Парадоксы субатомного мира
Подведем некоторые итоги, четко обозначив все известные нам парадоксы субатомного мира.
1. На уровне атома, ядра и элементарной частицы материя имеет двойственный аспект, который в одной ситуации проявляется как частицы, а в другой – как волны. Причем частица имеет более или менее определенное местоположение, а волна распространяется во все стороны.
2. Двойственная природа материи обусловливает «квантовый эффект», заключающийся в том, что находящаяся в ограниченном объеме пространства частица начинает усиленно двигаться, и чем значительнее ограничение, тем выше ее скорость. Результатом типичного «квантового эффекта» является твердость материи, идентичность атомов одного химического элемента и их высокая механическая устойчивость.
3. Поскольку ограничения объема атома (и уж тем более – его ядра) весьма значительны, скорости движения частиц чрезвычайно велики. Для исследования субатомного мира приходится использовать релятивистскую физику.
4. Атом вовсе не подобен маленькой планетарной системе. Вокруг ядра вращаются не частицы – электроны, а вероятностные волны; причем электрон может переходить с орбиты на орбиту, поглощая или испуская энергию в виде фотона.
5. На субатомном уровне существуют не твердые материальные объекты классической физики, а волновые вероятностные модели, которые отражают вероятность существования взаимосвязей.
6. Элементарные частицы вовсе не элементарны, а чрезвычайно сложны.
7. Всем известным элементарным частицам соответствуют свои античастицы. Пары частиц и античастиц возникают при наличии достаточного количества энергии и превращаются в чистую энергию при обратном процессе аннигиляции.
8. При столкновениях частицы способны переходить одна в другую (например, при столкновении протона и нейтрона рождается пи-мезон и т. д.).
9. Никакой эксперимент не может привести к одновременно точному измерению динамических переменных; например, неопределенность положения события во времени оказывается связанной с неопределенностью количества энергии точно так же, как неопределенность пространственного положения частицы обнаруживает связь с неопределенностью ее импульса.
10. Масса является одной из форм энергии. Поскольку энергия – это динамическая величина, связанная с процессом, частица воспринимается как динамический процесс, использующий энергию, которая проявляет себя в виде массы частицы.
11. Субатомные частицы одновременно делимы и неделимы. В процессе столкновения энергия двух частиц перераспределяется, и образуются такие же частицы. А если энергия достаточно велика, то помимо таких же, как исходные, могут дополнительно образоваться новые частицы.
12. Силы взаимного притяжения и отталкивания между частицами способны преобразовываться в такие же частицы.
13. Мир частиц нельзя разложить на независящие друг от друга мельчайшие составляющие; частица не может быть изолированной.
14. Внутри атома материя не существует в определенных местах, а, скорее, «может существовать»; атомные явления не происходят в определенных местах и определенным образом наверняка, а, скорее, «могут происходить».
15. На результат эксперимента влияют система подготовки и измерения, конечным звеном которой является наблюдатель. Свойства объекта имеют значение только в контексте взаимодействия объекта с наблюдателем, ибо наблюдатель решает, каким образом он будет осуществлять измерения, и в зависимости от своего решения получает характеристику свойства наблюдаемого объекта.
16. В субатомном мире действуют нелокальные связи.
Казалось бы, достаточно сложностей и неразберихи в субатомном мире, лежащем в основе макромира. Но нет! Это еще не все.
Реальность, которая была открыта в результате изучения субатомного мира, обнаружила единство понятий, казавшихся до сих пор противоположными и даже непримиримыми. Мало того, что частицы одновременно делимы и неделимы, вещество одновременно прерывисто и непрерывно, энергия превращается в частицы и наоборот и т. д., релятивистская физика объединила даже понятия пространства и времени. Именно это основополагающее единство, которое существует в более высоком измерении (четырехмерное пространство-время), является основой для объединения всех противоположных понятий.
Введение понятия вероятностных волн, которое в определенной степени решило парадокс «частица – волна», переместив его в совершенно новый контекст, привело к возникновению новой пары гораздо более глобальных противопоставлений: существования и несуществования [5]. Атомная реальность лежит за пределами и этого противопоставления.
Точнее всего всю гамму чувств ученого по отношению к субатомному миру выразил Роберт Оппенгеймер, сказав: «Если мы спросим, например, постоянно ли нахождение электрона, нужно сказать „нет“; если мы спросим, изменяется ли местонахождение электрона с течением времени, нужно сказать „нет“; если мы спросим, неподвижен ли электрон, нужно сказать „нет“; если мы спросим, движется ли он, нужно сказать „нет“».