Согласен, звучит глупо. Однако между единорогами и частицами есть разница. В отличие от единорогов, виртуальные частицы не просто концепция. Откуда мы это знаем?
Мы используем виртуальные частицы для объяснения таких явлений, как квантовое туннелирование. Это хорошо задокументированный феномен, при котором электрон может исчезнуть с одной стороны изолятора и мгновенно появиться с другой, несмотря на барьер. На этом эффекте основаны полевые транзисторы и вся современная электроника с квантовыми точками.
Даже самое обычное статическое электричество есть не что иное как проявление виртуальных частиц. В данном случае частицам, которые испускаются электронами при движении в заряженном веществе.
Благодаря виртуальным частицам мы можем с поразительной точностью вычислить длину волны света, испускаемого при нагревании чистого химического элемента. Погрешность таких расчетов не превышает десяти миллионных процента. Другими словами, мы принимаем теорию виртуальных частиц, поскольку она обеспечивает высочайшую точность расчетов.
Вероятно, многие из вас слышали о двух разновидностях реальных частиц – фермионах и бозонах. К фермионам относятся кварки, электроны и нейтрино. Бозоны отвечают за перенос взаимодействий между фермионами. К ним относятся фотоны, глюоны, бозоны Хиггса и другие. Мы можем рассчитать, как все эти реальные частицы связаны с виртуальными.
Все ведь слышали о знаменитом уравнении Эйнштейна E=mc2 ? Энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света. При атомном взрыве масса переходит в энергию. Многие не понимают, что уравнение Эйнштейна работает и в обратном направлении. Если сконцентрировать в одном месте достаточно энергии, она превращается в массу.
На экране появилось знакомое изображение грибовидного облака после атомного взрыва. Его быстро сменило необычное изображение со множеством странных пузырьков, символизирующих взаимодействия между виртуальными частицами и кварками внутри протона.
– Энергия связи, которая удерживает виртуальные частицы внутри реальной, составляет основную часть ее массы. В случае протона на эту энергию приходится около семидесяти процентов.
На реальные частицы можно взглянуть и по-другому – как на полные стоячие волны в квантовом поле. Что это означает?
Представьте, что каждая реальная частица – это закольцованная струна. Такая струна и есть волна квантового поля. При определенной частоте волна, достигнув конца петли, начинается заново, создавая стоячую волну. Примерно то же самое происходит во время футбольного матча, когда зрители на трибунах пускают волну: она обходит стадион по кругу и начинается заново. Стоячие волны в замкнутой петле – то есть реальные частицы – стабильны.