← На головну

Як виникає маса: квантові поля, вакуум і механізм Хіггса. Науково-популярна лекція.

Опубліковано: 2026-02-19

Як виникає маса: квантові поля, вакуум і механізм Хіггса. Науково-популярна лекція.

Шановні слухачі, я вас вітаю. Нещодавно я вже проводив запис лекції, що таке маса з точки зору сучасної науки. Я вже розповідав, що відповідно до спеціальної теорії відносності, маса - це не є якась внутрішня властивість тіла, а маса є інваріантною енергією будь-якої системи, що маса належить не тілам, а системам. Я пояснював, що у сучасній фізиці маса більшої частини речовини взагалі не належить оцим цеглинкам, елементарним частинкам, з яких ми всі побудовані. Маса не належить кваркам чи електронам, з яких ми складаємося, а маса відповідає за енергію зв'язку, яка є між цими частинками, з яких побудовані всі наші протони, нейтрони, атоми, ядра тощо. І сьогодні я хочу трохи заглибитися в цю тему, бо якщо маса - це є властивість системи, то як бути тоді з елементарними частинками, які не є системами складними, які ні з чого не побудовані? І сьогодні я якраз хочу розповісти, як маса виникає у випадку елементарних частинок. І ми розглянемо, до чого тут взагалі квантовій теорії поля, до чого тут вакуум і чому поява маси - це далеко не така проста система, як нам здавалося. І навіть зараз, коли ми уявляємо, що таке поле хікса, коли ми уявляємо, як виникає базон хікса, коли ми уявляємо, як вони надають масу певним частинкам, а певним частинкам не надають, ми і зараз не маємо відповіді на дуже багато питань. І чому ці питання досі залишаються одними з найбільш глибоких? І чому питання про масу і досі не може вважатися остаточно розв'язаним. Отже, давайте розпочинати. І тут все далеко не так просто, як здається. Якщо майже вся маса протонів і нейтронів походить з енергії їх взаємодії, а не з маси отих самих кварків, то що взагалі означає маса елементарної частинки у фундаментальному сенсі? Якщо вони фундаментальні, то у них енергії взаємодія немає. У них просто немає чого з чим взаємодіяти, а маса є. От звідки вона береться? Щоб відповісти на це питання, нам доведеться відмовитися від класичної інтуїції, що частинка - це якась кулька. Нам доведеться перейти до квантової теорії поля і до уявлення про вакуум, який оточує взагалі все, як про активний фізичний об'єкт. Коли я готував цю лекцію, я намагався знайти якісь цікаві аналогії, але я не впевнений, що в мене вийде дуже наочно пояснити. Ну, але спробую, як зможу. Коли ми кажемо про квантову теорію поля, то вона досить сильно змінює наші уявлення про те, що таке взагалі частинка. Коли я читав лекцію, що таке квантовий світ, я вже трохи про цьому наголошував, тому не буду дуже детально повторювати. Хто захоче, може передивитися. Лише, нагадаю в найзагальніших рисах. Коли ми класично розуміємо частинку, ми розуміємо це як якусь там маленьку кульку, яка десь там рухається у просторі, десь там зміщується в часі, має масу, заряд, спін, інші характеристики. Оці всі електрони, протони, фотони, вони всі рухаються, вони мають енергію, імпульс. І навіть коли ми переходимо до квантового опису світу, оця інтуїція, вона в цілому зберігається. Ну, є та ча та сама частинка. Ну, вона вже не тут, а вона вже десь. В неї якась хвильова функція. Вона перебуває в якомусь там змішаному суперпозиційному стані з певною імовірністю, але сам факт того, чим вона є, ну, начебто під сумнів не ставиться. Але в певний момент і ця інтуїція, і ця логіка перестає працювати. Бо якщо ми намагаємось описати наш світ як напір певних частинок, то релітвійська фізика і квантова механіка виявляються абсолютно несумісними між собою. Я розповідав, що наприкінці 20-х, на початку 30-х років XX століття узгодити між собою спеціальну теорію відносності і квантову механіку намагався відомий фізик Поль Дірак. І він запропонував ідею так званого моря дірака. Це ідея, що у рельтивійському світі все заповнено певним полем. І в цьому світі, в квантовомуретивіському світі енергія може перетворюватися на масу і елементарні частинки можуть народжуватися і зникати. Причому роблять це вони завжди парами. Тобто частинки вже не є тими об'єктами, які зберігаються. Вони вже не можуть бути фундаментальними об'єктами нашої природи. На фундаментальному, на найбільш глибокому рівні первинними об'єктами нашого світу є поля. Поля - це безперервне щось, що заповнює весь наш всесвіт. А кожна частинка - це лише збудження, це лише хвилька на цьому морі полів. Ну, якщо поле - це певний океан, то оці хвильки - це частинки, і ми їх лише сприймаємо як якісь реальні об'єкти. Причому поля є завжди, оцей океан є завжди. Хвилі можуть зникати, хвилі можуть народжуватися, але океан саме первинний. Тому в інтуїції квантової теорії поля електрон - це не кулька. Електрон - це збудження певного електронного поля, яке заповнює весь всесвіт. І фотон - це не кулька. Фотон - це збудження, але вже електромагнітного поля. І кварк - це не кулька. Кварк - це збудження відповідних кварковів полів. І кожна частинка - це збудження свого власного поля. Тими полями заповнений абсолютно весь всесвіт. Навіть в точці, де немає жодної частинки, у вакуумі, у порожнечі, поля все одноч існують. А частинки - це лише локалізований, тобто той, що знаходиться саме тут, квант. От локалізоване збудження цього поля саме в цій точці. І коли ми переходимо до цієї картини світу, то питання про масу звучить вже зовсім інакше. Це не питання вже там скільки важить певна частинка. Це питання якими властивостями володіє відповідне поле і чому воно володіє саме такими властивостями. В квантовій теорії поля маса - це не властивість частинки як об'єкта. Маса - це певний параметр в рівнянні поля. От, який визначає, як саме збудження, як саме хвильки цього поля поводяться у просторі і часі. Ну, наприклад, чи можуть вони розповсюджуватися на далекій відстані, чи вони десь локалізовані, як швидко вони рухаються, чи можуть вони рухатися зі швидкістю світла, чи вони завжди рухаються повільніше за неї, е, як швидко вони затухаються, тобто який їх час життя, який зв'язок між їх енергією, рухом, фактично, які властивості мають породжені певним полем хвильки. І коли ми це зрозуміли, то саме тут починаються досить великі проблеми. Почати треба з того, що коли ми кажемо про квантову теорію поля, то от у світі квантових полів відсутність маси - це не проблема. Навпаки, відсутність маси - це найпростіший, це найбільш природній випадок. От. От розглянемо, наприклад, електромагнітне поле. Електромагнітне поле світло, інфрачервоне випромінювання, рентген, гама, радіоапазот. Це те, що нам всім відомо. У цього поля є квант збудження. Він називається фотон. Фотон - це елементарна частинка. Вона не має маси. Вона завжди рухається зі швидкістю світла. Фотони розповсюджуються на нескінченно великій відстані і все з ними чудово. Так як фотони мають маси, то електромагнітне поле теж безмасове. І це поле, отаке безмасове електромагнітне поле, воно і математично, і фізично описується надзвичайно елегантно. Всі його рівняння дуже симетричні. Всі його рівняння чудово узгоджені з рельтивійською, з квантовою теорією. Безмасові поля у фізиці виникають абсолютно природні. Вони надзвичайно стійкі. Їх можна чудово квантувати. Там немає жодних суперечностей. Ну, це це взагалі краса і елегантність сучасної фізики. Це поле з максимальною симетрією. У нього немає ніяких там виділених станів, немає ніяких превілованих систем відліку. Воно виглядає однаково для всіх спостерігачів. Тобто це просто щось надзвичайно чудове. І от якби всі поля, якби всі фундаментальні взаємодії були б безмасовими, то звичайно, що фізика була б значно простішаю. Ну, там була б інша проблема, тому що у світі без масових полів нас, як вчених, як спостерігачів, не могло б існувати і не було б кому замислюватися над красою і елегантністю фізики. Але в цілому світ без маси був би значно більш елегантним, ніж світ, в якому маса з'являється. А от коли ми кажемо про масові поля, то тут все стає значно складніше. Ну, на перший погляд, що може бути простіше? От в нас немає маси, у нас є рівняння поле. От давайте просто додамо в це поле масу. Ну, і все начебто буде чудово. Коли ми кажемо про класичну фізику, то там саме так і роблять. От є рівняння руху, ми беремо і додаємо в це рівняння руху певний член з масою. О, все чудово, все працює. Але у квантовій теорії поля так зробити неможливо, бо це відразу зруйнує всю нашу теорію. І основна причина, чому так зробити неможливо, тому що додання певної маси, ну, в лабках додання певної маси відразу зламає симетрію нашої системи. Е, симетрія - це важливий термін. В фундаментальній фізиці симетрія - це просто як щось там красиве чи естичне. Ну, це не якась там естетична, симетрична квітка, як в побутовому розумінні. Коли ми кажемо про сучасну фізику, коли ми кажемо про сучасну квантову теорію поля, то симетрія - це основа всього. Симетрія - це першопричина. Саме симетрія породжує майже всі фундаментальні закони. І саме симетрія породжує майже всі взаємодії. Якщо казати так певним чином філософськи, то симетрія - це те, що створює наш світ. Майже всі фундаментальні закони виникають з певних симетрій. У нас є симетрія в часі. Минуле таке саме, як майбутнє. Закони фізики раніше діяли точно так, як вони будуть діяти потім. Якщо майбутнє таке ж саме, як минуле, то це відразу призводить до того, що енергія зберігається і вічний двигун неможливий. У нас є симетрія в просторі. Напрямок туди точно такий самий, як напрямок туди. Якщо ми повернемося на певний кут, нічого не зміниться. Якщо ми це врахуємо, ми відразу прийдемо до законів збереження імпульсу і моменту імпульсу. Це відомі теореми нер. Їх відкрила Емі Амалі Nether на початку X століття. І вони зараз є основою всіх законів збереження. Якщо я кажу, що енергія зберігається, мається на увазі, тому що час раніше ішов так само, як і в майбутньому. От в квантових теоріях поля симетрії теж дуже важливі, а всі сучасні теорії фундаментальних взаємодій відповідно побудовані на принципах певних симетрій, які називаються калібрувальні інваріантності. Е, це звучить досить страшно, але ідея цих калібрувальних інваріантностей і симетрій насправді дуже красива. Вона означає, що всі закони фізики мають певні внутрішні симетрії. І саме ці симетрії визначають, які поля взагалі існують в нашому світі і як вони взаємодіють. Наш світ є таким, як він є, і всі взаємодії в ньому існують, тому що він певним чином симетричний. І от якщо ми намагаємося цю симетрію якось порушити, зробити світ несиметричним, світ нібито це відчуває і він чинить нам в лапках опір. І саме цей опір світу, нашим намаганням зламати симметрію, ми відчуваємо як певну силу, як певну взаємодію. Тобто опір всесвіту нашим спробам порушити симетрію і визначає появу певних взаємодій. І в цьому сенсі сили - це не щось первинне. Сили - це наслідок вимоги симетрії. Ну, формально, звичайно, що це не опір ніякий. Формально це необхідність компенсувати локальні зміни. Це вимога локальної симетрії. Вона нас примушує вводити певні поля. І ці поля проявляються як взаємодії. Ну, але в аспектах нашої лекції це не так особливо важливо. Важливо, що симетрії - це первинна властивість нашого всесвіту і вони все породжують. Інтуїтивно це можна зрозуміти. Так. От в нас є певна система в симетричному стані. І поки вона в такому стані, нічого не відбувається. Але як тільки ми намагаємося цю систему якось відхилити від цього опису, з'являється необхідність у чомусь, що цю узгодженість повертає. І оце щось, що повертає узгодженість, для нас виглядає як сила. І безмасовість електромагнітного поля напряму пов'язана з однією з таких симетрій, калібрувальних симетрій, яка називається свобода вибору потенціалу. Ми можемо змінювати, ну, не будь-яким чином, але широким колом способів потенціали, а фізичні поля, електричне і магнітне поле залишаються тими самими. Е, як би це так пояснити наочно? От от існують реальні поля, вони діють. Ми беремо два магніти і ці два магніти починають притягуватися між собою. Це щось реальне. А існують певні потенціали. Вони потрібні, щоб ці поля обчислювати. І симетрія поля полягає у тому, що ці потенціали можна змінювати майже довільним чином. І причому фізичні поля залишаються ті ж самі. Те, що діє, залишається те ж саме. Ну, якщо приводити аналогії з чимось таким більш доступним, то найпростіша аналогія, як мені здається, - це висота над поверхнею землі. От уявіть собі, що ми досліджуємо силу падіння. Ми досліджуємо, як тіло вільно падає. Нам потрібно знати, як певний об'єкт, цей пульційного керування чи якийсь камі'нець рухається, з яким прискоренням, з якою швидкістю. Але питання, від чого відраховувати висоту? Ми можемо відраховувати від рівня моря без проблем. Від поверхні землі теж без проблем. Ми можемо від підлоги в цій кімнаті теж проблем не буде. Немає жодної різниці. Ми можемо обрати будь-яку точку, як нуль висоти. Абсолютно будь-яку. Ну, зрозумілі, що там обмеження є. Ми не можемо обрати її десь там у космосі, бо там вже буде інше гравітаційне поле, там вже аналогія діяти не буде. Але якщо ми скажемо нуль ось тут, все буде працювати, нуль ось тут теж буде працювати. На 10 м нижче, нижче все буде працювати. Нічого взагалі фундаментально від цього фізично не зміниться. Цей пульт буде падати з тим самим прискоренням за той самий час. Він буде набувати тієї ж самої швидкості. Всі реальні спостереження залишаться тими самими, незважаючи на те, де ми оберемо нуль висоти. Рівень нуля - це просто зручність для наших обчислень. Це не властивіть природи. Природу абсолютно не цікавить, де саме ми поставимо нуль. Система наша симетрична відносно того, що ми називаємо нульовим рівнем. І у формулі нам важлива лише різниця висот, а не абсолютні значення верхньої і нижньої висоти. І так само у електромагнітній взаємодії існують реальні поля. Електричне поле, магнітне поле. Вони діють, вони штовхають кудись заряди. Вони змушують там магніти притягуватися чи якось створюють поле в катушці, що обертається. А поруч з ними існують потенціали. Потенціали ми ввели для зручності опису. Це той самий рівень нуля. І виявляється, що ми можемо змінювати ці потенціали дуже широким класом способів, ніяк не змінюючи жодного реального стану фізичного об'єкту. І оця свобода нашого вибору, ця симетрія системи, вона вбудована в саму природу електромагнітного поля. І саме ця симетрія робить можливість фотона бути безмасовим і робить можливість світлу розповсюджуватися з його сталою швидкістю. Якщо ми спробуємо якось приписати фотону масу, то ця симетрія відразу зникне. Разом з нею відразу зникне вся узгодженість нашої теорії. Всі формули, всі закони просто перестануть працювати. І те ж саме стосується інших фундаментальних взаємодій. Це є досить серйозною проблемою. Ми чітко знаємо, що деякі елементарні частинки мають масу. Електрон має масу, кварк має масу, міон, таон. ZW базони мають масу, а теорія каже, що просто так їм масу не дати не можна. От сама симетрія нашого всесвіту це забороняє. Якщо взяти безмасове поле і додати в ньому масу, симетрія відразу зникає. Фізично це виглядає так, нібито ми намагаємося надати полю властивість, яка суперечить правилам нашого всесвіту. Ну, взагалі правилам, за яким це поле може існувати. Тобто, що ми маємо? По-перше, безмасові поля природні. Вони виникають цілком природнім чином. По-друге, симетрії необхідні. Симетрії є основою всього нашого всесвіту. По-третє, маса в рівняннях поле все руйнує. Її там не має бути, але маса є. Кварки мають масу, електрон, базони мають масу. Тобто природа певним чином надає масу частинок, але при цьому їй вдається не зламати симетрії, не зруйнувати теорію. Що це означає? Це означає, що маса не може бути властивістю поля. У полів маси немає. Всі поля безмасові. Всі частинки мали б бути безмасові, але маса у них з'являється внаслідок чогось іншого. Це означає, що маса з'являється не з рівнянь поля. А маса зрівняється з стану, в якому перебуває наш всесвіт. І коли ми це зрозуміли, то ми неминуче впираємося в поняття вакуум, але не в побутовому сенсі, як певна порожнеч, а в квантому. У фізичному сенсі. В побудовому розумінні вакуум - це ніщо. В квантовому сенсі вакуум - це не ніщо. Це стан мінімальної енергії всіх полів, які існують в нашому всесвіті. Це океан, на якому немає жодної хвильки. Це сутільний океан. Він всюди. Поля нікуди, ніколи не зникають. Навіть якщо десь немає жодної частинки, поле там існує. Просто це поле у своєму найспокійнішому, найнижчому стані. Якщо вакуум - це стан полів, то він перестає бути просто фоном. Він починає поводитися як певне середовище. Ну, звичайно, що це не якесь там матеріальне середовище в класичному сенсі, це не якийсь там ефір, але це щось, з чим частинки взаємодіють. Коли ми зрозуміли, що вакуум - це найнижчий стан полів, то ми розуміємо, що кожна частинка більше не перебуває в ніщо. Вона рухається в конкретному стані всесвіту. І от маса з'являється не як фундаментальна властивість поля, а як ефект взаємодії з вакуумом. Цей вакуум чинить опір нашому пересуванню, чинить опір нашої частинки, створює інертність. І цю інертність ми і називаємо масою. Ми не можемо рухатися зі швидкістю світла саме тому, що вакуум от своїми полями заважає нам це робити. І в цьому сенсі маса - це вже не щось таке внутрішнє, що сховане в цій частинці. Маса - це ефект взаємодії між частинкою і вакуумом. Ну, це не те, що вакуум якось гальмує частинку, а тому, що сам факт існування частинки у вакуумі змінює динаміку її руху. Її рух перестає бути таким, як у випадку безмасового поля. З'являється стан спокою, з'являється інертність, з'являється маса. І все це відбувається без порушення симетрії. Рівняння ті ж самі. Абсолютно нічого не додається. Ми не вписали туди масу вручну. Просто рух відбувається в стані певному вакууму. І цей стан вакууму надає частинкам масу. І саме через це деякі частинки залишаються безмасовими, а у інших маса з'являється. Саме тому маса не є універсальною властивістю всіх полів. Саме тому питання, звідки береться маса, виявляється не про частинки, а про структуру вакууму, в якому вони існують. І саме тут ми підходимо нарешті до одного з, мабуть, найвражаючих відкриттів теоретичної фізики XX сторіччя, до ідеї, що весь наш всесвіт заповнений певним особливим полем. І саме взаємодія з цим особливим полем надає масу всім елементарним частинкам. Зараз ми це поле називаємо полемкса. От давайте трохи про це полекса і поговоримо далі. Якщо ми кажемо про середину XX століття, то це час, коли фізики опинилися у досить дивній ситуації. З однієї сторони, вони вже мали надзвичайно успішну теорію, яка чудово працювала для електромагнітної взаємодії, яка призводила до того, що існує фотон, що цей фотон маси немає. З іншої сторони, схожі теорії мали б існувати для інших частинок, але вони чомусь мали масу. І саме в цьому контексті з'являється ідея спеціального поля, яке заповнює весь простір і має дуже незвичну властивість. Його найнижчий енергетичний стан не дорівнює нулю. Навіть у повній порожнечі, без жодної частинки, де нічого немає, це поле не вимикається. Воно всюди присутнє. Це якесь фонове значення. Це постійна стала характеристика вакууму. Це ніби той самий океан, але який не під нами, але піднятий на певну висоту. І от якщо інші поля можна уявити як рівень води під вашими ногами, то це поле нібито підняте на певну висоту і ми наче рухаємося весь час по коліна в певній воді. Ця вода присутня абсолютно всюди. І саме цей факт не дає можливість частинкам рухатися так швидко, як би вони хотіли. Коли ця ідея з'явилася, вона була не пов'язана з ім'ям якоїсь однієї людиною. На початку 60-х років велика кількість груп фізиків майже одночасно підійшли до цієї проблеми, як узгоджити оцю калібрувальну симетрію з тим фактом, що масові частинки існують. Це були і Франсуа Еглер, і Роберт Браунд, і Пітер Хікс, на честь якого назвали потім це поле. Трохи пізніше тим займалися Карл Гаген, Том Кібл, Джеральд Гуралінг, багато інших. Всі вони діяли трохи різними шляхами, але вони всі прийшли до спільного висновку: вакуум має мати певну структуру. І саме взаємодія з тією структурою породжує маси всіх елементарних частинок. Це поле хіса, ця структура вакууму, воно не таке, як електромагнітне, воно не векторне, у нього немає напрямку. От електромагнітна взаємодія діє кудись. Світло рухається кудись. Тут немає напрямку. Воно однакове в усіх точках простору. Воно однакове в усіх напрямках. Воно не кудись не направлене. Воно не тягне кудись. Воно не діє як сила. У фізиці такі поля називаються скалярними. Тобто вони не мають виділеного напрямку. І це поле має ненульове значення у вакуумі. Причому воно не виділяє жодного напрямку і просторі. І воно не порушує жодним чином принципи реальвійської фізики. І от якщо вакуум заповнений певним полем, то частинки, які з цим полем, з цим вакуумом взаємодіють, вже не можуть ігнорувати його присутність. Їхня динаміка змінюється. З'являється той самий стан спокою, можливість не рухатися кудись і швидкістю світла, а бути тут і зараз. З'являється інертність, з'являється маса. При цьому рівняння залишаються надзвичайно симетричними. Симетрія ніколи не зникає, але вона вже проявляється певним чином неочевидним способом. Маса тут вже не щось, що додається вручну. Маса - це наслідок того, що вакуум заповнений певним полем. Одні частинки, одні поля взаємодіють з тим вакуумом сильніше, інші слабше, деякі взагалі не взаємодіють. І маса є тією мірою, яка визначає, наскільки сильно певна частинка взаємодіє з полем хікса. І саме тому маси у частинок різні. Ті частинки, які взагалі не взаємодіють з полем хікса, вони залишаються безмасовими. Отой самий фотон, він не має маси, бо електромагнітне поле не бачить поле хікса. А от кварки, електрони, ZWВ, базони, вони взаємодіють з цим полем, тому вони масивні. Якщо пташка летить десь над цією водою, вона ніяк не буде з цією водою взаємодіяти і вода не буде гальмувати її. Якщо ви спробуєте пройтись через цю воду, то вам буде певним чином незручно. ви будете рухатися не так швидко, як могли б. А якщо через той самий рівень води по коліна спробує пройтись якийсь там мініатюрний йоркфірський тор'єр, у нього вже це не вийде. Він буде дуже повільно плести, там, болтихатися. Йому буде надзвичайно важко. Тобто поле те ж саме, але міра взаємодії з цим полем різна. І саме тому різні частинки по-різному поводять себе у поле хіса. Важливо підкреслити, що у тій картині світу взагалі ніхто нам не дає масу якимось частинкам. Оце поле хікса, воно не є фабрикою маси. Воно не роздає її як певний там, не знаю, подарунок. Воно просто існує. Маса виникає як ефект взаємодії будь-яких полів, будь-яких частинок з цим полем хікса. Це це як ефект руху в певному середовищі. Частинки не отримують маси в момент свого народження. Вони завжди її мають, бо вони завжди існують у вакуумі, де поле Хікса завжди присутнє. І коли ця ідея була сформульована вперше, вона виглядала дуже гарною. Вона була виглядала настільки гарною, що важко було навіть повірити, що це правда. Вона вирішувала одразу декілька фундаментальних питань, але вона вводила в теорію щось абсолютно нове. Оце саме скалярне поле, яке заповнює абсолютно весь простір, яке ми абсолютно ніяк не можемо побачити безпосередньо. Протягом десятиліть це поле залишалося лише теоретичною конструкцією. Ми розуміли, що воно має бути, але як його побачити було неможливо. Але квантова теорія влаштована так, що будь-яке поле має мати свої збудження. Якщо існує океан, на ньому можуть бути якісь хвильки. І оці коливання, ці хвильки повинні виглядати як певні частинки. Це означає, що якщо всюди у вакуумі існує певне поле, то у цьому ж вакуумі має існувати і квант, окрема частинка цього поля, збудження цього поля. І при достатньо великій енергії ми змогли б народити збудження у цьому полі, народити цю частинку. І саме пошук цього кванта, пошук цієї частинки, пошук цього збудження став не просто там полюванням за ще однією елементарною частинкою. Ми і так їх вже багато відкрили. Це була перевірка самої ідеї того, як у всесвіті виникає маса. Якщо б цю частинку вдалося знайти, це означає, що вакуум дійсно має структуру, а маса всіх частинок - це дійсно не фундаментальна їх якась властивість, а це наслідок взаємодії з цією структурою вакууму. Якщо ж такої частинки не існує, ну, треба вгадувати щось інше. Треба перероблювати значну частину сучасної фізики. Тому це було дуже важливо. І тут саме і виникає питання: а як взагалі в сучасній науці шукають елементарні частинки? Ми не можемо взяти вакуум і от просто зазирнути всередини цього вакууму. Ми не можемо там взяти частинку в руки, там розглянути, о, частинка, чудово, якось витягнути тією частинку з простору. Єдиний спосіб дізнатися, що в природі існує певна нова фундаментальна частинка, фундаментальна сутність - це створити такі умови, коли вона може народитись. А це означає, що нам треба зосередити величезну кількість енергії у дуже маленькому обхімі нашого простору. Якщо ми кажемо про практику, то на практиці це робиться надзвичайно грубо і надзвичайно прямолінійно. Ми беремо частинки, великі частинки, масивні частинки, розганяємо їх до величезних швидкостей і лоб в лоб зіштовхуємо прямо. Колосальні енергії виділяються при цьому. Коли в нас відбувається це зіткнення, їхня кінетична енергія перетворюється на енергію їх взаємодії. І при цьому, якщо енергії було достатньо, цього може вистачити, щоб в вакуумі, в цьому місті народилась якась нова частинка, якої у спокійному стані просто не існує. Тобто пошук нових частинок - це не пошук якоїсь там загубленої речі. Це наче спроба змусити всесвіт, на мить показати, що зазвичай у цьому всесвіті приховано. Ми б'ємо частинки о частинки і сподіваємося, що серед уламків, які утворяться, серед продуктів розпаду, з'явиться щось нове. І ми сподіваємося, що це нове це буде саме те, що передбачає наша теорія. Ми не можемо сказати точно. Може виникнути будь-що, але ми сподіваємося, що нам пощастить. При цьому ця це збудження поля, воно майже миттєво зникне, але певний слід воно може встигнути залишити. І саме так шукають всі елементарні частинки. Їх не шукають безпосередньо. Шукають частинки за їх слідами, за певними характерними схемами розпаду, за якимись там статистичними надлишками певних подій, які неможливо пояснити іншим чином. Звичайно, що знайти такі частинки надзвичайно складно. Знайти частинку поля Хікса довго ніхто не міг. Ну, по-перше, ніхто не знав масу тієї частинки. Ця частинка живе дуже недовго. Вона майже миттєво розпадається на інші частинки. Ми не можемо її побачити безпосередньо. Ми можемо її лише реконструювати за слідами її розпаду. І навіть самі події, коли вона може народитися, надзвичайно рідкісні. Люди шукали цю частинку десятиліттями. Вони все збільшували прискорювачі, надавали більше енергії, витрачали величезну кількість грошей. Енергії зростали весь час, обмеження ставали все більш жорсткі. Мова йшла не просто про якусь нову частинку, мова йшла про взагалі наше розуміння вакууму, наше розуміння симетрій, наше розуміння самої природи. Це мільярди доларів, це десятки мільярдів доларів, це десятки років пошуку наукового. І от нарешті у 2012 році група вчених з ЦЕРНО, це були представники двох найбільш потужних експериментальних установок, які називалися Атлас і ЦМС. Вони працювали на великому адронному калайдері біля міста Женева у Швейцарії, на кордоні Швейцарії і Франції. Вони оголосили у 2012 році, що вони відкрили нову частинку з такими властивостями, які і мало б мати збудження поля Хікса. Це, звичайно, що не була фінальна відповідь на питання, що це воно є, але це був вирішальний крок. Тобто це було підтвердження ідеї того, що маса є ефектом взаємодії з вакуумом. Що це не просто якась красива математика, це реальний механізм. Це реальний механізм, який породжує всі маси в нашому всесвіті. Ту частинку, які вони відкрили, яку вони представили, зараз ми називаємо бозоном хікса. Як я вже згадував, ідея Поля Хікса не була ідеєю якоїсь однієї людини. Багато вчених займалися цією теорією. І виникає питання: а чому ж тоді базон Хікса? Чому не базон Еглера чи когось ще? А насправді тут немає жодної фізики. Насправді це історична випадковість. Саме Пітер Хікс в своїй роботі не просто розглянув це поле, а він особливо підкреслив, що це поле має мати особливе квантове збудження. тобто частинку. І от саме ця ідея, що цю концепцію поля Хікса можна перевірити експериментально і допомогла цій частинці отримати його ім'я. Саме тому ми його називаємо бозоном хікса, а не бозоном Еглера чи Браун. І знов таки важливо не переплутати. Коли ми кажемо про бозон хікса, ми говоримо не про поле, ми говоримо про маленьке локальне коливання цього поля, про квант цього поля. Це як хвилька на поверхні води. Вона реальна, її можна побачити, але вона не створює цей океан. Вона не створює воду, вона не є самою водою. Океан - це поле. Бозон - це одна хвилька на цьому полі. Відкрита частинка - це не якась там частинка маси в лабках. Вона не є джерелом маси навколо. Вона лише свідчення того, що вакуум має такі властивості, як ми передбачали. Ця хвилька є ознакою існування океану, але вона не є тим, що цей океан створює. Щоб інтуїтивно зрозуміти, як це поле пов'язано з масою і чим насправді є цей базон, часто наводять дуже популярну аналогію з людиною в натовпі. Ця аналогія виникає не в якихось там підручниках, вона не є частиною фізичної теорії. Її запропонував в свій час британський фізик, популяризатор науки Девід Міллер. Був певний конкурс. І в рамках цього конкурсу першу премію і навіть грошову нагороду отримала людина Девід Міллер, запропонувавши таку досить вдалу, інтуїтивну аналогію, як взагалі діє поле Хікса. І це лише певне пояснення, це є певна метафора, як вона працює. От уявіть собі певний зал, певну вечірку. І в цьому залі, на тій вечірці рівномірно розподілені люди. Якщо через цю вечірку, через цей натовп людей проходить звичайна людина, ну, типу мене, я особливо нікого не цікавлю. Натовп майже на мене ніяк не прореагує. Ну, хтось може зі мною привітатися і все. Мій рух відбувається легко. Мені трохи доведеться затриматися, так, але в цілому я пройду через цей зал майже без перешкод. Але якщо в цей зал ввійде якась відома медійна персона, натовп відразу почне збиратися навколо неї. Виникає певне скупчення. Рух стає цієї пасовільним, важким. Всі хочуть потиснути руку, всі хочуть привітатися, всі хочуть якісь там зробити селфі. У цій аналогії натовп відіграє роль оцього вакууму, цього поля хікса. А важкість руху - це маса. І чим більш відома людина, тим важче їй буде через цей нав пройти. Цю ж аналогію можна і розширити, щоб побачити різницю між масовими і безмасовими частинками. От уявіть собі, що в цей цей зал, де є вечірка, залітає якась через вікно пташка. Вона пролітає просто над натовпом, ні з ким не про взаємодіючи. Так, люди можуть її помітити, але вони не збираються навколо неї. Вони не утворюють скупчень. Вони ніяким чином не заважають тій пташці рухатися. Пташко рухається вільно, швидко, ніби для нього цього поля взагалі не існує. Це якраз і є вдалий досить образ без масової частинки. Так, вона має енергію, вона має імпульс, вона цілком реальна, але вона ніяк не взаємодіє з полем хікса. І саме тому фотон не має маси. Він пролітає крізь вакуум, не відчуваючи структуру вакуума, не відчуваючи те, що інших частинок робить рух їх важким. І ще один важливий момент в тій самій аналогії, що таке взагалі бозонх. От уявіть собі, що у нас з'являється не людина, яка хоче пройти через цей зал і не пташка, яка десь над ним летить. Бозон Хікса - це збудження самого натовпу. Це ситуація, коли в натовпі виникає певна чутка. Хтось щось сказав, тихенько так. О, о, а ви чули, що там нещодавно трапилося? І ця чутка починає передаватися від людини то людини. Це певна інформація, яка іде по цьому залу. І коли ця інформація іде по цьому залу, у нас певним чином утворюється хвиля обговорення. Люди там збираються разом, люди починають гуртуватися, люди починають реагувати. У нас виникає скупчення. Ця хвиля, це скупчення, ця чутка цілком реальна. Її можна помітити, можна побачити, як вона кудись там пересувається, як вона поширюється. Але вона не є окремим об'єктом, який існує сам по собі. Ця чутка є просто станом цього натовпу. Ніхто в цей зал додатково не заходив. Цей зал сам утворив певний стан, який кудись рухається. Поки ця чутка циркулює, вона поводиться як щось масивне, важке. Вона локалізована, вона має енергію, вона може впливати на рух людей в цьому залі. Але з часом обговорення вчухає, людам людям стає нецікаво, інтерес зникає і хвиля ця певним чином розсіюється. Фундаментально нічого не не зникає. Зал той самий, поле те ж саме, люди ті ж самі. Просто немає вже обговорення, зникає збудження. Базон хікса зник, поле хікса залишилося. Саме так слід думати і про базон хікса. Це не джерело маси, це не частинка, яка надає всім іншим масу. Це один квант збудження пола хікса. Це доказ того, що це поле насправді існує. Доказ того, що воно може певним чином коливатися. Доказ того, що дійсно воно дає всім іншим частинкам маси. Тут важливо не переплутати причину наслідок. Елементарні частинки мають масу не тому, що десь поруч з'являється бозон Хікса. Вони мають масу постійно. Вони постійно взаємодіють з цим полем, яке заповнює вакуум. Бозон - це лише рідкісна, дуже короткоживуча хвиля в цьому полі. Ми б змогли її побачити в прискорювачах, коли ми зіштовхнули частинки з величезною швидкістю. Ми якраз створили цю чутку. Ми створили маленьке збула хікса. І тут, мабуть, аналогія завершує свою роботу. Вона ніяк не пояснює деталей. Вона дозволяє нам лише відчути найголовніше. У сучасній фізиці маса - це не те, що носять частинки десь всередині себе. Це те, як вони взаємодіють з оточуючим світом. Це те, як вони взаємодіють з вакуумом, в якому вони існують. Так, аналогія корисна, але сприймати її слід дуже обережно. У реальній фізиці ніхто не за ким не біжить. Ніякої сили тарця в буквальному сенсі не виникає. Частинка не гальмується полем. Її маса виникає не тому, що вона якось втрачає енергії. Це зміна структури руху через взаємодію з станом вакуума. Аналогія допомагає відчути ідею, але вона не ніяк не замінює фізику. Інша популярна аналогія - це рух у воді, про який я вже згадував. Тіло, що рухається у повітрі над водою, поводиться інакше, ніж те тіло, що рухається у воді. Різні форми, різні властивості, різні розміри. І ми бачимо, що середовище по-різному діє на її рух. У цьому образі вакуум з полем хікса схожий на особливе середовище, яке по-різному взаємодіє з різними частинками. І тут важливо знов таки пам'ятати, що поле хікса - це не газ, це не ефір, це не вода, це квантове поле. Всі, е, аналогії тут дуже наближені. Це лише тіні справжньої фізики. Відкриття бозони Хікса стало справжнім величезним проривом. Після оголошення у 2012 році про відкриття нової частинки, ну, вчені отримали їй масу, там 125, здається, гігаonвольт. Це була Це не була не просто ще одна комірка десь в таблиці. От написали чудово. Це було підтвердження того, що у вакуумі дійсно існує певне скалярне поле, яке має ненульове середнє значення. що маси всіх частинок дійсно породжуються як результат взаємодії з цим полем, як і передбачає наша теорія. Звичайно, що наступного 2013 року за це майже відразу дали Нобелівську премію, як у випадку відкриттів гравітаційних хвиль, ну, ніхто з фізиків не сумнівався, що саме це відкриття заслуговує її, бо це революційне відкриття, це відкриття, яке дійсно змінює наше уявлення про будову всесвіту. І саме тут в гру вступили журналісти. Цю частинку у засобах масової інформації охрестили частинкою Бога. І саме так досить часто навіть зараз згадують про неї в різних журналістських статтях. Це звучить надзвичайно красиво, ефектно, але фізично це повністю хибно. Назва частинки Бога з'явилася взагалі не в наукових статтях, вона з'явилася не серед фізиків. Її джерело - це популярна книжка, яку написав у 1993 році Леон Лірман, нобелівський лауреат з фізики. І вона називається The God particle. If the universe is the answer, what is the question? Історія цієї назви досить показова. За словами самого Лідермана, робочою назвою книжки було The God Damn Parkle. Клята частинка. Саме так фізики жартома називали цей бозон Хікса, бо він був надзвичайно важкий для експериментального виявлення. The goddamn. Клята частинка. Десятиліттями його шукали, але безрезультатно. Але видавцю дуже не сподобалося це слово. Він відмовився виносити слово godam на укладинку. Він просто прибрав другу половину і так з'явилася got particle. Тобто це був просто редакційний крок. Це не був результат якогось там богословського, філософського чи метафоричного сенсу. Автор нічого подібного не закладав. Це був це був маркетинговий ход, це була гра слів, це був, ну, певний жарт. Але цей жарт ідеально підійшов для медіа. Журналісти дуже швидко підхопили цю назву. Вона звучить гучно. Вона обіцяє щось загадкове. Вона обіцяє щось остаточне. Нібито нарешті ми знайшли частинку, яка створює всесвіт, яка пояснює буття, яка ставить крапку взагалі в нашій науці. God particle, частинка Бога. Е, мій багаторічний досвід спілкування і викладання в інституті журналістики взагалі свідчить, що журналісти дуже полюбляють от щось таке яскраве, гучне, навіть якщо воно досить хибне. У масовій свідомості це одразу породило певні хибні асоціації, що нібито бозон Хікса є першопричиною чогось, джерелом існування, певним фізичним аналогом божественного акту творіння. Ні, він цим не є. Це фізично повністю неправда. Бозон Хікса - це дійсно одна з фундаментальних частинок, але він не більш фундаментальний, ніж там електрон чи кварк чи щось ще. Це не якась там цеглинка всіх цеглинок. Це просто збудження одного конкретного квантового поля, поля Хікса. Він нічого не створює. Він нікого не наділяє масою в прямому сенсі. Частинки мають масу не тому, що бозон десь з'явився, а тому, що поле перебуває у певному стані. І саме взаємодія з цим полем відбувається постійно, навіть якщо жодних базонів навколо немає. Ця частинка нічого не створює. Вона нікого не наділяє буттям. Вона не є першопчиною світу. Вона навіть не є джерелом маси в прямому сенсі. Сам бозон Хікса взагалі не є необхідним для існування всесвіту. Він надзвичайно нестабільний. Він живе мізерну частинку секунди. Він з'являється лише в умовах колосальних енергій. Е, майже миттєво розпадається. Базони Хікса не тримають наш світ і маса не падає з ним, як якась там, не знаю, божа роса. Тому більша частина фізиків цю назву дуже не люблять і намагаються її уникати. Вона створює дуже хибне враження, нібито відкрити щось магічне, щось містичне, щось остаточне. Ні, бозон Хікса дійсно важливий, але він важливий не з причини, що він наділяє нас відбуттям, він важливий з іншої точки зору. Він підкреслює конкретний механізм, він підкреслює конкретний стан вакууму. І він доводить, що дійсно наші уявлення про вакуум, наші уявлення про симетрію коректні, вони працюють і маса з'являється саме через цей механізм. Тобто частинка Бога - це не про Бога, це не про творіння, це не першу причину. Це приклад того, як невдалий заголовок може на десятиліття спотворити сприйняття серйозної науки. Мозн Гікса - це не частинка маси. Він є індикатором того, що вакуум має певну структуру. Це доказ того, що існує механізм взаємодії з вакуумом. І цей механізм дійсно працює. Ну, називати його частинкою Бога - це все одно, що називати хвилю творцем океану. От ця хвилька, вона створила океан. Ну ні, звичайно, що. І важливість цього відкриття була не в певному пафосі, а в тому, що воно підтвердило дуже нетривіальну ідею, що маса - це не фундаментальна властивість матерії, а маса - це наслідок взаємодії будь-якого поля з вакуумом. Всесвіт, в якому ми існуємо, виявився не просто сценою, де відбувається рух і взаємодії всіх частинок. Він виявився активним середовищем, стан якого визначає властивості всіх частинок. Але, звичайно, що це відкриття зовсім не закрило тему про походження маси. Воно лише показало нам, що ми рухаємося, ну, десь так у вірному напрямку. Відразу після цього у нас виникають нові, мабуть, ще більш складні питання: а чому маси саме такі? Чому вони настільки різні? Чому деякі частинки, наприклад, нейтрино чи електрон відчувають це поле хікса, а інші частинки, наприклад, топхварк, відчувають його дуже сильно? Як це все узгоджується з гравітацією? Механізм Хікса чудово пояснює, як елементарні частинки утворюють масу через взаємодію з цим полем. Але механізм Хікса не дає відповіді на питання, чому маси частинок мають саме такі значення, які ми вимірюємо в експериментах. Чому електрон значно важчий за нейтрино, але значно легший за кварк? Чому електронсу, а не в 10 разів більшу або в 10 разів меншу? Чому маси кварків настільки різні? Звідки беруться маси всіх базонів? Той сам маси базоних ікса. Чому взагалі існує така дивна ієрархія мас, де деякі частинки легші в сотні разів, ніж інші, а деякі важчі у сотні і тисячі разів? В теорії немає жодного способу вивести ці числа. Ці числа вводяться просто як певні параметри нашої моделі. Вони вводяться ззовні, з експерименту. Вони відповідають тому, що ми спостерігаємо на наших установках. Це схоже на те, як Ньютон колись зробив самою масою. Просто ми додаємо параметризовні, щоб наша теорія працювала без жодного розуміння, звідки саме цей параметр взявся. Фізики називають цю проблему ієрархією масштабів. Вона полягає у тому, що у природі існують величезні розриви між масами частинок від дуже легких нейтрину до дуже важких топкварків. І наша стандартна модель не дає жодного розуміння, чому ці величини настільки сильно відрізняються. Є інша, ще більш дивна особливість. Далеко не всі частинки однаково взаємодіють з полем хікса. Деякі відчувають його досить сильно, деякі досить слабко, інші майже не відчувають. І найхарактерніший приклад тут - це нейтрино. Нейтрино взагалі дуже дивні частинки. Вони присутні майже всюди, але ми їх взагалі ніяк не помічаємо. Вони мають масу, але масу настільки малу, що довгий час фізики вважали їх навіть безмасовими. Їх взаємодія з полем хікса, якщо вона дійсно існує, надзвичайно фантастично слабка. Вона настільки слабка, що існує підозра, а може маса у них з'являється взагалі іншим способом, про який ми досі не знаємо. Ми знаємо, що нейтрино майже не взаємодіють з іншими частинками. Вони проходять через всю нашу планету Земля, не нікого не чіпаючи. От прямо зараз, коли ви слухаєте цю лекцію, через ваше тіло, через моє тіло пролітають цілі величезні потоки сонячних нейтрину. Для них і зірка Сонце, і планета Земля. І ми з вами повністю прозорі. Саме тому ми це не відчуваємо, ми їх не бачимо, але вони тут є. Але ключове слово тут майже. ми їх майже не відчуваємо і їх маса дуже мала. Як я раніше, е, розповідав у курсі для аспірантів в лекції про нейтринні осиляції, експерименти показали, що нейтрино мають масу, дуже малу, але мають. Я не буду зараз казати, що це за осциляції такі, коли одни один тип нейтрину перетворюється на інший тип нейтрину, чому це так важливо. До речі, за це теж дали Нобелівську премію, але ці осиляції прямо доводять, що маса нейтрину не дорівнює нулю. Але коли ми спостерігаємо нейтрину від якихось дуже далеких космічних об'єктів, ну, десь там вибухнула нова зірка у просторі, в всесвіті, ми помічаємо, що потоки нейтрино приходять до нас майже одночасно зі світлом. Це означає, що вони рухаються майже зі швидкістю світла. Тобто їх маса настільки мала, що вони майже не гальмуються. І цей факт дійсно робить їх унікальними серед інших частинок. І він нам дає нову загадку про їх масу. Як так виходить, що вона настільки мала? Існують різні думки, як це можна спробувати пояснити. Існують думки, наприклад, що ця маса пов'язана не з полем хікса, а з іншими полями, які ми поки що не відкрили. Тобто їх гальмує не це збудження хікса, а щось своє. Можливо, вони є взагалі особливою частинками. Можливо, вони відрізняються від всіх інших частинок на фундаментальному рівні. Можливо, їхня маса є наслідком якихось там енергій дуже високих, які недосяжні до сучасних експериментів. В будь-якому випадку нейтрину - це певна підказка, що механізм, от про який я розповідаю, механізм пола хікса - це ще не вся історія. Щось може бути поза ним. Далі виникає ще одне питання: а що з тією масою, яку ми спостерігаємо у нашому всесвіті, але яка жодним чином не належить жодній відомій нам частинці? Я маю на увазі темну матерію, про яку я вже розповідав в окремій лекції. Ми чітко знаємо, що темна матерія складає більшу частину масу нашого всесвіту, але ми її ніяк не бачимо. Ми знаємо про цю темну матерію лише через гравітаційні ефекти. І от одне з відкритих питань сучасної фізики: чи має темна матерія так само взаємодіяти з полем хікса? Тобто, чи вона має масу такого ж типу, як інші частинки, чи може щось інше? Можливо так, можливо ні, але якщо так, то чому ми не бачимо жодних слідів цієї взаємодії? Але якщо ні, то чи означає це, що існують якісь інші механізми, інші прояви маси, про які ми нічого не знаємо? Відповіді немає. Можливо, існує якийсь інший механізм надання маси частинкам, надання маси взагалі матерії, про яких ми не знаємо. Може, їх маса ніяк не пов'язано з полем хікса. Це одне з найцікавіших, це одне з відкритих питань сучасної фізики, сучасної космології, сучасної фізики елементарних частинок. І поки що ми не наблизились до того, щоб дати на нього відповідь. Ще більш дивне питання - це темна енергія. Ми знаємо, що темна енергія - це щось, що заповнює весь наш простір. Вона впливає на розширення нашого всесвіту. Вона поводиться так, нібито вакуум має величезну енергію. Але якщо ми намагаємося це пов'язати якось з полями, якщо ми намагаємося, зокрема, це пов'язати з полем хікса, виникає катастрофічна невідповідність між теорією і спостереженням. Розрахунки дають значення, яке відрізняється від реальних на десятки, на сотні порядків величини. Це не рази, це не мільйони, це не мільярди, це мільярди мільярдів мільярдів мільярдів разів. Це одна з найбільших проблем сучасної фізики. І знов таки ми не можемо дати відповідь на це запитання. Ми не розуміємо, чому це так. У загальній теорії відносності ми бачимо інший аспект маси. Тут маса, ну, точніше, не маса, енергія імпульс - це те, що є джерелом викривлення простору часу, джерелом гравітації. Причому в загальній теорії відносності не тільки маса викривлює, як я вже казав, викривлює взагалі повний тензор енергії, імпульсу. Тобто все, що має енергію, все, що має імпульс, викривлює простір і час. Гравітація у загальній теорії відносності - це геометрія простору часу, а геометрія реагує на всі форми енергії, от не тільки на спокійну нерухому енергію. Це означає, що енергія світла теж викрівлює простір. Це означає, що фотон, який не має маси спокою, теж створює гравітаційне поле. І навпаки, маса спокою частинки оту саму, яку ми вимірюємо на вагах, це лише частина її повної енергії. І тут виникає ще одне питання. От чи сумісні ці два світи? Світ хікса, де маса виникає як ефект взаємодії з вакуумом, і світ загальної теорії відносності, де маса енергія викривлюють простір часу. Сумісність існує, але вона досить нетривіальна. От у стандартній моделі, про яку ми казали, моделі елементарних частинок, моделі цих всіх полів, їх збудження, енергії частинок через механізм тільства, вони певним чином вже враховуються в тензорі енергії імпульса. Тобто формально маса, яку отримує електрон чи кварк, вона певним чином стає джерелом гравітації. Але виникає ще одне питання: а що бути самим полем хікса? Якщо навіть у порожньому вакуумі, де немає жодних полів, це поле має ненульове значення, то воно має гравітувати. Проблема у тому, що якщо підставити величину цього поля ХСА у рівняння загальної теорії відносності, виходить величина, яка яка у тисячі трильйонів разів перевищує те, що ми спостерігаємо у нашому всесвіті. Це так звана проблема космологічної константи. І проблема в тому, що ми не розуміємо, як цю суперечність розв'язати. Ми не розуміємо, чому енергія вакуума, пов'язана з полем хікса, не викликає тих гравітаційних ефектів, які б мали б ми бачити. Ми не розуміємо, як поєднати між собою цю квантову природу поля з геометрією простору часу. Ми не знаємо, чи є поле хікса дійсно фундаментальним, чи воно є проявом чогось ще більш глибокого, чогось більш фундаментального, про яке ми поки що не відзнали. Тому механізм Хікса, тому поле хікса - це ще далеко не фінал історії. Це скоріше доказ того, що ми рухаємося в правильному напрямку, рухаємося правильним шляхом. Воно показує, що маса дійсно виникає через взаємодію з вакуумом, що симетрії дійсно можуть приховувати, що всесвіт дійсно є набагато складнішим, ніж нам здавалося раніше. Але також цей механізм нам чітко вказує і на межі нашого знання. І попри всі ті складності, нам зрозуміло, що маса, яку отримують частинки через взаємодію з полем хікса, стає саме джерелом цього викривлення простору часу, яку ми знаємо як гравітація. Енергія, імпульс, тиск, маса спокою, це все різні аспекти одного і того ж фізичного явища. І от саме ця єдність - це один з, мабуть, найбільш красивих, найбільш неймовірних фактів про наш всесвіт. Отже, давайте спробуємо поступово резюмувати. В нашій лекції ми пройшли шлях від класичних уявлень про масу, про те, що маса - це важкість, про те, що маса - це кількість речовини. Ми дійшли до релятивізму. Ми дійшли до розуміння того, що маса є мірою енергії будь-якої системи і підійшли до механізму хікса. Підійшли до того, що називається сучасним уявленням маси, як міра взаємодії зі станом вакуума. І маса виявилася зовсім не такою, як люди уявляли собі інтуїтивно 100 чи 200 років тому. Маса - це не фундаментальна властивість речовини. Маса - це не щось, що вбудовано в речовину, як в певну цеглинку. Фізика розглядає масу як результат взаємодії частинки з полями, як прояв певних симетрій, як наслідок структури вакууму, що нас оточує. І кожна з цих складових грає свою роль. Вони лише разом створюють те, що ми розуміємо як маса. Якщо брати лише видиму матерію, наприклад, атоми, що нас оточують, планети, зірки, то більша частина цієї маси насправді походить не від мас елементарних частинок, не від мас кварків, не від мас електронів, а від енергій полів, які тримають ці частинки разом. Це енергія зв'язку між кварками в протонах, нейтронах. Це енергія взаємодії. І саме ця енергія проявляється як маса. Тому, якщо ми дивимося кудись там на вагу якогось яблука чи зірки, ми насправді бачимо не масу кульки, ми бачимо структуру складної взаємодії різних енергій. Механізм хікса пояснює, як частинки набувають масу, але він не дає остаточної відповіді на те, чому саме такі маси. Масова ієрархія залишається загадкою, маса нейтрину залишається загадкою, маса темної енергії залишається загадкою. Це взагалі щось, де ми можемо робити лише певні пропущення. Питання, звідки береться маса у фізиці залишається відкритим. І саме це робить його надзвичайно привабливим для досліджень. Воно є вікном у нову фізику, вікном у те, що ми поки що не відкрили. Сучасна картина показує, що маса - це не просто от речовина щось важить. Це інтеграція величезного числа ефектів, взаємодій, симетрій, структури вакууму, енергії, полів, тощо, тощо, тощо. І майбуть найбільш вражає, що вся ця складна абстрактна фізика почувається нами дуже просто, як тяжіння, як вага, як реальний світ, як те, до чого ми можемо доторкнутися. А її справжня фізична природа набагато більш глибока, набагато більш загадкова. І тут, коли ми вже підійшли майже до завершення нашої лекції, хочеться зробити крок трохи вглиб, трохи у філософію. От поле хікса існує, але а як би виглядав наш світ, якби цього поля не існувало? Як би виглядав наш світ, якби вакуум не заважав частинкам рухатись? Якщо ми кажемо про світ без маси, це не просто такий світ, як наш, але трохи легший. Це радикально інший всесвіт. Це всесвіт, у якому взагалі зникає можливість складності. Якщо прибрати масу, то залишиться лише рух. Причому не будь-який рух, а лише рух зі швидкістю світла. Частинка без маси не може сповільнитись. Вона не може зупинитись. Вона не може почекати. Для неї не існує стану спокою. Вона завжди летить. Інакше її просто не існує як певного фізичного об'єкту. У такому світі без маси всі частинки були б схожі на світло, на фотони. Вони б пролітали крізь простір. Вони б там якось так перетиналися, розліталися. Вони б ніколи не утворювали нічого стійкого. Не існувало б ніяких атомів, не існувало б молекул, не існувало б жодних тіл. лише потоки без масових змучень, які ніколи і ніде не затримуються. Масу можна уявити як властивість, яка дозволяє взагалі частинкам десь затримуватися, десь бути, мати положення в просторі, взаємодіяти в складних структурах, формувати ці структури. Інакше кажучи, наша здатність існувати напряму пов'язана з тим, що ми маємо масу. Але і це ще не все. Існує ще більш глибокий висновок, який часто не усвідомлюють. Для безмасової частинки час не йде. Він строго фізично не йде. Якщо ми перейдемо до системи відліку фотона, то його власний час дорівнює нулю. Від моменту народження фотона до моменту його поглинання не минає жодної миті. Тобто, якщо б світ був без маси, у цьому світі не було б часу взагалі. Це був би світ без тривалості. без очікування, без історії. Історія, можливо, лише там, де є щось, що може десь залишатися, зберігатися, еволюціонувати, а для цього потрібна маса. Саме тому треба розуміти масу не просто як якийсь там додатковий тягар, а як фундаментально можливість затримки. Маса дозволяє частинкам не летіти зі швидкістю світла, дозволяє мати систему відліку, де вони перебувають у спокої, дозволяє бути десь і дозволяє бути деякий час. Ми можемо сказати так: маса - це те, що дозволяє простору стати місцем, а часу історії. І у світі, у якому поле хікса не існує, у якому вакуум немає структури, ніщо б не заважало частинкам рухатися, всі б частинки залишалися безмасовими. У цьому світі електрони ніколи б не змогли б утворити електронні оболонки. Не існувало б станів, де вони були б зв'язані. Кварки не могли б з'єднатися у протони і нейтрони. не було б взагалі стабільних об'єктів. Без маси немає нічого. Немає атомів, немає хімії, немає молекул, немає біології, немає планет, зірок, немає життя. Світ без маси був би абсолютно порожній. Це світ без історії, без об'єктів, без взаємодій. Такий всесвіт дуже простий з точки зору рівнянь, але він абсолютно порожній з точки зору зміста. Це прозора порожнеча, це світло, це хвилі, це не речовина. відсутність структури, відсутність пам'яті, відсутність подій. І саме тому поле Хікса настільки важливе. Не тому, що воно створює світ, не тому, що вона пояснює буття, а тому, що його існування означає, що вакуум непорожній, симетрії порушені, системи можуть мати масу, всесвіт може бути складним, може мати структуру і може мати історію. Маса - це не причина світу, це наслідок. Вона не первинна. Вона ефект взаємодій, ефект симетрій, ефект структури вакуума. Вона сигнал того, що у всесвіті є умови для складності, для життя, для історії. Масу можна вимірювати на вагах, але її фізичне походження - це історія полів, історія енергій, історія взаємодій. І вся маса навколо нас - це сукупність збуджень полів. Це прояв структур, які завдяки своїй енергії, симетріям, вакуумам, станам утворюють звичний нам світ. І коли ми промовляємо маса, ми насправді говоримо про весь цей надзвичайно складний ансамбль процесів, який робить наш світ структурованим і спостережувальним. Тож маса - це не просто фізична величина, це умова існування складності. Це вікно в глибини нашого світу. Це ключ до розуміння того, як із простих квантових полів виникає весь тот чудовий багатоманітний космос, який нас оточує. І саме в цьому, мабуть, і полягає її справжнє диво. Отже, сьогодні ми пройшли шлях від класичних уявлень про масу, як про вагу, до сучасного розуміння, як про внутрішню енергію системи, як про те, що виникає внаслідок взаємодії з вакувом. І я сподіваюся, що на цьому ми не поставимо крапку. Я сподіваюся, що наука піде далі. Я сподіваюся, що колись в майбутньому ми зможемо дати відповідь на ті питання, які поки що для нас залишаються без відповідь. Ну і на цьому, мабуть, на сьогодні все. Я сподіваюсь, вам було цікаво. Я сподіваюся, що ви змогли більше зрозуміти про те, що це за таке дивне і незвичне явище, як маса. І я сподіваюся, ви краще зрозуміли, чому саме воно робить наш всесвіт таким, який він є. На цьому все. Дякую за увагу і до побачення.