Тайны пространства и времени - Комаров Виктор Ноевич - Страница 95

В глубинах микромира

В центре внимания современной астрофизики находятся объекты, отличающиеся чрезвычайно высокой плотностью, а иногда и очень малыми размерами. Подобные экстремальные состояния материи не могут быть описаны в рамках одной лишь общей теории относительности Эйнштейна, так как при столь больших плотностях неизбежно возникают специфические квантовые эффекты. Поэтому одной из важнейших задач современной физики является построение квантовой гравитационной теории, которая объединила бы общую теорию относительности и квантовую физику.

Автор: Чем, на ваш взгляд, поучительна теория элементарных частиц и история ее развития?

Барашенков: Эта область физики поучительна прежде всего тем, что здесь с особенной силой проявляется мощь научной теории. Ведь не случайно, например, что кварки были изобретены, а не обнаружены в опыте. Поучительно и то, что в процессе развития этой теории то и дело возникает масса неожиданных понятий и образов, потрясающих привычные основы. Достаточно опять-таки напомнить о кварках. Тем самым наглядно и убедительно демонстрируется неправомерность любой абсолютизации научных знаний. Физика как наука никогда не закончится.

Автор: Какую роль, по вашему мнению, играет теория элементарных частиц в современном естествознании?

Барашенков: Теория элементарных частиц, наряду с астрофизикой, всегда играла чрезвычайно важную роль в формировании новых представлений о явлениях окружающего нас мира.

Так, например, современная теория элементарных частиц подводит нас к новым представлениям о том, что такое элементарность. Еще сравнительно недавно считалось само собой разумеющимся, что Вселенная представляет собой последовательность вложенных друг в друга физических систем, от Метагалактики до неделимых элементарных частиц, не имеющих внутренней структуры. Подобная картина хорошо согласовывалась и с нашим повседневным здравым смыслом, согласно которому целое всегда больше любой из составляющих его частей.

Но теперь мы знаем, что элементарная частица может содержать в качестве своих составных частей несколько точно таких же частиц, как и она сама. Так, например, протон на очень короткое время распадается на протон и пи-мезон, а каждый пи-мезон – на три пи-мезона. Таким образом, в микромире теряют смысл привычные представления о целом и части, о простом и сложном, а следовательно, теряет смысл и привычное для нас представление об элементарности.

Автор: А чего вы ждете в ближайшем будущем от теории элементарных частиц? Каких новых достижений, каких открытий?

Барашенков: Прежде всего, построения единой теории различных физических взаимодействий.

Автор: Нуждается ли, по вашему мнению, современная теория элементарных частиц в каких-то принципиально новых идеях, в частности, в «безумных идеях»?

Барашенков: Это в настоящее время никому не ясно. Экспериментальных данных в этой области сейчас очень много, много и непонятного. Не исключено, что стараниями теоретиков удастся преодолеть существующие трудности и объяснить экспериментальный материал, не прибегая к каким-то принципиально новым представлениям. Но могут потребоваться и совершенно новые идеи, в том числе и весьма необычные.

Автор: В популярной литературе сейчас довольно часто можно встретить утверждение о «неизбежности все более странного мира». Считаете ли вы, что исследования в области микромира в самом деле ведут к открытию «все более странного мира»?

Барашенков: Да, это в самом деле так. Теория элементарных частиц ведет все дальше от наглядных представлений, она обрастает все более сложным математическим аппаратом, все более сложными математическими и другими образами, у которых нет аналогий в непосредственно окружающем нас мире.

Происходит любопытный процесс: новые непривычные понятия – непривычные даже для физика – постепенно осваиваются, входят в обиход и незаметно становятся привычными. Совершается процесс освоения «все более странного мира».

Автор: Если уж мы заговорили о странном мире элементарных частиц, то невольно возникает вопрос о сверхсветовых частицах или тахионах. Насколько мне известно, по этой проблеме в последние годы публикуется множество работ. Хотелось бы знать ваше мнение на этот счет.

Барашенков: Проблема эта бесспорно увлекательная. Само предположение о возможности существования сверхсветовых частиц не может не поражать воображение. Но самое главное заключается в следующем. Гипотеза тахионов может быть верной или неверной, но она естественно вписывается в специальную теорию относительности, создавая цельную замкнутую картину. Разумеется, справедливость этой гипотезы может доказать только эксперимент. Но естественность обобщения не может не поражать.

Автор: Но, как известно, одним из основных положений специальной теории относительности является утверждение о предельном характере скорости света. Нет ли тут противоречия с предположением о существовании сверхсветовых частиц?

Барашенков: Дело в том, что мир тахионов, если он действительно существует, нигде не пересекается с миром досветовых скоростей. Эти миры, видимо, между собой не взаимодействуют. Таким образом, тахионы оказались бы третьим типом частиц, наряду с досветовыми и световыми частицами. Частица, принадлежащая к одному из этих типов, не может перейти в частицу другого типа ни при каких известных нам взаимодействиях. Я подчеркиваю: ни при каких «известных нам» взаимодействиях. На очень глубоком, еще не изученном современной физикой уровне это может быть и не так.

Автор: И все же возникает ощущение, что гипотеза сверхсветовых скоростей является чем-то вроде физической бессмыслицы.

Барашенков: Все дело в том, что вообще называть «физически бессмысленным». Соотношение или процесс, которые невозможны в круге привычных для нас явлений, могут реализоваться в другой области явлений. Иными словами, наши представления о «возможном» и «невозможном» носят относительный характер. Физически бессмысленными можно считать лишь такие теоретические выводы, которые вступают в противоречие с тем или иным известным фундаментальным законом природы в той области, где этот закон достаточно хорошо проверен. Гипотеза же тахионов, как мы видели, в подобные противоречия не вступает.

Автор: Но в таком случае возникает другой вопрос. Ведь при сверхсветовых сигналах должна нарушаться причинность – следствия могут опережать свои причины.

Барашенков: Да, действительно, хотя гипотеза о сверхсветовых сигналах формально и не вступает в противоречие со специальной теорией относительности, предположение о существовании сверхсветовых частиц автоматически ведет к тому, что в природе существуют процессы с неопределенным направлением развития. Иными словами, причины и следствия могут меняться своими местами, в зависимости от выбора системы отсчета.

Автор: Но в таком случае с помощью тахионного пучка можно было бы, так сказать, проникнуть в прошлое?

Барашенков: Да, и при этом будут возникать различные парадоксы. Кстати сказать, если рассматривать область, где существуют только сверхсветовые взаимодействия, то в этой области никаких парадоксов нет. Они возникают только в тех случаях, когда сверхсветовые сигналы соседствуют с досветовыми. И если в подобной ситуации для микропроцессов нарушения причинности еще можно избежать, то для обычных макроскопических процессов они возникают с неизбежностью. При этом суть парадоксов, о которых я говорил, в следующем. В процессах со сверхсветовыми сигналами временной порядок событий – то есть какое из них происходит раньше, а какое позже – зависит от выбора системы координат, системы отсчета. А направление потока информации, которое составляет основу причинно-следственной связи при замене одной системы координат другой, не меняется. Именно поэтому и происходит нарушение причинности. Кстати, при этом нарушается не только причинность. Для макроскопических явлений обратный во времени поток информации означает также нарушение такого фундаментального закона сохранения, как второй закон термодинамики.