Книга День за днём - Виктор Борисович Вургафтик

т.е. не были бы нейтронными состояниями[11]. В-третьих, всевозможные неизменные состояния S системы, состоящей из протона, электрона и антинейтрино.

В начальный момент заполним x нейтроном в возрасте 15 минут, A

нейтроном в возрасте 10 минут и B нейтроном в возрасте 5 минут. Прочие состояния оставим свободными. В соответствии с принципом неразличимости тождественных частиц, состояние нашей системы не изменилось бы, если бы мы поменяли состояниями два последних нейтрона. Полагая, что начальное состояние системы при отсутствии посторонних вмешательств полностью определяет все ее последующие состояния, мы приходим к выводу: состояние нашей системы в будущем не зависит от того, произвели ли мы в начальный момент указанную перестановку или нет.

Однако через 10 минут, т.е. после распада двух более старых нейтронов по схеме n

p+e+ῦ, состояние системы может быть записано в виде

0x, 0A

, 1B , ….1S1, ….1S2, ….0S3 ….

во втором случае, или в виде

0x, 1A

, 0B , ….1S1, ….0S2, ….1S3 ….

в первом; здесь цифра слева от обозначения состояний указывает число находящихся в нем материальных объектов. Даже оставляя в стороне протон, электрон и антинейтрино, мы видим, что для совпадения выписанных состояний необходима равнозначность 0A

и 1A , а также 1B и 0B . Это позволяет считать, что освобожденное состояние, а, значит, и его волновая функция имеют какой-то физический смысл.

Известно, что обычная волновая функция описывает поле, которое не обладает реальностью, но характеризует вполне реальную частицу. Именно последняя придает этой функции физический смысл. Почему же в такой случае она сохраняет его и после исчезновения частицы? Очевидно, потому, что с этого момента реальность приобретает само поле.

Рассмотрим переменную область Т, в которой перекрываются расползающиеся волновые пакеты состояний A

и B . Согласно отмеченному выше, проникновение в нее поля, возникшего после распада самого старого нейтрона, невозможно. Так как оно взято произвольно, мы медом сказать, что никакое реальное нейтронное поле но может проникнуть в область T, она изолирована от всех таких полой.

Предположим, распад среднего по возрасту нейтрона происходит уже после появления области Τ. До этого распада поместим в разные ее точки несколько экземпляров материала, из которого непременно возник бы нейтрон. (таким материалом могут служить, например, достаточно сближенные и мало энергичные протон и отрицательный пион: p+π

n+π0). Но ни один из них не образует нейтрона до тех пор, пока существует средний нейтрон; зато сразу же после его распада из всех экземпляров возникают нейтроны[12] с такой же ориентацией спинов, как у распавшегося; заметим, что оставленное им реальное поле контактирует с материалом, а с возникновением нейтронов исчезает.

Таким образом, пока материал изолирован от реального поля, образование соответствующих частиц невозможно; с другой стороны, поле, коснувшись материала, тотчас же исчезает в частицах.

Мы не можем представать себе аналогичный мысленный эксперимент с бозонами, так как подобным образом нельзя создать область, изолированную от реальных бозонных полей. Однако естественно предположить, что и в этом случае распад частицы сопровождается возникновением соответствующего реального поля, которое, найдя подходящий материал, воплощается в таких же частицах; и что описывается оно той же волновой функцией, какая отвечала бы первоначальной частице, если бы та не исчезла.

То же самое можно сказать о любом материальном объекте, имеющем: определенную единую структуру[13]. Последнюю мы будем понимать в более широком смысле, чем строение, а именно, в смысле того, что полностью определяет качества объекта; стоит только в точности воспроизвести данную структуру на любом материале (конечно, это значит, что и ее единицы структурно не изменяются, и единицы единиц, и т.д.), и получится объект, тождественный данному. Образно говоря, водоворот, который нисколько не меняет своих очертаний, всегда тождественен самому себе, несмотря на то, что вода в нем вое время обновляется. И наоборот, стоит изменить структуру, не меняя материала, например, расположить те же одинаковые атомы в другом порядке, и получится иной материальный объект. Очевидно, в материальном объекте существенна только его структура; лишь она делает его тем, что он есть.

Мы сделаем следующее предположение: после разрушения сложного объекта остается поле, способное организовать единицы, тождественные продуктам распада, в точно такие же объекты[14]; осуществив это, оно перестает существовать как таковое; из упомянутых единиц без такого поля данная структура образоваться не может. Все реальные поля, о которых шла речь, логично назвать чистыми (не воплощенными) структурами.

Подобно тому как вещество излучает и поглощает электромагнитную энергию, материя излучает и поглощает чистые структуры. К так же как энергия не пропадает и не возникает, но лишь изменяет свою форму, структуры не разрушаются и не зарождаются, они только становятся из воплощенных чистыми и из чистых воплощенными. Тем самым мы формулируем закон сохранения структур.

Известно, что каждый закон сохранения следует из инвариантности относительно определенного преобразования; так, закон сохранения энергии связан с инвариантностью относительно переноса во времени. Закон сохранения структур, по-видимому, выражает инвариантность относительно перестановок тождественных объектов. Однако он принципиально отличается от других законов сохранения. Если они утверждают сохранение некоторой величины, количества, то он – сохранение качества; если энергия ,претерпевшая цепь качественных изменений, количественно та же, что и прежде, то структура после цепи количественных изменений (т.е. изменений числа объектов с этой структурой) качественно та же, что и прежде (иными словами, конечные объекты тождественны начальным).

Обратимся теперь к некоторым явлениям, охватываемым законом сохранения структур. Как известно, стабильность атомного ядра объясняется обменным взаимодействием между его нуклонами. Например, в дейтроне протон и нейтрон притягиваются друг к другу благодаря тому, что достаточно часто превращаются друг в друга. Обмен виртуальными, т.е. не имеющими физического смыла, пионами нельзя, конечно, рассматривать как убедительное описание этого явления.·Благодаря закону сохранения структур кажется естественной следующая картина: при переходе в дейтроне протона в нейтрон или наоборот нет избыточного материала, и они просто обмениваются структурами; из-за особой близости нуклонов чистые протонная