Квантово-механический дуализм
волн и частиц является причиной того, что одна и та же реальность проявляет
себя и как материя, и как сила.
Все попытки найти математическое описание для законов природы в мире
элементарных частиц до сих пор начинались с квантовой теории волновых полей.
Теоретические исследования в этой области были предприняты в начале
тридцатых годов. Но уже первые работы в этой области выявили очень серьезные
трудности в области, где квантовую теорию пытались объединить со специальной
теорией относительности. С первого взгляда кажется, будто две теории,
квантовая и теория относительности, относятся к столь различным сторонам
природы, что практически они никак не могут влиять друг на друга и что
поэтому требования обеих теорий должны быть легко выполнимы в одном и том же
формализме. Но более точное исследование показало, что обе эти теории
вступают в определенном пункте в конфликт, в результате чего и проистекают
все дальнейшие трудности.
Специальная теория относительности раскрыла структуру пространства и
времени, которая оказалась несколько отличной от структуры, приписывавшейся
им со времени создания ньютоновской механики. Наиболее характерная черта
этой вновь открытой структуры -- существование максимальной скорости,
которая не может быть превзойдена любым движущимся телом или
распространяющимся сигналом, то есть скорости света. Как следствие этого два
события, имеющие место в двух весьма удаленных друг от друга точках, не
могут иметь никакой непосредственной причинной связи, если они происходят в
такие моменты времени, когда световой сигнал, выходящий в момент первого
события из этой точки, достигает другой только после момента свершения
другого события и наоборот. В этом случае оба события можно назвать
одновременными. Поскольку никакое воздействие любого рода не может
передаться от одного процесса в один момент времени другому процессу в
другой момент времени, оба процесса не могут быть связаны никаким физическим
воздействием.
По этой причине действие на большие расстояния так, как оно выступает в
случае сил тяготения в ньютоновской механике, оказалось несовместимым со
специальной теорией относительности. Новая теория должна была заменить такое
действие "близкодействием", то есть передачей силы из одной точки только
непосредственно соседней точке. Естественным математическим выражением
взаимодействий этого рода оказались дифференциальные уравнения для волн или
полей, инвариантные относительно преобразования Лоренца. Такие
дифференциальные уравнения исключают какое-либо прямое воздействие
одновременных событий друг на друга.
Поэтому структура пространства и времени, выражаемая специальной
теорией относительности, предельно резко отграничивает область
одновременности, в которой не может быть передано никакое воздействие, от
других областей, в которых непосредственное воздействие одного процесса на
другой может иметь место.
С другой стороны, соотношение неопределенностей квантовой теории
устанавливает жесткую границу точности, с которой могут быть одновременно
измерены координаты и импульсы или моменты времени и энергии. Так как
предельно резкая граница означает бесконечную точность фиксации положения в
пространстве и во времени, то соответствующие импульсы и энергии должны быть
полностью неопределенными, то есть с подавляющей вероятностью должны
выступить на первый план процессы даже со сколь угодно большими импульсами и
энергиями. Поэтому всякая теория, которая одновременно выполняет требования
специальной теории относительности и квантовой теории, ведет, оказывается, к
математическим противоречиям, а именно к расходимостям в области очень
больших энергий и импульсов. Эти выводы не обязательно могут носить
необходимый характер, так как всякий формализм рассмотренного здесь рода
является ведь очень сложным, и возможно еще, что будут найдены
математические средства, которые помогут устранить в этом пункте
противоречие между теорией относительности и квантовой теорией. Но
до сих пор все-таки все математические схемы, которые были исследованы,
приводили в самом деле к таким расходимостям, то есть к математическим
противоречиям, или же они оказывались недостаточными, чтобы удовлетворить
всем требованиям обеих теорий. Кроме того, было очевидно, что трудности в
самом деле проистекают из только что рассмотренного пункта.
Тот пункт, в котором сходящиеся математические схемы не удовлетворяют
требованиям теории относительности или квантовой теории, оказался очень
интересным уже сам по себе. Одна из таких схем вела, например, когда ее
пытались интерпретировать с помощью реальных процессов в пространстве и
времени, к некоторого рода обращению времени; она описывала процессы, в
которых в определенной точке внезапно происходило рождение нескольких
элементарных частиц, а энергия для этого процесса поступала только позднее
благодаря каким-то другим процессам столкновения между элементарными
частицами. Физики же на основании своих экспериментов убеждены, что процессы
такого рода в природе не имеют места, по крайней мере тогда, когда оба
процесса отделены друг от друга некоторым измеримым расстоянием в
пространстве и во времени.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67