«Виртуальные» частицы
В квантовых представлениях о полях, ключевым является ещё следующий момент: кванты любого поля — считаются могущими существовать в двух различных состояниях: т. н. «виртуальном», и реальном. «Виртуальное» состояние кванта — не имеет ничего общего с виртуальной реальностью (это просто неудачное название). «Виртуальный» квант, в отличие от реального — обладает т. н. «виртуальной» энергией, т. е. энергией, которую он «одалживает» (согласно соотношению неопределённостей) у вакуума, на время своего кратковременного существования.
Если к «виртуальному» кванту добавить энергию извне (реальную), то квант перейдёт из «виртуального», в реальное состояние, в котором его можно обнаружить приборами, т. е. наблюдать. Такой квант — обладает энергией, которую не нужно возвращать вакууму, а поэтому существование кванта в реальном состоянии — не ограничено временем (хотя почти все реальные кванты — всё равно вскоре распадаются, превращаясь в другие элементарные частицы (все мезоны, W- и Z-бозоны, и вообще, большинство элементарных частиц — нестабильны)).
Кванты полей в реальном состоянии — получают при столкновениях элементарных частиц в ускорителе: при этом, кинетическая энергия (энергия столкновения), будучи реальной — побуждает «виртуальные» частицы перейти в реальное состояние. Т. о. были обнаружены кванты всех полей (за исключением гравитонов).
Кванты в реальном состоянии — играют малую роль во взаимодействиях объектов. Зато кванты в «виртуальном» состоянии (невидимые, и необнаружимые (напрямую) приборами, постоянно рождающиеся и исчезающие в полях, и обладающие «виртуальной» энергией) — составляют основу действия полей, согласно квантовым представлениям о полях (т. н. квантовой теории поля). Обмен «виртуальными» квантами — как раз и приводит к притяжению или отталкиванию частиц.
Наличие «виртуальных» квантов — следствие того, что физический вакуум неотъемлемо обладает энергией, которая, вследствие квантовой неопределённости собственной величины, в каждой точке пространства, и приводит к ряби («виртуальным» квантам = волнам) «на поверхности» любого поля.
В вакууме — постоянно идут процессы возникновения, кратковременного существования, и исчезновения всевозможных «виртуальных» частиц — «виртуальных» квантов различных полей, а также «виртуальных» электронов (вернее, электрон-позитронных пар, т. к. любые частицы, даже «виртуальные» — рождаются парами (если не являются античастицами = частицами антивещества, по отношению к самим себе)), «виртуальных» протон-антипротонных пар, и даже «виртуальных» атомов и молекул (теоретически). Все эти образования — возникают на очень короткие промежутки времени («подобно пузырям в кипящей жидкости»).
Чем больше «виртуальной» энергии берёт у вакуума «виртуальная» частица (квант), для своего существования — тем более кратковременна её жизнь. Поэтому самые массивные кванты, W- и Z-бозоны («виртуальные») — должны существовать самое ничтожное время, что объясняет, почему слабое поле, квантами которого они являются — самое короткодействующее из всех видов полей (как уже отмечалось, оно эффективно действует лишь в масштабах 10–16 см).
Кванты сильного (ядерного) поля («виртуальные» мезоны) — на порядки менее массивны, поэтому радиус (значительного) действия этого поля — на порядки (примерно в тысячу раз) больше, хотя всё равно — практически не выходит за масштабы атомного ядра.
Другие «виртуальные» кванты — гравитоны (гипотетические), и «виртуальные» фотоны (кванты электромагнитного поля) — лишены массы покоя. Поэтому в отличие от всех других «виртуальных» частиц — они могут существовать неограниченно, по времени. Поэтому гравитационное и электромагнитное поля убывают в пространстве очень медленно, а именно — лишь из-за увеличения покрываемого пространства, а не из-за исчезновения своих «виртуальных» квантов, возвращающих энергию вакууму.
Итак, кванты полей, и различия в их массах (= энергиях) — позволяют объяснить различия в масштабах, на которых действуют разные виды полей, а также увидеть в действии полей — определённый механизм (как обмен «виртуальными» квантами).