Техника - молодёжи 1958-11, страница 36

Широкая программа объединенной теории поля, развиваемая ныне В. Гейзен-бергом в продолжение работ Луи де Бройля и советских ученых, представляет собой следующую главу.

Теперь вы видите, что пишется она не в пустой тетради. Все предшествующие достижения физики подготовили возможность создания новейшей объединенной нелинейной теории поля — самой универсальной картины мира, какую только можно себе сейчас представить.

ВОПРОС: Прежде чем рассказывать о сущности нелинейной спинорной теории Гейзенберга, может быть, вы предварительно объясните нашим читателям самый термин «нелинейная»? И какая теория, к примеру, является «линейной».

ОТВЕТ: Линейной теорией является, например, теория электромагнитного поля. Уравнения квантовой теории для так называемых волновых функций Ф или деб-ройлевских волн (то есть волн, определяющих движение тел) — тоже линейные уравнения.

В понятиях линейности и нелинейности нет ничего такого, чего хотя бы в самых общих чертах нельзя было бы понять и неспециалисту.

Все в этом мире движется, все взаимодействует, все так или иначе изменяется в пространстве и во времени. Нахождение состава вещества и законов этих взаимодействий и изменений составляет, в сущности, основную задачу физики во все времена: прошлые, настоящие и будущие.

Как ведут себя обычные тела, атомы или частицы, друг с другом встречаясь? Они никогда не проходят равнодушно мимо друг друга. Они или отталкиваются и расходятся в разные стороны, или слипаются, или бурно взаимодействуют и превращаются в какие-то третьи вещества, или аннигилируют, если представляют собой взаимные античастицы, и т. д.

Не случается с ними никогда только одного — того, чтобы они прошли друг сквозь друга, не заметив этого, никак на это не отреагировав, спокойно и безразлично.

А как ведут себя световые волны — представители материального мира, лишенные массы покоя? Они, встречаясь друг с другом, словно проходят через пустоту. Скользят друг сквозь друга, словно тени, и расходятся.

Не взаимодействуя между собою, световые и другие электромагнитные волны, однако, взаимодействуют с заряженными и намагниченными частицами. Проходя сквозь вещество (например, сквозь воду), эти волны отклоняются, преломляются и т. д.

^ Движение тел, обладающих массой покоя при столкновении, является аналогией нелинейного процесса.

Движение же световых и иных электромагнитных волн — пример линейного процесса; их встречи не сопровождаются взаимодействиями — следовательно, и превращениями.

А нет ли волн, которые взаимодействуют? Не бывает ли нелинейного волнового процесса?

31

Оказывается, есть такие процессы. Вспомните знаменитый (не очень давно обнаруженный) эффект «рождения» обычных частиц (электронов и позитронов) из квантов электромагнитного поля. Фотон высокой частоты (то есть содержащий большое количество энергии) в результате столкновения с ядром может породить пару электрон — позитрон. Аналогично два фотона могут породить пару. Затем появившиеся частицы могут аннигилировать, превращаясь снова в два нли три новых фотона.

Таким образом, благодаря тому, что фотоны в некоторых случаях превращаются в пары электрон — позитрон, а эти пары снова в фотоны, но другого сорта, получается, что фотоны могут взаимодействовать Друг с другом при помощи посредников электроны — позитроны.

Иначе говоря, возможность превращения частиц друг в друга приводит к возможности и необходимости возникновения нелинейных волновых процессов.

А раз нелинейность может существовать и в мире электромагнитных волн, то следует предположить, что при встрече одна световая волна может отразить другую, что рассеяние света возможно не только на заряде, но и на электростатическом поле, окружающем заряд, что в принципе возможно также преломление света на свете.

К сожалению, пока это рассчитано только в теории. Разнообразные теоретически возможные нелинейные эффекты проявляются очень слабо и в прямом эксперименте до сих пор не обнаружены, хотя косвенно и подтверждены на опыте.

ВОПРОС: А теперь, пожалуйста, расскажите о том, как может выглядеть праматери я.

ОТВЕТ: Задумываясь о том, как должна выглядеть первичная материя, из которой можно было бы построить все известные частицы, мы представляем себе, что она должна обладать по крайней мере следующими свойствами.

На верхней фотографии: пакистанский физик профессор Лондонского университета А. Салам (слева) и советский ученый профессор Московского университета Д. Д. Иваненко. В кружке: немецкий ученый профессор Геттингенского университета В. Гей-зен&ерг (слева) и секретарь физико-математического и технического отделения Академии наук ГДР Р. Ромпе.

Основное поле должно быть способным к возбуждению. Его различные возбужденные состояния должны как раз давать нам различные частицы: электроны, позитроны, мезоны, протоны и т. д., то есть весь «спектр масс частиц». Подобным образом электроны в атомах могут находиться как в основном, так и в различных высших возбужденных состояниях. Перескоки электронов дадут нам целый спектр излучения.

Как показывает опыт, каждая элементарная частица, а также и более крупное образование — атомное ядро, атом—

СПин-0 СПИН-у спин. 1

обладают вполне определенным вращательным моментом, или «спином» (по-английски «спин»—вращение, кручение). При этом такой момент не может быть каким угодно, а только кратным некоей строго определенной величине. Вращательный момент, или спин, частицы, атома или атомного ядра может быть равен только 0, 1 ^!/г, 2 и т. п.

Говоря грубо наглядно, частица может или находиться в идеальном покое (спин0), нли «вращаться» с минимальной угловой скоростью (спин — ¹/»)» или «вращаться» со скоростями большим)!, равными сумме половинок.

Спин, как и импульс, не может ни исчезнуть, ни возникнуть вновь (закон сохранения момента количества движения). Когда две частицы — каждая, обладающая своим спином, — сливаются в какую-то более сложную частицу, их