Квантовый ум. Грань между физикой и психологией

Минделл Арнольд

Это означает, что если время мало, неопределенность энергии будет большой. Чтобы уменьшить величину неопределенности энергии E, мы просто тратим на эксперимент больше времени.

Как могут квантовые физики утверждать, что существуют небольшие отклонения или неопределенность энергии? Ведь, согласно принципу сохранения энергии, энергия замкнутой системы должна быть постоянной. Разве это не противоречит принципу неопределенности, который утверждает, что энергия может колебаться?

На самом деле, неопределенность не противоречит сохранению энергии, поскольку, хотя число песчинок должно оставаться примерно одни и тем же, так как E постоянна, небольшие

отклонения энергии могут происходить из-за принципа неопределенности, то есть из-за того, что мы не можем проверять эти небольшие отклонения. Принцип неопределенности говорит, что неопределенность составляет часть общепринятой реальности: мы никогда не можем точно знать, насколько что-то велико или мало.

Кажущее противоречие между идеей, что энергия, в основном, постоянна, и идеей, что в течение кратких промежутков времени энергия бывает неопределенной, можно видеть и в нашей жизни. Возьмем, например, отношения. Мы создаем отношения, которые кажутся более или менее постоянными, но затем нарушаем их на доли секунды – или больше – посредством небольших квантовых заигрываний. Оба типа отношений представляют собой своего рода «принципы» человеческой природы; один принцип гласит: сохраняйте энергию в своих отношениях, не нарушайте их, – в то время как другой утверждает, что вы можете нарушать постоянство отношений посредством быстрого заигрывания, посредством сновидения, потому что никто не сможет доказать, что вы это делали. Оба принципа отношений действуют одновременно. В природе допускаются краткие отклонения. Длительные отклонения нарушают законы.

То же самое справедливо и в физике. Закон сохранения энергии говорит: удерживай вещи, в основном, постоянными, – но затем принцип неопределенности допускает быстрое отклонение, которое невозможно измерить. На долю секунды у нас может быть небольшое нарушение сохранения энергии.

Допустимо то, что вы не можете видеть в миллиардную долю секунды. Природа допускает одновременное действие двух, казалось бы, противоположных законов. Принцип неопределенности не отменяет закон сохранения энергии – кроме как в течение неизмеримо кратких промежутков времени. Закон сохранения энергии справедлив только во времени, но не для каждой доли секунды, поскольку в эту долю секунды энергию невозможно измерить.

Теперь вернемся к относительности. Принцип неопределенности допускает отклонения в энергии, но согласно закону массы-энергии теории относительности, E = mc². Из этого уравнения следует, что отклонение в энергии означает отклонение в массе. Именно здесь частично совпадают теория относительности и квантовая механика.

Соотношение массы-энергии говорит, что энергия покоящейся массы дается формулой E = mc². Если мы можем мириться с небольшим отклонением в энергии, то можем мириться и с небольшим отклонением в массе, которое можно вычислить из уравнения m = E/c², где m – это неопределенность в измерении массы.

Теперь наступает великий момент. Задержите дыхание. Если нам позволено в течение кратких периодов времени иметь небольшие отклонения в массе, то мы можем иметь виртуальные частицы, создающиеся из отклонений в энергии. Это равносильно созданию виртуальных частиц из ничего. Поскольку мы не можем точно измерять энергию, мы можем иметь небольшие отклонения в массе, или маленькие частицы, которые появляются и исчезают, поскольку их никто не может измерить. Принцип неопределенности утверждает, что их невозможно измерить.

Если их нельзя измерить, значит,

они «виртуальные», то есть скрытые, и в действительности их нет.

Виртуальные частицы согласуются с законом сохранения энергии, с соотношением массы-энергии в теории относительности и с принципом неопределенности квантовой механики. Согласно правилам физики, о виртуальных частицах можно говорить. Хотя их невозможно видеть или измерять, их можно обсуждать. Частицы – это понятия ОР, используемые в смысле НОР. Поскольку все сущее обладает неизмеримыми флуктуациями в энергии, все обладает неизмеримыми флуктуациями в массе, при условии, что эти отклонения происходят лишь кратковременно. В течение кратких промежутков времени никто не может проверить, существовала ли на самом деле эта маленькая частичка материи. Наши измерительные приборы никогда не будут настолько точными! Поэтому мы позволяем себе рассматривать идею виртуальных частиц. Они существуют в своего рода «зеленой зоне» – зоне, защищенной от измерения.

На этом этапе моих лекций в аудитории часто возникает горячий спор. Некоторые слушатели доказывают, что создавать что-либо из ничего невозможно. Другие говорят, что это возможно, поскольку никто не может измерить факт создания. Кто-то однажды сказал, что можно было бы с тем же успехом думать, что некий бог или некая богиня своей рукой создавали в этом ящике песка или энергии виртуальные частицы; другие говорят, что это богиня Нун заставляла одну заряженную частицу в течение доли секунды заигрывать с другой. Обычно все соглашаются с тем, что квантовые заигрывания защищены основными принципами физики и психологии – в течение кратких отклонений.

Таким образом, мы можем придумывать какие угодно теории о полях и частицах, пока наши идеи согласуются с правилами физики, то есть подчиняются следующим принципам.

I. Сохранение энергии: общая энергия должна быть постоянной во времени, то есть Е = const.

II. Превращение энергии-массы: энергия может проявляться как масса, поскольку E = mc².

III. Принцип неопределенности: возможны кратковременные флуктуации энергии, то есть t x E >= h.

Иными словами, мы можем нарушать законы общепринятой реальности, если делаем это так быстро, что нас никто не обнаруживает.

Так или иначе, поскольку виртуальные частицы согласуются с другими законами, физики позволили себе возмутительную мысль, что в течение доли секунды могут существовать частицы, не поддающиеся измерению. Они позволили себе думать, что в энергетических полях, окружающих более крупные заряженные частицы, вроде электронов и протонов, имеются быстрые флуктуации, которые равнозначны виртуальным частицам, возникающим из этих флуктуаций. Таким образом, понятие энергетических полей было заменено понятием виртуальных частиц, сталкивающихся друг с другом и с более крупными частицами – электронами и протонами.

Неписаный закон общепринятой реальности

Если вы всерьез задумаетесь об этом, то, возможно, спросите: «Если может происходить что-то воображаемое, то зачем называть это частицей? Почему не называть это фантомом или духом?» «Будут ли физики через сто лет по-прежнему объяснять поля в терминах частиц?» Никто не знает. Но очевидно одно: сегодня термин «частица» используется потому, что в отношении него существует общее мнение многих людей. Термин «дух» в настоящее время не получает общего признания со стороны научного сообщества.