Рассмотрена возможность одновременного использования двух кажущихся несовместимыми концепций взаимодействия микрочастиц: полевой - описывающей передачу взаимодействий физическими полями-посредниками, и концепции прямого межчастичного взаимодействия.

Показано, что совместное применение концепций приводит к рассмотрению акта взаимодействия в двух равноправных системах отсчета. Это позволяет преодолеть противоречие между концепциями и приводит к важным следствиям: позволяет подтвердить правомерность двух фундаментальных принципов: «принципа Маха» и «принципа постоянства скорости света», лежащего в основе Специальной теории относительности.

1. Введение

Результаты целого ряда экспериментов с фотонами с точки зрения ортодоксальной квантовой механики представляются удивительными и даже парадоксальными.

В экспериментах «с отложенным выбором» [1],[2] в оптическую схему вносились быстрые изменения в разные моменты движения фотона от источника к приемнику. Полученные результаты оказались не зависящими от того, в какой момент вносились изменения – до или после прохождения импульсом света делителя луча в интерферометре Маха-Цендера, что по мнению авторов [2] свидетельствует о недостаточности общепринятой корпускулярно-волновой интерпретации и о необходимости создания новой концепции.

В экспериментах [3],[4] в оптическую схему вносились изменения с целью управления достоверностью доступной информации о пути движения фотона (путем изменения прозрачности фильтра [3] или положения детектора [4]). Для объяснения связи этих изменений с наличием или отсутствием интерференции авторам приходится прибегать к предположениям, что результаты зависят не от физических условий проведения эксперимента, а от доступной экспериментатору информации о пути движения фотона. Причем даже не от самой информации, а только от возможности ее получения. Что приводит к заключению [2]: «То есть коллапс волновой функции может происходить только от возможности получения нами знаний о пути движения частицы. В это, конечно, трудно поверить и принять, что квантовая механика описывает только наши знания, причем не очень понятно, о чем эти знания. Но во многих случаях это является наименее парадоксальной интерпретацией очень парадоксальных экспериментальных результатов».

В работе [5] было показано, что эти результаты перестают быть парадоксальными, если рассматривать их с точки зрения Специальной теории относительности Эйнштейна [6], согласно которой собственное время жизни фотона на его пути от источника до приемника всегда равно нулю. За время, равное нулю, с фотоном не может произойти никаких физических событий, в том числе изменений его состояния. Кажущиеся парадоксальными результаты упомянутых выше и некоторых других [2] экспериментов с фотонами объясняются тем, что фотон вылетает из источника и влетает в приемник в один и тот же момент собственного времени, а значит его полет определяется условиями на обоих концах пути.

Описанная интерпретация экспериментов с фотонами, основанная на выводе теории относительности о нулевом собственном времени жизни фотона, совпадает с выводами теории прямого межчастичного взаимодействия, разрабатывавшейся в работах Шварцшильда [7], Тетроде [8], Фоккера [9], Уилера, Фейнмана [10],[11], Нарликара [12], Френкеля [13], Владимирова [14],[15], и других физиков XX века [16],[17].

Эта теория может рассматриваться как противостоящая общепринятой в настоящее время концепции, которая для описания взаимодействия между частицами использует понятие переносчиков взаимодействий (физических полей), перемещающихся в пространстве от частицы к частице со скоростью света. Однако нетрудно показать [18], что обе эти кажущиеся противоречащими друг другу концепции описывают одну и ту же ситуацию: взаимодействие при нулевом значении пространственно-временного интервала, что позволяет говорить о целесообразности их рассмотрения не как конкурирующих, но как взаимодополняющих друг друга.

Цель настоящей работы - проверка возможности и практической целесообразности реализации их совместного применения для более полного описания физической реальности и преодоления психологического барьера между этими концепциями, которые на первый взгляд выглядят несовместимыми и конкурентными.

2. Попытка совместного применения концепций

В модели прямого межчастичного взаимодействия моменты взаимодействия (передачи энергии частицей-источником и ее получения частицей-приемником) могут быть по определению только одновременными, поскольку взаимодействие осуществляется непосредственно, без участия каких-либо посредников.

В полевой модели передачи взаимодействия эти моменты не одновременны и могут быть разделены большими промежутками времени вплоть до многих миллиардов лет.

Один из фундаментальных выводов Специальной теории относительности – понятие относительности одновременности, зависящей от скорости движения системы отсчета. В своей исходной работе по теории относительности [6] Эйнштейн писал: «Итак, мы видим, что не следует придавать абсолютного значения понятию одновременности. Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной системы».

Одновременность моментов взаимодействия (передачи и приема энергии) соответствует системе отсчета, которую мы назовем «системой отсчета взаимодействия» (СОВ), у отличие от системы отсчета частиц (СОЧ).

Сопоставление концепций показывает, что система отсчета взаимодействия должна двигаться со скоростью света. В полевой модели это соответствует идее передачи взаимодействий распространяющимися со скоростью света физическими полями.

Сформулированный в [5] вывод, согласно которому адекватный взгляд на физическое явление должен быть основан не на противопоставлении, а на объединении его описаний с точки зрения систем отсчета каждого из его участников, и введенное выше понятия о системе отсчета взаимодействия (СОВ) приводят к мысли, что анализ акта взаимодействия может считаться полноценным только тогда, когда он включает рассмотрение и в системе отсчета частиц, и в системе отсчета взаимодействия, которые мы должны признать равноценными.

3. Результат совместного применения концепций

Рассмотрение акта взаимодействия в модели прямого межчастичного взаимодействия и в полевой модели, если их взять по отдельности, приводит к описанию принципиально разных ситуаций. В первой из них рассматриваются только взаимодействующие между собой материальные частицы. Во второй к ним добавляются частицы принципиально иной природы (калибровочные бозоны), переносящие взаимодействие.

Представленная выше попытка рассмотрения, включающая точки зрения обеих концепций, привела нас к иной картине, в которой взаимодействующие материальные частицы рассматриваются в двух равноправных системах отсчета – в системе отсчета частиц (СОЧ), которая при малых скоростях движения совпадает с системой отсчета неподвижного наблюдателя, и в системе отсчета взаимодействия (СОВ).

Это дает нам возможность вообще не ставить вопрос о том, какую из этих концепций следует считать верной, а сосредоточиться на самом акте взаимодействия. Аналогично ситуации, имеющей место в космологической теории Эйнштейна, где мы не акцентируем внимание на вопросе, существует ли на самом деле четвертое пространственное измерение, которое Эйнштейн ввел как фиктивное [19] для получения возможности описать кривизну трехмерного пространства. Потому что нас интересует не само четвертое измерение, а влияние описанной с его помощью кривизны пространства на поведение космических объектов.

Рассмотрение акта взаимодействия в двух равноправных системах отсчета, в одной из которых моменты взаимодействия для участвующих в нем частиц всегда будут одновременными, позволяет преодолеть кажущееся непреодолимым противоречие между концепциями и снять соответствующую психологическую напряженность.

И приводит к двум важным следствиям.

4. Следствия

О принципе Маха. Из того, что в одной из признанных нами равноправными систем отсчета (СОВ) акт взаимодействия, в том числе гравитационного, для любой пары взаимодействующих частиц (масс) всегда одновременен, прямо следует правомерность предположения Маха, что инерционные свойства массы определяются ее взаимодействием со всеми остальными массами Вселенной (в изначальной формулировке Маха – «небо неподвижных звезд» и «весь мир» [20]), которое получило название «принцип Маха».

В СОВ промежутки времени между выбранным моментом гравитационного взаимодействия данного тела и соответствующими моментами для каждого из остальных тел Вселенной, независимо от расстояний до них, всегда равны нулю. Это создает логическую основу для признания правомерности принципа Маха. Наше пробное тело притягивается к удаленной галактике в тот же самый момент СОВ, в который удаленная галактика притягивается к нашему пробному телу.

О принципе постоянства скорости света. Как известно, Эйнштейн сформулировал принцип постоянства скорости света, не приведя к этому конкретных обоснований. В исходной работе, положившей начало теории относительности (1905г.) [6], этот основополагающий принцип вводится следующим образом: «Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела».

Более того, в одной из последующих работ (1907 г.) [21] он пишет: «Действительно ли осуществляется в природе сделанное здесь предположение, которое мы назовем «принципом постоянства скорости света»? Это ни в коем случае не очевидно; однако, по крайней мере для системы координат в определенном состоянии движения, оно стало вероятным благодаря подтверждениям, которые получила на опыте теория Лоренца».

Не изменилась эта ситуация и через несколько десятилетий (1973 г.) [22]: «На первый взгляд принцип постоянства скорости света противоречит «здравому смыслу». Поэтому желательно, прежде чем мы начнем выводить следствия из теории относительности, указать непосредственные опытные доказательства его справедливости».

Итак, в основе Специальной теории относительности лежит положение о том, что скорость света в вакууме не зависит от скоростей движения источника или приемника сигнала, не подкрепленное логическим обоснованием.

Но из проведенного выше рассмотрения мы видим, что моменты актов взаимодействия частицы источника и частицы приемника в СОВ должны быть одновременными всегда, вне зависимости, в том числе, и от скоростей их движения. А система отсчета СОВ движется относительно СОЧ со скоростью света.

Следовательно, абсолютный характер скорости света эквивалентен абсолютному характеру одновременности моментов взаимодействия в СОВ. Акты передачи и приема сигнала в СОВ должны быть одновременными всегда, каковы бы ни были скорости движения источника и приемника – отсюда и следует независимость величины, определяющей временные характеристики в СОЧ – скорости света.

Движение источника и приемника сигнала может отразиться на энергетических характеристиках взаимодействия - благодаря эффекту Доплера, но не может отразиться на одновременности, то есть на скорости света.

5. Заключение

Рассмотрена возможность одновременного использования двух кажущихся несовместимыми концепций взаимодействия микрочастиц: полевой, описывающей передачу взаимодействий движущимися со скоростью света физическими полями-посредниками, и концепции прямого межчастичного взаимодействия.

Представленная попытка взаимодополнения концепций приводит к рассмотрению акта взаимодействия материальных частиц в двух равноправных системах отсчета – системе отсчета частиц (СОЧ), которая при малых скоростях их движения совпадает с системой отсчета неподвижного наблюдателя, и в системе отсчета взаимодействия (СОВ), движущейся со скоростью света, в которой моменты взаимодействия частиц-участников всегда одновременны.

Это дает возможность не ставить вопрос о том, какую из этих концепций следует считать верной, а сосредоточиться на самом акте взаимодействия, устраняет противоречие и приводит к двум важным следствиям: позволяет подтвердить правомерность двух фундаментальных принципов: «принципа Маха» и «принципа постоянства скорости света», лежащего в основе Специальной теории относительности.

Литература

1. Hellmuth T., Walter H., Zajonc A. and Schleich W. Delated-choice experiments in quantum interference. Phys. Rev. A. Vol. 35. Pp. 2532-2541, 1987.

2. Дж. Гринштейн, А. Зайонц. Квантовый вызов. Современные исследования оснований квантовой механики. Пер. с англ. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2008. – 400 с. (George Greenstein, Arthur G. Zajonc (Amherst College). The Quantum Challenge. Modern Research on the Foundations of Guantum Mechanics. Jones and Bartlett Publishers. 2006).

3. Wang L.J., Zou X.Y. and Mandel L. Induced coherence and indistinguishability in optical interference. Phys. Rev. A. Vol. 44. Pp 4614-4623, 1991.

4. Zeilinger Anton. Experiment and tne foundations of quantum physics. Rev. Mod. Phys. Vol. 71. Pp. 288-297, 1999.

5. Kudriavtcev Iu. The Quantum Challenge from the viewpoint of Einstein’s realism // “Eurasian Scientific Association” • № 5 (17) • May 2016. – Pp 1-4. http://esa-conference.ru/wp-content/uploads/2016/06/esa-may-2016-part1.pdf

6. A.Einstein. Zur Elektrodynamik der bewegter Körper. Ann. Phys.,1905, 17, 891-921. (in Russian Edition: Альберт Эйнштейн. К электродинамике движущихся тел. Собрание научных трудов. т.I., М., «Наука». - 1966. с. 7-35).

7. Schwarzshild K., Nachr. Ges. Wiss. Gottingen, 128, 132 (1903)

8. Tetrode H., Zs. Phys., 10, 317 (1922)

9. Fokker A.D., Zs.Phys., 58, 386 (1929); Physica., 9, 33 (1929); Physica., 12, 145 (1932)

10. Wheeler J.A., Feynman R.P., Rev. Mod. Physics 17 p.157-181 (1945).

11. Wheeler J.A., Feynman R.P., Phys. Rev. 59 683 (1941).

12. Нарликар Дж., Инерция и космология в теории относительности в сб. Астрофизика, кванты и теория относительности, М. Мир, 1982.

13. Френкель Я.И. Природа электрического тока. Беседы-диспуты в Ленинградском политехническом институте. М.Ж Л.: Изд-во Всесоюзн. электротехнич. общества. 1930. с.22-76.

14. Владимиров Ю.С., Турыгин А.Ю., Теория прямого межчастичного взаимодействия. М.: Энергоиздат, 1986.

15. Владимиров Ю.С., Физика дальнодействия. Природа пространства-времени. – М.: Книжный дом «Либроком»/URSS, 2012, 224 с.

16. С.С.Кокарев . Близкодействие против дальнодействия: окончательна ли победа? http://www.logos-distant.ru/article/art7/art1.html

17. Ю.С. Владимиров. Природа пространства и времени: Антология идей. – М.:ЛЕНАНД, 2015. – 400с.

18. Kudriavtcev Iu. Paradoxes of Quantum theory in light of the theory of Relativity // “Eurasian Scientific Association” • № 7 (19) • July 2016. Pp. 1-3. http://esa-conference.ru/wp-content/uploads/2016/08/esa-july-2016-part1.pdf

19. A.Einstein. Kosmologishe Betrachungen zur allgemeinen Relativitatstheorie. Sutzungsher preuss. Akad. Wiss., 1917, 1, 142-152 (in Russian Edition: Альберт Эйнштейн. Вопросы космологии и общая теория относительности. Собрание научных трудов, т.1, "Наука", М., 1965, с. 601-612).

20. Э. Мах. Механика. Историко-критический очерк ее развития. – Ижевск., 2000 г., 456 с. (E.Mach. Die Mechanik in ihrer Entwickelung: historisch-kritisch dargestellt. Leipzig., F.A.Brockhaus., 1883).

21. A.Einstein. Über das Relativitätsprinzip und aus demselben gezogenen Folgenungen. Jabrb. d. Radioaktivität u. Elektronik, 1907, 4, 411-462 (in Russian Edition: Альберт Эйнштейн. О принципе относительности и его следствиях. Собрание научных трудов. т.I., М., «Наука». - 1966. с. 65-114).

22. А.И. Китайгородский. Введение в физику. М., «Наука», 1973, с.378.