Текст книги "Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени"

Автор книги: Анатолий Бич

сообщить о нарушении

Текущая страница: 13 (всего у книги 21 страниц)

«Я не собираюсь ничего избегать, – говорит Фейнман. – Я просто снимаю покровы с природы, с ее наиболее элегантных и трудноуловимых форм…»

Далее идет описание экспериментов (рис. 1). «Пусть у нас имеется источник пуль – пулемет, например, и перед ним установлен броневой экран с отверстием, пропускающим пули… на большом расстоянии от первого поставили другой броневой щит с двумя отверстиями 1 и 2… На большом расстоянии от второго щита поставим еще и третий, позволяющий устанавливать в разных местах детектор (для пуль это будет… ящике песком), в котором пули застрянут…

Рис. 1. Опыт с пулями

Теперь я буду проделывать такие опыты: … буду устанавливать свой детектор… в разных точках третьего щита и затем подсчитывать, сколько пуль попадет в него. При этом я буду измерять расстояния между ящиком и какой-нибудь… точкой на третьем щите, назову это расстояние X и постараюсь выяснить, что происходит, если… ящик передвигать вверх и вниз… будем предполагать, что пулемет сильно дрожит и качается.

Первое, что мы заметим в… опыте с пулями, это то, что все здесь происходит дискретными порциями. Например, энергия, поглощенная мишенью. Она может увеличиваться только скачком на величину энергии одной пули… если взять два ящика, то в них не может войти одновременно по одной пуле… каждая пуля – это нерасчленяемая и опознаваемая порция, теперь я хочу выяснить, сколько пуль попадет в разные участки мишени… возьмем среднее число пуль, попавших в ящик за час, и назовем его вероятностью попадания…

В результате у меня получатся плавные кривые… (одну) я обозначу N₁ (она) описывает число попаданий (при открытом отверстии 1), если отверстие 2 закрыто броневой заслонкой, и… N₂ описывающей число попаданий при закрытом отверстии 1. А это позволяет обнаружить очень важный закон: число попаданий при двух открытых отверстиях представляет собой простую сумму числа попаданий через одно отверстие 1 и одно отверстие 2, рассматривая кривую N₁₂, мы можем заметить… это утверждение… (его) мы станем… обозначать словами «отсутствие интерференции».

То есть N₁₂ = N₁ + N₂ (отсутствие интерференции)».

Далее Р. Фейнман описывает вторую часть эксперимента, где вместо пуль используется вода – тело, которому безусловно присущи волновые свойства (рис. 2). «Вместо пулемета – нечто вызывающее равномерное волнение – рябь, вместо второго броневого щита – доска с двумя отверстиями, а за ней детектор. Детектор должен обнаружить степень волнения воды…»

Рис. 2. Опыт с водой

Фейнман продолжает: «Итак, мы собираемся измерить интенсивность волнения или, точнее говоря, энергию, генерируемую волнением в некоторой точке… Выяснить, на что похожи кривые l₁, и l₂, можно, закрывая по очереди одно из отверстий во втором экране и оставляя другое открытым…

Как нетрудно заметить, l₁ имеет тот же характер, что и N₁ в задаче с пулями, а l₂похожа на N₂..

…Кривая l₁₂, соответствующая двум открытым отверстиям, показана на рис. 2. Это очень интересная и внешне сложная кривая… Дело здесь в том, что волнение образуется из последовательности гребней и впадин, идущих из отверстия 1, и другой последовательности гребней и впадин, идущих из отверстия 2».

Пропустим подробное пояснение механизма взаимодействия гребней и впадин у волн в связи с изначальной подготовленностью читателя.[26]26
  26 Наложение гребней волны приводит к увеличению интенсивности волнового колебания, наложение впадин – к снижению, а наложение гребней и впадин сглаживает волну.


[Закрыть]

Р. Фейнман продолжает: «Вот поэтому мы и получим кривую, на которой за всплеском интенсивности следует провал, потом опять всплеск, опять провал… и все это в зависимости от характера «интерференции» гребней и впадин», т. е. в зависимости от наложения волн.

И снова и снова г-н Фейнман обращает наше внимание на то, что если волны поочередно распространяются только через одно из открытых отверстий во втором экране, то кривые и l2, характеризующие волнение, имеют такой же вид, как и кривые N₁, и N₂, характеризующие количество пуль, пролетевших через каждое из двух отверстий. Но кривая l12 (суммарная) резко отличается от суммарной кривой N₁₂ Получается, что l₁₂ ≠ l₁ + l₂ (присутствие интерференции).

Наконец, Фейнман рассказывает о реальном эксперименте: «В качестве источников электронов возьмем накаленную нить, в качестве экранов – вольфрамовые пластинки с отверстиями, а в качестве детектора – любую электрическую систему с чувствительностью, достаточной… чтобы зарегистрировать заряд, приносимый электроном». Фейнман обращает внимание на то, что электроны излучаются поштучно (дискретно), как пули. И кривые, которые характеризуют вероятность попадания электронов через каждое одно из двух отверстий, ничем не отличаются от кривых в опыте с пулями, т. е. тут электроны ведут себя как корпускулы (N₁ и N₂).

Наконец, соответствующим образом подготовив нас, выдающийся физик констатирует: «Тем не менее, если открыть оба отверстия, мы не получим суммы N1, + N2 так что интерференция действительно есть (N₁ + N₂ ≠ N₁₂)».

Р. Фейнман заключает: «Итак, электроны попадают в детектор порциями, как если бы это были частицы, но вероятность попадания этих частиц при двух открытых отверстиях определяется по тем же законам, по каким определяется интенсивность волнения воды. Именно в этом смысле можно говорить, что с одной точки зрения электрон ведет себя как частица, а с другой… – как волна, он ухитряется одновременно быть двумя совершенно разными понятиями».

Так и не сняв покров тайны с природы, г-н Фейнман ставит скромную точку: «Вот и все, что можно сказать по этому поводу».

Впрочем, чуть раньше он предостерегает обывателей от попытки чрезмерно суетиться. «Кажется, если подумать хорошенько, всегда можно найти какое-то объяснение: например, электроны могут возвращаться обратно через те же отверстия, а затем проходить через них еще раз… или возникает возможность расщепления электрона на два пролетающих через разные отверстия, или что-нибудь в этом роде, как-то объясняющее это явление. Но пока еще никому не удалось придумать удовлетворительное объяснение такого рода…»

И передо мной возникает проблема, так сказать, «быть или не быть». Не претендуя, естественно, на истину в последней инстанции, более того, не надеясь на особо удовлетворительное объяснение, я все-таки попытаюсь дать объяснение этому парадоксальному явлению природы с позиции гипотезы локально– когерентного времени.

Как уже отмечалось, все объекты Вселенной, взаимодействуя, обмениваются энергией и массой и поэтому поглощают или излучают псевдопотоки времени. При этом любое взаимодействие на уровне элементарных частиц приводит к изменению собственного времени частиц. Частицы способны существовать с собственным временем, отличным от квазикогерентного времени системы, в которой они находятся.

По мнению американского физика Г. Степпа, элементарные частицы, по существу, – «это среда, распространяющаяся вовне на другие объекты». Вслед за В. Олейником можно утверждать, что движущийся электрон – это сгусток заряженной материи, имеющий торсионную компоненту поля, постоянно связанную с электроном.

Что происходит с электронами в эксперименте, о котором поведал нам Фейнман? Возбужденные электроны генерируются нитью накаливания и пролетают пространство от источника до второй вольфрамовой пластинки с двумя отверстиями через среду, наполненную частицами, ядрами, атомами и молекулами, которые находятся в состоянии покоя, т. е. в состоянии, в котором они характеризуются массой покоя и низшими уровнями энергии.

Далее, электроны, поскольку они «вырываются» из нити накаливания, отличаются от «спокойных» электронов тем, что они возбуждены нагревом. Они должны характеризоваться более высокой внутренней энергией, и это должно было бы повысить темп их собственного времени. Однако, одновременно с этим, «вырванные» из нити накаливания электроны обладают повышенной кинетической энергией и, следовательно, повышенной (в соответствии с теорией относительности) полной (релятивистской) массой. Это должно было бы понизить их темп собственного времени.

В зависимости оттого, какой из этих двух факторов, изменяющих время электронов, более весом, на практике темп собственного времени электронов в этом эксперименте будет изменяться либо в сторону увеличения, либо в сторону уменьшения в сравнении с темпом времени спокойных частиц. Но, в общем случае, собственное время возбужденных электронов всегда будет отличаться от квазикогерентного времени среды, т. е. от собственного времени частиц, находящихся между двумя пластинами.

Так как за время пролета между пластинами в полете находится не один электрон, а множество, или, по крайней мере, несколько, то практически мы имеем дело с иновременным потоком в форме цилиндра или, точнее (из-за рассеяния), усеченного конуса.

Каждый электрон, имеющий свое время, отличное от времени локальности между источником и пластиной с двумя отверстиями, в процессе полета воздействует на квазикогерентное время этой локальности через его носителей – через микрообъекты, находящиеся в состоянии относительного покоя. При этом в непосредственной близости от каждого летящего электрона, в зоне его контакта с иновременной средой это воздействие максимально (вероятно, перед электроном – крутое нарастание, за электроном – спад).

В зоне контакта разновременных объектов создается своеобразное возмущение среды, которое, безусловно, носит характер энергетического взаимодействия. С механической точки зрения для летящего электрона контакт с каждой иновременной частицей – это сопротивление его движению.

Какой характер этого взаимодействия? Сказать что-либо определенное до экспериментального подтверждения особенностей взаимодействия разновременных микрообъектов было бы, безусловно, преждевременным, но, следуя логике нашей гипотезы, можно сделать допущения: либо контакт электрона и некой частицы – объектов, имеющих резко отличное время, порождает (вследствие перераспределения энергии) рой виртуальных частиц, либо в зоне контакта возникает микролокальное искривление пространства-времени, либо и то, и другое.

Но в любом случае возникшее в зоне контакта возмущение порождает импульс, который распространяется в глубь иновременной среды с неизбежным затуханием своей интенсивности.

В рассмотренном эксперименте мы, практически, имеем дело не с одним электроном, а с системой электронов, взаимодействующих с системой «покоящихся» микрообъектов.

В соответствии с основным уравнением квантовой электродинамики – уравнением Шредингера для системы частиц – каждой системе частиц «отвечает волна, являющаяся наложением волн отдельных частиц».

Вернемся к эксперименту Фейнмана. В той части лабораторной установки, где электроны летят от источника до пластинки с двумя отверстиями, у нас есть один усеченный конус (рис. 3). Внутри конуса, насыщенного электронами, импульсы возмущения от контактов с иновременными частицами взаимно компенсируются, от поверхности же конуса импульсы уходят вовне без компенсации…

Важно, что в этом случае электроны внутри конуса, не испытывая возмущающего импульса, летят как корпускулы (как пули).

Если в пластине открыто одно из двух отверстий, то электроны, пролетевшие через него, образуют новый усеченный конус, в котором электроны также (и по тем же причинам, что и в первом конусе) будут вести себя, как корпускулы, образуя кривую либо N₁ либо N₂. О таком результате и поведал нам г-н Фейнман.

Рис. 3. Эксперимент Фейнмана. Электроны проходят через одно отверстие

Иная картина возникает, когда электроны одновременно проходят через два открытых отверстия (рис. 4).

Поток электронов вынужденно распадается на два новых усеченных конуса. Микролокальное искривление пространства– времени (при взаимодействии иновременных частиц) порождает импульсы, направленные с поверхности этих конусов вовне. В свою очередь, импульсы либо порождают волновые движения частиц между конусами и через них воздействуют на электроны в конусах, либо непосредственно носители импульсов – микрочастицы (виртуальные частицы?) предопределяют колебания подопытных электронов в конусах.

В результате (и в соответствии с нашими допущениями) траектории движения электронов приобретают волновой характер в каждом из двух конусов. Иными словами, наблюдается интерференция со всеми вытекающими последствиями (N₁ + N₂ ≠ N₁₂). Электроны теперь ведут себя как волны, что и порождает один из устойчивых парадоксов квантовой механики, смущающий физиков.

Такова природа явления, разумеется, в гипотетической трактовке.

Неожиданным и, как мне представляется, достаточно мощным подтверждением только что высказанной гипотезы являются результаты экспериментов, о которых также рассказывал Фейнман в уже цитированной лекции.

Выдающийся физик рассказывает об опыте с электронами, но с возможностью, при необходимости, освещать поток электронов сильным потоком света (источник света устанавливается за отверстиями). Свет понадобился ученым, чтобы наблюдать за поведением электронов и считать их. В результате выяснилось, что если открыто одно из отверстий, то, освещается поток электронов или не освещается, – кривые распределения электронов соответствуют по виду кривым N1 и N2 т. е. электроны ведут себя, как пули.

Рис. 4 Эксперимент Фейнмана. Электроны проходят через два отверстия

А если открыты одновременно два отверстия? Вспомним предыдущий эксперимент. Когда были открыты два отверстия и электроны не освещались светом, то они вели себя, как волны (N₁ + N₂ ≠ N₁₂), – наблюдалась интерференция.

Теперь тоже открыты два отверстия, но потоки электронов летят в мощном потоке света.

И тут случилось совершенно необъяснимое, т. е. случилось «чудо»!

Однако предоставим слово самому г-ну Фейнману: «И действительно, если одновременно открыть оба отверстия и осветить потоки электронов светом, а затем подсчитать сумму электронов, прошедших через отверстия, то (восклицает изумленно – для заострения сюжета – уважаемый лауреат – А. Б.) оно распределено, как N₁ + N₂ (как пули). Вот к какому результату мы приходим, включив свет. Значит, в зависимости оттого, включим мы свет или нет, мы получим разные результаты. Зажжем свет – и распределение будет описываться кривой N₁ + N₂. Выключим свет – и распределение сразу примет вид l₁₂ (как у воды)».

Такое вот чудесное поведение, такой очередной «трюк» природы.

И теперь, когда г-н Фейнман потряс воображение любознательного обывателя, можно ахнуть от изумления и создать еще один миф, например, о том, что все электроны Вселенной друг с другом таинственно связаны или, лучше, мгновенно связаны и по воле самого главного электрона решили при включенном свете вести себя как частицы, а в темноте – совсем наоборот. И можно долго обсуждать интересную проблему: к чему бы это?

Завершил эту часть лекции Р. Фейнман словами: «Вы видите: природа опять вывернулась».

На этом и закончим цитирование лекции выдающегося физика, тем более, что природа равнодушна к тому, как выкручиваются физики, а внимательный и непредвзятый читатель уже, вероятно, понял, как можно (или как следует) объяснить результаты этого, безусловно, очень интересного эксперимента.

Почему при освещении электронов, вылетающих из двух открытых отверстий, они (электроны) ведут себя как стопроцентные частицы и никакой интерференции нет? Да конечно же, только потому, что и электроны, и фотоны имеют одинаковое или почти одинаковое собственное время. В объединенном потоке электронов и фотонов в каждом из наших усеченных конусов результаты их взаимодействия с иновременными частицами среды взаимно компенсируются, точно так же, как это уже было описано в предыдущем эксперименте при прохождении электронов через одно из отверстий и когда не было интерференции.

Отличие, и принципиальное, в другом. Теперь, когда оба потока освещены светом, пространство между ними насыщено фотонами, т. е. частицами, обладающими собственным временем, сопоставимым со временем подопытных электронов. Теперь и в этом пространстве (между конусами) возмущения от взаимодействия иновременных фотонов и частиц среды будут нейтрализованы взаимной компенсацией. Электронам, которые излучил источник, просто неоткуда получить импульсы, которые породили бы их волновое поведение.

Возможно, в особенностях взаимодействия частиц, обладающих различным собственным временем, запрятана и причина классического дуализма: частица – волна. Сегодня принято считать, что движущиеся фотоны ведут себя как волны. А электроны и другие элементарные частицы? Казалось бы (в соответствии с нашими допущениями), это корпускулы, проявляющие волновые свойства при контактах с иновременными частицами. Как гипотезу это можно принять в постановочном плане. Но даже если это и так, то при этом всегда нужно помнить, что элементарные частицы нельзя рассматривать, словно это макротела, только очень, очень маленькие. Их нужно всегда рассматривать не «самих по себе», а в контакте с различными носителями взаимодействий… в том числе носителями иного времени.

Чем больше разница в темпах времени у частиц и среды, тем более заметно должны проявляться волновые свойства этих частиц. Если согласиться с тем, что по сути своей частицы – это корпускулы, то нужно согласиться и с тем, что они готовы в любой момент «разволноваться» – проявить волновые свойства при контакте с иновременными субъектами микромира.

Рассказывая о механизме возникновения интерференции, предлагая гипотезу возникновения волновых свойств у частиц, нам пришлось ввести новое понятие: микрологальное искривление пространства-времени.

Понятие локального и микролокального искривления пространства-времени, конечно же, следует из нашего представления о времени вообще. Если время – это состояние материи, то в соответствии с общей теорией относительности гравитационное поле, изменяя состояние некой системы, изменяет ее метрику, т. е. искривляет пространство-время, а значит, в том числе изменяет собственное время тел в этой локальности. В рамках нашей гипотезы изменение состояния материальных систем путем изменения в них энергии импульса также ускоряет или замедляет их собственное время, изменяет метрику локального пространства.

Таким образом,динамические изменения внутренней энергии тел такжеискривляют пространство-время, вероятно, в ограниченной локальности.

Это и есть локальное искривление пространства-времени под влиянием изменения состояния самого тела.

Что касается микромира и, соответственно, микролокальных искривлений пространства-времени, то они (искривления) предопределены еще и тем, что каждая частица является одновременно и обладателем собственного времени, и его носителем при взаимодействиях (в отличие от макротел).

Контакт частиц приводит к скачкообразному изменению их собственного времени, и это аналогично тому, как если бы наши частицы (без взаимодействия друг с другом) вдруг оказались в изменившемся поле тяготения. То есть как если бы вдруг искривилось пространство-время под действием гравитации в локальности, где находятся частицы.

Итак, локальные и микролокальные искривления пространства– времени под влиянием изменения состояния тел, т. е. их внутренней энергии (а следовательно, изменения их собственного времени), происходят в объемах пространства, вероятно, превышающих размер самих тел, и они столь же реальны и неизбежны, как искривления пространства-времени под действием гравитирующихмасс.

Пол Девис, говоря о «трюках» квантовой физики, утверждает, «что квантовые эффекты могут приостанавливать действие закона сохранения энергии на очень короткое время. В течение этого промежутка времени энергия может быть взята «взаймы» на различные цели, в том числе нарождение частиц. Разумеется… частицы будут коротко живутцие… Эти частицы-призраки нельзя наблюдать, хотя они могут оставлять следы своего кратковременного существования… Реальную частицу, например электрон, всегда необходимо рассматривать на фоне этой непрерывной активности…» {15}

После этих слов, а главное, после того, как было продекларировано существование в природе микролокальных искривлений пространства-времени, вернемся вновь к парадоксу Эйнштейна – Подольского – Розена.

По нашему мнению, происходит следующее: в момент, когда в эксперименте Аспека осуществляется фиксация параметров фотонов, т. е. у первой частицы определяется импульс, а у второй – положение, обе эти частицы получают энергию от взаимодействия с лабораторным прибором. В результате фотоны изменяют свою энергию-массу, изменяют свое собственное время, по величине и направлению изменяются импульсы, воздействующие на фотоны. Все эти «потрясения» приводят к микролокальному искривлению пространства-времени в локальности фотонов и, следовательно, к изменению гравитации в этой локальности. Местное искривление пространства-времени отрывается от точечного источника и, возможно, в виде гравитационной волны перемещается в пространстве. Изменяется само пространство-время, в котором теперь движутся носители взаимодействия. Часы в лаборатории фиксируют превышение скорости света. Относительно же нового, изменившегося пространства-времени скорость взаимодействия фотонов может и не превышать скорость света. Приборы в лаборатории не «чувствуют» микролокального искривления пространства и времени, а фотоны на это изменение реагируют, так как в их локальности изменяется метрика пространства. Что касается самого факта сверхсветовой скорости, то вот, что пишет О. Зайцев: «Скорость передачи энергии ограничена скоростью света. Но гравитационное поле не является переносчиком энергии, так как лишено массы. Поэтому со стороны постньютоновских (релятивистских. – А.Б.) принципов нет запрета на возможность мгновенного распространения гравитации (гравитация сама создает пространство, поэтому здесь слово «распространяться», уже подразумевающее пространство, не вполне корректно)» {44}. Если в этой цитате заменить слово «мгновенного» на «сверхсветовой скорости», то нас такая точка зрения должна полностью устраивать. Сам О. Зайцев там же пишет: «Мгновенная передача информации невозможна даже теоретически, так как осуществить информационные изменения гравитационного потенциала и уловить эти изменения можно только при помощи масс» {44}.

Так кто же прав в этом затянувшемся споре вокруг парадокса ЭПР? Эйнштейн прав, потому что строгие причинно-следственные связи существуют и в квантовом мире, а Бор – потому, что оказывается возможным что-то вроде предсказанных им «нелокальных» эффектов взаимодействия.

Но, кажется все-таки, что более прав Эйнштейн: за «кривым» фасадом квантовой механики просматривается хоть и величественное, но нормальное здание физики микромира, и, может быть, все-таки в фундаменте этого здания заложен здравый смысл.

Вероятно, и другие странности квантовой механики можно объяснить взаимодействием разновременных частиц, например так называемые пороговые парадоксы, туннельные эффекты, а может быть, и отдельные проявления сверхпроводимости.

Позволим себе сформулировать осторожные, но, тем не менее, обобщающие допущения.

Природа квантовой неопределенности обусловлена явлением динамического изменения темпов собственного времени элементарных частиц при их взаимодействии (вплоть до микролокального искривления пространства-времени) и, следовательно, сдвигами моментов времени, в частности, относительно лаборатории как системы отсчета.

Причина классического дуализма(корпускула – волна) у субъектов микромира обусловлена взаимодействием иновременных частиц. То есть тем,что движущиеся «энергичные» частицы взаимодействуют с «покоящимися» частицами, обладающими иным собственным временем.

А в частности, такое объяснение делает понятным и причину, по которой сталкивающиеся с преградой частицы – это всегда корпускулы, которые можно подсчитать (фотоэффект).

Предложенное понимание природы квантовой неопределенности позволяет превратить соотношение неопределенности из явления, непонятно чем вызванного, в неопределенные отношения, вызванные понятными причинами.

Для того чтобы эти отношения стали количественно определенными, необходимо научиться определять изменение внутренней энергии и скорости взаимодействующих частиц.Минимальное соотношение неопределенности возможно при минимальной разнице в моментах времени, соответствующих определенным событиям. И оно не может быть меньше, чем обусловленное изменением темпа времени, вызванного воздействием в один квант энергии.

Завершая подраздел, я с большой долей пессимизма задаю себе вопрос: помогут ли эти мои, по необходимости, слишком умозрительные рассуждения вернуть квантовой механике здравый смысл? И с оптимизмом отвечаю: весьма сомнительно. Но, может быть, они породят плодотворное возмущение…