Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
«Квантовый- скачок» индивидуальной частицы в нашем масштабе времени является полностью неопределенным: невозможно установить «постаре"ние» атома, который в момент ? находится в начальном состоянии. Квантовые скачки совершенно случайны и только в очень больЩом числе опытов проявляется определенная статистическая закономерность. В микрофизическом масштабе понятие времени лишается обычного смысла: все происходит так, словно для микрофизических явлений больше не существует времени.
Но можно пойти еще дальше. До сих пор мы пользовались следующим выражением: «в момент времени (нашего масштаба) атом находился в таком-то состоянии». Это предполагает, что сохраняются понятия времени и одновременности и можно уточнить момент, когда происходит наблюдаемое явление.
Однако в микроскопическом масштабе понятие одновременности, как и понятие момента времени, лишено смысла. Это следует из четвертого соотношения неопределенности Гейзенберга, которое заключается в следующем. Если тщательно исследовать, как мы узнаем о микрофизических явлениях, то выясняется, что для уточнения состояния системы необходимо учитывать энергию, отданную этой системой. Если с помощью измерения мы одновременно определяем момент, когда произошел квантовый скачок, и значение энергии системы во время данного перехода, необходимо, чтобы время наблходения равнялось некоторому интервалу Д? Отсюда следует, что момент перехода может быть, известен лишь с минимальной неопределенностью А/. Кроме того, в общем случае энергия также определяется с некоторой неопределенностью, которую мы обозначим через А?. Можно представить себе идеальный опыт, когда измерительная аппаратура настолько совершенна, что неопределенности А/ и АЕ как угодно малы. Однако анализ Гейзенберга и результаты квантовой механики показывают, что нельзя достичь сколь угодно большой точности. По самой природе вещей даже в идеальном опыте невозможно точно узнать момент, когда происходит изменение состояния системы, и значение энергии рассматриваемой си-
150
стемы. Произведение неопределенностей двух величин по порядку величины равно постоянной Планка Ь (или больше ее, если измерение не является идеальным), величина этой постоянной хотя и мала, но отлична от нуля.
Отсюда следует, что для точного знания состояния системы необходимо, чтобы измерение проводилось в течение длительного промежутка времени, а это соответственно приводит к очень большой неопределенности в установлении момента наблюдаемого перехода. Обратно: мгновенное измерение, которое в нашем масштабе времени могло бы достаточно точно локализовать наблюдаемый момент, связано с очень большой неопределенностью в энергии, характеризующей систему. Поэтому невозможно получить точные сведения о явлении, которое локализуется нами во времени. Таким образом, точное знание явления исключает знание момента, в который оно происходит. Понятие момента времени оказывается затушеванным: невозможно строго определить понятие одновременности между двумя микрофизическими явлениями или между микрофизическим явлением и явлением, происходящим в нашем масштабе. А значит, понятие одновременности лишается точного смысла. Своеобразная зависимость между энергией рассматриваемой системы и моментом времени, когда происходит данное явление, показывает, что в конечном итоге время невозможно рассматривать независимо от тех явлений, которые мы хотим описывать при помощи времени.
Заключение
Все большее разрушение классических представлений о времени приводит к тому, что приходится отказаться от первоначального представления о времени как о метафизической реальности, которая существует сама по себе и применима ко всей Вселенной. Согласно сказанному выше, можно высказать предположение, что идея о существовании времени в микрофизическом масштабе вообще лишена смысла *. Это и не удивительно. Ведь большин-
1 Эта крайняя точка зрения заведомо не верна. Сами основные законы микрофизики невозможно сформулировать, не пользуясь понятием времени. Свойства времени оказываются иными, чем думали раньше, но само понятие времени остается фундаментальным.— Прим. ред.
151
ство наших обычных понятий применительно к микромиру оказывается уже непригодным. Мы были вынуждены глубоко изменить понятия объекта, дегерминизма и т. д., и ничего удивительного не произойдет, если аналогично будет разрушено и традиционное понятие времени. Впрочем, наш анализ не сводится к одному лишь отрицанию. До некоторой степени он также разъясняет природу физического времени, а это может помочь синтезу, объединяющему микрофизику и область обычных явлений.
Понятие момента времени имеет практическое значение, поскольку соотношения неопределенности имеют значение лишь для атомных масштабов, когда нельзя пренебрегать квантом-действия, но в макрофизике соотношениями неопределенности можно пренебречь. Само время приобретает смысл в силу закона больших чисел, который приводит к замене случайности и вероятностных характеристик кажущейся регулярностью и определенностью. Поэтому необходимо, чтобы в основе истинного определения времени как в механике, так и в современной физике лежала теория вероятностей. Время — понятие статистическое в такой же степени, как, например, давление газа, и именно статистическая природа времени приводит к результатам, которые кажутся наиболее загадочными, а именно к необратимости. Одна и та же причина приводит к постоянному возрастанию энтропии изолированной системы и к необратимости времени; возрастание энтропии и необратимость времени отражают эволюцию, которая протекает вполне определенным образом, если речь идет об QrpoMHOM числе элементарных явлений,— когда от микрофизики мы переходим к классической физике.
