Физические поля

Классическое понятие физического поля было разработано в семнадцатом веке, для понимания явлений типа гравитации и электромагнетизма. Эти таинственные силы, как оказалось, воздействуют на удаленные объекты какими-то невидимыми средствами. К сожалению, идея о невидимых силах, действующих на расстоянии, была похожа на идеи о духах, которые церковь предавала анафеме, поэтому физики семнадцатого века искали более «рациональное» объяснение. Поскольку думать о «действии на расстоянии» без посредников было запрещено, предположили, что силы действуют на объекты при помощи пакетов энергии, взаимодействующих между собой подобно бильярдным шарам.

Согласно ньютонианской, (классической) физике, солнце и земля могут взаимодействовать между собой только при помощи чего-то, существующего вокруг земли и вокруг солнца. Это невидимое что-то назвали полем, которое интерпретировалось как модификация пространства, окружающего солнце и землю. Эта модификация в случае гравитационного поля порождается специальными частицами - гравитонами. Другими словами, земля притягивается к солнцу не при помощи невидимой силы, действующей на расстоянии, а посредством взаимного обмена гравитонами.

Развитие квантовой механики в конце 1920-ых годов превратило классическое понятие полей в такую сущность, которая буквально шокирует физиков-классиков. Квантовые поля не существуют физически в пространстве и времени, подобно классическим гравитационным и электромагнитным полям. Вместо этого, квантовые поля определяют только вероятности существования странных, призрачных частиц. Хотя квантовые поля математически подобны классическим полям, они более трудны для понимания, потому что, в отличие от классических полей, они существуют вне обычных границ пространства и времени.

Таким образом, квантовое поле обладает особым нелокальным характером, которое означает, что квантовое поле не ограничено данным временем и пространством. Эффект нелокальности приводит к тому, что событие области А влияет на событие в области В, причем это влияние происходит без затраты какой-нибудь энергии. В классической физике такое явление полностью невозможно, но все-таки оно существует, что доказано современными физическими экспериментами. Эти эксперименты независимы от существующей формулировки квантовой механики, а это означает, что любая будущая теория природы должна включать принцип нелокальности. Мы вернемся вновь к принципу нелокальности в главе 16.