Современная физика изобилует терминами, которые могут показаться нам невероятными. Одним из таких понятий являются виртуальные частицы. Их невозможно увидеть, зарегистрировать или изолировать, но без них невозможно объяснить основные силы природы — электромагнетизм и ядерное взаимодействие.
Идею виртуальных частиц предложил известный физик Ричард Фейнман для описания взаимодействия между реальными частицами. В отличие от реальных частиц, которые представляют собой сконцентрированные источники энергии и могут быть обнаружены приборами, виртуальные частицы являются сложным математическим инструментом, который невозможно увидеть или зарегистрировать.
Тем не менее, граница между действительностью и виртуальным миром не так ясна, как может показаться. Ученые не в состоянии обнаружить виртуальные частицы напрямую, однако расчеты с их использованием позволяют предсказывать тончайшие эффекты, которые подтверждаются сверхчувствительными экспериментами с потрясающей точностью до 12 знаков после запятой. Это все равно что измерить расстояние между Северным и Южным полюсами с точностью до толщины человеческого волоса. Такой уровень согласия между экспериментами и расчетами делает виртуальные частицы самой тщательно проверенной концепцией в науке. Это подталкивает некоторых физиков задуматься: может ли этот, исключительно математический инструмент, существовать в реальном мире?
Профессор физики и астрономии Университета штата Миссисипи Дипангкар Дутта, проводящий эксперименты с использованием концепции виртуальных частиц, отмечает: «Мы недавно очень точно измерили размер протона, обстреливая атомы водорода пучком электронов. Это измерение предполагает, что электроны могут «чувствовать» протон в центре атома водорода, обмениваясь виртуальными фотонами».
Виртуальные частицы также помогают объяснить загадочные явления, такие как эффект Казимира — притяжение между двумя металлическими пластинами, находящимися очень близко друг к другу в вакууме. Физики могут точно рассчитать силу, притягивающую пластины, используя математические методы, основанные на виртуальных частицах.
Еще одно предсказание, сделанное с помощью виртуальных частиц, — это излучение Хокинга. Когда пары виртуальных частиц возникают на границе черных дыр, иногда гравитация черной дыры захватывает одну из частиц из пары, в то время как другая частица «убегает». Это создает разрыв, который приводит к медленному испарению черной дыры.
Физики пока не пришли к единому мнению относительно природы виртуальных частиц. Некоторые предпочитают, как советовал Фейнман, «просто заткнуться и считать». Другие ищут новые методы, которые позволили бы обойтись без этой концепции — так же, как теория относительности Эйнштейна в свое время заменила представление о «эфире», через который, как считалось, распространялся свет.
