Главная | Фантастическая литература. Статьи. | Незаконченный принцип Эйнштейна | Дж. Ф. Чью

Почему пространственно-временной континуум a priori не наблюдаем?

Точнее говоря, почему невозможно определить положение некоторого объекта с произвольной точностью? Те, кто знаком с принципом неопределенности Гейзенберга, правильно отметят здесь его ключевую роль, однако этого еще недостаточно для исчерпывающего ответа. Дело в том, что в нерелятивистском случае принцип неопределенности утверждает лишь невозможность одновременного измерения положения и импульса с произвольной точностью. При этом остается принципиальная возможность точного определения координаты, если импульс вовсе не подвергается измерению. Если говорить более конкретно, то измерение координаты путем рассеяния кванта света (фотона) на исследуемом объекте ограничено по своей точности дифракционными эффектами, зависящими от длины волны фотона X, однако последняя в принципе может быть сделана сколь угодно малой. Уменьшение длины волны означает рост импульса фотона согласно соотношению Де Бройля p = h/X, где h - постоянная Планка, что ведет к увеличению импульса отдачи объекта в ходе измерительной процедуры. Но если нас не интересует импульс объекта ни до, ни после эксперимента, то возможность неограниченно точного измерения положения вынуждает нас заключить, что нерелятивистская квантовая механика не запрещает явное экспериментальное изучение пространственно-временного континуума.

Однако именно релятивистская эквивалентность массы и энергии накладывает абсолютные ограничения на наши измерительные возможности по определению пространственного положения частиц. Когда фотон (или любая другая частица, играющая роль зонда) имеет энергию большую, чем энергия покоя зондируемого объекта, в ходе столкновения начинают рождаться новые частицы, что ведет к изменению физической ситуации в целом. Мы теряем даже возможность идентифицировать первоначальный объект, положение которого мы измеряли. Поскольку трудности начинаются с энергий зондирующей частицы порядка те2 (т.е. импульса порядка те), критическая длина волны оказывается равной h/mc, где т есть масса легчайшей частицы, могущей родиться в ходе столкновения. Если считать т массой электрона, критический масштаб получится порядка 10-11 см. Однако во многих экспериментах по столкновению частиц сравнительно легче рождаются пи-мезоны, нежели электроны. Взяв в качестве критерия массу пиона, приходим к величине порядка 10 см как пределу наших возможностей по измерению пространственных координат.

Чрезвычайно важно понять, что не существует соответствующего предела измеримости импульса или, что эквивалентно, скорости. Позволив частице без столкновений путешествовать на достаточно большие расстояния, мы можем вычислить ее скорость с произвольной точностью посредством макроскопических пространственно-временных измерений в начале и конце проходимого ею пути. Массу же одной частицы, отнесенную к массе другой, можно определить с помощью закона сохранения полного импульса путем измерения углов разлета в ходе взаимного столкновения. (Лишь отношения масс являются существенными.) И вновь для достижения произвольной точности (по крайней мере, в бесконечной Вселенной) требуются лишь макроскопические пространственные измерения. Таким образом, существует экспериментальная возможность изучения континуума импульсов (и энергий) даже несмотря на отсутствие таковой в случае пространства-времени.

Эти соображения известны уже в течение примерно трети столетия, начиная с первого столкновения квантовой механики с теорией относительности. Почему же тогда эти тридцать лет были истрачены физиками- теоретиками в попытках построить микроскопические теории, содержащие в качестве центрального понятия пространственно-временной континуум? Ответ в значительной степени тот же, что и в случае эфира: существование пространственно-временного континуума, во-первых, «очевидно», а во-вторых, на нем были основаны все предыдущие физические теории. При этом склонны забывать тот факт, что все эти теории не имели дела с явлениями на расстояниях порядка 10" см.

Научно-популярное

НЛО

Суеверия и Фольклор

Паранормальное

Космология