Олег Фейгин - Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени

Таким образом, получается, что если пространство в какой-то момент времени и обладало большим зарядом, то через некоторое время заряд этот неизбежно уменьшится. А значит, соответственно сократятся размеры и масса пространства, каковыми они предстают перед сторонним наблюдателем. То есть, говоря проще, согласно математическим выкладкам получается, что стягивание гигантских миров в точку вполне вероятно. Исходя из теории фридмонов получается, что мы должны свыкнуться с мыслью: любая элементарная частица в принципе может оказаться порталом в иные миры. Проникнув через этот вход, мы можем оказаться в совершенно иной вселенной. Нашему взору, возможно, предстали бы иные галактики, населенные, вполне возможно, своими цивилизациями. Если бы мы захотели вернуться назад, то пришлось бы снова проделать путь по коридору между мирами. Ну а окажись любопытство сильнее страха, то вполне возможно, мы могли бы отыскать другой фридмон, и тогда наше путешествие по иным мирам могло бы продолжаться до бесконечности.

Тут надо вспомнить, что одной из главных задач, стоящих перед современными физиками, является объединение в одной теории всех известных взаимодействий. Но, к сожалению, большинство современных попыток Великого объединения далеки от простоты и стройности. Если подход Евклида систематизировал и, в конечном счете, упрощал геометрию, то современные теории пространства-времени часто только все запутывают и усложняют.

Как любил подчеркивать выдающийся физик прошлого столетия Р. Фейнман, главная причина в том, что мы пока не знаем всех законов природы, которые можно было бы свести в единую теорию.

Тут возникает законный вопрос: а есть ли вообще шансы хоть в очень далеком будущем, когда станут известны новые законы природы, создать математически стройную «теорию всего», из которой бы следовали все известные физические теории? Ответ на него совсем не очевиден, и его нельзя отдавать философам, которые могут все окончательно запутать. Большинство физиков скромно рассматривают свои любимые теории как не более чем модели реальности, не претендующие на полноту ее описания.

В предыдущих главах мы попытались обрисовать, как самым невероятным образом преображается течение процессов и само пространство за гранью сверхмалых масштабов реальной действительности. Теперь настала пора задаться вопросами об еще одном фундаментальном понятии нашего мира — времени. Квантовая механика полностью поменяла представление о поведении объектов микромира, а также свойствах самого пространства на сверхмалых уровнях. Несколько в стороне осталось только четвертое измерение континуума Минковского — время. Между тем именно время в микромире может быть ответственно за решение древних логических загадок — апорий эллинского философа, о которых мы уже рассказывали в первой главе.

Одними из первых предложили решение для апорий Зенона знаменитые древнегреческие мыслители Левкипп и Демокрит, создавшие и развившие античную школу атомистики. Они и их последователи считали, что апории Зенона просто не учитывают дискретную природу материи и времени, которые на определенном этапе всего лишь не допускают дальнейшего деления. Таким образом, древняя атомистика две с половиной тысячи лет назад предвосхитила не только современную атомную физику, но и новейшие теории о дискретном пространстве-времени. Ну а теперь пришло время выполнить обещание, данное в начале нашей книги, и рассказать о том, каким удивительным образом идеи античного философа Зенона Элейского воплощаются в современном квантовом мире.

Рассмотрим систему радиоактивных атомов, подчиняющихся законам квантовой механики, и попробуем ответить на вопрос: будет ли изменяться вероятность распада нестабильного изотопа в зависимости от частоты проводимых нами измерений?

Но прежде напомним нашим читателем, что такое радиоактивность (от лат. radio — излучаю и activus — действенный). Это физическое явление состоит в спонтанном превращении неустойчивых изотопов химических элементов в результате радиоактивного распада. Радиоактивность была открыта в 1896 году известным французским экспериментатором Анри Беккерелем,который обнаружил проникающее излучение солей урана, действующее на фотоэмульсию. Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Через два года Марияи Пьер Кюриобнаружили радиоактивность тория, позднее ими были открыты новые радиоактивные элементы полоний и радий.

Образовавшееся в результате радиоактивного распада дочернее ядро иногда оказывается также радиоактивным и через некоторое время тоже распадается. Процесс радиоактивного распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабильное, то есть нерадиоактивное ядро, а последовательность возникающих при этом нуклидов называется радиоактивным рядом.

Янус двуликий

Божественный древнеримский пантеон включал два персонажа, ответственных за ход времени: Сатурна (греческий Хронос), пожирающего своих детей в неумолимом беге времени, и двуликого Януса — бога начала и конца, прошлого и будущего, молодости и старости. Образ последнего подходит и на роль современного символа проблемы физического времени с молодым лицом квантовой физики и старческим — классической науки.

Трехуровневая атомная энергетическая система

При небольших временах после начала распада, когда амплитуда еще мала, так как частица в основном локализована внутри распадающейся системы, скорость изменения амплитуды, которая определяет скорость распада, также будет малой. Этот удивительный результат, имеющий чисто квантовую природу, можно сформулировать следующим образом: для обеспечения заметной скорости радиоактивного распада необходимо, чтобы волновая функция частицы за пределами распадающейся системы была достаточно велика. В начальные моменты времени, когда волновая функция частицы локализована в основном внутри распадающейся системы, скорость распада близка к нулю. Наблюдения за частицей во внешней области, дающие отрицательный результат, локализуют частицу внутри распадающейся системы, что понижает скорость распада, составляя суть квантовых эффектов Зенона (КЭЗ).