149941 (Пространство и время в физике), страница 4

повестку дня встаёт вопрос о нарушении пространственной и

временной чётности, т.е. правое и левое пространственные

направления оказываются неэквивалентными.

В этих условиях были предприняты различные попытки

принципиально нового истолкования пространства и времени. Одно

направление связано с изменением представлений о прерывности и

непрерывности пространства и времени, а второе - с гипотезой о

возможной макроскопической природе пространсва и времени.

Рассмотрим более подробно эти направления.

3.2. Прерывность и непрерывность пространства и

времени в физике микромира.

Физика микромира развивается в сложном единстве и

взаимодействии прерывности и непрерывности. Это относится не

только к структуре материи, но и к структуре пространства и

времени.

После создания теории относительности и квантовой механики

учёные попытались объединить эти две фундаментальные теории.

Первым достижением на этом пути явилось релятивистское волновое

уравнение для электрона. Был получен неожиданный вывод о

существовании антипода электрона - частицы с противоположным

электрическим зарядом. В настоящее время известно, что каждой

частице в природе соответствует античастица, это обусловлено

фундаментальными положениями современной теории и связано с

кардинальными свойствами пространства и времени ( чётность

пространства, отражение времени и т.д. ).

Исторически первой квантовой теорией поля была квантовая

электродинамика, включающая в себя описание взамодействий

электронов, позитронов, мюонов и фотонов. Это пока единственная

ветвь теории элементарных частиц, которая достигла высокого

уровня развития и известной завершённости. Она является

локальной теорией, в ней функционируют заимствованные понятия

классической физики, основанные на концепции пространственно -

временной непрерывности: точечность заряда, локальность поля,

точечность взаимодействия и т. д. Наличие этих понятий влечёт

за собой существенные трудности, связанные с бесконечными

значениями некоторых величин ( масса, собственная энергия

электрона, энергия нулевых колебаний поля и т.д. ).

Эти трудности учёные пытались преодалеть путём введения в

теорию понятий о дискретном пространстве и времени. Такой

подход намечает единственный выход из неопределённости

19

бесконечности, т.к. содержит фундаментальную длину - основу

атомистического пространства.

Позже была построена обобщённая квантовая электродинамика,

которая также является локальной теорией, описывающей точечные

взаимодействия точечных частиц, что приводит к существенным

трудностям. Например, наличие электромагнитного и электронно -

позитронного вакуума обуславливает небходимость внутренней

сложности, структурности электрона. Электрон поляризует вакуум,

и флуктуации последнего создают вокруг электрона атмосферу из

виртуальной электронно - позитронной пары. При этом вполне

вероятен процесс аннигиляции исходного электрона с позитроном

пары. Оставшийся электрон можно рассматривать как исходный, но

в другой точке пространства.

Подобная специфика объектов квантовой электродинамики

является веским аргументом в пользу концепции пространственно -

временной дискретности. В её основе лежит идея о том, что масса

и заряд электрона находятся в разных физических полях, отличны

от массы и заряда идеализированного ( изолированного от мира )

электрона. Разность между массами оказывается бесконечной. При

оперировании этими бесконечностями их можно выразить через

физические константы - заряд и массу реального электрона. Это

достигается путём перенормировки теории.

Что касается теории сильных взаимодействий, то там

процедуру перенормировки использовать не удаётся. Всвязи с этим

в физике микромира широкое развитие получило направление,

связанное с пересмотром концепции локальности. Отказ от

точечности взаимодействия микрообъектов может осуществляться

двумя методами. При первом исходят из положения. что понятие

локального взаимодействия лишено смысла. Второй основан на

отрицании понятия точечной координаты пространства - времени,

что приводит к теории квантового пространства - времени.

Протяжённая элементарная частица обладает сложной

динамической структурой. Подобная сложная структура

микрообъектов ставит под сомнение их элементарность. Учёные

столкнулись не только со сменой объекта, к которому прилагается

свойство элементарности, но и с пересмотром самой диалектики

элементарного и сложного в микромире. Элементарные частицы не

элементарны в классическом смысле: они похожи на классические

сложные системы, но они не являются этими системами. В

элементарных частицах сочетаются противоположные свойства

элементарного и сложного.

Отказ от представлений о точечности взаимодействия влечёт

20

за собой изменение наших представлений о структуре пространства

- времени и причинности, которые тесно взаимосвязаны. По мнению

некоторых физиков, в микромире теряют смысл обычные временные

отношения "раньше" и "позже". В области нелокального

взаимодействия события связаны в некий "комок", в котором они

взаимно обуславливают друг друга, но не следуют одно за другим.

Таково принципиальное положение дел, сложившееся в

развитии квантовой теории поля, начиная с работ Гейзенберга и

кончая современными нелокальными и нелинейными теориями, где

нарушение причинности в микромире провозглашается в качестве

принципа и отмечается, что разграничение пространства - времени

на области "малые", где причинность нарушена, и большие, где

она выполнена, невозможно без появления в нелокальной теории

новой константы размерности длины - элементарной длины. С этим

"атомом" пространства связан и элементарный момент времени (

хронон ), и именно в соответствующей им пространственно -

временной области протекает сам процесс взаимодействия частиц.

Теория дискретного пространства - времени продолжает

развиваться. Открытым остаётся вопрос о внутренней структуре

"атомов" пространства и времени. Существует ли пространство и

время в "атомах" пространства и времени? Это одна из версий

гипотезы о возможной макроскопичности пространства и времени,

которая будет рассмотрена ниже.

3.3. Проблема макроскопичности пространства

и времени в микромире.

В современной физике микромира возникла следующая

проблема: речь стала идти не об изменении свойств или структуры

пространства и времени, а об их макроскопической природе, т.е.

о том, что их вообще возможно нет в микромире. Такая постановка

вопроса связана с созданием квантовой механики. Что касается

сфер приложимости гипотезы, то её сторонники разошлись во

мнениях: одни считают, что она имеет отношение лишь к

теоретическому описанию объективной реальности в квантовой

физике, другие расширили её уровня философского положения о

неуниверсальности пространства и времени как форм существования

движущейся материи.

В ньютоновской механике теоретическое и эмпирическое

пространство и время во многом совпадали. С развитием физики

это совпадение нарушается.

В связи с этим возникает вопрос: должна ли эмпирическая

21

структура физической теории выступать обязательно в форме

пространства и времени классической физики? Гейзенберг

следующим образом описывает создавшуюся в физике микромира

ситуацию: "Оказывается, в наших исследованиях атомных процессов

неизбежно существует своеобразное раздвоение. С одной стороны,

вопросы, с которыми мы обращаемся к природе посредством

экспериментов, всегда формулируются в понятиях классической

физики, в особенности в понятиях пространства и времени,

поскольку наш язык приспособлен к передаче только обыденного

нашего окружения и поскольку опыты мы не можем провести иначе,

как только во времени и в пространстве. С другой стороны,

математические выражения, пригодные для изображения

экспериментальных результатов, представляют собой волновые

функции в многомерных конфигурационных пространствах, не

допускающих какой-либо простой наглядной интерпретации".

Из этого положения можно сделать вывод, что пространство и

время классической физики являются эмпирической структурой

квантовой механики.

Так в чём же суть рассматриваемой гипотезы? Эмпирическая

структура физической теории заведомо макроскопична.

Теоретическая структура при описании микромира выступает как

пространство и время. Пространство и время можно использовать

при развитии физических теорий, описывающих другие уровни

строения материи, но это сопряжено с неоправданным усложнением

теории, и поэтому от них отказываются. Речь идёт о

макроскопичности пространства и времени, которые выступают в

качестве теоретических структур физических теорий.

В заключении рассмотрим гипотезу о макроскопической

природе пространства и времени с точки зрения диалектико -

материалистического учения об их универсальности. Речь едёт о

пространстве и времени как категориях современной физики,

которые являются специфическими метрическими структурами

сосуществования данных явлений и смены конкретных состояниий,

что предполагает возможность различия двух соседних точек и

двух последующих моментов. Свойства "соседства" и "следования"

являются конкретными и специфическими свойствами структуры,

которые могут существовать далеко не везде. С этой точки зрения

можно даже говорить о "внепространственных" и "вневременных"

формах существования материи. Однако, можно задать и другой

вопрос: если пространство и время оказываются неуниверсальными,

то какой смысл нужно вкладывать в них сейчас, чтобы они

попрежнему оставались универсальными?

22

С этим вопросом связано возникновение и развитие различных

модификаций гипотезы о макроскопической природе пространства и

времени. Если этой гипотезе пытаются придать философский

статус, то это необоснованно, т.к. она носит сугубо физический

характер и не вступает в противоречие с тезисом диалектическо -

материалистической философии о всеобщности пространства и

времени. Но в рамках физической проблематики эта гипотеза не

означает, что макромир обладает только соответствующей

пространственной природой, т.е. следует учитывать, что макромир

не исчерпывается классическими объектами в классических

пространстве и времени, что неклассический макромир может

потребовать неклассической пространственно - временной

организации.

_______

23

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

На этом мы завершим анализ статуса пространства и времени

в физическом познании. Связанные с этим проблемы

разрабатываются многими философами и естествоиспытателями. Уже

получены интерересные результаты и ведутся плодотворные поиски.

В последнее время наука пришла к представлению о

диалектической взаимосвязи элементов различных уровней

целостного мира, в котором элементарная частица может оказаться

полузамкнутой Вселенной, а в специфике человека может быть

запечетлена структура Вселенной.

_______

24

ЛИТЕРАТУРА.

1. Аскин Я.Ф. Проблема времени. Её физическое истолкование, М.:

Мысль,-1986.

2. Ахундов М.Д. Пространство и время в физическом познании,

М.:Мысль,-1982.-253 с.

3. Ахундов М. Д. Проблемы прерывности и непрерывности

пространства и времени, М.:Наука,-1974.-256 с.

4. Ахундов М.Д. Концепции пространства и времени: истоки,

эволюция, перспективы, М.:Наука,-1982.-222 с.

5. Осипов А.И. Пространство и время как категории мировоззрения

и регуляторы практической деятельности, Минск:Наука и

техника,-1989.-220 с.

6. Потёмкин В.К., Симанов А.Л. Пространство в структуре мира,

Новосибирск:Наука,-1990.-176 с.

7. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах. Том I.

Работы по теории относительности 1905-1920, М.:Наука,-1965.-

700с.