Классовая основа различных видов и школ материализма 21 страница

Характерным свойством М. является то, что она подчиняется т. наз. принципу суперпозиции состоя­ний, согласно к-рому М. может рассматриваться как находящаяся идновременно в различных состояниях, описываемых различными волновыми функциями (ин­терференция состояний). При наложении (суммиро­вании) этих функций возникает интерференция..

МИКРОЧАСТИЦЫ 43't

Законом движения М.— законом изменения ее со­стояний — является уравнение Шрёдингера, связы­вающее изменение волновой функции М. во времени с внешними условиями, — ходом потенциала внеш­него поля, действие к-рого испытывает М., с взаимо­действиями М. с др. частицами системы, в к-рую она входит. Уравнение Шрёдингера играет в квантовой механике такую же роль, как закон Ньютона в клас­сич. механике. Решая это уравнение, находят вид волновой функции. Важно подчеркнуть, что новый способ характеристики состояний движения М. в кван­товой механике влечет за собой необходимость при­менения для этой цели иных математич. понятий, чем в классич. физике. Состояния М. описываются функциями, а связь физич. величин друг с другом в каждом состоянии характеризуется т. н. опера­торами — способами преобразования функций.

Замечат. особенность движения М. заключается в том, что совокупность возможных состояний М. (возможных волновых функций) находится в соответ­ствии с фиксированными физич. условиями во всей области, в к-рой М. существует,— законом изменения поля, в к-ром она движется, а также с наличием др. частиц, входящих в данную систему. В этом отно­шении М. кардинально отличается от макрочасти­цы, состояния к-рой в каждый момент могут быть любыми.

Если физич. условия, в к-рых существует М., меняются достаточно быстро и неупорядоченно, то приписать *М., входящей в такую систему, опред. квантовое состояние, характеризуемое опред. вол­новой функцией, невозможно.

Особый интерес представляют связанные состояния электрона, принадлежащего опред. атому или моле­куле. Совокупность стационарных связанных состоя­ний, в к-рых может находиться электрон в атоме или молекуле, образует прерывный ряд; они кванто­ваны. Энергия этих состояний может принимать лишь опред. значения (дискретные уровни энергии); диск­ретными являются также и возможные значения мо­мента количества движения. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое значение энергии и момента (или соответств. им квантовые числа) изменяются скачком. Дискретность (кванто-ванность) ряда возможных состояний обусловлена тем, что состояние связанного электрона в каждый момент как бы «согласовано» со структурой поля в атоме в целом. В квантовании состояний связанного электрона также проявляется его двойственная при­рода.

С этой т. зр. интересен описанный выше туннель­ный эффект (напр., когда атом подвергается воздей­ствию внешнего элоктрич. поля, стремящегося вытя­нуть его из атома). Это означает, что изолиров. атом связывается этим внешним полем с другой системой — источником поля. При этом атомарный электрон как бы «коллективизируется» этой большой системой, его состояние определяется уже не только внутриатом­ными взаимодействиями, но условиями, характер­ными для общей системы, например кристалла в целом.

Еще одна особенность стационарных квантовых состояний, неизвестная классич. физике,—это наличие в квантовых системах нулевой энергии — минималь­ного значения энергии, к-рой может обладать такая система. Отнять эту энергию от системы можно, только разрушив ее.

Существует два различных типа изменений состоя­ния М., в зависимости от характера воздействия на них: 1) квантовые переходы М. из одного возможного стационарного состояния в другое,. происходящие при сообщении (или отнятии) М. энергии, но при сохранении внешнего поля, в к-ром частицы движутся;

2) изменения всей совокупности возможных состоя­ний, происходящие при изменении внешнего поля.. Примером квантового перехода является переход атомарного электрона из одного стационарного состоя­ния атома в другое под воздействием излучения. Примером второго типа изменений является измене--ние всего спектра состояния атома, возникающее-при его помещении в электрич. или магнитное поле.

Отличительная особенность квантового перехо­да М. из одного состояния в другое заключается, в том, что он зависит не только от начального со­стояния М., но также и от конечного. Переход из; начального состояния в конечное тем вероятнее,, чем сильнее «перекрываются» оба состояния, чем боль­ше они «резонируют»— как в смысле пространств., перекрытия, так и в смысле близости типа волновых функций, характеризующих оба состояния. Поэтому понятие резонанса имеет большое распространение-в теории движения М. При квантовых переходах, атома изменяется «динамич. структура» его электрон­ной оболочки, . сопровождающаяся во мн. случаях поглощением или излучением фотона.

Взаимодействие М. Системы М. Ука­занные выше особенности движения М. проявляются и в характере их взаимодействия, и в особенностях систем М. Система М. (квантовая система) не может рассматриваться как совокупность отдельных М.,. сохраняющих свою индивидуальность. Приписать индивидуальное движение каждому электрону, вхо­дящему в состав атома или молекулы.,, строго говоря,, невозможно.

Осн. положением квантовой механики многих ча­стиц и квантовой статистики является принцип тож­дественности одинаковых М., входящих в одну и ту же систему. Этот принцип резко отличает систему, М. от системы макрочастиц. Согласно принципу тож­дественности, две (или несколько) одинаковых М., входящих в одну систему и находящихся в одном, и том же состоянии движения_г ни в чем не проявляют индивидуальных различий. Поэтому перестановка мест двух электронов («обмен координатами») в атоме-не может рассматриваться как реальное изменение;, существенно лишь число М. в данном состоянии (оно-наз. числом заполнения), а не то, какие М. находятся: в данном состоянии. Между тем в классич. теории газов перестановка мест двух молекул считается реальным эффектом, к-рый должен учитываться., В принципе тождественности проявляется ограниче­ние индивидуальности М., о к-ром шла речь выше..

Во взаимодействии М. играет роль их спин — собств. момент количества движения. Однако спин нельзя рассматривать как меру вращения М., ибо М. есть ни твердая корпускула,, ни жидкая капелька. Наиболее существ, проявлением спина М. является, наличие у М. магнитного момента, пропорциональ­ного спину; М., обладающая ненулевым^ спином, пред­ставляет собой элементарный магнитик, т. е. опред.. образом ориентируется в магнитном поле. Поэтому можно сказать, что микроскопически магнетизм есть, прежде всего квантовое явление, характерное для М.. Величина спина характерна для данной М., она явля­ется одним из основных ее параметров; спин элемен­тарных частиц в единицах Й=о^ может быть либо*

полуцелым — у электронов, протонов, нейтронов, нейтрино и др., либо целочисленным (1 или 0) — у фотонов или пи-мезонов. В зависимости от спина М.. подчиняется одному из двух различных типов стати­стики (статистика Ферми—Дирака и Бозе—-Эйнштей­на). Для М., подчиняющихся статистике Ферми (или-фермионов), имеет место принцип Паули, согласно, к-рому в каждом состоянии системы может нахо­диться только одна М. Это значит, что возможные»

432 МИКРОЧАСТИЦЫ

состояния электрона в атоме или кристалле зависят не только от действующих на него полей атомных ядер и др. электронов, но и от того, в каких состоя­ниях находятся др. электроны. Число же М., подчи­няющихся статистике Бозе (бозонов), в каждом со­стоянии может быть любым.

Принцип Паули представляет собой закономер­ность совершенного нового типа, неизвестного клас-сич. физике. Он отражает согласование состояния М. с состояниями др. таких же М. Отношение между одинаковыми М., выражаемое принципом Паули, явля­ется не динамич. взаимодействием, а отношением нового типа, специфичного для микрообъектов. Имен­но это согласование движения многих М. дало воз­можность понять, как происходит формирование онред. структуры микросистем, согласованность их с движениями в системе, в частности образование слои­стой структуры электронной оболочки атомов, обу­словливающей периодичность системы атомов химич. элементов, оболочечной структуры атомных ядер и т. д.

Квантовая механика многих М. раскрывает воз­можность образования разнокачественных объектов, напр. образование молекул из атомов, природу химич. связей. Она впервые объяснила самую воз­можность «насыщения» связей, т. е. образование си­стемы только из опред. числа частиц. Старая пробле­ма,— почему возможна молекула водорода из двух одинаковых атомов, но не из трех,— к-рая была неразрешимой в классич. физике, нашла разрешение в квантовой теории. Именно было показано, что при взаимодействии пары внешних электронов в обо­их атомах, спины к-рых направлены противоположно, вследствие согласования состояний происходит «обобществление» этих электронов, к-рые начинают совместно двигаться вокруг обоих ядер, т. е. оба ато­ма как бы непрерывно обмениваются этими электро­нами, связывающими их воедино в молекулу (т. н. «обменное» взаимодействие).

К наиболее интересным принципиальным выво­дам квантовой теории систем относится мысль, что связанная М., входящая в к.-л. систему, дина­мически не идентична такой же М., но свободной или входящей в систему др. типа; напр., свободный атом существенно отличается от атома, входящего в состав молекулы или кристалла; движения элект­ронов в свободном атоме отличаются от движения электронов в таком же атоме, как части молекулы. Поэтому важнейшая задача, возникающая при реше­нии проблем квантовой механики, заключается в установлении специфичности материального носителя того или иного свойства систем или явления.

На основе квантовой механики и статистики была создана совр. физика твердого тела, объяснившая мно­гообразие форм твердых тел — металлов, полупровод­ников, диэлектриков. Квантовая механика является теоретич. основой теории атома, молекулы. Эти огром­ные успехи физики явились результатом революцион­ного преобразования картины движения М. и их вза­имодействия, произведенного квантовой механикой.

Теория превращения М. (квантовая теория поля).

Основные представления квантовой теории поля. Квантовая механика исследует только закономерности движения «готовых» М. Ее осн. положения применимы к взаимодействиям сравнитель­но малой энергии, при к-рых число взаимодействующих М. сохраняется. Но при больших энергиях взаимо­действия простейших М. (элементарных, или фунда­ментальных частиц) — электронов, протонов, мезонов и др.— происходят их превращения, т. е. исчез­новение данных М. и рождение новых, причем число М. изменяется. Большинство элементарных частиц нестабильно и спонтанно распадается на др. частицы

до тех пор, пока продуктами распада не оказываются стабильные М.— протоны, электроны, фотоны и ней­трино (и их античастицы). Пара элементарных М.— частица и ее античастица,— связываясь друг с дру­гом, аннигилирует, превращаясь в др. частицы (иногда они до аннигиляции образуют короткоживу-щие системы). При столкновениях элементарных ча­стиц, образующих при этом неустойчивые и очень быстро распадающиеся системы, происходит рожде­ние новых частиц (или пар); если энергия взаимодей­ствующих частиц очень велика, может произойти множественное рождение, причем спектр рождающих­ся частиц может быть различным.

Превращения элементарных частиц не рассматрива­ется как распад их на составные части, как, напр., диссоциацию молекулы или деление ядра. Строго говоря, и в последнем случае частицы, входящие в более сложные системы (напр., нуклоны, образую­щие ядро), не идентичны свободным частицам (см. выше); различие свободных и связанных частиц про­является, в частности, в наличии дефекта массы у связанной системы. Однако такой факт, как мно­жественное рождение, доказывает, что превращение элементарных частиц есть рождение новых М., к-рое может происходить по многим «каналам», причем во всех известных опытах превращения имеет место появление элементарных же частиц. Это и дает осно­вание говорить об их «элементарности», хотя это не означает отсутствия структуры.

В совр. теории взаимодействия элементарных ча­стиц подразделяют на слабые, обусловливающие гл. обр. распад неустойчивых частиц, и сильные и электромагнитные, ответственные за превращения при их столкновениях. Гравитационные взаимодействия не учитываются современной квантовой теорией поля.

Пути превращения элементарных частиц не одно­значны в том отношении, что при одной и той же энергии столкновения данных частиц возможны раз­личные элементарные реакции. Однако это не озна­чает, что превращения могут быть любыми. Помимо законов сохранения энергии, импульса, момента и спина, электрич. заряда, элементарные частицы при своих превращениях подчиняются законам сохране­ния ряда квантовых чисел, характеризующих их свойства,— изотопич. спина, барионного и лептон-ного зарядов, четности, странности. О смысле этих величин, а также характеристиках свойств различ­ных групп элементарных частиц см. в ст. Элементар­ные частицы материи.

Теория превращения М., открытых уже в 30-х гг. и позднее, была сначала построена так же, как теория «элементов» электромагнитного поля — фотонов, соз­данная в конце 20-х гг. В этой теории М. каждого типа понимается как состояние нек-рого поля — объ­екта с неопред, и неогранич. числом степеней свобо­ды. Поэтому необходимо сначала остановиться на кван­товой теории электромагнитного поля, в к-рой М. рассматривается как «возбуждение» поля, а поло — как опред. распределение возникающих и исчезаю­щих М.

Как уже было отмечено, фотоны дискретны только в энергетич. отношении; в процессе распространения фотон не локализован. Фотон характеризуется значе­нием энергии (пропорциональной частоте электро­магнитной волны) и импульса, направлением распро­странения, спином, равным единице (в единицах h), и поляризацией; собств. масса фотона равна нулю.

Теория превращения фотонов содержит важную идею, положенную в основу квантовой теории любых полей. Именно рождение и исчезновение фотона рас­сматривается не как появление (или исчезновение) частицы в абсолютно пустом пространстве, а как скачкообразное изменение энергии «элемента» ноля —

МИКРОЧАСТИЦЫ 433

приемника и источника фотонов данного сорта. Элект­ромагнитное поле в целом представляется как сумма бесконечного числа таких простых составляющих колебательных систем — т. н. линейных осциллято­ров. В соответствии с этой картиной рассеяние фотона рисуется так: первоначальный фотон с энергией Е_г, импульсом р_х и данным направлением распространения исчез в нек-рой точке пространства, энергия соответ­ствующего полевого осциллятора уменьшилась на один квант; вместо него в этой же точке родился др. фотон, т. е. энергия др. осциллятора увеличилась на квант.

Такой способ рассмотрения электромагнитного поля сразу же приводит к своеобразным соотношениям неопределенностей для числа фотонов, с одной сто­роны, и состояния поля в каждой точке пространства, с другой. Чем определеннее фаза поля в данной точ­ке, тем менее опред. является число фотонов, и наобо­рот; при опред. числе фотонов фаза поля становится неопределенной. Отсюда следует, что если число фотонов в данных условиях равно нулю, т. е. имеется фотонный вакуум, то поле (т. е. соответств. осцил­лятор) не исчезает; напряженность нулевого поля (вакуума) испытывает неустранимые «нулевые» коле­бания в каждой точке — беспорядочные флюктуации. Вывод квантовой теории поля о том, что в вакууме, где нет фотонов, поле не исчезает, а имеют место флюк­туации напряженности, был подтвержден экспери­ментально.

До сих пор речь шла о чистом, или свободном, поле излучения. Но такое поле является абстракцией. Ибо фотоны не рождаются и не исчезают сами по себе, а лишь вследствие взаимодействия с заряженными частицами или системами. Поэтому последоват. кван­товая теория электромагнитного поля требует рас­смотрения не только фотонов, но и электронов и позитронов.

Квантовая теория электронов и позитронов, иссле­дующая их рождение и исчезновение, рассматривает их также как «кванты» особого поля. По аналогии с полем фотонов электроны представляются как воз­бужденное состояние особых полевых колебат. си­стем — волновых осцилляторов — электронно-по-зитронных; рождение электрона (или исчезновение позитрона) трактуется как переход соответств. осцил­ляторов в более высокое энергетич. состояние, исчез­новение электрона или рождение позитрона — как переход осциллятора в низшее состояние. Отличие электронного осциллятора от фотонного состоит в том, что электронная волна распространяется по спе-цифич. законам, в соответствии с законом движения электрона (уравнением Дирака); параметры элект­рона включают элементарный заряд и собств. массу, а также половинный спин. Изменение энергии и им­пульса электрона при взаимодействии трактуется в теории поля не как изменение состояния того же электрона (как это делается в квантовой механике), а как исчезновение электрона в состоянии с началь­ной энергией, импульсом и спином и рождение его в состоянии с конечным значением энергии, импульса и спина. Отличие электронно-позитронного поля от фотонного заключается также в том, что в каждом состоянии электронного поля (каждого осциллятора), в соответствии с принципом Паули, может находиться только один электрон.

Теория электронно-позитронного поля как беско­нечного «набора» особых осцилляторов также при­ходит к выводам о существовании реального элект­ронно-позитронного вакуума. Пространство, в к-ром нет реальных электронов, рассматривается как нуле­вое состояние поля (электронный вакуум), в к-ром происходят флюктуации заряда, т. е. содержатся потенциальные электроны и позитроны. Более того,

предполагается, что реальный электрон влияет на электронно-позитронный вакуум, поляризуя его, и вместе с тем испытывает воздействие его неупорядо­ченных нулевых колебаний. Это заключение также нашло экспериментальное подтверждение.

Однако теория электрона более сложна, чем теория фотона; здесь встают новые проблемы. Электрон — заряженная частица, образующая вокруг себя элект­ромагнитное поле, посредством к-рого он взаимодей­ствует с др. электронами. Электромагнитное поле, связывающее друг с другом заряженные частицы, также трактуется как фотонное, но с тем отличием, что здесь фотоны не излучаются вовне, а непрерывно переходят от одного электрона к другому. Получа­ется «обменное» взаимодействие, осуществляемое не реально излученными фотонами, а т. н. виртуальны­ми, не отпочковавшимися от системы электронов; каждый электрон как бы испускает фотон, к-рый тут же поглощается др. электроном. Более того, прихо­дится допустить существование не только фотонов обычного типа, но и т. н. продольных, или псевдо­фотонов, реально никогда не обнаруживаемых в поле излучения. Обменом виртуальными фотонами объяс­няется не только взаимодействие электронов; теория таким же образом рассматривает и собств. поле каж­дого электрона как результат «самообмена» фотонами: электрон испускает и тут же обратно поглощает вир­туальные фотоны.

Понятие виртуальной частицы очень своеобразно. С одной стороны, совр. теория М. приписывает ей в сущности такие же свойства, как и реальной части­це, и обязана учитывать эти свойства при расчете любых явлений, в к-рых играет роль обмен виртуаль­ными частицами. С др. стороны, виртуальные частицы рассматриваются только как возможные объекты, а отнюдь не как реально образовавшиеся; проме­жуточные процессы с их участием могут про­исходить с нарушением закона сохранения энер­гии, что немыслимо для реальных частиц. Смысл виртуальных частиц состоит в том, что поле реальной частицы нек-рым образом характеризуется всей сово­купностью виртуальных частиц, его «окружающих»; каждый электрон (вообще М.) окружен «облаком» (или «шубой») виртуальных частиц. Введение этого понятия оказалось оправданным.

Изложенный метод рассмотрения превращений М. применяется не только к фотонам и электронам (по­зитронам), но и, в принципе, к любым элементарным частицам. Мезон и нуклон также рассматриваются как «кванты» соответств. полей, рождающиеся при нек-рых пороговых энергиях, соответствующих мас­сам этих частиц. Уравнение поля мезона (закон его движения) связано со значением его спина, равного нулю; уравнение движения нуклона — со спином, равным половине.

Нуклоны связаны друг с другом мезонным полем; это значит, что взаимодействие нуклонов осуществля­ется в результате обмена виртуальными мезонами. Однако, в отличие от квантовой теории электронного поля, теория поля нуклонов дает лишь качеств, кар­тину взаимодействий и превращений. Картина пре­вращения здесь усложняется тем, что у нуклона име­ется также ядерный заряд. В совр. теории элементар­ных частиц любая М. несет много зарядов, т. е. она взаимодействует с различными полями. Поэтому во взаимодействии с М. разного вида она проявляет различную «виртуальную» структуру.

Теория превращения М. применима не только к элементарным частицам, но и к квантованным волно­вым процессам в твердых телах: коллективные, согла­сованные движения реальных частиц в твердом теле образуют новые микрообъекты, «квазичастицы», к-рые могут рассеиваться, превращаться в др. квазичасти-

434 МИКРОЧАСТИЦЫ

цы. Напр., тепловые неупорядоченные волны в твердых телах также квантованы, и такая элемен­тарная волна — фонон — может рассматриваться как квазичастица с определенной энергией, им­пульсом, нулевым спином. Фонон, сталкиваясь, напр., с электроном, исчезает, а вместо него может родиться другой фонон. Движение и взаимодействие квазичастиц могут быть рассмотрены методами кван­товой теории поля. Именно на основе квантовой тео­рии поля была раскрыта природа такого загадочного явления, как сверхпроводимость.

Трудности и противоречия кван­товой теории поля. Квантовая теория полей представляет собой дальнейшее развитие и обобщение теории движения М.— квантовой механики. В самом деле, движение электрона есть частный случай его превращения. Поскольку электрон непрерывно взаи­модействует со средой, его движение может рассмат­риваться как «самовоспроизведение», как непрерыв­ное «исчезновение» и «рождение», сопровождаю­щееся обменом со средой виртуальными фотонами. В свете квантовой теории поля стали более понят­ными такие свойства М., как тождественность одина­ковых М.

Однако теория превращения М. (квантовая теория поля), в отличие от теории их движения (квантовой механики), представляется непоследовательной и при­водит к трудностям и противоречиям. Примитив­ность трактовки превращения М. обусловлена рассмотрением их как возбуждений линейных ос­цилляторов различных типов (электронных, элект­ромагнитных, мезонных и т. д.), не связанных друг с другом. Теория представляет М. как независи­мые, со «своими» вакуумами. В качестве исходного пункта квантовой теории поля берется свободная, ни от чего не зависящая частица, с заданными, ничем не обусловленными свойствами. Каждая частица при­надлежит «своему» полю, и ее связи с др. частицами выступают как внешние и случайные. Превращения простейших М. первоначально рассматривались в квантовой теории поля но как многостадийный про­цесс, а как ряд единичных нерасчлененных актов рождения или исчезновения. В этом отношении ха­рактерна теория распадов неустойчивых элементар­ных частиц (теория слабых взаимодействий), в к-рой распад представлялся как непосредственное превра­щение исходной частицы в конечные, без промежуточ­ных этапов. В действительности, как показали иссле­дования последних лет, элементарные частицы обра­зуют единую систему, состоящую из опред. «подси­стем» (барионы, мезоны, лептоны). Свойства всех элементарных частиц взаимосвязаны, каждая частица «многоструктурна». Наконец, при взаимодействиях большой энергии понятие частицы как выделенного индивидуума вообще теряет смысл.

Квантовая теория поля приводит к трудностям. Поскольку рождение и исчезновение частицы рас­сматривается как происходящее в точке пространст­ва и мгновенно (а точечность взаимодействия, или его локальность, есть осн. условие совместности тео­рии с теорией относительности), то получается вывод, что собств. энергия точечной М., обусловленная ее взаимодействием с бесконечным множеством осцил­ляторов, должна быть бесконечной. Квантовая тео­рия поля не знает такого принципа отбора, к-рый позволил бы выделить из бесконечного числа этих виртуальных взаимодействий наиболее вероятные, поскольку влияние всех осцилляторов на М. счита­ется одинаковым. Поэтому она избавляется от полу­чающихся в ней лишенных реального смысла беско­нечных значений массы М. при помощи искусств, методов (т. н. перенормировки). Однако и эти методы применимы не ко всем типам полей.

Мысль об «одноактном» нерасчлененном характере превращения в свое время, в начальный период фор­мирования квантовой теории, соответствовала господ­ствовавшим тогда взглядам на элементарные частицы, как на предельно простые, бесструктурные точечные объекты. Но с тех пор была доказана несостоятель­ность этих представлений. С филос. т. зр., наличие у любого объекта совокупности опред. свойств может быть следствием только опред. структуры объекта и опред. типов его взаимодействий с др. объектами. Исследования, проведенные после 1955, показали, что у таких элементарных частиц, как протон и нейт­рон, действительно имеется устойчивая динамич. структура, к-рая может рассматриваться как опред. пространственное распределение в частице электрич. заряда и магнитного момента. По совр. взглядам, нуклон имеет слоистое строение, он как бы окружен внешней атмосферой виртуальных пи-мезонов, под к-рой расположен слой виртуальных ка-мезонов, а затем и виртуальных нуклонных пар; разумеется, такая модель нуклона является заведомо упрощен­ной, но сложность строения нуклона бесспорна. Мно-гоступенность процессов превращения элементарных частиц доказывается наличием цепочек последова­тельных распадов.

В 60-х гг. были открыты промежуточные, весьма короткоживущие элементарные частицы (с временем жизни 10~²² — 10~²³ сек), т. н. резонансные частицы. Выяснилось, что мн. резонансные частицы обладают большими значениями спина, что позволяет рассмат­ривать их как возбужденные состояния более устойчи­вых долгоживущих частиц. На основе этих открытий создана единая (унитарная) систематика барионов и мезонов (включая резонансы), позволяющая объеди­нить их в группы (октеты и декаплет); частицы каждой группы имеют одинаковое значение спина и четности. Значение этих работ по систематике очень велико, они, по-видимому, сыграют такую же роль в физике элементарных частиц, какую периодич. система Менде­леева играла в физике атома.

Следует отметить также предпринимаемые в послед­ние годы поиски промежуточных форм в процессах распада (т. н. промежуточных бозонов).

Вопрос о путях разрешения трудностей и проти­воречий квантовой теории поля решается по-разному. Согласно одной т. зр., трудности теории проистекают от стремления раскрыть слишком детально «механизм» действия поля последовательно в пространстве и вре­мени; действит. задача теории, с этой т. зр., заклю-чается в том, чтобы по заданным параметрам частиц до взаимодействия определить вероятности появле­ния в результате взаимодействия опред. числа дру­гих (или таких же) частиц с опред. параметрами и импульсами (т. н. метод матрицы рассеяния, пред­ложенный Гейзенбергом). То, что происходит при непосредств. столкновении, считается не подлежа­щим исследованию (это «черный ящик»). Однако зна­ние амплитуды рассеяния позволяет раскрыть «дина­мич. структуру» М. Здесь достигнуты частные успехи.

Другой путь, более радикальный — это создание единой теории поля; значит, вклад в решение этой задачи также внесен Гейзенбергом. В основу ее поло­жен единый закон взаимодействия первичной материи. Из общего уравнения должен получаться спектр масс и спинов всех элементарных частиц, а также зна­чения зарядов, связывающих частицу с «миром».

К созданию единой теории с необходимостью приво­дит и унитарная симметрия. В связи с ней были сде­ланы попытки по-новому осмыслить сущность вакуум-лого «фона» . На этом пути, возможно, удастся вклю­чить в единую теорию простейших форм материи также и гравитацию. Т. о., совр. квантовая теория вплотную подошла к задаче выработки нового, более глубокого

МИКРОЧАСТИЦЫ 435

понятия М. как структурного образования, возникаю­щего как частица за счет ноля системы др. частиц. Наряду с этим выясняется необходимость развития представлений о пространстве и времени в микроми­ре (квантование пространства и времени, нелокальная теория). Подробнее см. в ст. Пространство и время.

Философские проблемы квантовой теории.

Обобщенный «образ» М. и его фи­лософский смысл. Коренное преобразова­ние физич. представлений о М., происшедшее при создании и разработке квантовой теории, внесло ра­дикальные изменения в общую картину мира. Су­щественно обогатились понятия материи, движения, взаимодействия, частицы, системы, пространства и времени. Прежде всего физика освободилась от ме-тафизич. представления о «кирпичах мироздания», об извечно существующих простейших частицах ма­терии,— представления, давно отвергнутого филосо­фией диалектич. материализма. Выяснилось, что и фундаментальные М. рождаются и исчезают, испы­тывая многообразные превращения. Это обстоятель­ство вынуждает рассматривать их как особые состоя­ния единой материи, обладающие специфич. внутрен­ними связями, специфич. структурой. Эти структуры еще только начали изучать, представления о них еще примитивны, но их наличие проявляется в том, что каждый тип простейших М. характеризуется сво­им особым уравнением движения, включающим в себя определ., типичный для этой М., комплекс осн. параметров.

Поиск по сайту: