Про то, что есть, когда этого нет или «про квазичастицы»

Наука научила нас тому, что все материально. Даже свет. Все состоит из частиц или полей и волн, которые тоже являются материей. Массой обладать не обязательно, чтобы быть материей.

Но во многих правилах бывают исключения. Так и в науке есть нечто по-настоящему нематериальное. Квазичастицы. Как и большинство понятий квантовой физики, обывателю понять, что это такое, решительно невозможно. Поэтому придется на примерах. В науке используется более 20 квазичастиц (заметьте: «используется», а не «есть»). Но почему бы для примера не взять квазичастицу с самым смешным названием — «дырка». Да, это настоящий термин.

Но для начала: физики, которые разбираются в теме, простите. Ниже будут серьезные упрощения, но не ругайтесь.

Вот представьте себе атом с полным комплектом электронов. Но вдруг один электрон куда-то подевался. В сумме атом же нейтрален электрически, потому что положительный заряд его протонов нейтрализуется отрицательным зарядом электронов. Но когда электрон на положенном месте отсутствует, зона, где он должен был бы быть, становится положительно заряженной.

Это как пустой квадратик в пятнашках, как пузырек в вашей коле или шампанском (и то, и то вредно в любых количествах, имейте в виду). Это пустота, но она имеет локализацию, она взаимодействует с окружающим миром.

Физики могли бы работать со свойствами и поведением этого нечто, описывая окружающие материальные объекты. Но их очень много. А дырка одна. Поэтому и вводится умозрительный конструкт квазичастицы. Так просто-напросто быстрее и удобнее считать.

Кстати, наука обязана такому удобному инструменту советским физикам. Первым был непричесанный гениальный повеса Лев Ландау, нобелевский лауреат, и тут же идею подхватили другие физики и придумали множество квазичастиц.

А что нам, обывателям, до этого? Кажется, что это какие-то мыслительные игры заумных физиков. Ну смотрите, в некоторых ситуациях, дырка может стать другой квазичастицей — экситоном. А он, в свою очередь, поляритоном. А из поляритонов можно создать «жидкий свет», на котором можно разработать квантовый компьютер, работающий при комнатной температуре, а не при —270. Звучит как магия? Нет, это работы современных отечественных ученых.

А теперь минутка спекуляций. Неверно переносить квантовую физику в макромир, тем более в область психологии, но ведь иногда так хочется… Неужели у вас такого не бывает?

Можно сравнить квазичастицы с человеческими желаниями. Ведь если у нас, например, нет еды или денег, то у нас нет еды или денег. Отсутствие. Но присутствие отсутствия заставляет нас действовать. Так вот, бывает, и отсутствие частицы непосредственно участвует в некоторых физических процессах.

Это, конечно же, просто забавная аналогия. Но если среди нас есть физики, математики, социологи и психологи, задумайтесь на предмет того, чтобы скооперироваться и попытаться применить в гуманитарных областях уравнения квантовой физики. Как минимум, пообщаетесь, повеселитесь.

Статья подготовлена редакцией Black Science