Квантовая механика аналогично применяется и к
другим полям, если они достаточно слабо взаимодействуют друг с другом. Все
трудности квантовой теории поля, о которых дальше пойдет речь, возникают при
учете взаимодействия.
Задачу о квантовании невзаимодействующих
гравитационных полей решил в 1936 г. замечательный ленинградский физик М. П.
Бронштейн, который в 1937 г. в возрасте 32 лет был приговорен к “десяти годам
без права переписки”, то есть к расстрелу.
Так как, согласно Эйнштейну, гравитационное поле
определяет геометрические свойства пространства-времени, квантовые колебания
этого поля означают флуктуации геометрических свойств. Отношение длины окружности
к радиусу колеблется около значения 2п. Теория позволяет оценить масштаб, на
котором флуктуации геометрии делаются большими. Этот масштаб носит название
“планковской длины”. Он неслыханно мал: ~10-33 см.
Несравненно более трудная задача — квантование
гравитации иа любых масштабах, когда самодействие не мало,— до сих пор не
решена. О попытках ее решения мы еще поговорим.
Возбуждения электромагнитного поля — фотоны — можно
рассматривать как частицы со спином 1 (спин — угловой момент в единицах
постоянной Планка), а возбуждения гравитационного—гравитоны— имеют спин 2.
Поля, возбуждения которых имеют целочисленные спины, называются бозонными.
Помимо бозонных, существуют фермионные поля, возбуждения которых — фермионы —
имеют спин, равный полуцелому числу. К ним относятся электроны и позитроны, или
нуклоны и антинуклоны, имеющие спин 1/2.
Подобно вакуумным флуктуациям бозонных полей,
происходят вакуумные флуктуации полей фермионных. В вакууме непрерывно рождаются
и исчезают электроны и позитроны, протоны и антипротоны и вообще все существующие
в природе частицы и античастицы. Вакуум кишит неродившимися виртуальными
частицами.
Вакуум представляет собой удивительно сложную и
интересную среду. Ее можно было бы, как и прежде, называть эфиром, но это
вызвало бы путаницу с наивным и противоречивым понятием прошлого века. Физики
предпочитают слово “вакуум”. Вакуум — не арена событий, а физический объект.