Наболіло. Довго сперечався з фізиками, чи є протони і нейтрони "фізичною матерією" як такою, чи це суто математичні об'єкти?
Ніхто не заперечує їхнього існування. Однак проблема в інтерпретації експериментальних даних. Чого більше в ядерній фізиці, - реальних фізичних об'єктів чи абстрактних математичних моделей, які й сприймаються як фізичні об'єкти?
За словами Майкла МакКленнена, геофізика з Університету Джорджа Вашингтона, протони, нейтрони і нейтрони дійсно є фізичною матерією. У сенсі вони "існують" і не можуть бути зведені виключно до математичних формул.
Проблема в тому, що ми не знаємо, з чого насправді складається "фізична матерія". І що таке фізична матерія загалом.
Ми знаємо, що протони і нейтрони та кварки, які входять до їхнього складу, мають бути з чогось "зроблені", але в нас немає способу спостерігати або описати, чим це "щось" насправді є. Наші знання фізичних законів, - а може, і самі закони фізики - не дають змоги спостерігати за тим, що лежить в їхній основі. Питання "з чого все?" для сучасної науки більш ніж актуальне, - як і 2500 тисячі років тому.
При цьому є кілька міфів, які слід обов'язково розвіяти.
Як стверджує Барак Шошани, співробітник Інституту теоретичної фізики "Периметр", атоми - це не порожній простір. Цей міф виникає через уявлення про електрони, нейтрони і протони як про маленькі кульки, в яких елементарні частинки обертаються навколо сонця, як планети. Багато дітей досі знайомляться з атомною теорією саме в такий спосіб, що абсолютно неправильно й антинауково.
Насправді, як стверджує Шошани, "субатомні частинки" не є ні частинками (як ми розуміємо їх у повсякденному житті), ні хвилями (якими ми їх сприймаємо в повсякденному житті). Вони - кванти, тобто щось, що має як хвилеподібні, так і часткоподібні властивості, але водночас не є ні тим, ні іншим.
Інакше кажучи, вони не мають фіксованих розмірів і положень, а "поширюються" у просторі ймовірнісним чином.
У цьому сенсі простір - це не "порожнеча", але заповненість "частинками" настільки щільно, наскільки це можливо з огляду на їхню невловиму фізичну природу.
Друге міркування полягає в тому, що світло також складається з квантів, і вони мають довжину хвилі в тисячу разів більшу, ніж атоми. Тому світло не може "увійти" в атом, воно може взаємодіяти тільки із зовнішньою оболонкою електронів. Звідси випливає "розмитість" матерії і простору, який начебто і "заповнений", а начебто і ні, що не має значення з точки зору експериментальної фізики.
Звідси випливає ще один наслідок.
Чи є матерія непрозорою чи ні, і який колір вона має, визначається тим, чи взаємодіють фотони із зовнішніми оболонками електронів і яким чином відбувається така взаємодія.
Якщо фотони приходять з досить низькою частотою (енергією), щоб бути поглиненими зовнішніми електронами, вони використовують атом як транзитний потяг, і не має значення, чи є цей простір "повним", чи ні.
Рентгенівські промені можуть проходити крізь людей, а пейзажні знімки - просто наслідок того, що фотони не поглинаються.
Тому, зокрема, радіосигнали не проникають глибоко під землю. Радіо - це просто світло з більшою довжиною хвилі, яке не помічає більшості звичайних матеріалів. Але, як і всі кванти, його частота та взаємодія мають імовірнісний характер.
Навіть фотон "неправильної частоти" має невеликий шанс бути поглинутим, хоча в міру зростання товщини бар'єру цей шанс збільшується. Зрештою, жоден фотон не проникає далі, ніж треба.
З іншого боку, якщо передача світла відбувається, коли енергія (довжина хвилі) світла набагато більша або менша від тієї, яку можуть поглинути електрони, то відбиття або розсіювання відбувається, коли енергія близька до смуги поглинання, але поглинання не відбувається.
Візьміть полірований метал, де поверхневі електрони досить слабко зв'язані, щоб поглинати фотони практично будь-якої енергії. Тому об'ємні форми металів зазвичай сірі, а поліровані метали є хорошими дзеркалами.
Але знову ж таки: елкментарні частинки, кварки, матерія - імовірнісні, хоча фізично "існують".
Навіть найкраще дзеркало поглинає деякі фотони всіх частот. Спеціально оброблений шматок дерева може бути блискучим, але оскільки він не має зовнішнього шару електронів, що проводять, це не зовсім дзеркало. А лист, що має шорстку поверхню, налаштовану на поглинання пурпурової частини видимого спектра, може взагалі не блищати, але все ж відбиває достатньо "зелених" фотонів, щоб ми могли бачити його колір.
І, звісно ж, усі три приклади набувають відтінків завдяки певному ступеню поглинання, передавання, розсіювання та відбиття - ніщо не може бути таким, що ідеально відбиває, прозорим або непрозорим.
Тому єдиний спосіб говорити і міркувати про протони, нейтрони, кварки, мезони, електрони тощо. - створення математичних моделей, що описують їхню поведінку.
Ми спостерігаємо лише наслідки чогось, що сприймаємо як "фізичну реальність". І, природно, ми знаємо, що ці математичні моделі не тотожні самим речам, - але це все, що в нас є.
