Теоретическая физика 20 века - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
частной теории относительности), Паули обсуждает затем ранние попытки
решить "проблему материи", обобщение римановой геометрии Вейлем - первую
"единую теорию поля"- и раннюю попытку Эйнштейна изменить
общерелятивистские уравнения поля с целью объяснить существование и
стабильность элементарных заряженных частиц. В 1920 г. казалось разумным
предполагать, что все взаимодействия можно свести к электромагнитным и
гравитационным, но ни одна из ранних попыток не привела к успеху.
Геометрия Вейля (какой бы глубокой она ни была в обобщении метрики Римана
путем
Теория относительности
219
введения произвольной калибровки и понятия калибровочной инвариантности)
не приводит ни к единственному выбору функции действия, ни к какому-либо
пониманию существования элементарных частиц. Кроме того, интерпретация
метрики оставалась неясной. Если ds2 измерять при помощи "атомных часов",
то неинтегрируемость пути привела бы к тому, что эти стандарты стали бы
зависеть от предшествующей истории, что противоречило резкости
спектральных линий, наблюдавшейся на опыте. С другой стороны, если, как
предлагал Вейль, не следует априори постулировать такую прямую связь с
наблюдаемыми величинами, то интерпретация теории откладывается до
дальнейшего математического анализа, который раскрыл бы поведение атомных
систем в соответствии с новыми уравнениями. Не удалось получить желаемого
решения "проблемы материи" и Эйнштейну.
Чрезвычайно интересно обдумать общие критические замечания об этих
попытках, сделанных Паули в заключительной части работы [1]. Я выделю
следующие пункты:
1) Все попытки основывались на надежде, что сложные нелинейные
дифференциальные уравнения, к которым они приводили, дадут каким-то
заранее неизвестным образом как раз два сферически-симметричных решения,
одно из которых будет соответствовать электрону, а второе - протону.
Паули выдвигает следующее возражение: "Необходимо требовать,
чтобы простой и фундаментальный факт атомизма объяснялся теорией тоже
просто и элементарно, а не появлялся в результате некоего аналитического
трюка".
2) Трудность объяснения существования элементарных частиц с помощью
стабилизирующего влияния гравитационных сил становится особенно ясной,
если учесть колоссальное значение (~1020) для отношения электрического
заряда к гравитационному "заряду" е/т(к)У2 (& - ньютоновская
гравитационная постоянная).
3) Ни одна теория не может объяснить асимметрию (различие масс)
положительного и отрицательного электричества. Более того, эта
асимметрия, по-видимому, противоречит требованию инвариантности
предложенных теорий относительно обращения времени. (В самом деле, для
преодоления этой трудности выдвигались в высшей степени искусственные
предположения, например введение квадратного корня в функцию действия,
два значения которого соответствовали бы двум знакам электрического
заряда.)
220
В. Баргманн
4) Последний пункт относится к наиболее фундаментальному вопросу. "В
заключение отметим одно обстоятельство, вызывающее возражения логического
характера. Теории непрерывного поля бе& всяких оговорок переносят обычное
понятие напряженности электрического поля даже на поля внутри электрона.
Однако напряженность электрического поля определяется как сила,
действующая на пробную частицу, и поскольку пробных частиц, меньших
электрона или ядра водорода, не существует, то напряженность поля внутри
частицы представляется принципиально ненаблюдаемой, т. е. величиной
фиктивной, лишенной всякого физического смысла".
Читая сегодня замечания Паули, физик почувствует одновременно и гордость
и огорчение. В свете наших современных знаний попытки, подвергнутые Паули
критике, покажутся, возможно, безнадежно наивными, хотя исследование
того, что могли бы внести в понимание тернистой проблемы материи новые
фундаментальные идеи общей теории относительности, было безусловно
полезным. Конечно, взгляды на свойства и взаимодействия элементарных
частиц изменились вне всяких сомнений, и мы знаем, наряду с прочим, что
существуют и другие частицы, кроме отрицательного электрона и
положительного протона. Однако, что известно нам о природе и стабильности
этих частиц, кроме самого факта их существования?
И можем ли мы быть уверенными в том, что в наших современных теориях не
преувеличивается аналогичным образом понятие "поля" или даже понятие
пространственно-временного континуума?
С открытием позитрона и антипротона была устранена лишь трудность,
связанная с асимметрией. Более того, теоретическое и экспериментальное
решение этой проблемы поистине представляет одно из великих достижений
физики на протяжении последних 30 лет. Весьма примечательно, что ранние
теории, в высшей степени спекулятивные, в этом отношении (исключая
асимметрию положительного и отрицательного зарядов) оказались ближе к
истине, чем экспериментальные данные, имевшиеся в 1920 г. Правда, эта
очевидная трудность совершенно не зависела от каких-либо специфических
