Анатолий Бич - Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени
Такое объяснение имеет некоторую логическую предопределенность. Допустим, что только что родившиеся фотоны в первые мгновения своей жизни лавинообразно «обрастают» взаимодействиями и это приводит к росту внутренней энергии и к увеличению темпа их собственного времени.
Но у этой гипотезы есть и серьезные недостатки. Мы не должны забывать, что внутренняя энергия — величина тоже относительная. Она, согласно теории относительности, должна уменьшаться и тем значительнее, чем больше инертная и релятивистская масса фотона, т. е. чем ближе скорость лабораторных фотонов к скорости фотонов в вакууме. У этой гипотезы есть доводы, противоречащие друг другу.
Что же в таком случае произошло, отчего появилась эта шокирующая сверх релятивистская скорость взаимодействия фотонов?
Пол Девис рассказывает, что всего через несколько месяцев после опубликования результатов эксперимента Аспека он попросил десятерых известных физиков высказать свое мнение о парадоксе ЭПР. И примерно половина из них, оставаясь на позициях Эйнштейна, тем не менее, высказали мнение, что «следовало бы отказаться от предположения, что сигналы не могут распространяться со скоростью выше скорости света».
Следует заметить, что к моменту эксперимента Аспека Бором уже была разработана теория, включающая… «нелокальные» эффекты. То есть теория, как бы допускающая в результате «чего-то» распространение информации со скоростью, превышающей скорость света. Эйнштейн, со своей стороны, иронизируя, считал, что такие представления — это не более, чем «призрачное действие на расстояние».
С тех пор прошло несколько десятилетий, но четкого однозначного объяснения парадокса ЭПР не существует. А ведь есть и другие парадоксы, связанные со скоростью света. И, естественно, возникает вопрос, возможно ли некое предположение о природе феномена с позиции гипотезы локально-когерентного времени.
Рассмотрим вначале (из тактических соображений) проблему дуализма элементарных частиц, а затем выскажем гипотетическое допущение о природе парадокса ЭПР.
Элементарные частицы, как известно, способны проявлять и свойства материальных точек (корпускул), и волновые свойства. Ученые открыли много закономерностей, связанных с этим парадоксальным явлением квантового мира, но до сих пор не могут ответить на вопрос, каков механизм двойственной природы элементарных частиц, например света. Почему фотоны, электроны и др. ведут себя именно так?
Я вынужден привести большие выдержки из лекции Нобелевского лауреата Р. Фейнмана «Вероятность и неопределенность — квантово-механический взгляд на природу»{43}. В этой лекции Фейнман говорит: «Я собираюсь придумать один эксперимент и рассказать вам сначала, что получилось бы при таких условиях, если бы у нас были частицы, затем — что было бы, если бы это были волны, и, наконец, что происходит на самом деле в системе, где есть электроны или фотоны». Фейнман продолжает: «Я разберу только этот эксперимент, который специально придуман таким образом, чтобы охватить все загадки (выделено мною. — А.Б.) квантовой механики и столкнуть вас со всеми парадоксами, секретами и странностями природы… любой другой случай в квантовой механике всегда можно объяснить, сказав: «Помните наш эксперимент с двумя отверстиями?..» Вот я и стараюсь рассказать… об опыте с двумя отверстиями…
Начнем с истории изучения света. Сначала предполагалось, что свет очень похож на дождь из частиц или пули, выпущенные из ружья. Однако последующие исследования показали, что такое представление неверно, и на самом деле свет ведет себя как волна… Затем уже в XX веке… вновь стало казаться, что в очень многих случаях свет ведет себя как поток частиц. Наблюдая фотоэлектрический эффект, можно подсчитать число этих корпускул… Но дальнейшие опыты, например, с электронной дифракцией, показали, что они ведут себя как волны… Все нарастающая путаница была разрешена в 1925–1926 гг. открытием точных уравнений квантовой механики… Но как я могу назвать такой характер поведения?» И после этого риторического вопроса Фейнман продолжает: «Электроны ведут себя в указанном отношении точно также, как и фотоны… необычным образом, но зато одинаково…»
«Я не собираюсь ничего избегать, — говорит Фейнман. — Я просто снимаю покровы с природы, с ее наиболее элегантных и трудноуловимых форм…»
Далее идет описание экспериментов (рис. 1). «Пусть у нас имеется источник пуль — пулемет, например, и перед ним установлен броневой экран с отверстием, пропускающим пули… на большом расстоянии от первого поставили другой броневой щит с двумя отверстиями 1 и 2… На большом расстоянии от второго щита поставим еще и третий, позволяющий устанавливать в разных местах детектор (для пуль это будет… ящике песком), в котором пули застрянут…
Рис. 1. Опыт с пулями
Теперь я буду проделывать такие опыты: … буду устанавливать свой детектор… в разных точках третьего щита и затем подсчитывать, сколько пуль попадет в него. При этом я буду измерять расстояния между ящиком и какой-нибудь… точкой на третьем щите, назову это расстояние X и постараюсь выяснить, что происходит, если… ящик передвигать вверх и вниз… будем предполагать, что пулемет сильно дрожит и качается.
Первое, что мы заметим в… опыте с пулями, это то, что все здесь происходит дискретными порциями. Например, энергия, поглощенная мишенью. Она может увеличиваться только скачком на величину энергии одной пули… если взять два ящика, то в них не может войти одновременно по одной пуле… каждая пуля — это нерасчленяемая и опознаваемая порция, теперь я хочу выяснить, сколько пуль попадет в разные участки мишени… возьмем среднее число пуль, попавших в ящик за час, и назовем его вероятностью попадания…
В результате у меня получатся плавные кривые… (одну) я обозначу N1 (она) описывает число попаданий (при открытом отверстии 1), если отверстие 2 закрыто броневой заслонкой, и… N2 описывающей число попаданий при закрытом отверстии 1. А это позволяет обнаружить очень важный закон: число попаданий при двух открытых отверстиях представляет собой простую сумму числа попаданий через одно отверстие 1 и одно отверстие 2, рассматривая кривую N12, мы можем заметить… это утверждение… (его) мы станем… обозначать словами «отсутствие интерференции».
То есть N12 = N1 + N2 (отсутствие интерференции)».
Далее Р. Фейнман описывает вторую часть эксперимента, где вместо пуль используется вода — тело, которому безусловно присущи волновые свойства (рис. 2). «Вместо пулемета — нечто вызывающее равномерное волнение — рябь, вместо второго броневого щита — доска с двумя отверстиями, а за ней детектор. Детектор должен обнаружить степень волнения воды…»
Рис. 2. Опыт с водой
Фейнман продолжает: «Итак, мы собираемся измерить интенсивность волнения или, точнее говоря, энергию, генерируемую волнением в некоторой точке… Выяснить, на что похожи кривые l1, и l2, можно, закрывая по очереди одно из отверстий во втором экране и оставляя другое открытым…
Как нетрудно заметить, l1 имеет тот же характер, что и N1 в задаче с пулями, а l2похожа на N2..
…Кривая l12, соответствующая двум открытым отверстиям, показана на рис. 2. Это очень интересная и внешне сложная кривая… Дело здесь в том, что волнение образуется из последовательности гребней и впадин, идущих из отверстия 1, и другой последовательности гребней и впадин, идущих из отверстия 2».
Пропустим подробное пояснение механизма взаимодействия гребней и впадин у волн в связи с изначальной подготовленностью читателя.[26]
Р. Фейнман продолжает: «Вот поэтому мы и получим кривую, на которой за всплеском интенсивности следует провал, потом опять всплеск, опять провал… и все это в зависимости от характера «интерференции» гребней и впадин», т. е. в зависимости от наложения волн.
И снова и снова г-н Фейнман обращает наше внимание на то, что если волны поочередно распространяются только через одно из открытых отверстий во втором экране, то кривые и l2, характеризующие волнение, имеют такой же вид, как и кривые N1, и N2, характеризующие количество пуль, пролетевших через каждое из двух отверстий. Но кривая l12 (суммарная) резко отличается от суммарной кривой N12 Получается, что l12 ≠ l1 + l2 (присутствие интерференции).
Наконец, Фейнман рассказывает о реальном эксперименте: «В качестве источников электронов возьмем накаленную нить, в качестве экранов — вольфрамовые пластинки с отверстиями, а в качестве детектора — любую электрическую систему с чувствительностью, достаточной… чтобы зарегистрировать заряд, приносимый электроном». Фейнман обращает внимание на то, что электроны излучаются поштучно (дискретно), как пули. И кривые, которые характеризуют вероятность попадания электронов через каждое одно из двух отверстий, ничем не отличаются от кривых в опыте с пулями, т. е. тут электроны ведут себя как корпускулы (N1 и N2).
