Р. А. Аронов

Проблема пространственно-временной структуры микромира все более отчетливо выступает как проблема существования качественно различных пространственновременных областей, в которых определяющую роль играют различные типы материальных взаимодействий (в частности, гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые взаимодействия).

В каждой из этих пространственно-временных областей господствующие в них взаимодействия определяют свойства пространства и времени. Разумеется, в каждой из этих областей взаимодействия иного типа тоже играют некоторую роль и вносят определенный вклад в их пространственно-временные свойства. Однако эта роль и этот вклад являются неопределяющими, второстепенными и ими, в известных пределах, можно пренебречь, в отличие от взаимодействий, играющих определяющую роль в этих областях [1, стр. 167; 2, стр. 141].

С этой точки зрения в нашей области макрокосмоса, в которой определяющую роль играют электромагнитные взаимодействия, именно они определяют свойства пространства и времени. Эвклидовость пространства и времени (соответственно псевдоэвклидовость пространства — времени), представлявшаяся до сих пор «доказательством» того, что пространство и время в отсутствие гравитационного поля не зависят от материальных взаимодействий, по-видимому, является на самом деле проявлением свойств электромагнитных взаимодействий. Естественно поэтому, что современная теория поля, соответствующая этой пространственно-временной области, отражающая ее свойства, адекватна действительности именно как электродинамика, как теория электромагнитных взаимодействий.

Столь же естественно, что попытки учесть в теории существование пространственно-временных границ, отделяющих эту область от качественно иных пространственно-временных областей, выводят за пределы тех представлений о пространстве и времени, на которые существенно опирается современная теория поля.

Трудности и противоречия, с которыми сталкиваются теории сильных и слабых взаимодействий, в значительной степени связаны с тем, что эти теории, отражающие свойства качественно иных пространственно-временных областей, по-прежнему строятся в соответствии с пространственно-временными представлениями квантовой электродинамики.

Физика элементарных частиц уже не теоретически, а практически приступает к исследованию пространственно-временной структуры микромира. Физики надеются, что электродинамические эксперименты по столкновению встречных пучков электронов и позитронов достаточно высокой энергии позволят обнаружить существование пространственно-временной границы, отделяющей друг от друга качественно различные пространственно-временные области. Конечно, решающим судьей явится эксперимент. Однако из самых общих соображений о взаимоотношении пространства, времени и материи можно высказать некоторые предположения о возможностях электродинамических экспериментов в исследовании пространственно-временной структуры микромира.

Объектом предстоящих электродинамических экспериментов является область, в которой роль электромагнитных взаимодействий и их вклад в свойства пространства и времени второстепенны: определяющую роль в этой пространственно-временной области играют взаимодействия иного типа. Электромагнитные взаимодействия обусловливают определенные свойства пространства и времени. В области, где эти взаимодействия играют определяющую роль, их вклад в свойства пространства и времени является доминирующим — пространство и время эвклидовы. В исследуемой области, в которой электромагнит ные взаимодействия не играют определяющей роли, их вклад уже не является доминирующим, но и здесь они по-прежнему обусловливают эвклидовость пространства и времени. Поэтому проникновение в эту область может и не привести к отклонению квантовой электродинамики от эксперимента.

Следовательно, можно предполагать, что электродинамические эксперименты, осуществления которых мы ждем в ближайшее время и у нас, и за рубежом, не обнаружат существования «первой» пространственно-временной границы в микромире. Но если это и произойдет, то, как нам кажется, вовсе не потому, что такой границы не существует, а потому, что исследования электромагнитных взаимодействий не компетентны решать этот вопрос.

Электродинамические эксперименты смогут обнаружить существование пространственно-временных границ в микромире, по-видимому, в том случае, если в процессе взаимодействия встречных пучков электронов и позитронов существенными окажутся сильные и особенно слабые взаимодействия. Что же касается электромагнитных взаимодействий, то нарушение квантовой электродинамики при их исследовании на малых расстояниях, с этой точки зрения, является лишь достаточным (но не необходимым) признаком существования пространственно-временной границы в микромире, за пределами которой представления современной теории поля о пространстве и времени не соответствуют действительности.

Попытки учесть в теории существование пространственно-временных границ в микромире, связанные с дальнейшим развитием гипотезы прерывности пространства и времени, приводят к трудности с несохранением энергии и импульса в малых пространственно-временных областях. Столкнувшись с этим, теоретики пошли по двум путям. Одни из них (например, Ю. А. Гольфанд [3, стр. 256]) не увидели в нарушении обоих законов сохранения никакой трудности, поскольку это нарушение происходит в малых пространственно-временных областях и никак не сказывается на достаточно больших пространственно-временных областях, в которых по-прежнему сохраняются и энергия и импульс. Другие (например, В. Г. Кадышевский [4, стр. 40]) пошли по пути В. Паули, встретившегося в свое время с аналогичной трудностью в исследовании p-распада. На этом пути постулируется существование некоторой новой частицы, ответственной за «несохранение» энергии и импульса, и таким образом трудность преодолевается.

Однако оба эти пути в данном случае, как нам кажется, могут оказаться неэффективными. На первом из них трудность с несохранением энергии и импульса не преодолевается, а лишь обходится. От того, что эта трудность локализуется в малых пространственно-временных областях, она вовсе не перестает быть трудностью. На втором пути преодоление трудности с несохранением энергии и импульса также, по-видимому, является лишь кажущимся, поскольку, в отличие от введенного В. Паули нейтрино, постулируется существование не реальных частиц, а некоторых квазичастиц.

Разумеется, и в этом случае решающим судьей явится эксперимент. Однако из самых общих соображений о взаимоотношении пространства, времени и материи можно высказать предположение, что трудность с несохранением энергии и импульса возникает при этом из-за того, что в теории учитывается лишь существование пространственно-временной границы, отделяющей друг от друга качественно различные пространственно-времеь ные области, и игнорируется вклад взаимодействий, господствующих за пределами этой границы. Последовательное проведение гипотезы прерывности пространства и времени снимает эту трудность. Более того, кажущееся нарушение законов сохранения энергии и импульса в малых пространственно-временных областях приобретает при этом известное эвристическое значение, ибо позволяет в какой-то мере судить о взаимодействиях, господствующих за пределами этой пространственно-временной границы.