До сих пор не существует единой теории атомного ядра – основного элемента, из которого состоит всё вещество во Вселенной. Не совсем ясно, что управляет притяжением разноимённых и отталкиванием одноимённых электрических зарядов. Совершенно неизвестно истинное предназначение незримо обитающей во Вселенной тёмной энергии. К тому же никто достоверно не знает, существует ли вообще тёмная энергия.
В соответствии с квантовой теорией, в реальном пространстве всегда есть неустранимые неопределённости физических полей, которые не могут обратиться в нуль. С ними связана ненулевая средняя энергия. Для многих теорий поля рассчитываемая плотность энергии вакуума оказывается бесконечной. В такие теории учёные вынуждены вводить специальные процедуры устранения бесконечностей.
Теоретическая физика объясняет присутствие в вакууме энергии рождающимися из ничего и исчезающими в никуда, виртуальными частицами. Вакуум как бы кипит, и это кипение нельзя устранить без нарушения законов квантовой механики. Частицы рождаются и аннигилируют в вакууме на отрезках времени, позволяемых соотношением неопределённостей Гейзенберга. Из соотношения следует: чем меньше время жизни частицы, тем большей может быть её энергия.
Интенсивность флуктуационных процессов изменяется при взаимодействии с внешними полями и приводит к поляризации вакуума. В результате каждая элементарная частица оказывается одетой в шубу виртуальных частиц и составляет с ней одно целое – наблюдаемую элементарную частицу.
Явления флуктуаций вакуума, как и постоянные взаимопревращения элементарных частиц друг в друга, заставляют задуматься: а действительно ли мир состоит из описываемых математическими уравнениями дискретных элементов?
Разогнав две одинаковые частицы в ускорителе и столкнув их, мы можем получить не две, а три одинаковые частицы. Третья частица возникает из энергии столкновения. Физическая теория рассматривает её как вероятностную динамическую функцию, как взаимодействие, связанное с непрерывным превращением энергии.
Частицы предстают перед нами не как реальные объекты, но как сгустки энергии. Проводя измерение, мы разрушаем изначальное взаимодействие и создаём новое взаимодействие, которое изменяет саму частицу. Из-за этого частицы, непрерывно превращаясь одна в другую или иные формы энергии, не имеют и не могут иметь постоянных характеристик. Кварки, которые, по предположению учёных, являются последней ступенью дробления материи, в свободном состоянии ненаблюдаемые. Силы, действующие между кварками, не уменьшаются с расстоянием, и для разъединения кварков требуется невообразимо большая энергия.
Если частица распадается на какие-либо частицы, нельзя сказать, что продукты распада содержались в ней в виде составных частей. В определённом смысле взаимопревращения частиц можно сравнить со взаимопревращениями чисел друг в друга.
Рассмотрим равенство 4=1+3. Как видим, превратилась четвёрка в единицу и тройку. Возможно превращение и тройки в четвёрку при «поглощении» ею единицы. Но в реальности состоит ли наша четвёрка из единицы и тройки? Не вмещает ли она бесконечный набор чисел? И где истина – в математическом равенстве или в нашем умозаключении? Существуют ли реально в природе числа?
Математика нас вводит в заблуждение. Природа – это не математика. Математический формализм – метафизические концепции и интерпретации физических процессов. Все физические законы и теории носят исключительно описательный характер. Классическая механика описывает механическое движение материальных тел и происходящие при этом взаимодействия между ними, но самой природы описываемых явлений не касается. Квантовая механика описывает не микрообъекты сами по себе, а проявление их свойств в микромире, не касаясь природы этих явлений. И ни одна физическая теория не отвечает на вопрос: откуда всё это произошло?
Согласно современным представлениям учёных, весь материальный мир построен из элементарных частиц и античастиц, связанных разного вида взаимодействиями. Количество обнаруженных элементарных частиц измеряется сотнями. Видов фундаментальных взаимодействий между частицами известно всего четыре: гравитация, электромагнетизм, сильное взаимодействие и слабое взаимодействие.
Гравитация притягивает друг к другу объекты, обладающие массой. С помощью электромагнетизма твёрдые тела становятся прочными и, несмотря на гравитацию, не проваливаются сквозь землю – одноименно заряжённые электроны в атомах на границах веществ отталкиваются друг от друга. Сильное и слабое взаимодействия управляют процессами на субатомном уровне. Удерживая вместе протоны и нейтроны, сильные ядерные силы формируют ядра атомов. Слабое взаимодействие управляет радиоактивным распадом и отвечает за основной источник энергии Солнца. Без слабого взаимодействия наше светило перестало бы существовать. И каждый из этих видов сил характеризуется своей константой.