, в учениях которого движение и изменение рассматриваются в качестве основных неотъемлемо присущих свойств всех вещей. "Все вращающиеся предметы, — говорит Цзан Цай о небесах, — обладают спонтанной силой. Поэтому их движение не является навязанным извне" [60,62]. В "И цзин" мы читаем:
"(Природные) законы не являются внешними силами по отношению к вещам; они воплощают гармонию движения, свойственную самим вещам" [86, 68].
Это древнее китайское определение силы как воплощение "гармонии движения, свойственной самим вещам" представляется особенно уместным в свете положений теории квантового поля, которые характеризуют силы взаимодействия между собой как проявления динамических паттернов (виртуальных облаков), присущих частицам.* Теория поля современной физики побуждает нас отказаться от традиционного противопоставления между материальными частицами и пустотой. И гравитационная теория поля Эйнштейна, и теория квантового поля утверждают, что частицы неразрывно связаны с окружающим пространством и не могут рассматриваться в отрыве от него. С одной стороны, частицы оказывают воздействие на структуру пространства, с другой — они являются не самостоятельными частицами материальной субстанции, а, скорее, сгустками в беспредельном поле, пронизывающем все пространство. Теория квантового поля видит в этом поле основу для существования и взаимодействия всех частиц.
"Поле существует всегда и везде; оно не может исчезнуть. Поле есть проводник для всех материальных явлений. Это "пустота", из которой протон создает п-мезоны (пи-). Возникновение и исчезновение частиц — лишь формы движения поля" [77, 159].
Мы можем окончательно убедиться в неразрывном единстве понятий вещества и пустого пространства, узнав о том, что виртуальные частицы могут спонтанно возникать "из пустоты" и снова растворяться "в пустоте" даже в том случае, если поблизости нет нуклонов или каких-либо других частиц, которые могут участвовать в сильных взаимодействиях. На рис. 33 представлен так называемый "вакуумный график", на котором изображен один из подобных процессов: три части-протон (Р), антипротон (Р-) и пион (пи) — образуются из вакуума, а потом снова превращаются в вакуум. Теория поля утверждает, что события такого рода происходят постоянно. Поэтому вакуум не может считаться пустым, напротив, он содержит бесчисленное множество беспорядочно возникающих и исчезающих частиц.* Здесь материал современной физики заставляет нас вспомнить о понятии Пустоты в восточном мистицизме. Подобно восточной Пустоте, "физический вакуум", как он именуется в теории поля, не является просто состоянием абсолютной незаполненности и отсутствия всякого существования, но содержит в себе возможность существования всех возможных форм мира частиц. Эти формы, в свою очередь, представляют собой не самостоятельные физические единицы, а всего лишь переходящие воплощения Пустоты, лежащей в основе всего бытия. Как говорится в известной нам сутре, "форма есть пустота, а пустота, в свою очередь, есть форма".
Соотношение между виртуальными частицами и вакуумом имеет в высшей степени динамическую природу; вакуум — это "живая пустота" в полном смысле этого слова, в пульсации которой берут начало бесконечные ритмы рождений и разрушений. Большинство физиков считают открытие динамической сущности вакуума одним из важнейших достижений современной физики. Из пустого вместилища всех физических явлений пустота превратилась в динамическую величину первой важности. Таким образом, результаты исследований современной физики подтверждают правоту высказываний великого мыслителя Цзая Цая:
"Для того, кто знает, что Великая Пустота наполнена ци, нет такого понятия, как несуществование" [60, 33].