Страница 85 из 167
Оказалось, что электрон и позитрон могут слиться и превратиться в два или три фотона. Со своей стороны, фотоны могут превращаться в электронно-позитронные пары. Понятие превращения частиц, их трансмутации, уничтожения одних и порождения других частиц было совершенно новым понятием для "классического идеала" в целом. Классическая наука сталкивалась с качественными превращениями вещества, но сводила такие превращения к перегруппировке атомов, т.е. к движению неуничтожаемых, не превращающихся в другие, тождественных себе атомов. Когда были обнаружены превращения элементов один в другой, это объясняли перегруппировкой составных частей атомов и атомных ядер, т.е. электронов, протонов и нейтронов. Но в случае трансмутации элементарных частиц за ними не стоят перегруппировки и вообще движения каких-то еще меньших субчастиц. В современной научной картине мира трансмутация рассматривается как процесс, который не сводится к перемещению, хотя, может быть, неотделим от перемещения.
Элементарные трансмутации как будто стоят вне тех процессов, которые описывает теория относительности. Здесь нет движения в механическом смысле, т.е. перемещения, смены положения в пространстве с течением времени. Следовательно, здесь теряют смысл, по крайней
349
мере на первый взгляд, понятия скорости частицы и другие понятия механики. Нет смысла говорить об относительности движения в смысле перемещения, если нет самою движения. С другой стороны, трансмутации элементарных частиц являются процессами, возможность которых вытекает из теории относительности. Когда электроны и позитроны превращаются в фотоны, исчезает масса покоя этих частиц. Фотон не обладает массой покоя. Превращение фотонов в электроны и позитроны означает возникновение массы покоя из массы движения. Это чрезвычайно общая и фундаментальная закономерность. При быстрых движениях тел, сопоставимых по скорости с распространением света, становится существенным возрастание массы частицы по сравнению с массой покоя. В случая превращения электронов и позитронов в фотоны масса покоя полностью переходит в массу движения. Такие эффекты следует назвать уже не релятивистскими, а ультрарелятивистскими.
Здесь мы подошли к очень существенному пункту - существенному для оценки творческого пути Эйнштейна во второй половине его жизни. Основной стержень творчества и жизни Эйнштейна - кристаллизация результатов творчества, выходящих за рамки личного. В автобиографических заметках, письмах и беседах Эйнштейна с друзьями тридцать - сорок лет, отданных единой теории поля и выступлениям против официальной квантовой механики, рисуются как очень значительный с этой точки зрения период. Эйнштейн считал его периодом, когда он приблизился к единой концепции, охватывающей все мироздание, к теории, более широкой, чем общая теория относительности. Для Эйнштейна идеи, занимавшие его почти целиком в тридцатые - пятидесятые годы, были итогом творческой жизни, обобщением всего, о чем он размышлял с юности.
Напротив, в большинстве биографий и в большинстве оценок со стороны принстонский период рассматривается как период бесплодных поисков и положительные итоги этого периода сводятся к выводу уравнений движения из уравнений поля. Из таких оценок иногда выводится и освещение самой жизни Эйнштейна. Его одиночество, которое по отношению к периоду создания теории относительности рассматривается как одиночество мыслителя, ушедшего вперед, применительно к позднейшему периоду считается одиночеством ученого, заблудившегося и отставшего от общего движения науки.
350
Новейшие успехи изучения ультрарелятивистских эффектов меняют оценку творчества и жизни Эйнштейна в тридцатые - пятидесятые годы, а значит, и итоговую оценку творчества и жизни в целом. Для Эйнштейна единственная существенная оценка состоит в ответе на вопрос, что в его личных переживаниях, мыслях, результатах стало "надличным" содержанием научного прогресса. Чтобы ответить на этот вопрос, нужно определить, в чем состоял действительный прогресс научных знаний, а это обычно можно сделать лишь ретроспективно, с позиций более общей и точной теории.
Эйнштейн почти не принимал участия в конкретных исследованиях, постепенно увеличивавших сведения об элементарных частицах и их превращениях. Теория и эксперимент должны были пройти большой путь, на котором мыслителю, стремящемуся к внутреннему совершенству, нечего было, как казалось Эйнштейну, делать. В этот период внешнее оправдание физических теорий стало чрезвычайно импозантным. В квантовой электродинамике теоретические расчеты оправдывались экспериментом до девятого знака. Но это не мешало теоретическим конструкциям быстро исчезать и уступать место новым, также недолговечным. Они конструировались ad hoc. При этом искусственность большинства теорий была настолько явной, что она начала играть очень своеобразную роль, концентрируя внимание па необходимости не наспех, ad hoc придуманной, а естественной, обладающей внутренним совершенством общей теории элементарных частиц. Все это можно проиллюстрировать на примере проблемы бесконечной энергии электронов и позитронов.
Фотоны представляют собой частицы электромагнитного излучения. Они могут излучаться и поглощаться системами заряженных частиц. Но и в вакууме, в отсутствие других частиц, заряженная частица излучает и поглощает так называемые виртуальные фотоны. Они вносят свой вклад в энергию и, следовательно, в массу электрона. Чем меньше интервалы между излучениями и поглощениями виртуальных фотонов, тем больше их вклад в энергию электрона. Время, прошедшее между излучением виртуального фотона и его поглощением, может быть сколь угодно мало и соответственно может быть сколь угодно мал пройденный им путь (он равен времени существования фотона, умноженному на скорость света).
351
Виртуальные фотоны и вообще виртуальные частицы противопоставляются "реальным". Значит ли это, что они лишены объективной реальности, что они являются субъективной конструкцией разума? Нет, они существуют, обнаруживают свое существование в эксперименте, участвуют в игре физических сил и приводят к наблюдаемым макроскопическим событиям. Вакуум, в котором заряженная частица излучает и поглощает виртуальные фотоны, взаимодействует с частицей и меняет ее энергию, массу, заряд. Но к вакуумным процессам непосредственно неприменимо пространственно-временное представление. Что здесь означает этот термин?
Исходное понятие, связанное с пространственно-временным представлением, - это понятие тождественной себе частицы. Тождественной себе не в тривиальном смысле: тождественная себе частица, взятая в данной точке в данный момент. Имеется в виду нетривиальная тождественность: частица существует в различные моменты времени и пребывает в различных точках, оставаясь тождественной самой себе. Гарантия подобной себетождественности состоит в непрерывной мировой линии частицы: в каждый момент и в каждой точке она в принципе может быть обнаружена. В такой возможности, в существовании непрерывной мировой линии - совокупности пространственно-временных локализаций частицы - состоит пространственно-временное представление о физических процессах.
В вакууме нет непрерывных мировых линий тождественных себе частиц, нет даже несколько размытых линий, фигурирующих в квантовой механике. Мы не можем проследить пространственно-временную локализацию виртуальной частицы. И все же, если бы мы на этом основании отказали ей в реальном бытии, мы, по-видимому, не могли бы присвоить предикат бытия и "реальной" частице, и ее мировой линии. Мировая линия должна быть заполнена какими-то событиями, несводимыми к простому пребыванию частицы, иначе само это пребывание теряет физический смысл и мировая линия становится не физическим, а чисто геометрическим понятием.
352
Современная ситуация в физике позволяет думать, что именно виртуальные процессы, излучение и поглощение виртуальных фотонов и других частиц, делают мировую линию частицы заполненной, физически существующей, обладающей физическим бытием.