RW Space

«Вращение» – это фундаментальное качество элементарных частиц, таких как электрон, вызывающее образ крошечной сферы, быстро вращающейся вокруг своей оси, как планета в сморщенной солнечной системе.

Только это не так. Это невозможно. Во-первых, электроны — это не сферы материи, а точки, описываемые математикой вероятности.

Но философ физики Калифорнийского технологического института Чарльз Т. Себенс утверждает, что такой основанный на частицах подход к одной из самые точные теории в физике могут ввести нас в заблуждение.

Он говорит, что, определяя основу материи в терминах полей, некоторые особенности и парадоксы, возникающие из точки зрения, ориентированной на частицы, исчезают.

>

«Философов обычно привлекают проблемы, которые не решались в течение очень долгого времени, — говорит Себенс.

«В квантовой механике у нас есть способы предсказывать результаты экспериментов, которые работают очень хорошо. хорошо для электронов и объяснить спин, но важные основополагающие вопросы остаются без ответа: почему эти методы работают и что происходит внутри атома?»

Большую часть века физики боролись с результаты экспериментов, которые предполагают, что мельчайшие кусочки реальности не выглядят или вести себя как объекты в нашей повседневной жизни.

Вращение — одно из этих качеств. Подобно вращающемуся битку, сталкивающемуся с внутренней стенкой бильярдного стола, он несет угловой момент и влияет на направление движущейся частицы. Тем не менее, в отличие от битка, вращение частицы никогда не может ускориться или замедлиться — скорее, оно всегда ограничено заданным значением.

Чтобы еще труднее представить себе основную природу материи, примите во внимание тот факт, размер электрона настолько мал, что ему фактически не хватает объема. Если бы он был достаточно большим, чтобы иметь объем, отрицательный заряд, распространяющийся по всему этому пространству, толкал бы сам себя, разрывая электрон на части.

Примечательно, что даже если бы мы проявили милосердие и предоставили электрону как частице эксперименты с наибольшим радиусом позволили бы, его вращение превысит скорость света — что-то, что может или не может быть решающим фактором в этом масштабе, но для многих физиков этого достаточно, чтобы отбросить разговоры о вращающихся электронах.

Один из способов упростить отображение гобелена фундаментальной физики — описать точки материи как действия, встроенные в ткань поля, а затем интерпретировать эти действия как частицы.

Квантовая теория поля (КТП) ) делает это успешно, объединяя аспекты специальной теории относительности Эйнштейна, классической теории поля и постулатов квантовой физики о частицах.

Это не спорная теория, но до сих пор ведутся споры о том, являются ли эти поля фундаментальный – существующий, даже если всплески, которые пульсируют через них, должны были замолчать — или, если частицы являются основными действующими лицами, которые представляют жизненно важную информацию, а поля — просто удобный сценарий.

Нам это может показаться тривиальным различием. Но для таких философов, как Себенс, последствия заслуживают изучения.

Как он объяснил в статье 2019 года, опубликованной в журнале Aeon: «Иногда прогресс в физике требует сначала поддержки, чтобы пересмотреть, заново интерпретировать и пересмотреть теории, которые у нас уже есть».

Этот пересмотр квантовой теории поля подчеркивает несколько существенных преимуществ того, чтобы сделать поля приоритетными в физике по сравнению с подходом, основанным на частицах, включая модель, которая переосмысливает электронов таким образом, который может помочь нам лучше понять их поведение.

«В атоме электрон часто изображают в виде облака, показывающего, где он может быть найден, но я думаю, что электрон на самом деле физически распространяется по этому облаку», — говорит Себенс.

Будучи физически распределенным по полю, а не ограниченным точкой, электрон может на самом деле вращаться способами, которые являются не столько математическими конструкциями, сколько физическим описанием.

Хотя это все равно не было бы похоже на На крошечной планете в Солнечной системе этот вращающийся электрон, по крайней мере, будет двигаться со скоростью, не противоречащей никаким законам.

То, как это диффузное распространение отрицательно заряженной материи сопротивляется тому, чтобы разорваться на части, — это вопрос Себенса. у меня нет ответа. Но, сосредоточившись на аспектах поля разбросанного электрона, он чувствует, что любые решения будут иметь больше смысла, чем проблемы, возникающие из-за частиц бесконечного ограничения.

Есть цитата, которая стала фольклором в залах квантовые теоретики — «Заткнись и считай». Эта поговорка стала синонимом афантастического ландшафта квантового царства, где образы и метафоры не могут конкурировать со сверхъестественной точностью чистой математики.

Однако время от времени важно приостанавливать наши расчеты и бросьте вызов нескольким старым предположениям и, возможно, даже вернитесь к новому взгляду на основы физики.

Эта статья была опубликована в Synthese.