Файл: Гагин. Системный синтез. Линия жизни.doc

Виртуальной частице квантовая теории поля приписывает те же свойства, что и реальной. С другой стороны, она рассматривается только как возможный объект, а не реально образовавшийся. Предполагается, что процессы с их участием, могут происходить с нарушением закона сохранение энергии, что немысли­мо для действительных объектов.

Вся совокупность виртуальных частиц, характеризует поле реальной частицы.

Квантовая полевая теория, рассматривает электроны и позитроны, как возбуждения особого поля, т.е., в принципе, так же, как рассматриваются фотоны в квантовой теории электромагнитного поля. Но, только, первые подчиняются ино­му волновому уравнению, отражающему наличие у этих частиц, половинного спина и массы покоя.

В отличие от фотонов, электроны и позитроны, обладают зарядом и, поэтому, всегда «сцеплены» с электромагнитным полем. Как и в классической электродинамике, взаимодействие электронов, в квантовой теории, считается точечным. Но, в отличие от классической электродинамики, потенциалы поля рассматриваются, не как числа, а как операторы, определяющие рождение и исчезновение соответствующих частиц. Следовательно, взаимодействие электронно-позитронного и электромаг­нитного полей, в квантовой теории, представляются как исчезновение электрона /или позитрона/ и фотона, в одних состояниях, и появление в других.

Взаимодействие полей, приводит лишь к переходам частиц из одних состояний свободных полей, в другие, т.е., их рассеянию. Возможно изменение числа частиц , их рождение и аннигиляция.

Это возможно и потому, что связь этих полей очень слаба - коэффици­ент связи (постоянная тонкой структуры), равен 1/137. Это даёт возможность описать взаимодействия, с помощью теории возмущений.

Квантовая электродинамика, успешно справилась с решением ряда задач и привела к открытию вакуума электронно-позитронного поля.

Понятие вакуума относится, в данном случае, к минимальному, или «нуле­вому» состоянию электронно-позитронного поля, в котором, практически, нет ре­ально существующих частиц

В вакууме, происходит непрерывное рождение и последующая аннигиляция пар, т.е., флуктуации заряда. Поэтому, вакуум, также влияет, на реальные частицы и подвергается их влиянию.

Влияние реального электрона на вакуум, называют поляризацией вакуума. Суть его в том, что реальный электрон, как бы поляризует заряды, плотность которых, в отсутствие реальных электронов, в среднем, равна нулю. Противоположные по знаку виртуальные частицы, как бы, притягиваются к реальному электрону, а одноимённые, - как бы, отталкиваются. Происходит, своеобразный, квантовый обмен, между реальным и виртуальным зарядами. Электрон, как бы, непрерывно «растворя­ется» в окружающей вакуумной среде, и снова из неё возрождается. Теория показывает, что нулевые колебания электромагнитного и электронно-позитронного вакуумов, влияют друг на друга. Они связаны.

Элементарная частица вещества, оказывается, неразрывно связанной с «ва­куумом» полей, с которым она совершает непрерывный обмен.

Электрон, как бы, окружён «атмосферой» виртуальных фотонов, самых различ­ных энергий. Эта «атмосфера» и представляет его собственное поле. Границы, такая «атмосфера», не имеет. Виртуальные фотоны охватывают тем большие области пространства, чем больше у них длина волны, т.е., чем меньше их энергия. Но, чем больше энергия виртуальных фотонов и меньше длина волны, тем меньше область про­странства вокруг «центра симметрии» электрона, в которой они существуют. Со­ответственно и меньше их «время жизни», - время между испусканием псевдофото­на и его поглощением.

Квантовая теория поля, заключает в себе глубокое противоречие, которое возникает, как раз, из идеи «точечности» взаимодействия частиц. Современная квантовая теория поля, может считаться, лишь предварительной схемой, а не по­следовательной теорией. Возникающие трудности, делают её неприменимой, даже при описании отдельных полей.

Из-за допущения, о точечности взаимодействия, в момент времени, вытекает бессмысленный вывод о бесконечности массы частицы. В то же время, точечность взаимодействия, это основное требование квантовой теории поля, совместимой с теорией относительности.

Трудности квантовой теории возникают, также, от несовершенства её матема­тических методов. Не решает её проблем, ни метод возмущений, ни метод матрицы рассеяния (предложенный Гейзенбергом в 1943 г.), ни метод дисперсных соотно­шений.

Необходим поиск путей, более адекватной картины взаимодействия элемен­тарных частиц. Даже, ценой отказа от представления, о «точечном» взаимодей­ствии.

Такие задачи пытаются решать посредством концепции нелокализованного поля. Нелокальная теория поля, вносит глубокие изменения в физические пред­ставления о пространстве и времени.

Была попытка отказаться от рельятивизма в «малой области». Но это приводит к математическим трудностям (Марков М. А.)

Принципиально новый шаг, в трактовке нелокального взаимодействия, был сделан М. Марковым. Идея его, заключается в статистической трактовке координаты пространства и времени. И она, не вступает в противоречие, с релятивизмом, т. к., теория относительности, рассматривает, только метрическое пространство. Одновременно, с идеей нелокальности взаимодействия, разрабатыва­лась гипотеза о квантовании пространства и времени.

Эта мысль высказывалась, ещё в древности, и вытекала, из анализа проти­воречий сущности движения /апории Зенона/. Однако, эта идея отвергалась наукой, до последнего времени. Она, ведь, не согласуется с ньютоновской механикой и геометрией, основанных на представлениях об абсолютной непрерывности.

Идея была, вновь поднята, Риманом, в прошлом веке, в лекции «О гипотезах лежащих в основании геометрии».При этом, он допускает возможность того, что «то реальное, что создаёт идею пространства, образует дискретное многообразие». Если пространство дискретно, то «принцип метрических отношений, содержится уже в самом понятии этого многообразия, тогда, как в случае непрерыв­ного многообразия, его следует искать, где-то в другом месте». В этом случае, «нужно постараться объяснить возникновение метрических отношений чем-то внешним - силами связи, действующими на это реальное».

Риман полагал, что дискретность пространства, возможна лишь в том слу­чае, если пространственные отношения, не определяются полем («силами связи»). Похоже, что решить эти проблемы, сможет, лишь физика будущего.

Мысль о дискретности пространства и времени, возродилась с открытием кванта действия и созданием квантовой теории. За эту идею высказались Пуан­каре и Томсон. Электрон - элементарная частица, следовательно, наименьшей длиной в природе можно считать его радиус:

r₀ = 10^-13

Тогда, квант времени:

r₀/c = 10^-23 сек.

Вопрос о квантовании пространства и времени, поднимался и в 1930 г., В. А. Амбарцумяном и Д. Д. Иваненко. Предполагалось, что пространственные коор­динаты, могут принимать, лишь целочисленные значения, кратные минимальной длине а. Предполагалось существование минимального четырёхмерного /пространственно-временного/ объёма:

V0 = (1/с).а⁴

Тогда, энергия собственного поля, («самодействия»), электрона будет е²/а. Такое пространство-время, имеет эернистую структуру, типа кристаллической решётки. Геометрия, такого дискретного мира, разрабатывалась Мархом, Снайдером и другими. В последнее время, этим занимались Коиш и И. С. Шапиро. Эти же вопросы ставились и Гейзенбергом, в работах по единой теории элементарных частиц.

Проблема в том, что сама система элементарных частиц, может оказаться, совсем не последней системой материальных образований, в Природе.

Де Бройль и его школа, в течение ряда лет, пытались создать модель элементарной частицы, как «рельявистской капли», формируемой из субмикроскопических элементов материи. И, по мнению физиков, сама идея существования, качественно различных уровней материальных образований, представляется обоснованной.

Таким образом, квантовая теория поля, исходя из идеи точечности взаи­модействия, в конце концов, приводит к выводу о структурности микрочастицы, хотя этот вывод и противоречит исходной идее.

По гипотезе И. С. Шапиро, на очень малых расстояниях (порядка 10^-16– 10^-17 _см.), изменяются свойства пространства. В частности, наблюдается несохранение чётности. Дело в том, что слабые взаимодействия, характеризуются константой взаимодействия (10^-49эрг.см³ ), которой соответствуют единицы дли­ны – 10^-17см. Пространство, на столь малых расстояниях, неориентированное - ему нельзя приписать свойства правого и левого. Даже понятие зеркального отражения и, связанной с ним величины, – чётности, лишается смысла.

Понятие, не ориентированности малых пространственных интервалов, нахо­дится в соответствии с представлением, о нелокализуемости взаимодействий, на таких расстояниях, - с представлением о невозможности дальнейшего физическо­го разделения таких пространственных величин.

Это очень важные выводы. Они говорят об исчерпаемости такихфундаментальных понятий, как материя, пространство и время. Исчерпаемости в рамках нашей Вселенной, как системы. Т.е.,они достигают предельных значений всилу на­ложенных на систему запретов и ограничений. Но, это говорит лишь о том, что за этим порогом, открывается другая система, вход в которую возможен, лишь через «горловину» фридмона, например. В другой, возможно, соседней, системе, могут быть, совершенно иные метрические свойства пространства и времени. Иная связь между константой тяготения, и другими универсальными постоянными, и зарядами других полей, прежде всего - элементарным электрическим зарядом.

В первой четверти 20 ст., Шарлье,была разработана «островная» модель Вселенной. В основу, было положено представление о том,что мир образуетиерархическую лестницу материальных систем, размеры которых последовательновозрастают, быстрее, чем их массы. Так что, при постепенном переходе от систем меньшего порядка /N/, к системам большего порядка, плотность материи непре­рывно уменьшается, стремясь к нулю, при стремленииN→ ∞. В соответствии со схемой Шарлье, средняя плотность материи в Солнечной системе должна быть больше, чем в Галактике, а в Галактике больше, чем в Метагалактике. Это, согласу­ется с данными наблюдений.

Важно, что эта теория, объясняет гравитационный парадокс, сущность ко­торого в следующем: если масса тел в мире бесконечна, и средняя плотность отлична от нуля, то сила тяготения, исходящая от всех тел Вселенной, в каждой точке пространства, имеет неопределённое значение. Такой результат получается потому, что масса звёзд - источников поля тяготения - растёт пропорцио­нально объёму, т. е., кубу расстояния от любой данной точки, а сила тяготения исходящая от каждой звезды, убывает пропорционально квадрату расстояния.

В действительности, сила тяготения, всегда определённа и конечна.

В результате последних исследований и разработок, возможно, прояснится вопрос, так называемой, космической /космологической/ постоянной, введённой ещё Эйнштейном. Т. е., вопрос о существовании негравитационного поля сил, связывающего космические тела.

Нерешённым для современной физики, остаётся и вопрос о метрике пространственно-временного «фона», зависящий от материальной структуры Мета­галактики.