Этим вопросом («что такое элементарная частица?») задавались Гейзенберг [1], Шрёдингер [2], Марков [3]. Отцы-основатели квантовой механики (Гейзенберг, Шрёдингер) в своих статьях с одинаковым названием не дали ясного однозначного ответа на этот вопрос. И до сих пор не существует единого общепринятого понятия о данном феномене (квантовом микрообъекте). Как следствие возник широкий спектр нечётких и размытых представлений о квантовом микрообъекте. В недавней статье «Что такое частица?» [4] Вулховер суммирует эти представления. Перечислим некоторые из них:
1) частица как результат коллапса волновой функции;
2) частица как возмущение квантованного поля;
3) частица как неприводимое представление группы;
4) частица как вибрация струны;
5) частица как деформация информационного океана.
Первое представление (оно же и исторически первое) связано с постулатом Дирака-фон Неймана о редукции квантовой суперпозиции (так называемый коллапс волновой функции). Это представление говорит о том, что «ча-стица» (квантовый микрообъект) есть актуализированная часть («верхушка айсберга») бесконечного множества потенциально существующих состояний (квантовой суперпозиции). О втором представлении более подробно будет сказано ниже. Третья интерпретация восходит к работе Вигнера [5], в которой элементарная частица описывается неприводимым представлением
группы Пуанкаре. В данном подходе главенствующую роль приобретает понятие симметрии. Гейзенберг отмечал: «"В начале была симметрия“ – идея,безусловно, более правильная, чем демокритовский тезис „в начале была ча-стица“. Элементарные частицы являются воплощениями симметрий, их простейшими выражениями, однако они – лишь следствие симметрий» [1. С. 349]. Пятое представление восходит к Ur-гипотезе фон Вайцзеккера [6], а также к гипотезе пространственно-временного кода Финкельштейна [7]. Согласно этому представлению, фундаментальным первоэлементом является бит информации, а все материальные объекты есть некие«конструкты» информационного поля.Возвращаясь к проблеме холистического описания квантовых микрообъектов, необходимо прежде всего выяснить, чем является понятие «элементарная частица» с позиции холизма. В отличие от редукционизма, где это понятие является базовым формообразующим элементом, посредством которого определяется целое как сумма своих частей, в холизме это понятие приобретает второстепенную (подчиненную) роль либо полностью растворяется в целом. Теперь уже часть не обладает автономной сущностью, а представляет собой некоторое состояние целого, модус субстанции. В связи с этим полезно вспомнить три теоремы Спинозы о субстанции [8]:
Субстанция по природе первое своих состояний (Теорема 1 [8. С. 363]);
Всякая субстанция необходимо бесконечна (Теорема 8 [8. С. 365]);
Субстанция абсолютно бесконечная неделима (Теорема 13 [8. С. 372]).
Эти три теоремы основоположника европейского пантеизма представляют собой три базовых холистических принципа: целое больше своих частей, субстанция (энергия) бесконечна, целое (субстанция) неделимо. Итак, с позиции холизма понятие «элементарная частица», не обладающее автономной сущностью, является состоянием субстанции (целого). М.А. Марков в статье «О современной форме атомизма» [3], анализируя эволюцию понятия «элементарная частица», приходит к выводу: «Если дано понятие поля, то дальше следует определение: элементарная частица – атом данного поля. Только в этом случае слово „атом“ современной физики заменяется словом „квант“. Данная элементарная частица – это простейший элемент данного поля, или просто „квант данного поля“» [3. С. 412]. Cогласно Маркову, частица – это квант поля, если дано понятие поля, то есть поле – это первостепенное понятие, частица (квант) – второстепенное (производное от поля). Легко видеть, что определение частицы по Маркову согласуется со вторым представлением частиц в перечислении Вулховер [4] (частица как возмущение квантованного поля). Здесь же уже виден эмерджентный характер частиц (возмущение поля) и даже просматривается первая теорема Спинозы. Однако отождествление поля и субстанции неправомерно. Поле является необходимым атрибутом концепции близкодействия, определение поля требует наличия пространственно-временного континуума (для передачи взаимодействия от точки к точке). Понятие кванта возникло вне какой-либо связи с полевыми представлениями. Более того, дискретность энергии (закон Планка) находится в противоречии с непрерывностью континуума. С позиции холизма частица – это не квант поля, а квант энергии.
Еще ближе к пониманию холистической природы квантовых микрообъектов подошел Гейзенберг. В статье «О математических основах теории эле-ментарных частиц» [9] Гейзенберг отмечает, что «частица» – это способ,которым реализуется то или иное состояние некоего «единого поля»: «...будущей теории элементарных частиц придется принять за исходное некое единое поле, называемое просто „веществом“ или „энергией“, а не частицы какого-нибудь специального типа. Для этого единого поля можно указать некоторые коммутационные соотношения и полевые уравнения, приводящие к существованию непрерывных и дискретных собственных значений. Дискретные собственные значения описывают „частицы“, которые в зависимости от принятого соглашения можно назвать элементарными или составными, не проводя строгого различия между определениями тех и других» [9. С. 373]. Здесь Гейзенберг отождествляет исходное «единое поле» с энергией (субстанцией), а состояния (уровни энергии) субстанции с дискретными собственными значениями приписываются «частицам», вторичным по отношению к субстанции понятиям (модусы субстанции). По сути, здесь повторяется первая теорема Спинозы: «...различные элементарные частицы можно рассматривать как разные формы существования фундаментальной субстанции – материи или энергии» [10. С. 12]. Однако Гейзенберг полагал, что«единое поле» 𝜒 (праматерия) определено в пространстве-времени, кроме того, нелинейное уравнение для 𝜒 требовало введения гильбертова про-странства с индефинитной метрикой. «Элементарные частицы» представлялись как возмущения поля 𝜒 посредством спектр-генерирующего нелинейного члена в уравнении Гейзенберга. Уже на тот момент (конец 1950-х гг.)эта спектр-генерирующая схема оказалась слишком узкой для описания все более возрастающего числа открываемых частиц. Бор назвал теорию Гейзенберга «недостаточно сумасшедшей», чтобы быть истинной.
В подходе Гейзенберга, опирающемся на полевые представления, про-странственно-временной континуум, в котором определено нелинейное уравнение «поля материи», имеет статус фундаментального уровня. Ограничен-ный характер спектр-генерирующего механизма нелинейной спинорной тео-рии материи обусловлен именно этим обстоятельством. Здесь как нельзя кстати слова де Бройля: «...мы должны с большими или меньшими трудностями втиснуть микроскопические явления в рамки понятий пространства и времени, хотя нас все время будет беспокоить чувство, что мы пытаемся втиснуть алмаз в оправу, которая ему не подходит» [12. С. 177]. Однако с тех пор фундаментальный статус пространства-времени, все более подвергаемый сомнению, в последнее время трансформировался в убеждение, поддерживаемое сейчас многими авторами, о том, что континуум есть эмерджентная конструкция (твисторная программа Пенроуза [13], бинарная геометрофизика Ю.С. Владимирова [14], теория декогеренции Зурека [15]).
Теории, претендующей быть «достаточно сумасшедшей» по Бору, необходимо выйти за пределы континуума.
Литература
1. Гейзенберг В. Что такое элементарная частица? / Шаги за горизонт. М.: Прогресс, 1987.C. 163–177.
2. Schr𝑜ሷdinger E. What is an elementary particle? // Endeavour. 1950. Vol. IX. N 35.
3. Марков М. А. О современной форме атомизма / Избранные труды: в 2 т. Т. 1: Квантовая теория поля, физика элементарных частиц, физика нейтрино, философские проблемы физики. М.: Наука, 2000. C. 408–438.
4. Wolchover N. What is a Particle? // Quantamagazine. 2020. Vol. 12. URL:www.quantamagazine.org
5. Wigner E.P. On unitary representations of the inhomogeneous Lorentz group // Ann. Math.1939. Vol. 40. P. 149–204.
6. Weizs𝑎ሷcker C.F.v. Komplementaritaሷt und Logik I // Naturwiss. 1955. 42. Р. 521–529.
7. Finkelstein D. Space-Time Code // Phys. Rev. 1969. Vol. 184. P. 1261–1271.
8. Спиноза Б. Этика, доказанная в геометрическом порядке / Спиноза Б. Избранные произведения: в 2 т. Т. 1. М.: Госполитиздат, 1957.
9. Heisenberg W. On the mathematical frame of the theory of elementary particles // Comm. Pureand Applied Mathematics. 1951. Vol. 4. P. 15–22 / Русский перевод: Гейзенберг В. Избран-ные труды. М.: Эдиториал УРСС, 2001. С. 373–380.
10. Гейзенберг В. Введение в единую полевую теорию элементарных частиц. М.: Мир, 1968.
11. Гейзенберг В. Единая теория поля // Физика и философия. Часть и целое. М.: Наука,1990. C. 341–346.
12. Бройль Луи де. Революция в физике // Избранные научные труды. Т. 2: Квантовая меха-ника и теория света: работы 1934–1951 годов. М.: МГУП, 2011.
13. Penrose R. The twistor programme // Rep. Math. Phys. 1977. Vol. 12. P. 65–76.
14. Владимиров Ю. С. Реляционная теория пространства-времени и взаимодействий. Ч. 1.Теория систем отношений. М.: МГУ, 1996.
15. Zurek W. H. Decoherence, Einselection, and the Quantum Origins of the Classical. 2001 //Rev. Mod. Phys. 2003. Vol. 75. P. 715. URL: arXiv:quant-ph/0105127