книги из ГПНТБ / Румлянский, П. М. Философия и физика микромира. Системно-структурный анализ и физика частиц

отказаться и от таких ранее действующих условий суще­ ствования одних частиц подле других, при их взаимном

виртуальных, которые при определенных условиях стано­ вятся действительными. А с этим во внутренних сферах микрочастиц как бы содержится некоторый «запас» гото­ вых частиц, но не действительных, а виртуальных. При определенных условиях эти виртуальные частицы стано­ вятся действительными, отделяются от исходной, осу­ ществляя превращение одних частиц в другие. Противо­ положность действительных частиц виртуальным состоит в том, что первые существуют в готовом виде, индивиду­ ально, вторые — лишены существования в готовом виде, индивидуально. Виртуальные частицы существуют в воз­ можности, в становлении. Вместе с тем в виртуальных моделях микрочастиц, замечает В. С. Готт, «элементами структуры „элементарных" частиц являются виртуальные

ризовано бесконечными связями и отношениями, сущест­ вующими между элементарными частицами, непрерывны­ ми изменениями и превращениями микрочастиц, много­ степенностью их структуры и определиться всеми этими моментами. Последнее дает возможность определить эле­ ментарную частицу как частицу с минимальным количе­ ством разнообразных элемептов, связей и отношепий, с более простой структурой рассматриваемой системы (ча­ стицы) .

Н а ш е мнение не противоречит точке зрения Б . Я. Пахомова, согласно которой «более элементарной будет та частица, с которой связано меньшее число качественно различных форм движения, и более сложной та, которая

80

том, п в другом рассмотрении признается относительная элементарность. Б . Я . Пахомовым выделяются частицы, способные к вступлению в одно взаимодействие (напри­ мер, слабое), в два взаимодействия (например, слабое и электромагнитное), в три взаимодействия (например, сла­ бое, электромагнитное, сильное) п т. д. При этом отдель­ ные микрочастицы связаны и с различным числом качест­ венно различных форм движения. Полагается, что должны быть структуры, ответственные за отдельные взаимодей­ ствия. И чем в большее количество взаимодействии спо­ собна вступать отдельная частица, тем более разнообразна ее структура, пбо последняя включает в себя структуры, ответственные за эти взаимодействия. Об элементарности микрочастиц судят также по потенциальным возможно­ стям вступления во взаимодействия. Более элементарны­ ми при этом будут частицы нейтрино и фотон, способные вступать только в одно взаимодействие (если не учитывать гравитационные взаимодействия, в которые вступают все

считается электрон, способный к вступлению как в слабое, так и в электромагнитное взаимодействие. Еще более сложные и выше по степени развитости пи-мезоны, они вступают в слабое, электромагнитное и сильное взаимо­ действия.

Н а ш подход к проблеме элементарности представляет собой развитие идей Б . Я . Пахомова об относительной элементарности в том плане, что с определенными взаимо­ действиями связаны определенные виртуальные частицы, кванты этих взаимодействий. Это помогает выделить опре­ деленное разнообразие элементов, связей п отношений, а элементарную частицу определить как частицу с мини­ мальным количеством разнообразия элементов, связей и отношений.

В плане определения понятия элементарной частицы интересен и подход А. А. Бутакова. Полагая, что «струк­ турная сложность материальных объектов так или иначе

85 А. А. Бутаков. К вопросу о субординации взаимодействий элементарных частиц. «Вопросы философии», 1965, Л° 11, стр. 68.

разнообразие связей и отношений между микрочастицами, вступающими в определенные взаимодействия.

Относительиая элементарность микрочастиц определя­ ется А. А. Бутаковым по отношению к законам сохране­ ния, действующим в определенных взаимодействиях ми­ крочастиц, в отличие от Б . Я . Пахомова, определяющего элементарность по отношению к взаимодействиям, в кото­ рые могут вступать элементарные частицы.

Нами ж е относительная элементарность определяется по отношению к разнообразным элементам, связям и от­ ношениям элементарных частиц.

В плане системно-структурного исследования микро­ объектов рассмотрены различные точки зрения на пробле­ му элементарности. Показывая ^несостоятельность точки зрения кризиса концепции элементариости, нами обосно­ вана правильность концепции относительной элементар­ ности. И так как понятие микрочастицы должно быть оха­

тов, связей и отношений кроме того и выше по степени

с тем они различны. Из них необходимо выбрать те, ко­ торые наиболее перспективны.

4. Системно-структурные исследования

и проблема структуры элементарных частиц

Рассмотрены различные структурные модели элемен­ тарных частиц с выделением кварковых, составных, бутстранных и виртуальных моделей. Д л я познания структу­ ры микрообъектов нужно проанализировать эти возмож­ ные решения, осуществить переход от конкретного (изучения свойств микрочастиц) к абстрактному (постро­ ение различных проектов решения, различных структур­ ных моделей частиц), затем снова возвратится к конкрет­ ному, но у ж е на более высокой основе (проверка на прак -

тике одной наиболее правдоподобной структурной модели или ряда моделей, не противоречащих фактам науки) . «От живого созерцания к абстрактному мышлению и от

моделей. Для этого вначале строятся различные структур­ ные модели микрочастиц и глубоко анализируются различ­ ные проекты решения. Затем среди них выбирают одно или несколько возможных решений, редуцируют (сводят) все разнообразие этих решений к одному или нескольким наиболее правдоподобным решениям.

Обоснование отдельных проектов решений требует иссле­ дования по возможности как можно более разнообразных проектов решения. Выявлением определенного тождества различных структурных моделей преследуется более полное, адекватное отражение сущности материальных объектов, достижения определенного тождества модели и оригинала. «Вначале, как правило, создаются образы, которые отлича­ ются от объекта, и в процессе устранения отличий образа от объекта достигается их определенное тождество. Полу­ чается, что устранение различий образа и объекта ведет к накоплению разнообразия образа, которое все более соот­ ветствует разнообразию объекта»8 8 .

На основе анализа различных моделей микрочастиц и использования методологических принципов науки приве­ дем редукцию различных возможных решений к наиболее правдоподобным решениям и проанализируем истинность выбранных моделей. Анализ их требует критического под­

153.

88А. Д. Урсул. Природа информации, стр. 244.

89В. И. Ленин. Полное собрание сочинений, т. 3, стр. 634.

84

Д л я развития теории элементарных частиц следует ис­ кать наиболее правдоподобные структурные модели, раз ­ вивая вместе с тем формализм, описывающий выбранную модель. Необходимо искать пути «встреч» различных структурных моделей. Способы ж е исследования на раз ­ личных этапах будут различны, так как «история несет с собой и новые факты и новые способы исследования, требующие дальнейшего развития теории»9 0 . На данном этапе при анализе указанных четырех структурных мо­ делей имеет смысл различать три типа моделей.

Первый тип: составные и бутстрапные модели струк­ тур элементарных частиц. Между ними — существенные различия, ибо различны сами идеи, лежащие в основе построения таких моделей. Ко второму типу отнесем мо­ дели, отличающиеся лишь степенью общности, но имею­ щие общую идею. К ним относятся бутстрапные и вир­ туальные. Кварковые, как особого рода составные модели, рассмотрим отдельно.

Рассмотрим различия двух моделей первого типа. Они состоят в том, что в составных моделях частиц не учиты­ вается взаимодействие составляющих частей, обусловли­ вающих структуру той или иной элементарной частицы. В бутстрапиых ж е этот недостаток устраняется тем, что взаи­ модействие составляющих частей учитывается и объясня­ ется обменом определенными частицами. Учет взаимодей­ ствия элементарных частиц посредством разнообразия по­ лей в бутстрапных моделях приводит к самосогласованно­ сти всех мезонов9 1 . Составные модели полагают лишь со­ ставное ть из определенных, не связанных друг с другом частиц. Исходя нз этого, слабым местом обычной теории с

85

ста этих теорий с квантовой теорией поля. Обсуждается уж е и вопрос о физической эквивалентности этих теорий. М. А. Браун, например, показывает, что, исходя из ска­ лярной теории поля в зависимости от дополнительных предположений, теория поля может соответствовать либо обычному формализму с составными частицами, либо те­ ории типа «бутстрап»9 3 . Тем самым на основании форма­ лизма квантовой теории поля имеются попытки согласо­ вать формализм как составных, так и бутстрапных моде­ лей частиц. Выводом формализма бутстрапа из спииориой

не противоречат квантовой теории поля, то возможно вы­ деление из этих двух моделей одной, наиболее правдопо­ добной. На на ш взгляд, такой можно считать бутстрапную модель, как более полно представляющую сущность эле­ ментарных материальных образований. Самосогласован­ ность, взаимообусловленность микрочастиц, учтенных в бутстрапных моделях, —вот преимущество этих моделей перед составными, которые такую согласованность элемен­ тов структуры не предполагают.

Другим достоинством выбранной нами наиболее прав­ доподобной модели является то, что наряду с учтенным в составных моделях разнообразием элементов возможно и выделение разнообразия связей и отношений между эле­ ментами системы. И если в составных моделях изучение структуры элементарных частиц ограничивается изучени­ ем лишь структурной сложности их, то в бутстрапных возможно также выделение и структурной организации их.

86

ста, большей перспективности бутстрапиых моделей по сравнению с составными. Но составные модели не отбра­ сываются как неправильные, а считаются лишь недоста­ точными для выявления сущности отдельных элементар­ ных частиц. Концепция составных моделей преходяща и должна уступить место другим, более плодотворным кон­ цепциям. И хотя она неполно выражает сущность микро­ объектов, однако логически допустима наряду с концеп­ цией бутстрапиых моделей. Последняя целесообразнее первой, больше соответствует цели выделения всего разно­ образия системы как на уровне элементов, так и на уровне связей и отношений. Если в составных моделях учитыва­ ется лишь разнообразие элементов, то в бутстрапиых на­ ряду с разнообразием элементов учитывается и разнообра­ зие связей и отношений между элементами системы. В этом и оригинальность бутстрапиых моделей. А оригиналь­ н о с т ь — тоя«е преимущество, связанное с более глубоким рассмотрением содержания микрообъектов. Итак, из струк­ турных моделей первого типа бутстрапные модели элемен­ тарных частиц более перспективны, более правдоподобны.

Различие бутстрапиых и виртуальных моделей второго

ных частиц. Но как бутстрапные, так и виртуальные, модели структур элементарных частиц выражают само­ согласованность, связанность микрочастиц. И в тех, и в других взаимодействие между двумя частицами объяс­ няется обменом некими третьими, промежуточными части­ цами. И в тех, и в других взаимодействие элементарных частиц учитывается посредством полей. Но так как кон­ цепция виртуальных моделей более общая и включает концепцию бутстрапиых моделей как частный случай, то первые имеют большую распространенность, связаны с глубоким изучением структурных превращений элемен­ тарных частиц.

Велика также и предсказательная сила концепции вир­ туальных структур. На основе изучения взаимодействия элементарных частиц можно предположить виртуальную структуру всех вновь открытых частиц. С изучением но­ вых взаимодействий у ж е известных частиц в определенной

87

элементарных частиц и более перспективны, ибо дают воз­ можность рассматривать, например, многоканальность распадов любых микрочастиц, а не только мезонов.

Рассмотрим, к примеру, состояние ка-плгос-мезоиа, ну­ клона и пи-мезона с массой 750 Мэв. Ка-плюс-мезон часть времени пребывает в состоянии пи-плюс и пи-ноль-мезона, затем пи-плюс и два пи-ноль-мезоиа, два пи-плюс и пи- минус-мезонов; позитрона и электронного нейтрино; мю- шпос-мезона, мюонного нейтрино и пн-нолъ-мезона п часть времени — в состоянии мю-плюс-мезона и мюонного ней­ трино. Нуклон часть времени пребывает в состоянии ну­ клонов с пи-мезонами, затем в состоянии гиперона с камезонами; нуклона с парами нуклон—антииуклои.

Все это свидетельствует о разнообразных путях распа­ да ка-плюс-мезоиа и нуклона, о разнообразии потенциаль­ ных возможностей их на уровне элементов, связей и отно­ шений. PI как в случае ка-плюс-мезона, так п в случае нуклона эти частицы представляются как связанные с другими частицами, обусловливающими их структуру. В этом и выражается самосогласоваииость, взаимообуслов­ ленность микрочастиц. И так как частицы, на которые рас­

обусловливающие структуру этих действительных частиц. Этими виртуальными частицами представляется как раз­ нообразие потенциальных элементов, так и разнообразие потенциальных связей и отношений.

При рассмотрении состояния пи-плюс-мезона с други­ ми частицами замечаем, что в одних случаях эта частица связана с одним пи-иоль-мезоиом, в других — с двумя. Мю- плюс-мезон также может быть связан с одним лишь мюонным нейтрино в одних состояниях или с мюонным ней­ трино и пи-ноль-мезоном. Это свидетельствует о разно­ образии потенциальных связей и отношений между

плюс-мезона, разнообразие потенциальных связей и отно­ шений можно выделить и в других элементах системы

88

действительного ка-плюс-мезона. Разнообразие потенци­ альных связей и отношений, наряду с разнообразием по­ тенциальных элементов, можно выделить и в системе действительного нуклона. В одних состояниях нуклон мо­ жет быть связан с пи-мезоном, в других — с нуклон-антн- нуклонами. Он может быть представлен в состоянии гипе­ рона с ка-мезонами. Посредством виртуальных структур элементарных частиц объяснима также и реализация от­

ные действительные частицы тогда распадаются, распад может происходить по разным каналам, в зависимости от внешней энергии. Состояния, которые по энергетическим соображениям возможны, называются открытыми кана­ лами.

Имеются и состояния с пороговой энергией, большей энергии нестабильной частицы, это так называемые закры ­ тые каналы . Например, для пи-мезона с массой 750 Мэв различается несколько состояний, квантовые числа кото­

го пи)-состояния и нуклон—нуклониое состояние, целиком

энергии (частоты) каналы открываются один за другим, становятся возможными новые реакции...»9 6 . С увеличени­

действительными. Виртуальные частицы становятся дей­

95 Дж. Чу, .¥. Гелл-Манн, А. Розенфельд. Сильно взаимодей­ ствующие частицы. В сб.: Над чем думают физики, вып. 3. Эле­ ментарные частицы, стр. 96.

89