Техника - молодёжи 1983-01, страница 45

апппитуда

П

ч Огибающая_ *

\ (анапог волнойой функции)/ /

Структурны функция ( шапочка )

Х.ц>'

амЛ Координате

^ ~rn v

В «среде» с линейной дисперсией волновой панет из парциальных волн (частица) периодически появляется и исчезает. Огибающая процесса совпадает с волной де Бройля.

стал осциллировать подобно мембране или струне после удара. Частота таких собственных осцилля-ций очень высока: пропорциональна энергии покоя частицы и совпадает с частотой так называемого шредингеровского дрожания. Поэтому наш Мавр может наблюдать эти чрезвычайно быстрые колебания, но в реальных экспериментах это совершенно незаметно. Если Мавр на пути движения волнового пакета поставит целый ряд своих микрозондов, то из-за дисперсионных расплываний и собираний он сможет наблюдать огибающую этого процесса. И все это не будет противоречить обычной квантовой механике. Но такую картину в виде правильной синусоидальной огибающей Мавр может видеть только в том случае, если во всем мире существует лишь одна частица.

Реальный мир состоит из громадного числа частиц, движущихся относительно друг друга с различными скоростями. Парциальные волны (гармонические составляющие) тех частиц, которые в данный момент исчезли, могут сложиться вместе и дать реальные флуктуации поля, то есть флуктуации вакуума, которые будут вести себя самым случайным образом. Эти флуктуации полностью разрушат идиллическую картину измерений нашего Мавра.

Теперь синусоидальная огибающая будет искажаться вакуумными флуктуациями, и Мавру будет трудно ее выделить в чистом виде. А мы попробуем рассмотреть реальные измерительные приборы, которые всегда макроскопичны.

«МЕРЦАНИЕ» ЧАСТИЦ, ФЛУКТУАЦИИ ВАКУУМА И БЕССИЛИЕ ПРИБОРОВ

На выходе любого такого прибора, являющегося неустойчивой пороговой макросистемой, всегда происходят макроскопические явления: это капельки тумана в камере Вильсона, почернение зерна фотоэмульсии, образование ионов в счетчике Гейгера, фотоэффект и

«У каждого из нас достаточно силы для перенесения чужого несчастья», — говорил Ф. Ларошфуко. И Мавр с легким сердцем разбивает дополнительность.

Дополнительность погибла, но вопросов не стало меньше...

т. п. В макроприборах любого типа атомные ядра и электронные оболочки находятся близко друг к другу и образуют устойчивую систему. Эта система способна принимать далеко не все произвольные конфигурации, какие можно себе представить. Природа устойчивых состояний оставляет для выбора хоть и весьма многочисленную, но дискретную серию состояний. Переход от одного такого состояния к другому — квантовый скачок. Поэтому поглощение и излучение энергии между атомными системами происходит квантами, и этот факт есть следствие строения материи. Однако это не значит, что при перемещении квант или частица распространяется как нечто неизменное, неделимое. Энергия частицы может дробиться, изменяться за счет флуктуаций вакуума. Волновой пакет, например протона, может за счет наложения флуктуаций вакуума превращаться на короткое время в пи-мезон, а фотон может на короткое время «переодеться» протоном или нейтроном.

Все квантовые измерения в конечном счете базируются на обмене энергией и являются необратимыми процессами. Чтобы любой прибор, обнаруживающий частицу, сработал, необходим как минимум квант энергии — пороговая энергия прибора, определяющая его чувствительность. Понятно, что наш

Мавр пользуется приборами с нулевой пороговой энергией и поэтому может регистрировать даже флуктуации вакуума. Рассмотрим процесс взаимодействия частицы с макроприбором. Поскольку частица — это волновой пакет, то ее энергия пропорциональна интенсивности пакета, а она может изменяться за счет периодических расплываний и возникновений. Кроме того, сам пакет может дробиться при взаимодействиях. Чтобы наш макроприбор зафиксировал частицу, ему необходимо дождаться того момента, когда суммарная энергия частицы и флуктуации вакуума будет больше или равна пороговой энергии. Читателям уже ясно, что вероятность срабатывания прибора будет пропорциональна интенсивности волнового пакета, то есть величине интенсивности огибающей волновой функции. Если к прибору подошел волновой пакет с малой интенсивностью по сравнению с пороговой энергией макро-прибора, то нужна большая флуктуация вакуума, а вероятность ее появления мала, и, значит, мала вероятность найти частицу. Такая точка зрения немедленно требует, чтобы величина дисперсии флуктуаций вакуума была конечной, что, в свою очередь, требует конечности массы всей вселенной.

Соотношение неопределенностей получается вследствие того, что энергия и импульс не являются фиксированными величинами, а периодически изменяются за счет дисперсионных исчезновений и появлений частицы. Кроме того, из-за статистических законов измерений макроприборами их нельзя замерить точно в силу принципиально непредсказуемых флуктуаций вакуума. Но Мавр может измерить одновременно центр волнового пакета (координату), его энергию и импульс. Но ни мы, ни даже сам Мавр не может точно предсказать их величину в следующий момент времени. Мавр мог бы предсказывать координату, импульс и энергию пакета, если бы этот пакет был единственным во вселенной.

Наличие непредсказуемых флуктуаций вакуума делает законы микромира для любого наблюдателя принципиально статистическими. Точное предсказание будущих событий требует точного знания величины флуктуации вакуума в любом месте в любой момент времени, что невозможно, так как при этом нужно иметь информацию о поведении и структуре всех разнообразных пакетов (частиц) вселенной и контролировать их движение. Ла-пласовский детерминизм в современной и будущей физике утерян окончательно. Прав был Максвелл, когда говорил:

43