Джордж Массер - Нелокальность - Феномен, меняющий представление о пространстве и времени, и его значение для черных дыр, Большого взрыва и теорий всего

В проведенном в 1949 г. авторитетном анализе пионер квантовой теории Юджин Вигнер и его студент Тед Ньютон показали, что частица может иметь однозначное положение, только если теория относительности не применяется при определении положения. В этом случае, однако, наблюдатели должны расходиться во мнении о том, на что похожа Вселенная, и, таким образом, привносить в физику опасную субъективность. Это слишком большая жертва, да к тому же она не решает проблему. Теперь наблюдатели должны расходиться во мнении не только о положении частицы, но и о существовании этого положения в принципе. Одни могут сужать место положения частицы до ограниченной области, а другие предполагать ее материализацию в любой точке Вселенной. Те же наблюдатели, которые все же обнаруживают частицу в некотором четко определенном месте, могут увидеть, как она неожиданно перепрыгивает в отдаленную область Вселенной — эффект, который, если он реален, должен позволить инженерам создать сверхсветовую коммуникационную систему. Можно, конечно, сказать: давайте оставим попытки определить точное положение частиц и просто пересчитаем их. Но даже такая скромная задача окажется невыполнимой, поскольку разные наблюдатели будут давать разные ответы.

В общем, квантовая теория поля говорит, что поиск частиц сродни игре в наперстки. Их невозможно засечь, они могут исчезать из одного места и появляться в другом, нельзя получить даже согласованной оценки их количества. Эти проклятые штучки начинают казаться сплошным надувательством. Большинство физиков и философов пришли к выводу, что маленькие бильярдные шарики просто не могут существовать в нашей Вселенной. «Нет ничего, что действительно можно привязать к определенному месту», — говорит Халворсон.

«Частицы», которые описываются в уравнениях квантовой теории поля, фактически являются разновидностью волны. Такие «частицы» не существуют в каком-то одном месте, они распределены по всему полю подобно тому, как звук, извлеченный с помощью гитарной струны, не существует в каком-то ее месте, а распространяется по всей длине. Единственная причина для использования термина «частица» заключается в том, что это образование представляет дискретный сгусток энергии и импульса [20] В ряде случаев этот сгусток имеет электрический заряд, спин и другие «приписываемые» частице атрибуты. — Прим. науч. ред. . Но даже такое усеченное применение слова «частица» работает только тогда, когда энергию и импульс можно разделить на независимые сгустки. В случае интенсивного взаимодействия полей волны настолько перепутаны, что частицы перестают существовать даже при таком вольном определении.

Физики привычно рассуждают о частицах. Почти все, что написано о физике, от учебников до надписей в туалете, связано с частицами. Во многих случаях разговор о частицах по-прежнему имеет смысл. Однако в том языке, на котором говорит сама природа, такого слова нет. Каждый раз, когда вы видите нечто напоминающее частицу, с этим объектом необходимо разбираться более тщательно. Например, наиболее широко используемое описание квантовой теории поля — фейнмановская система контурных рисунков, о которой я говорил в главе 1, — показывает взаимодействие частиц в определенных местах в пространстве и времени. Диаграммы Фейнмана обычно используются для изучения сценариев столкновения двух частиц. Однако описание любого такого сценария требует бесконечного множества диаграмм, хотя вполне можно обойтись «всего лишь» сотнями или миллионами. Отдельно взятая диаграмма не имеет ничего общего с реальным миром — только совокупность множества таких диаграмм имеет смысл. Таким образом, диаграммы — это всего лишь полезный математический аппарат, способ разбивки крупной проблемы на удобоваримые части вроде статистических данных, которые говорят, например, что в средней американской семье 1,9 ребенка и 2,3 автомобиля. Частицы, которые появляются на этих диаграммах, в том числе «виртуальные частицы», нередко фигурирующие в дискуссиях физиков, не более чем умозрительные образы. «Они фактически ничего не могут сказать о реальности», — говорит Халворсон.

Физики-экспериментаторы, со своей стороны, создают детекторы вроде камеры Вильсона, которые, понятное дело, должны обнаруживать частицы. На деле все, что они регистрируют, так это небольшие всплески волновой энергии — мимолетные возмущения, подобные отблескам солнца на неспокойной поверхности водоема. Очень соблазнительно соединить полученные точки и предположить, что это следы частички материи, пролетевшей через прибор. Не поддавайтесь этому соблазну.