Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
83
сил. Другими словами, мы считаем, что энергии связи всех остальных ядер могут быть в принципе выражены через константы St и 5а. В этом случае мы обнаруживаем весьма большую широту взгляда на «теоретическое понимание проблемы». Ведь нам неизвестны «правильные уравнения» и наша оптимистическая надежда, что такие уравнения, включающие и S2, существуют, может оказаться совершенно необоснованной.
Действительно, в настоящее время мы не можем вычислить массы таких частиц, как ./(-мезоны, нуклоны, Л-частицы и т. п. Мы не имеем соответствующей теории, и отношения всех этих масс следовало бы внести в наш перечень фундаментальных констант. С другой стороны, в один прекрасный день может появиться теория, которая позволит вычислить массы некоторых, а может быть и всех, сильно взаимодействующих частиц. Предельно оптимистическая точка зрения заключается в том, что «точная» теория сильных взаимодействий не будет содержать эмпирических колстант. Все, включая и константы Si и S2, можно будет вычислить. Однако в настоящее время вопрос о числе констант, описывающих сильные взаимодействия, остается совершенно открытым.
49. Мы не включали в перечень констант весьма замечательную эмпирическую константу — отношение заряда электрона к заряду протона. Опыты Кинга, выполненные в 1960 г., показали, что это отношение равно—1 с погрешностью 1/Ю20, т. е. ejep— {—1±10~20).
Кинг измерил также отношение заряда ядра гелия к заряду протона и показал с той же фантастической точностью, что это отношение равно 2 *). Эти результаты в сильнейшей степени поддерживают идею, согласно которой заряд любой частицы кратен заряду электрона. Существует много доводов в ее пользу, но ни один из них не обладает точностью опыта Кинга. Физики уже давно верят в «квантование заряда». Однако они не могут объяснить с высот теории, почему все заряды кратны заряду электрона.
Почему же мы тогда не включим в наш перечень константу (—1±Ю“20)? Потому, что все наши теории оказались бы опрокинутыми, если бы выяснилось, что эта величина не равна в точности —1. Мы можем спокойно допустить, что эмпирические константы, приведенные в нашем перечне, будут несколько иными; в этом смысле они и эмпирические. Например, квантовая электродинамика вполне устояла бы, если бы более точные измерения показали, что постоянная тонкой структуры оказалась на 1% больше. Это не изменило бы известных нам законов природы. Иначе обстоит дело с квантованием заряда: на этом принципе основана структура нашей теории.
50. Квантовая электродинамика, как теория атомов, молекул и вещества в целом, содержит, в сущности, лишь две фундаменталь-
*) Это вывод, следующий из опытов Кинга. В действительности Кинг показал, что молекула водорода и атом гелия нейтральны с указанной точностью (King J. G. Search for a Small Charge Carried by Molecules.— Phys. Rev. Lett., I960, v. 5, p. 562).
84
ные эмпирические константы: ос и Р =т/Мр. Это означает, что все физические величины в этой области физики зависят от двух указанных констант и теория, по крайней мере в принципе, может дать эту зависимость. В такой теории свойства различных атомных ядер проявляют себя через целые числа Z и А, а другие физические характеристики ядер влияют на атомы, молекулы и вещество в целом лишь в виде очень «слабых» эффектов.
Наше утверждение, таким образом, упрощает истинную ситуацию, но интересно продолжить обсуждение этой идеи. С первого взгляда она может показаться неверной, так как число «фундаментальных констант» в табл. 2А превышает две. Следует, однако, заметить, что перечисленные там константы выражены в совершенно произвольных (макроскопических) единицах и численные значения констант не имеют поэтому абсолютного значения.
Существенным обстоятельством является то, что мы различаем фундаментальные физические величины и величины, зависящие от наших произвольных единиц. Рассмотрим для примера скорость звука в кристалле. Число, выражающее эту скорость в сантиметрах в секунду, не будет фундаментальной константой, так как число зависит от произвольно выбранных единиц сантиметр и секунда. Больший смысл с точки зрения теории имеет, например, отношение этой скорости к скорости света; эта величина не зависит от макроскопических единиц, и мы верим, что квантовая электродинамика в принципе может ее вычислить.
51. Чтобы понять истинный смысл приведенных в табл. 2А констант, рассмотрим, как определяется макроскопическая система единиц.
Килограмм определен международным соглашением как масса определенного куска металла, хранящегося в Париже. Чтобы отметить, что мы имеем в виду именно этот кусок металла, обозначим эту единицу как (кг)р — «парижский килограмм». Этот кусок металла содержит определенное число, скажем нуклонов. Точное значение tii неизвестно, но в принципе может быть подсчитано. Теперь предположим, что теория сильных взаимодействий и теория ядра дают нам возможность вычислить постоянную Cf, равную отношению массы нуклона (средней для данного ядра) к массе протона. Эта постоянная близка к единице. Мы запишем массу парижского килограмма в виде
