Этюды о симметрии - Синг Дж.Л.
Скачать (прямая ссылка):
законов природы и свойствами симметрии пространства-времени особенно
заметно нарушается операцией зарядового сопряжения. Используя эту
операцию, мы неявно предполагаем, что законы природы не изменятся, если
все положительные заряды заменить отрицательными и наоборот или (при
более широкой трактовке зарядового сопряжения) если все частицы заменить
античастицами. Постулат об инвариантности законов природы относительно
зарядового сопряжения, хотя и считается разумным,
68
I. Симметрия и другие физические проблемы
не отвечает никакой симметрии пространственно-временнбго континуума. Если
бы изложенная выше интерпретация экспериментов с кобальтом подтвердилась,
то это означало бы восстановление соответствия между естественной
симметрией элементов пространства-времени и инвариантными свойствами
законов природы. Правда, плоскости симметрии играли бы совсем иную роль,
чем та, к которой мы привыкли, - зеркальным отражением электрона был бы
позитрон, - но зато зеркальным отражением любой последовательности
событий была бы равным образом допустимая последовательность событий.
Осуществить такую допустимую последовательность событий в реальном
физическом мире было бы труднее, чем мы думали до сих пор, но тем не
менее она вполне возможна.
Именно в восстановлении соответствия между естественными свойствами
симметрии пространства-времени, с одной стороны, и законами природы, с
другой стороны, и заключается привлекательная сторона нашего предложения.
В действительности же оно обладает и двумя тревожными аспектами.
Первый из них состоит в том, что операция симметрии физически очень
сложна. Если бы оказалось, что операция обращения времени в том виде, как
мы понимаем ее сейчас, не принадлежит к числу операций симметрии (так
было бы, например, если бы один из предложенных Трейманом и Вильдом
экспериментов дал положительный результат), мы все же могли бы сохранить
эту операцию симметрии, придав ей иную интерпретацию. Например, можно
было бы постулировать, что обращение времени переводит материю в мета-
материю, которая будет открыта позднее, когда будут построены более
мощные ускорители. Таким образом, стремление сохранить плоскости
симметрии вынуждает нас принять более искусственную концепцию симметрии и
инвариантности физических законов.
Другой тревожный аспект нашего нового знания мы усматриваем в том, что
столь долго заблуждались, веря в существование большего числа элементов
симметрии, чем их имеется в действительности. У нас были веские причины и
достаточно убедительные экспериментальные данные для того, чтобы считать,
что зеркальным отражением допустимого события снова является допустимое
событие, в котором электроны выступают в качестве зеркальных отражений
электронов, а не позитронов. Напомним в этой связи сначала, каким образом
понятие четности, возникшее из изящных, но почти забытых экспериментов
Лапорта [9]1), казалось совершенно незыблемым в спектроскопии и в ядерной
физике. Четность можно было весьма естест-
*) Интерпретация правила Лапорта с помощью квантовомеханической операции
симметрии дана в гл. XVIII книги Вигнера [10].
5. Релятивистская инвариантность и квантовые явления
69
венно объяснить как следствие симметрии пространства-времени относительно
инверсии. При этом предполагалось, что электроны при зеркальном отражении
переходят снова в электроны, а не в позитроны. Ныне мы вынуждены признать
приближенный характер этой симметрии и считать, что понятие четности,
широко используемое в спектроскопии и в ядерной физике, также носит лишь
приближенный характер. Еще большее значение имеет обширная
экспериментальная информация из области химии оптически активных веществ.
Каждое такое вещество существует в двух модификациях, переходящих друг в
друга при зеркальном отражении и поворачивающих в противоположных
направлениях плоскость поляризации света (интенсивность прошедшего света
в обоих случаях строго одинакова). Не вызывает сомнений тот факт, что
молекулы, обладающие плоскостями симметрии, оптически активны. Столь же
несомненно существование плоскостей симметрии в кристаллах1). Все эти
факты свидетельствуют о связи между свойствами право- и
левоориентированной материи, но отнюдь не о существовании связи между
свойствами правоориентированной материи и левоориентированной
антиматерии. Новые эксперименты не оставляют сомнения в том, что понятие
плоскости симметрии, понимаемое в указанном выше смысле, применимо не ко
всем явлениям, в частности оно неприменимо к p-распаду. Если
универсальное понятие плоскости симметрии вообще существует, то лишь в
том смысле, что материя при отражении переходит в антиматерию.
Следует заметить, что плоскость симметрии в старом понимании- далеко не
единственное понятие, связанное с симметрией и носящее приближенный
характер. Мы уже упоминали о зарядовом сопряжении. Можно назвать еще
изотопический спин, обменное взаимодействие или мультиплеты электронов и
ядер. Для последних приближение обменного взаимодействия оказывается
