опыт исследования макроскопических объектов, больших расстояний и больших
промежутков времени. При построении теорий, описывающих явления микромира,
эта классическая геометрическая картина, предполагающая непрерывность
пространства и времени (пространственно-временной континуум), была
перенесена на новую область без каких-либо изменений. Экспериментальных
данных, противоречащих применению теории относительности в микромире, пока
нет. Но само развитие квантовых теорий, возможно, потребует пересмотра
представлений о физическом пространстве и времени.


Пространство и время на уровне микромира.


В квантовой механике была найдена принципиальная граница применимости
классических физических представлений к атомным явлениям и процессам. В
квантовой физике была поставлена важная проблема о необходимости
пересмотра пространственно – временных представлений классической физики.
Они оказались лишь приближёнными понятиями и основывались на слишком
сильных идеализациях. Квантовая физика потребовала более адекватных форм
упорядоченности событий, в которых учитывалось бы существование
принципиальной неопределённости в состоянии объекта, наличие черт
целостности и индивидуальности в микромире, что и выражалось в понятии
универсального кванта действия h.
Квантовая механика была положена в основу бурно
развивающейся физики элементарных
частиц, количество которых достигает нескольких сотен, но до настоящего
времени ещё не создана обобщающая теория. В физике элементарных частиц
представления о пространстве и времени столкнулись с ещё большими
трудностями. Оказалось, что микромир является многоуровневой системой, на
каждом уровне которой господствуют специфические виды взаимодействий и
специфические свойства пространственно - временных отношений. Область
доступных в эксперименте микроскопических интервалов условно делится на
четыре уровня:
1. уровень молекулярно - атомных явлений,
2. уровень релятивистских квантовоэлектродинамических процессов,
3. уровень элементарных частиц,
4. уровень ультрамалых масштабов, где пространственно - временные отношения
оказываются несколько иными, чем в физике макромира.
В этой области по-иному следует понимать природу пустоты - вакуум. В
квантовой электродинамике вакуум является сложной системой виртуально
рождающихся и поглощающихся фотонов и других частиц. На этом уровне вакуум
рассматривают как особый вид материи - как поле в состоянии с минимально
возможной энергией. Квантовая электродинамика впервые наглядно показала,
что пространство и время нельзя оторвать от материи, что так называемая
"пустота" - это одно из состояний материи.
На субатомном уровне структурной организации материи определяющую роль
играют сильные взаимодействия элементарных частиц. Здесь иные
пространственно - временные понятия. Так, специфике микромира не
соответствуют обыденные представления о соотношении части и целого. Ещё
более радикальных изменений пространственно - временных представлений
требует переход к исследованию процессов, характерных для слабых
взаимодействий. Поэтому на повестку дня встаёт вопрос о нарушении
пространственной и временной чётности, т.е. правое и левое
пространственные направления оказываются неэквивалентными. В этих условиях
были предприняты различные попытки принципиально нового истолкования
пространства и времени. Одно направление связано с изменением
представлений о прерывности и непрерывности пространства и времени, а
второе - с гипотезой о возможной макроскопической природе пространства и
времени.
Рассмотрим более подробно эти направления.
Физика микромира развивается в сложном единстве и взаимодействии
прерывности и непрерывности. Это относится не только к структуре материи,
но и к структуре пространства и времени. После создания теории
относительности и квантовой механики учёные попытались объединить эти две
фундаментальные теории. Первым достижением на этом пути явилось
релятивистское волновое уравнение для электрона. Был получен неожиданный
вывод о существовании антипода электрона - частицы с противоположным
электрическим зарядом. В настоящее время известно, что каждой частице в
природе соответствует античастица, это обусловлено фундаментальными
положениями современной теории и связано с кардинальными свойствами
пространства и времени (чётность пространства, отражение времени и т.д. ).
Исторически первой квантовой теорией поля была квантовая
электродинамика, включающая в себя описание взаимодействий электронов,
позитронов, мюонов и фотонов. Это пока единственная ветвь теории
элементарных частиц, которая достигла высокого уровня развития и
известной завершённости. Она является локальной теорией, в ней
функционируют заимствованные понятия классической физики, основанные на
концепции пространственно - временной непрерывности: точечность заряда,
локальность поля, точечность взаимодействия и т. д. Наличие этих понятий
влечёт за собой существенные трудности, связанные с бесконечными