С. Трейман - Этот странный квантовый мир (1129358), страница 40

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 40)

Помимо прочего, мы хотим понять, как из вероятностей получаются факты. Взгляд со стороны скрытых параметров, в соответствии с которым квантовая механика не полна, а классическая реальность превалирует на некотором глубоком уровне, на сегодняшний день несостоятелен. Если эти скрытые параметры удастся наблюдать, появится новая физика.

Это будет волнуюший момент. Но идея скрытых параметров наталкивается на неравенства Белла. Альтернативной точкой зрения, в направлении, противоположном скрытым параметрам, является, согласно Вигнеру, то, «что функция квантовой механики состоит не в описании некой «реальности> в каких-либо терминах, а только в образовании статистических корреляций между последовательностью наблюдений». Это не просто отрицание. Вигнер сказал, что сушествует мир, находящийся вне нашего собственного (вот что это означает!). Этот мир утонул в фактах, которые уже установлены. Квантовая механика говорит нам, какие факты воз- 160 Глава 7 можны (собственные значения), а какие нет. Но внутри самой квантовой механики будущие и настоящие моменты времени кажутся неразделимыми (а также и прошлые моменты, поскольку мы можем регистрировать их по записи).

Будущее внутренне является статистическим, с вероятностями, определяемыми уравнениями квантовой механики. Проблема в том, что такой способ рассмотрения ситуации кажется неприемлемым. В результате можно отказаться от идеи объяснить, как получаются факты, понимая, что главная функция науки просто связать их. Когда появляется факт за фактом, просто объявляется, что волновая функция схлопывается: как-никак, это лишь средство корреляции! Этим все сказано. Более ортодоксальная копенгагенская интерпретация считает, что факт появляется тогда, когда производится первая регистрация с помощью «классического» измерительного инструмента; это должна быть «большаяв аппаратура в хорошем рабочем порядке.

В практической ситуации, им несомненно, является случай. Считывание счетчика является фактом. Но с копенгагенской точки зрения совсем не ясно, как счетчик делает отбор, когда может быть много разных вариантов. Мы можем напомнить здесь утверждение, отмеченное ранее, что факты появляются только тогда, когда они регистрируются в понимании сознания, первичном измерительном инструменте! Но, напомнив это, больше, кажется, сказать нечего.

Наконец, мы коротко отметим интерпретацию квантовой механики, включающую в себя множественность вселенных. Предложенная в 1957 г. Хью Эвереттом 111, она противоречит загадке отбора наиболее дерзким образом. Какой бы ни существовал выбор, который может быть сделан между результатами эксперимента, мир при этом разбивается на множество миров, в которых получаются все возможные результаты, по одному в каждом созданном мире! Поскольку это происходит уже долгое время, конечно, должно существовать обширное множество разросшихся миров, возникающих один за другим.

Но они полностью не контактируют друг с другом. Трудно узнать, к чему может привести такая интерпретация квантовой механики. Как и гипотеза сознания, она не может быть проверена или построена. Но она, несомненно, забавна для изучения. Каждый из нас клонирован в каждой вселенной, но мы никогда не встречаемся. Литература по квантовой механике очень обширна и продолжает расти. Заключительные замечания этой короткой главы, которые едва ли можно адекватно резюмировать, дают основные линии обсуждения и исследования. В этом могут быть заинтересованы многие: философы, физики, журналисты, ведущие телепрограмм, теологи... (список по алфавиту!).

В конце концов, квантовая механика все еще остается нераскрытой и загадочной. ГЛАВА 8 Строительные элементы До сих пор мы, в основном, применяли квантовые принципы к системам неменяющихся, нерелятивистских частиц. В этих рамках любые типы частиц, которые существуют в природе, а также силы, описывающие взаимодействие между ними, должны восприниматься как данные. В случае электромагнетизма и гравитации эти силы появляются из классики. Тем не менее, в нерелятивистском квантовом контексте они как бы заданы извне. В этом нет какой-либо несогласованности, но при этом возникают проблемы и ограничения, если мы хотим выйти за эти рамки. Вдоль той линии развития, которой мы следовали, невозможно достичь самосогласованного, релятивистского обобщения.

Хотя релятивистские уравнения Дирака для электрона оказались чрезвычайно успешными, но уже для одночастичной системы в нем проявляются внутренние концептуальные ограничения. Более того, при таком рассмотрении до сих пор не возникало возможности для рождения и уничтожения частиц, независимо от того, являются они релятивистскими или нет. Потенциальная возможность преодолеть эти трудности появилась после рождения «новойя квантовой механики. Это произошло после применения квантовых принципов к полям, первым из которых было электромагнитное поле.

Классически, частицы и поля являются динамическими системами на равном основании. Но когда с 1920 г. электромагнитное поле стало рассматриваться как квантовое, произошло нечто замечательное. Квантованное электромагнитное поле привело к безмассовым квантам, фотонам, которые Эйнштейн предугадал в 1905 г. Фотоны не были заданы извне как частицы, они появились изнутри. Открытие того, что частицы могут появляться из полей, привело со временем к широким обобщениям: электроны и протоны, а позже и другие частицы, которые мы будем обсуждать, могут рассматриваться как кванты соответствующих полей.

Все они, кроме фотонов, были неизвестны нам в каком-либо классическом виде. Они появляются как некоторые новые поля, допускающие желаемые нами частицеподобные кванты. С точки зрения квантовой теории, именно эти поля, а не их кванты действительно являются фундаментальными теоретическими величинами. Вопросы о том, какие частицы являются фундаментальными и какие силы 162 Глава 8 действуют между ними, заменяются на вопросы о том, какие из полей являются фундаментальными и как они взаимодействуют между собой.

К понятию взаимодействия полей, которое приводит к взаимодействию между частицами, мы вернемся чуть позже. Но сначала мы рассмотрим строительные элементы самих частиц, заметив, что фундаментальные частицы одной эпохи можно воспринимать как составные частицы в другую эпоху. В начале 30-х годов ХХ века был момент, когда казалось, что мы держим в руках все основные строительные элементы мира. Электрон, открытый в последние годы Х1Х века; протон, отождествленный с ядром атома водорода, когда чуть больше десятилетия спустя Резерфорд пришел к своей модели атома; нейтрон, открытый в !932 г., хотя и мало интересовавший исследователей, считавших его связанным состоянием электрона и протона.

Рождение фотона произошло с его предсказания Эйнштейном в 1905 г., а затем последовало его полнокровное возрождение как кванта электромагнитного поля. Таким образом, получалось следующее: материальные тела состоят из атомов, которые включают в себя электроны н ядра; ядра состоят из протонов и нейтронов; кроме того, существует свет, состоящий из фотонов.

Весь мир свелся к электронам, протонам, нейтронам и фотонам! Неплохо! Но этот триумф редукционизма длился недолго. Почти в то же время, как был открыт нейтрон, а фактически даже чуть раньше, появился позитрон. Эта античастица электрона появилась сначала теоретически как следствие релятивистских уравнений Дирака для электрона. Поскольку позитрон является материальной частицей, кажется вполне вероятным, что протон и нейтрон тоже должны иметь собственные античастицы.

И это действительно так. Антипротон и антинейтрон были открыты в 50-е года ХХ века. Более того, еше чуть раньше, в начале 30-х ~адов было постулировано существование нейтрино. Оно было необходимо, чтобы в соответствии с предположением Паули при ядерном д-распаде выполнялся закон сохранения энергии. В такой реакции исходное ядро распадается на дочернее ядро и электрон.

Но электрон в этом случае уносит только часть возможной доступной энергии. Паули предположил, что оставшаяся часть энергии уходит вместе с другой частицей, которая не наблюдается. Кинематические данные по,у-распаду показали, что эта частица должна иметь очень малую массу, если у нее она вообще будет. Используя общие идеи квантовой теории поля, которые оказались очень полезными в квантовой теории электромагнетизма, в 1933 году Ферми построил полевую теорию,д-распада, в которой главную роль играло нейтрино. Это был очень важный шаг для того времени. Ему не пришлось постулировать новые квантовые частицы или вводить новые квантовые поля.

Характеристики

Список файлов книги