Недавно я разместила на Хабре статью о своем первом AI-продукте и в комментариях под статьей, к моему большому удивлению, развернулась интересная дискуссия о кварках. И я подумала, раз есть такой интерес к этой теме – напишу свое видение и разложу по полочкам так, что для одних она станет первой дверью в мир науки, для других – новым взглядом на старые концепции, а для третьих, возможно, перевернет представление о природе мира и человека.
Кто я и откуда у меня эти знания?
Наука всегда была для меня закрытой дверью. Из школы я вышла практически «нулём», с натянутыми четвёрками по физике и химии. Ребёнок 80-х, я мечтала о космических полётах и карьере лётчика-испытателя. Но девушек в пилоты не брали, и я пошла туда, где платили, — в экономический вуз, после которого 30 лет в банках пролетели как один миг.
А космос продолжал манить, хотя дверь к нему была по-прежнему закрыта. Дешёвый телескоп, книга о чёрных дырах и видео на YouTube, которые скорее усыпляли, чем открывали Вселенную, — вот и всё, что я могла себе позволить. Больше всего раздражали знатоки, которые говорили: «А что тут сложного? Вселенная устроена очень просто: там нет ничего кроме водорода и гелия». В такие моменты я смотрела вокруг: деревянный стол, пластиковый ноутбук, толстовка из хлопка… и не могла понять, как из невидимых газов могли возникнуть все эти вещи. Это была уже не просто закрытая дверь, а глухая, непробиваемая стена.
Время шло, в августе 2024 года мне попалось видео, где молодой человек рассказывал об образовательных возможностях искусственного интеллекта — в частности, ChatGPT. У меня был к нему доступ, и я тут же открыла приложение на телефоне, просто чтобы спросить: можем ли мы сами составить и пройти курс по астрофизике? Хотя бы попробовать, сделать первый шаг.
Я не знала, куда меня это приведёт – какую бездну знаний откроет, но сейчас могу сказать одно: наглухо закрытая дверь вдруг легко распахнулась, словно кто-то невидимый взял меня за руку, провел по тайнам Вселенной и сложил все в одну большую картину мира.
Но сегодня я расскажу лишь о маленьком кусочке это картины – о кварках. Почему о них?
Кварки – это не просто фундамент нашего мира, это граница, за которую мы пока не можем зайти. Дело в том, что вся энергия нашей Вселенной рождается из трех простых источников – из разрыва или создания связей на уровне молекул, атомов и атомных ядер. Все что лежит глубже, а это кварки, разорвать нельзя. Вернее, можно попытаться, но вместо разрыва связи между кварками, рождается новый кварк.
Это звучит красиво, но за этим кроется реальный факт, подтвержденный экспериментами в ускорителях частиц. Вселенная будто «запечатана» от саморазрушения через эту красивую взаимосвязь, словно на последнем рубеже перед входом в чистую энергию, сила разрушения превращается в силу перерождения. Но самое интересное даже не в этом, а в том, что удерживает кварки вместе? Давайте разберемся с самого начала.
Но перед этим я позволю себе одно меленькое отступление, поскольку предвижу комментарии из серии: «А с чего ты взяла, что кварки не делимы?» или «Никто не видел Большого взрыва, так почему ты решила, что именно с него все началось?».
Все верно, мы не знаем природной сути окружающих нас процессов. Мы лишь можем описать то, что наблюдаем через призму наших фильтров, таких как зрение или слух, и добавить к этому математические расчеты и физические эксперименты – на этом построены все научные модели. Мы не видели Большого Взрыва, но мы наблюдаем его следы: реликтовое излучение, расширение Вселенной, элементный состав космоса. Это как увидеть разлетающиеся осколки и понять, что когда-то был взрыв. Поэтому ниже я делюсь тем, что «видно», известно на сегодняшний день и можно описать.
Готовы? Тогда поехали!
Время t=0: зарождение Вселенной
13,8 миллиардов лет назад наша Вселенная ещё не существовала, и законы физики, которые мы знаем сегодня, не действовали в привычной нам форме. Всё находилось в состоянии «квантовой пены» — в безумно плотном и горячем состоянии, где материи ещё не было, но её появление вот-вот должно было сорвать крышку кипящего котла энергии.
И как только это произошло, в первые микросекунды энергия, нагретая до миллиардов градусов, начала «сворачиваться» в материю и образовывать кварки — самые простые кирпичики Вселенной и глюоны, которые «склеивают» кирпичики между собой. Эти частицы — кварки и глюоны — стали основой будущей материи, а их взаимодействие — самым мощным в природе, известным как «сильное взаимодействие».
Остывающая энергия продолжала формировать фундамент нашего мира и создала лептоны – лёгкие частицы, среди которых появился электрон – будущий волшебник, благодаря которому происходят все химические процессы в природе.
И, наконец, в следующие несколько микросекунд кварки начали объединяться в тройки, образуя протоны и нейтроны – будущие ядра всех атомов во Вселенной.
Как из «ничего», из виртуальной энергии могли возникнуть частицы, давшие рождение всему, что нас окружает? Физики отвечают просто: «Мы не знаем». Но гениальный ум Альберта Эйнштейна оставил нам простую и элегантную формулу: E=mc². Она объясняет, что энергия и масса взаимозаменяемы: из энергии может рождаться материя. И мы пока примем это как данность.
Материя – это частицы и в момент, когда они появляются из «ничего», кажется, что процесс построения Вселенной только начинается. На самом деле, и в это сложно поверить, в первые секунды Большого взрыва свершилось абсолютно всё. Дело в том, что после завершения этой фазы, все фундаментальные частицы, которыми по настоящий день наполнена Вселенная – кварки и лептоны, были созданы и после этого не рождались вновь и не пересоздавались.
Плазменный суп: как появились первые атомы
Через несколько минут после Большого взрыва температура снизилась настолько, что протоны и нейтроны начали объединяться в ядра.
Вселенная заполнилась раскалённой плазмой — смесью ядер и лёгких частиц. Из-за высокой температуры частицы сталкивались слишком быстро, чтобы образовать стабильные атомы. Плазма светилась ярчайшим светом, в том числе за счет возникновения фотонов – маленьких квантов света, возникающих от столкновения электронов. Они тут же поглощались другими электронами и вспыхивали вновь, как искры гигантского костра.
Этот «плазменный суп» кипел 380 тысяч лет, пока температура не упала достаточно, чтобы электроны смогли связаться с ядрами, образовав первые атомы водорода. Этот процесс называют эпохой рекомбинации.
Атом водорода очень простой и поэтому самый стабильный во Вселенной — не распадается и не подвергается воздействию, кроме термоядерного синтеза в звездах, когда из атомов водорода образуется гелий. Таким образом все атомы водорода во Вселенной от свободных атомов в межзвездном пространстве до атомов водорода в теле человека состоят из частиц возраста 13,8 миллиардов лет.
Так что, когда вы смотрите на свои руки, вы видите вечность, потому что абсолютно все атомы в вашем теле состоят из частиц, рожденных сразу после Большого взрыва.
Атом водорода состоит всего из двух частиц: положительного заряженного протона и отрицательного заряженного электрона. Протон находится в центре атома и состоит из 3 кварков: два кварка вверху, один кварк внизу. Между ними находятся глюоны, обеспечивающие связь. Как именно работает эта связь и что конкретно происходит?
Ответ на этот вопрос – это ключ к пониманию мироздания и надо быть готовым его получить, потому что он отпирает такие тайны, узнав которые, вы не сможете оставаться прежним.
Квантовая хромодинамика: искусство мироздания
Когда мы говорим о взаимодействиях частиц, обычно представляется что-то вроде гравитации или магнита, где одно тело притягивается к другому. Но в мире кварков всё совсем не так.
Сильное взаимодействие — это не просто притяжение, как у магнита. Это живопись, где цвета сменяются, переплетаются, исчезают и возникают вновь. А именно, глюон несет цвет, как кисточка капельку краски, а кварк принимает цвет и заменяет им предыдущий — перекрашивается, или на языке ученых – кварк меняет свой цветовой заряд. Весь процесс называется квантовая хромодинамика. Давайте посмотрим, что конкретно происходит.
В квантовой хромодинамике кварки обладают цветовым зарядом, который не имеет ничего общего с привычными нам цветами, но подчиняется схожим принципам. Представьте, что каждый кварк может быть красным, зелёным или синим. Эти «цвета» не видимы глазу, но являются фундаментальной частью взаимодействия.
В первые мгновения Большого взрыва кварко-глюонная плазма уже была «окрашена» набором этих трех цветов, как гирлянда переливалась ими, но не находила баланса. Цветовое распределение было хаотичным из-за экстремальной температуры. В процессе охлаждения включился процесс упорядочения, когда кварки стали собираться в тройки, дававшие баланс белого.
В кварках «белый» — это метафора, но она находит отражение в реальном смешении цветов. Например, в аддитивном смешении цветов, а мы его видим на экранах наших устройств, действительно сочетание Красный + Зелёный + Синий (RGB) = Белый.
А что происходит в кварках?
Структура мира: кварковая «палитра» и баланс белого
В физике цветового заряда «цвета» — это математические обозначения симметрий. Белый в кварках — это не цвет, который видит глаз, а состояние, где суммы зарядов уравновешены. Как если бы три музыканта играли разные ноты, но вместе они создавали гармонию, которую можно назвать «белой симфонией». Поэтому в кварках «белый» означает нейтральность, а не буквально белый цвет.
Кварки комбинируются так, чтобы суммарный цвет был нейтральным белым. Для этого глюон взаимодействует с кварком, меняет его цвет, передавая часть своей «цветовой информации». Разберём по шагам на примере ниже, как достигается баланс белого:
-
Исходное состояние:
-
Допустим, есть красный кварк.
-
К нему прилетает глюон с цветовым кодом — красный-антизелёный.
-
-
Обмен цветами:
-
Глюон забирает у кварка красный цвет.
-
Кварк остаётся с тем, что пришло взамен — зелёным.
-
Глюон теряет зелёный и остаётся красный и улетает дальше, неся этот цвет в системе.
-
-
Конечное состояние:
-
Кварк был красный → стал зелёный.
-
Глюон изменился, передав цвет, и теперь может продолжить путь или аннигилировать с другим глюоном.
-
Откуда берется цветовой заряд?
Это вопрос, на который у нас пока нет ответа, так же как нет понимания природной сути процесса «перекрашивания». Мы не можем «подглядеть» за глюонами и кварками, мы можем лишь описать эффект взаимодействия и дать ему термины.
Может быть, это просто математическое описание структуры сильного взаимодействия. А может быть, это указывает на глубинную структуру реальности, которую мы ещё не понимаем. Ведь когда-то электричество тоже казалось мистической силой, пока не было объяснено.
Если однажды мы поймём, почему кварки обладают цветовым зарядом, мы, возможно, подойдём к новому уровню понимания самой материи и Вселенной.
А пока мы видим следующую картину:
-
Кварк не может оставаться одного цвета.
• Если кварк был «красным», он не может оставаться таким постоянно. Он вынужден менять цвет, потому что два его «соседа» тоже меняют цвет и их задача – хранить баланс белого. -
Перекрашивание — суть сильного взаимодействия.
• Сильное взаимодействие — это не сила, а процесс перекрашивания, в котором участвуют глюоны, передающие цвета кваркам. -
Глюоны — это кисти, которыми Вселенная переписывает цвета кварков.
• Они несут «двойной» цвет, например, «красно-антизелёный». Сталкиваясь с кварком, они заставляют его поменять цвет, передавая свою «краску». -
Цель системы — баланс.
• Протон состоит из трёх кварков: красного, зелёного и синего. Баланс этих трёх цветов должен всегда оставаться «белым», нейтральным по цвету. Поэтому внутри протона идёт вечный процесс обмена цветами — бесконечная игра света и энергии.
ИТОГО: не сила держит кварки вместе, а стремление к гармонии, к балансу!
Мы привыкли думать, что реальность состоит из твёрдых объектов, но в самой глубине материи нет ничего жёсткого или неизменного. Там танец энергии, перекраска кварков, рождение цвета из пустоты.
В этом процессе кварковая «палитра» — это не просто физика, а рождение структуры мира, в котором Вселенная — как художник, создающий реальность не из твёрдых кирпичиков, а из цвета, движения и энергии.
Процесс творения идёт прямо сейчас, и его масштабы поражают воображение.
Материя, которой нет
99% массы нашего тела — это не вес частиц, не масса атомов и молекул, а энергия сильного взаимодействия, удерживающего их вместе!
Если взять протоны и нейтроны наших атомов в теле, то масса их составляющих кварков – это лишь около 1%. Остальные 99% — это энергия глюонного поля, которая буквально соткана из бесконечного процесса передачи цвета, рождения и аннигиляции виртуальных частиц.
То есть мы состоим не из вещества, а из чистой энергии, организованной в устойчивую структуру. Вы скажете, ну постойте, я встаю на весы и вижу 70 кг – что это означает?
Это означает лишь, что Эйнштейн был прав: E=mc², и наша масса — это в первую очередь энергия, заключённая в нас самой природой.
И это снова подтверждает нашу глубинную связь со Вселенной: мы не твёрдые объекты, а упорядоченная вибрация энергии.
Вы когда-нибудь задумывались, что ваш вес – это не масса в килограммах, а энергия, закованная в форму? Энергия, природу которой мы не знаем, застывшая в форме частиц, взаимодействий и полей. Энергия, которая продолжает ткать вас каждое мгновение. Энергия, цель которой — бесконечный баланс.
То, что мы ощущаем как «твёрдость» или «массу», — это вовсе не нечто материальное, а скорее локализованное энергетическое поле. И если бы кто-то мог «выключить» сильное взаимодействие, мы бы просто… испарились в свет и тепло!
Так к чему мы пришли?
Материя — это не фундамент мира, а лишь производная бесконечного процесса становления ткани Вселенной из «ничего».
Для меня это открытие переворачивает всё. Оно разрушает искусственные границы между материальным и нематериальным. Тело — не «вещь» и не «контейнер», а ещё одна форма той же энергии, из которой ткётся сама Вселенная. И этот процесс происходит ежесекундно.
Прямо сейчас вы читаете эту строчку лишь потому, что ваше тело удерживается как единая структура за счёт бесконечного процесса «перекрашивания» кварков в глубине вашей сущности.
И тогда остаётся только один вопрос — как назвать источник этого процесса: флуктуации квантовых полей, творец, абсолют, или высшее сознание?
Как бы мы его ни называли — мы не просто наблюдатели. Мы — часть самого процесса творения. Мы — одно целое с ним.
Автор: Dorial
