"Удивительный мир внутри атомного ядра" - читать интересную книгу автора (Иванов Игорь)

Самовозникающие явления

«Самовозникающие явления — явления, которые не были заложены изначально, а возникли сами собой. Встречаются повсюду в физике. Жутко интересное явление!»

Вот эту часть я закончил, но сейчас я хочу сделать небольшую паузу, небольшое такое отступление. Мне кажется, что полезно сейчас рассказать про то явление возникновения массы как будто бы из ничего в широком контексте. Потому что это довольно простая вещь, но очень важная в физике. По-моему, это одно из главных открытий в теоретической физике. Открытие заключается в том, что существуют явления, которые могут возникать сами по себе, их не надо изначально закладывать в какие-то детальки, кирпичики и формулы. Они сами по себе возникнут именно в той форме, в которой мы видим их в природе. Это поразительнейшая вещь. То, что я до этого рассказывал, — это фактически масса (ну, протона, например), которая возникала на 90% спонтанно, сама по себе. Такого типа самовозникающие явления встречаются в физике повсюду.

Давайте возьмем пример из совсем другой области. Вот есть такое явление — сверхпроводимость. Может быть, вы даже знаете. Сверхпроводимость — это когда какое-нибудь тело полностью теряет электрическое сопротивление, ток через него может течь без всякого сопротивления вообще. Если сверхпроводник замкнуть в круг и пустить через него ток, без всякого напряжения, то он будет крутиться часами, днями, годами — такие эксперименты делались. Он не затухает, крутится, крутится... Это называется сверхпроводимость. Явление это, конечно, замечательное, и физики попытались разобраться, как оно возникает.

Если совсем наивно подходить к пониманию природы, то можно сказать: раз это явление есть в таком вот веществе, давайте разделим его на атомы и покопаемся в каждом атоме или каждой молекуле, попытаемся найти происхождение — что-нибудь такое, что дает ему сверхпроводимость. Вы, конечно, можете это сделать: распилить на атомы, распылить его, изучить отдельные атомы — теоретически, экспериментально, как угодно. И вы там ничего не увидите! Там не будет ни малейшего намека на сверхпроводимость, потому что сверхпроводимость ничего — почти ничего — не знает про атомы, а атомы ничего — почти ничего — не знают про сверхпроводимость.

Если взять один атом, то в нем не будет сверхпроводимости, просто будет атом, и всё. Если два, три атома — то же самое. Ну, получится какая-нибудь там молекула маленькая. Если взять много атомов, то вдруг оно возникает. Ну, конечно, не вдруг, не скачком — оно плавно проступает, оно как будто цветок из бутона поднимается, когда вы много-много атомов берете. Но такие явления возникают сами по себе, просто из-за того, что частицы взаимодействуют. Их не надо было закладывать изначально.

Я вам историю расскажу. Я в детстве — компьютерных игр у меня тогда не было — любил фантазировать. Я себе придумывал всякие виртуальные миры, и поскольку компьютеров не было, я их рисовал. Придумал планету и решил: пусть будут на ней животные, нарисовал зоологию этой планеты. Потом дальше придумал: пусть на ней будет своя химия. Это, конечно, глупость, потому что мы понимаем, что химия во всей Вселенной одинакова, а химические элементы — они везде одинаковы. Но захотелось пофантазировать, и я нарисовал периодическую систему элементов имени Иванова и просто населял ее новыми элементами. Я смотрел на окружающий мир и думал: что бы такого придумать? Решил, что, например, элементы такого-то ряда будут магнитные. То есть я решил, что внутри атома будет такой маленький магнитик, специальный, который приводит к магнетизму, если создать вещество из этого элемента.

Это тоже очень наивный взгляд на вещи, потому что он ориентируется на то, что если есть магнетизм (точнее, в физике это называется «ферромагнетизм» — то, что магнит притягивает металлические штуки), то он должен оставаться, даже если мы распилим его на отдельные атомы. То есть если, буквально, взять отдельные атомы, то железо, которое, как мы знаем, ферромагнитное, должно чем-то таким отличаться от всех, раз оно обладает таким сильным магнетизмом.

На самом-то деле магнетизм — ферромагнетизм — уже давно исследован, и получается, что ферромагнетизм в железе возникает именно из-за взаимодействия. Ничего такого особого, специфического в атомах железа — именно в атомах — нету. Всё это возникает после того, как вы много этих атомов поставите и учтете, как они взаимодействуют друг с другом, — вот там-то самая хитрость получается — и возьмете большой объемчик, и вот тогда-то проступит постепенно отличие между железом и остальными элементами. Конечно, есть и другие вещества, которые магнитят, но железо — самое известное.

Я еще хочу сказать, что эта вещь возникает не только в физике, разных ее областях. В математике есть самовозникающие явления, в экономике есть самовозникающие явления, даже в биологии они есть. При желании многое можно интерпретировать как самовозникающее явление — явление, которое возникает из-за взаимодействия.

На самом деле, это жутко интересно, потому что вот как физик-теоретик реально работает с этим? Когда он хочет исследовать какой-нибудь объект, он что-то знает про него — например, когда он исследует вещество, то знает, что вещество состоит из атомов. Он пишет уравнения: есть атомы и силы взаимодействия между ними — это как бы начальные данные. Это очень просто и в них ничего не видно. А вот потом он пытается эти уравнения решать. Как в школе, только эти уравнения решать очень сложно, поскольку они друг с другом сильно перепутаны. Но тем не менее пытаемся решать. И когда мы начинаем их решать, какие-то формулы появляются, и вот там это всё вдруг проступает. И вот это — очень завораживающее зрелище, потому что вы ничего изначально не закладывали, но какое-то явление, которое вы видите в нашем мире, вдруг само по себе рождается из формул. Это очень впечатляет, когда это всё видишь реально.