Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
Трудно объединить все эти выводы в более кратком утверждении, чем следующее: природа ничего не сохраняет, в физике нет константы, которая не теряла бы своего смысла, или, одним словом, изменчивость есть закон природы.
На рис. 3 символически представлена изменчивость в виде лестницы существующих и утрачивающих силу законов. Тот день, когда Архимед выскочил из ванны с криком «Эврика! может символизировать первые точные измерения одной из характеристик вещества — плотности. Позднее мы научились подвергать вещество столь высокому давлению, что можно было вызвать заметное изменение плотности. В результате этого плотность перестала быть тем, что можно было бы рассматри* вать как «сохраняющуюся величину». На более поздней стадии большое значение приобрело понятие валентности, используе*
1) Имеется в виду испытание первой атомной бомбы» осуществленное & США. — Прим. перев.
2) Эти слова, разумеется, следует отнести к результату советского ученого А. А. Фридмана, который в 1922 г. предсказал расширение Вселенной На основе теории Эйнштейна. — Прим. перев.
11. Квант и Вселенная
543
Все законы (ризики, выраженные с терминах пространства и времени Закони сохранения энергии, заряда и углового момента
Законы сохранения и лептонного чисел
Порядковый номер и. массовое число для ядра
Химическая
валентность
Установлено понятие плотности Iflepumr'
При гравитационном коллапсе теряет смысл любой закон физики
Законы сохранения энергии, заряда и углового момента ^ бессмысленны для замкнутой вселенной
сЗаконы сохранения для элементарных. частиц теряют смысл в физике черных дыр
Ядерные превращения
Понятие валентности теряет смысл при высокой температуре
Применение достаточно высокого давления изменяет плотность
Рис. 3. Изменчивость: лестница существующих и утрачивающих силу законов.
мое для предсказания хода химических реакций. Однако в дальнейшем научились достигать столь высоких температур, при которых термин «химическая валентность» в обычном смысле этого слова теряет применимость.
Большой шаг вперед был сделан после того, как атомному ядру научились приписывать порядковый номер и массовое число. Однако от той точки зрения, что эти числа вечно остаются неизменными, пришлось отказаться, когда ядерные реакции показали, что можно изменять порядковый номер ядра и его массовое число. По мере того как скальпель физики двигался от ядра к миру элементарных частиц, представлялось, что нет более простого и надежного руководящего принципа, чем закон сохранения барионного числа и соответствующий закон сохранения лептонного числа. Однако когда мы обращаемся к черь ной дыре, то попадаем в область, где эти законы сохранения физики элементарных частиц, насколько мы можем сегодня судить, не нарушаются, но теряют силу (мы выходим за рамки их применимости). Никто не в состоянии даже в принципе предложить метод, с помощью которого можно различить три черные дыры с одинаковыми массами, зарядами и угловыми моментами, из которых одна образуется путем захвата вещества, вторая — антивещества, а третья — чистого излучения. Никакой сигнал не может выйти за горизонт черной дыры и ответить на вопрос, что вошло в нее. При этом несущественно, что «давка» в центре черной дыры в принципе неотличима
544
Дж. Уилер
(и является частью) от конечного гравитационного коллапса* предсказываемого для самой Вселенной в момент большой остановки. Что касается современного положения дел, то в настоящее время не видно какой-либо возможности для разумного применения законов сохранения для частиц в царстве физики черных дыр.
Остаются ли в силе по крайней мере законы сохранения заряда, массы и углового момента? Нет, даже эти законы теряют смысл, когда мы переходим от локальных систем ко всей замкнутой Вселенной. Это можно объяснить двумя простыми способами. Во-первых, всякий метод определения массы-энергии системы в конечном счете эквиваленте^ помещению пла~ неты на орбиту вокруг системы и применению закона Кеплера
(масса-энергия) = (угловая частота)2(большая полуось)3.
Однако в случае замкнутой Вселенной понятия «вне» не существует, т. е. нет способа поместить планету на орбиту вокруг нее. Второй путь рассмотрения того же вопроса состоит в соот-^ ветствующем использовании теоремы Гаусса, чтобы связать объемный интеграл массы-энергии в некоторой области с поверхностным интегралом от потока через границу этой области. Чтобы получить все более и более полную информацию, этог объемный интеграл распространяют на все большую и большую часть Вселенной. В этом математическом процессе гранична» поверхность в конце концов достигнет «главной кривой Вселенной» и стянется в нуль в диаметрально противоположной области. В математической записи закон сохранения энергии, если-применять его к замкнутой Вселенной, сводится к вакуумному тождеству 0 = 0. То, что было сказано относительно массы* энергии, в равной мере применимо к заряду и угловому моменту, Эти три знаменитых закона сохранения не нарушаются, когда мы переходим от обычных ситуаций к физике замкнутой Вселенной: они теряют силу — еще один шаг по лестнице, изображенной на рис. 3. Наконец, мы пришли к последней ступеньке* He было законов физики, которые не требовали бы для своего выражения привлечения понятий пространства и времени. При гравитационном коллапсе Вселенной теряется основа всего, что называют законом физики.
