Кварки, протоны, Вселенная
Шрифт:
Изучением микропричинности ученые занимались и ранее. Однако для этого использовались приближенные модели, и в случае несогласия с опытом всегда можно было сказать, что это связано с несовершенством модели. Боголюбову впервые удалось вывести теорему из самых общих постулатов физики. Поэтому-то она так и взволновала участников конгресса в Сиэтле.
После конгресса советские физики побывали в нескольких институтах США, в том числе в знаменитом Институте высших исследований в Принстоне, под Нью-Йорком, где до конца своих дней работал Эйнштейн. И в каждом институте организовывался многолюдный семинар, где теоретики снова и снова возвращались к теореме о причинности, стараясь обнаружить какие-либо изъяны в доказательстве.
Опыты по
Свойства пространства и времени оказываются необычайно устойчивыми. Но насколько глубоко простирается эта устойчивость? По мнению некоторых ученых, от теоремы следует ожидать отклонений на расстояниях, в десятки тысяч раз меньших, чем радиус протона,— там, где теряется зеркальная симметрия прошлого и будущего и где, возможно, существуют микрочастицы, движущиеся быстрее света. А если таких частиц все-таки нет, то могут быть какие-то другие явления, связанные с «перепутыванием» прошлого и будущего, которые тоже приведут к нарушению привычной для нас причинности. Но заглянуть в эту таинственную область мы пока не в состоянии.
Еще более радикальных изменений в свойствах пространства и времени можно ожидать в глубинных, ультрамалых областях. Физики, изучающие и разрабатывающие «теорию суперобъединения», все чаще высказывают мысль, что там не только пространство, но и время становится многомерным. Но все это пока одни предположения, а факты говорят о том, что пространство-время микромира в принципе такое же, как и в макромире. Чем же объяснить такую устойчивость?
Размышляя об этом, некоторые ученые пришли к мысли, что, может быть, пространства и времени в микромире... вообще нет. И наблюдаемая устойчивость связана с тем, что они — излишний, по существу, ни на что не влияющий элемент теории, который мы по привычке принесли из области макроскопических явлений. В физике подобные «разоблачения» случались уже не раз — проводились более точные эксперименты, и старые, незыблемые до того представления оказывались ненужными. Так было и с теплородом, и с флогистоном, и с эфиром, и со многими другими мифическими вещами. Может, и с пространством-временем произойдет то же самое? О них с уверенностью можно говорить в макромире, а в субатомных масштабах их просто нет, как нет там температуры или цвета! Бессмысленно ведь говорить о температуре и цвете одной или двух элементарных частиц; лишь когда частицы образуют макроскопическое тело, цвет и температура возникают как некий усредненный эффект — результат большого числа взаимодействий. Может, пространство-время тоже представляет собой нечто такое, что возникает лишь на определенной ступени сложности?
Мы уже говорили: чтобы добраться до очень малых расстояний, нужны частицы с очень большой энергией. Но эти частицы так сильно взаимодействуют на изучаемый объект, что после этого он оказывается совсем не таким, каким был вначале. При столкновении рождается много новых частиц, а исходная частица-мишень вообще исчезает. Измеряя, мы ломаем то, что хотели бы измерить. Измерение очень мелких деталей внутри частиц, казалось бы, становится принципиально невозможным. А это как раз и означает, что понятие пространства теряет там свой смысл, становится чисто теоретическим.
На первый взгляд соображения весьма убедительны. Однако так было бы для частиц, движущихся по точным траекториям, когда траектория либо пересекает частицу-мишень, либо нет. Если пересекает, то происходит взаимодействие и мишень портится, если проходит мимо — то никакого взаимодействия нет и говорить не о чем. Для реальных микрочастиц картина получается совсем- иная. Они, как мы знаем, движутся по размазанным волновым траекториям; волна же всегда огибает края препятствия, рассеивается им. Поэтому всякий раз, когда поток частиц сталкивается с мишенью, наряду с взаимодействиями, разрушающими
Составить наглядное представление о связи упругого рассеяния с поглощением довольно трудно. Возможно, кое-что здесь останется для читателя не совсем ясным. Но детали и не нужны. Важно понять одно: в природе существуют процессы, с помощью которых можно изучать пространство и время в микромире, и никаких принципиальных препятствий на этом пути не видно. Трудности связаны лишь с получением частиц высокой энергии. Гипотеза о макроскопическом происхождении пространства-времени оказывается неверной, хотя и по сей день ее нет-нет да и встретишь на страницах какого-нибудь журнала.
Можно многое рассказать о свойствах пространства и времени и о том, какие удивительные метаморфозы они могут претерпеть при переходе от привычных нам масштабов к ультрамалому и ультрабольшому. Но все-таки, что же это такое — пространство и время?
Как заметил один мудрец, пока меня не спрашивают об этом, я знаю, что это такое. И действительно, интуитивно каждый из нас представляет, что такое время и что такое пространство. Можно перечислить различные их свойства — протяженность, размерность, непрерывность и так далее. Но вот сказать, что же составляет суть, этих феноменов,— задача чрезвычайно сложная.
Кант вообще считал, что пространство и время — это лишь свойства нашего рассудка, наша прирожденная способность приводить в порядок расположение вещей и событий. Трудно, конечно, согласиться с тем, что пространство и время существуют лишь в нашей голове. Наоборот, все, что мы о них знаем, убеждает нас в том, что это — реальные, существующие независимо от нас свойства природы. Только эти свойства настолько общие, что трудно дать им конкретное физическое определение (о философском мы уже упоминали).
Пространство и время никогда не наблюдаются сами по себе, они всегда связаны с материей и ее движением. Еще Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» писал:
...Неизбежно признать, что никак ощущаться не может время само по себе, вне движения тел и покоя.Можно думать, что в своем глубинном значении пространство — это то, что выражает устойчивость сосуществования различных явлений и объектов в мире, а время — то, что характеризует их взаимодвижение, изменяемость. Другими словами, пространство и время — это структура сосуществования и изменения всего материального в мире.
Чересчур абстрактно, общо? Ничего не поделаешь! Сами ведь пространство и время — предельно общие понятия, более общих придумать трудно.
Такие понятия изучаются философией, которая потому и является наукой о самых общих законах природы и общества. В физических теориях пространство и время обычно понимают не так широко, включая в их определение уже нами упоминавшиеся конкретные свойства: протяженность, направленность и тому подобное. Но ведь все эти свойства имеют ограниченную область применения. Математикам, например, известно много бесконечных пространств, где нет такого привычного для нас свойства, как длина. Возможно, некоторые из таких пространственно-временных структур реализуются где-нибудь в глубинах микромира. Ну а то, что пространство может не иметь такого свойства, как различие правого и левого,— об этом уже шла речь. Если различие правого и левого считать неотъемлемым свойством пространства, то пришлось бы признать, что некоторые микрообъекты существуют вне пространства. Нет, не напрасно, определяя пространство и время, философы прибегают к самым общим и абстрактным понятиям!