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

Тут надо в очередной раз вспомнить вариант соотношения неопределенности Гейзенберга для энергии и времени: ΔEΔt ~ ħ . Оно показывает, что на сверхмалых промежутках времени Δt возможно самопроизвольное изменение энергии микрочастицы ΔE . Подобные квантовые флуктуации энергии могут порождать виртуальные (возможные) частицы. В квантовой теории поля считается, что виртуальные частицы принципиально прямо не наблюдаемы. Это очень странное качество частиц, но в принципе ожидаемое, поскольку оно логически вытекает из исходного принципа неопределенности — квантовые объекты невозможно наблюдать непосредственно, нужен некий агент — посредник, изменяющий их состояние. Тем не менее в квантовой электродинамике все процессы взаимодействия предполагают наличие виртуальных частиц.

Какова же возможная природа виртуальных частиц? Тут есть несколько вариантов ответов. Можно предположить, что они являются новым видом физической реальности, открытым в квантовой теории поля, или же считать их некоторыми абстрактными объектами, не имеющими реальных аналогов и лишь приближенно моделирующими механизмы взаимодействия элементарных частиц.

А можно вообще перейти на самые общие категории пространства и времени, сопоставив виртуальные частицы и некую «потенциальную реальность пространственной локализации», существующую лишь в возможности выйти за границы времени жизни. Это время жизни виртуальной частицы, подобно энергии и пространству, будет уже не квантуемо, а хроноквантуемо, включая в себя целое количество элементарных «атомов времени» — хроноквантов. Тогда само по себе превращение виртуальных частиц в реальных опытах можно рассматривать как косвенное подтверждение «движения» виртуального объекта по шкале времени. Получается, что за гранью сверхмалого скрывается еще один тип бытия — реально-временное «там» и пространственно-потенциальное «здесь». Нечто подобное описывал при воображаемом путешествии в бездну провала застывшей звезды — коллапсара видный российский астрофизик и блестящий популяризатор науки академик Игорь Дмитриевич Новиков.

Мы еще встретимся с квантовой космологией мира Минковского, заключающего в себе «зерно» хроноквантовой реальности, а пока заметим, что еще Бор в своем принципе дополнительности предполагал, что любому процессу и явлению присущи взаимодополняющие противоположности — «возможность» и «действительность», переходящие друг в друга. Рассмотрим пример поступления абитуриента в университет. Действительно, возможность поступления в вуз определяется желанием, упорством и трудолюбием, а также конкурсом аттестатов и стажем трудовой деятельности по выбранной специальности, следовательно, она заложена в самой действительности развития ситуации.

Вообще говоря, в некоторых областях стандартных теорий и в большинстве неустоявшихся инноваций довольно часто встречаются не только «принципиально ненаблюдаемые» объекты в виде виртуальных частиц и тех же кварков, но и всяческие сингулярности, бесконечности, расходимости. В последнее время здесь появился еще целый класс «принципиально квантово нелокальных систем и объектов», причем эта квантовая нелокальность материальных тел распространяется даже не на Метагалактику, а на весь сущий мир, захватывая еще и иррациональную область индивидуального сознания. Тут необходимо отметить и серьезную проблему квантовой теории поля, связанную с возникновением при теоретических расчетах «духов» — состояний микрообъектов с отрицательной вероятностью. Вообще говоря, вероятность событий может быть любым числом от нуля до единицы. Для невозможного события вероятность равна нулю, а для полностью достоверного — единице («стопроцентная вероятность»). В чем же может состоять физический смысл отрицательной вероятности? Этот вопрос в немалой степени занимает внимание теоретиков.

В свое время Эйнштейн писал:

«Однако мы должны помнить, что та идеализация, которая состоит в утверждении, что в природе действительно существуют неизменяемые масштабы, может потом оказаться либо совсем неприменимой, либо оправдываемой только по отношению к некоторым определенным явлениям природы. Общая теория относительности уже доказала неприменимость этого понятия ко всем областям, размеры которых не могут считаться малыми с точки зрения астрономии. Быть может, теория квантов будет в состоянии показать неприменимость этого понятия на расстояниях порядка размеров атомов. И то и другое считал возможным Риман».

Мысли Эйнштейна дополняют рассуждения патриарха отечественной космологии Абрама Леонидовича Зельмановао том, что сверхбольшое и сверхмалое может смыкаться в своей природе. А поскольку сверхпространство, в котором, собственно говоря, и происходит расширение нашей Вселенной, вполне может быть неметрическим, то и в инфрамикромире планковских масштабов метрические отношения могут неузнаваемо измениться или даже совсем исчезнуть. Профессор Зельманов указывал, что существование эталонов длины и времени связано с миром атомов и молекул, где длина соизмерима с периодом кристаллической решетки, а длительность — с колебаниями молекул и атомов. Но переход к планковским масштабам аналогичен сравнению Метагалактики с атомом! Естественно, что при этом все метрические эталоны могут потерять свой смысл вместе с самими понятиями длины и времени. Собственно говоря, метрические отношения на данном уровне реальности могут иметь просто иной качественный характер, например содержать своеобразные атомы пространства — планкионы, или максимоны, и времени — хрононы, или хронокванты. Существуют ли они на самом деле? Пока мы еще очень далеки от исследования таких глубин материи, но принципиальная возможность здесь существует, и связана она с новыми поколениями ускорителей элементарных частиц. Однако и здесь потребуются иные экспериментальные методики, иначе для насыщения энергией подобных опытов не хватит всех планетарных ресурсов!

Еще в середине прошлого столетия создатель новой квантовой физики Бом писал: «Кванты, связывающие объект и окружающую его среду, образуют неисчезающее звено, которое в любой момент зависит в равной мере от обеих частей». Чем-то это перекликается с еще более давней позицией Гейзенберга, считавшего, что физическое пространство и время носят сугубо макроскопический характер и отсутствуют в «фундаменте» материи.

Ну а теперь вспомним, что, рассуждая о возможных проявлениях ячеистой структуры пространства-времени, мы забыли о самом главном событии в истории Мироздания — его рождении в пучинах Большого взрыва. Элементарная логика подсказывает, что если атомы пространства и времени существуют, то они должны были проявиться в самом начале эволюции Вселенной. Именно тогда и должна была возникнуть космологическая стрела времени, управляющая течением всех процессов и явлений нашего мира.