Прерывность и непрерывность пространства и

3.2. Прерывность и непрерывность пространства и

времени в физике микромира.

Физика микромира развивается в сложном единстве и

взаимодействии прерывности и непрерывности. Это относится не

только к структуре материи, но и к структуре пространства и

времени.

После создания теории относительности и квантовой механики

учёные попытались объединить эти две фундаментальные теории.

Первым достижением на этом пути явилось релятивистское волновое

уравнение для электрона. Был получен неожиданный вывод о

существовании антипода электрона - частицы с противоположным

электрическим зарядом. В настоящее время известно, что каждой

частице в природе соответствует античастица, это обусловлено

фундаментальными положениями современной теории и связано с

кардинальными свойствами пространства и времени ( чётность

пространства, отражение времени и т.д. ).

Исторически первой квантовой теорией поля была квантовая

электродинамика, включающая в себя описание взамодействий

электронов, позитронов, мюонов и фотонов. Это пока единственная

ветвь теории элементарных частиц, которая достигла высокого

уровня развития и известной завершённости. Она является

локальной теорией, в ней функционируют заимствованные понятия

классической физики, основанные на концепции пространственно -

временной непрерывности: точечность заряда, локальность поля,

точечность взаимодействия и т. д. Наличие этих понятий влечёт

за собой существенные трудности, связанные с бесконечными

значениями некоторых величин ( масса, собственная энергия

электрона, энергия нулевых колебаний поля и т.д. ).

Эти трудности учёные пытались преодалеть путём введения в

теорию понятий о дискретном пространстве и времени. Такой

подход  намечает единственный выход из неопределённости

19

бесконечности, т.к. содержит фундаментальную длину - основу

атомистического пространства.

Позже была построена обобщённая квантовая электродинамика,

которая также является локальной теорией, описывающей точечные

взаимодействия точечных частиц, что приводит к существенным

трудностям. Например, наличие электромагнитного и электронно -

позитронного вакуума обуславливает небходимость внутренней

сложности, структурности электрона. Электрон поляризует вакуум,

и флуктуации последнего создают вокруг электрона атмосферу из

виртуальной электронно - позитронной пары. При этом вполне

вероятен процесс аннигиляции исходного электрона с позитроном

пары. Оставшийся электрон можно рассматривать как исходный, но

в другой точке пространства.

Подобная специфика объектов квантовой электродинамики

является веским аргументом в пользу концепции пространственно -

временной дискретности. В её основе лежит идея о том, что масса

и заряд электрона находятся в разных физических полях, отличны

от массы и заряда идеализированного ( изолированного от мира )

электрона. Разность между массами оказывается бесконечной. При

оперировании этими бесконечностями их можно выразить через

физические константы - заряд и массу реального электрона. Это

достигается путём перенормировки теории.

Что касается теории сильных взаимодействий, то там

процедуру перенормировки использовать не удаётся. Всвязи с этим

в физике микромира широкое развитие получило направление,

связанное с пересмотром концепции локальности. Отказ от

точечности взаимодействия микрообъектов может осуществляться

двумя методами. При первом исходят из положения. что понятие

локального взаимодействия лишено смысла. Второй основан на

отрицании понятия точечной координаты пространства - времени,

что приводит к теории квантового пространства - времени.

 Протяжённая элементарная частица обладает сложной

динамической структурой. Подобная сложная структура

микрообъектов ставит под сомнение их элементарность. Учёные

столкнулись не только со сменой объекта, к которому прилагается

свойство элементарности, но и с пересмотром самой диалектики

элементарного и сложного в микромире. Элементарные частицы не

элементарны в классическом смысле: они похожи на классические

сложные системы, но они не являются этими системами. В

элементарных частицах сочетаются противоположные свойства

элементарного и сложного.

Отказ от представлений о точечности взаимодействия влечёт

20

за собой изменение наших представлений о структуре пространства

- времени и причинности, которые тесно взаимосвязаны. По мнению

некоторых физиков, в микромире теряют смысл обычные временные

отношения "раньше" и "позже". В области нелокального

взаимодействия события связаны в некий "комок", в котором они

взаимно обуславливают друг друга, но не следуют одно за другим.

Таково принципиальное положение дел, сложившееся в

развитии квантовой теории поля, начиная с работ Гейзенберга и

кончая современными нелокальными и нелинейными теориями, где

нарушение причинности в микромире провозглашается в качестве

принципа и отмечается, что разграничение пространства - времени

на области "малые", где причинность нарушена, и большие, где

она выполнена, невозможно без появления в нелокальной теории

новой константы размерности длины - элементарной длины. С этим

"атомом" пространства связан и элементарный момент времени (

хронон ), и именно в соответствующей им пространственно -

временной области протекает сам процесс взаимодействия частиц.

Теория дискретного пространства - времени продолжает

развиваться. Открытым остаётся вопрос о внутренней структуре

"атомов" пространства и времени. Существует ли пространство и

время в "атомах" пространства и времени? Это одна из версий

гипотезы о возможной макроскопичности пространства и времени,

которая будет рассмотрена ниже.