Этюды о симметрии - Синг Дж.Л.
Скачать (прямая ссылка):
сказано или по крайней мере подразумевалось Саламом, Ли, Янгом и Эме [5].
Всю остроту разрыва со старыми представлениями, по-видимому, лучше всего
иллюстрирует эксперимент с кобальтом, проведенный By, Эмблером,
Хейвардом, Хоппсом и Хадсоном.
Текущий по кольцу ток - им может быть незатухающий ток в сверхпроводнике
- создает магнитное поле. Кобальтовый источник находится в плоскости тока
и испускает р-частицы (фиг. 3). Вся экспериментальная установка, как
видно из фиг. 3, обладает плоскостью симметрии, и если принцип
достаточного
66
1. Симметрия и другие физические проблемы
основания верен, то плоскость симметрии должна была бы сохраниться на
протяжении всей дальнейшей судьбы системы.
Иначе говоря, поскольку правая и левая стороны плоскости
первоначально обладали тождественными свойствами, не существует
достаточного основания для какого бы то ни было различия в их свойствах и
в будущем. Тем не менее интенсивность р-излучения по одну сторону
плоскости оказывается больше, чем по другую. Такая ситуация парадоксальна
независимо от
механизма эффекта. Можно даже сказать, что она приобретает наибольшую
парадоксальность именно тогда, когда мы пол-
Ф и г. 3.
При традиционной интерпретации экспериментов по иесохра-нению четности
исходят из предположения о том, что инверсия принадлежит к числу
элементов симметрии всех физических законов, поэтому левая часть фигуры
представляет собой зеркальное отражение правой. Предполагается, что
материя при отражении переходит в антиматерию: ток электронов по кольцу
заменяется током позитронов по кольцу, а радиоактивный кобальт -
радиоактивным антикобальтом.
ностью отвлекаемся от механизма и теории явления. Если бы
условия эксперимента могли стать идеальными в указанном
выше смысле, то даже принцип достаточного основания был бы, по-видимому,
нарушен.
Естественно искать такую интерпретацию эксперимента, которая бы избегала
столь далеко идущих выводов, и она действительно существует1). Необходимо
еще раз подчеркнуть, что независимо от того, какая именно интерпретация
принята, приходится признать, что симметрия мира беднее, чем мы думали.
Тем не менее даже оставшаяся симметрия может включать в себя инверсии.
Если верно, что плоскость симметрии всегда остается плоскостью симметрии,
то начальное состояние эксперимента с ко-
') Приводимая нами интерпретация была независимо предложена многими
авторами, среди которых следует назвать Салама [6], Ландау [7], Смита и
Биденхарна (личное сообщение). Дезер'заметил, что на "тревожную
возможность" такой интерпретации указывали еще Вик, Вайтман и Вигнер [8],
но рассмотрение ее считалось делом далекого будущего. Разумеется, явное
единодушие сторонников какого-либо мнения еще не свидетельствует о том,
что оно правильно.
5. Релятивистская инвариантность и квантовые явления
67
бальтом не могло обладать зеркальной симметрией. Иное дело, если бы
магнитный вектор был полярным, - в этом случае электрический вектор был
бы аксиальным. Тогда плотность заряда и дивергенция электрического
вектора были бы не просто скалярами, как в существующей ныне теории, а
псевдоскалярами. Зеркальное отражение отрицательного заряда было бы
положительным зарядом, зеркальное отражение электрона - позитроном, и
наоборот. Зеркальное отражение материи было бы антиматерией. Взглянув на
эксперимент с кобальтом в зеркало, мы не увидели бы ничего, что
противоречило бы установленным фактам: зеркальное отражение было бы
экспериментом, проводимым над антиматерией. На фиг. 3 справа показано
зеркальное отражение левой части рисунка. Таким образом, допущение об
антиматерии как о зеркальном отражении материи избавляет нас от
необходимости отказываться от принципа достаточного основания и от
сохранения плоскостей симметрии.
Если воспользоваться специальной терминологией, то только что
рассмотренную возможность, согласно современным воззрениям, следовало бы
описать как исключение операций инверсии и зарядового сопряжения из числа
истинных операций симметрии. Однако произведение преобразований инверсии
и зарядового сопряжения по-прежнему считается операцией симметрии, и мы
предлагаем назвать ее просто инверсией. Несколько замечаний более
специального характера относительно "просто инверсии" содержится в
приложении 2. Только что внесенное предложение имеет две стороны: одну -
весьма привлекательную, другую - весьма тревожную.
Проанализируем сначала привлекательный аспект нашего предложения. Дирак
как-то сказал, что число элементарных частиц обнаруживает тревожную
тенденцию к возрастанию. Трудно удержаться от искушения и не добавить,
что и число инвариантных свойств также обладает аналогичной тенденцией.
Однако вторая тенденция не вызывает у нас таких опасений, как первая,
ибо, в то время как увеличение числа элементарных частиц усложняет нашу
картину природы, увеличение числа свойств симметрии в целом лишь упрощает
ее. Тем не менее четкое соответствие между свойствами инвариантности
