Есть мнение, – это я начинаю издалека, – что в квантовой механике нет «полей». Суть данного метода описания физических явлений в том, что любое взаимодействие сводится к обмену квантом между двумя частицами. Я часто и с напором высказываю данное мнение, ибо без понимания указанного обстоятельства нет смысла говорить о микромире, описываемом ныне с позиций квантовой механики. И часто же меня спрашивают, как же тогда, если «полей нет», «квантовая теория поля» или же «поле Хиггса». А вот так. «Теория поля» это описание полей (взаимодействий) через квантовый механизм. «Поле Хиггса» это, соответственно, поток квантов Хиггса.
Как кажется, людей сбивает с толку слово «поток», ведь взаимодействие между частицами всегда передаётся только одним квантом. Но «поток» это отражение квантовых событий на макромир. Макрообъекты состоят из несчётного количества частиц, соответственно, получается «поток квантов»… Короче, если в квантовой механике вам кажется непонятным только это, вы уже можете считать себя гением.
Конкретно же о бозоне Хиггса меня просили написать много раз. И я всегда отвечал, что это не то что можно объяснить просто. И даже не то что можно объяснить сложно. Вообще, что такое бозон Хиггса, что он делает, – не то что можно объяснить. Награда в миллион долларов тому, у кого получится, не вручена и, думаю, вручена не будет.
Начать можно с «поля Хиггса». Бозон Хиггса в первую очередь – квант. Частица переносчик взаимодействия. Какого? Хиггсова. Иногда его называют «пятым». И здесь следует обратить внимание на слово «иногда». С формальной точки зрения это верно, – после открытия хиггсова бозона, получается, что существует пять взаимодействий. Но в обычай упоминание пятого не вошло. А может, и не войдёт. Ибо с одной стороны, все (включая физиков) ходили в школу, и знают о четырёх фундаментальных взаимодействиях: электромагнитном, сильном, слабом и гравитационном. Причём, каждое из них, слабое даже, ответственно в микромире за что-то понятное и представимое. Хиггсово же взаимодействие на уровне макромира не проявляет себя никак. Более того – именно за это и назначена награда – поле не делает что-либо такое, чему в макромире существовали бы аналогии.
Соответственно, когда говорят, что «бозон Хиггса ответственен за массу» или даже за «инертную массу» – лучше не вникать. Не то чтобы утверждения ложны, но я бы так не сказал. Прикручивание «Богом проклятой» (многие хотели миллион) частицы к массе, – в ядерной физике она же «энергия», а «инерция», это разность между полной массой и массой покоя, – ничего не объясняет и только сбивает с толку.
...Можно ли сказать, что «никто не знает» или «учёные не знают» зачем нужен этот бозон? Ядерные физики знают, – я, например. Ниже об этом будет. Но речь тут об очень специфической форме знания. И здесь главное понимать, что бозон Хиггса не отличается от других частиц, – тоже не имеет ни размера, ни формы, ни положения в пространстве. И даже не существует тем способом и в том смысле, которое мы вкладываем в понятие «бытия». Но так ли уж это странно? Если сказать, что человеческие представления ограничены, что есть много в мире выходящего за доступный человеку предел, утверждение, скорее всего, не вызовет возражений, – слушатель будет с умным видом кивать. Однако, наука давно уже столкнулась с этой проблемой, и работает с тем что бесполезно пытаться «понять» – как люди обычно понимание представляют, – и представить.
Вот, микромир целиком, бозон Хиггса лишь в том числе, лежит за пределом доступного человеческому воображению, а тем самым и «пониманию» – на уровне бытовом. Частицы не обладают качествами макроскопических объектов, и, напротив, обладают другими, – в макромире ничему не соответствующими… То есть, если говорят, что бозон Хиггса «отвечает за массу», – это масса вообще из другой сказки.
Если же, всё-таки, перейти к делу, то всё оно, собственно, целиком в формулах, на картинках ниже. Картинки нужно только рассмотреть, отметив на них букву Н. Это бозон Хиггса, делающий то, что должен.
Суть в том, что на картинка не просто стрелочки и значки, а формулы. Непохожие на математические, но тем не менее. Аналогия тут, скорее, с химическими формулами, те лишь записываются иначе, – сходство с математическими больше. Однако, если в математике переменная, обычно, число – сущность с очень ограниченным разнообразием свойств, то в химии разнообразие свойств всяких NaCl и SH2 выше. Свойствами слагаемых определяется то что обнаружится по другую сторону знака равенства, – сумма. Размешали в воде серый и белый порошки, получили бурый осадок и много мерзкого запаха.
В физике то же самое. Есть наблюдаемые эффекты, – хотя если речь о физике ядерной, наблюдать их дороже, чем вонь и твёрдый осадок. Нужен коллайдер размером с кольцевую метро и хитровыдуманные детекторы. Но принцип не отличается. Значки обозначают определённые частицы, сведённые в периодическую таблицу микромира – «стандартную модель», – друг в друга они превращаются по определённым, уже известным законам.
Можно сказать, что бозон Хиггса был предсказан теоретически на основании стандартной модели, но это лишь в очередной раз запутает дело. Суть же в порошках, вони и буром осадке. Для описания уравнениями некоторых очень странных, – но наблюдаемых, – явлений микромира, таких как, например, спонтанное нарушение электрослабой симметрии, наличествующих переменных не хватило. Реагенты прямо в продукты перейти не могли. Потребовалась ещё одна переменная – Н, – чтобы всё сошлось.
Бозон Хиггса, таким образом, нужен чтобы сошлось. Без него просто не сходилось.
И в этом, собственно, все концы. Что такое «спонтанное нарушение электрослабой симметрии»? Ну, это такое явление в микромире. На язык макромира оно не переводится, как и «электрослабая симметрия» сама по себе. Макроскопические объекты таким качеством не обладают, как и не обладают чем-то с чем можно было бы провести аналогию.
И, главное, «нужен чтобы сошлось» – бозону не в укор. То же можно сказать и о любой другой, вроде бы кажущейся «понятной», частице. Даже о фотоне, который, кстати, тоже бозон. Фотон тоже нужен только за тем, чтобы «всё сошлось» в квантовой механике. В ином, не квантово-механическом, описании можно обойтись и без фотона.
Я бы сказал так: «бозон Хиггса» удобная на данный момент форма описания объективных свойств микромира, не имеющих аналогий в макромире.
...И по традиции, на бонус, небольшая подборка мнений читателей из области физики: