Теория процесса в физике

Но я все же считаю, что именно здесь наш теперешний образ мышления действительно нуждается в исправлении, быть может, путем небольшого вливания восточной мысли.

Эрвин Шрёдингер, создатель волновой механики

Как мы выяснили, в настоящее время большинство физиков считают виртуальные частицы наиболее удовлетворительным объяснением силовых полей. Однако есть и конкурирующие теории, которые исходят из совершенно других принципов. Например, вместо того чтобы рассматривать область вблизи частиц как пространство взаимодействий, в котором сталкиваются друг с другом виртуальные частицы, физики также считают область вокруг частицы, например электрона, таинственной «матрицей», в которой происходят взаимодействия. Слово «матрица» связано со словом «мать» и подразумевает область, подобную чреву, место, где осуществляются вещи.

Теория S-матрицы (S – это сокращение английского слова scattering, означающего «рассеяние»), разработанная после квантовой электродинамики (КЭД) была попыткой понять подробности того, что происходит при взаимодействии электронов и других элементарных частиц. Эта теория представляет область вокруг частиц как нечто вроде чрева. В то время как КЭД пыталась уяснить механические подробности взаимоотношений между частицами, – такие, как виртуальные частицы с путями, идущими вперед и назад во времени1, теория S-матрицы старалась избежать противоречий теории частиц, описывая общий процесс рассеяния^[40].

Разработанная в 1960-х гг. теория S-матрицы представляет собой процессуально-ориентированный подход к физике. Вместо того, чтобы пытаться выяснить, что делала какая частица, она изучает суммарные результаты столкновения частиц. В конце 1990-х гг. из теории S-матрицы родились такие новые идеи, как теория струн и десятимерная теория Вселенной. Эти более новые идеи тоже изображают общую природу событий и в значительной степени основываются на логике и философии S-матрицы, а также на квантовой механике и теории относительности2.

По контрасту с процессуально-ориентированными подходами, теория частиц носит редукционистский характер: она пытается осмысливать природу событий с точки зрения элементарных частиц и состояний. Чтобы понять разницу между мышлением в терминах виртуальных частиц и S-матрицы, то есть мышлением, ориентированным на состояние и на процесс, давайте рассмотрим два разных медицинских подхода к болезни. Чтобы понять болезнь, редукционистская медицина рассматривает тело как механизм, который можно понимать в терминах его частей. При таком подходе вы изучаете, так сказать, элементарные частицы тела, его атомы, молекулы, органы и системы – части и кусочки, которые образуют клетки и все тело.

Для понимания той же самой болезни подход S-матрицы замечал бы, что тело делает, что оно ест, когда спит, как взаимодействует с другими и тому подобное. Процесс болезни изучается с точки зрения этих общих паттернов и поведения, а не с точки зрения отдельных частей внутри тела.

В этой аналогии тело представляет собой матрицу, то есть вместилище для процессов и взаимодействий с миром. Невозможно отделять части тела друг от друга, как вы могли бы отсоединять карбюратор от бензобака в автомобиле, поскольку части тела более взаимозависимы. Точно так же, мы не можем выделить одну частицу из взаимодействия, не нарушив полностью все взаимодействие.

Рис. 35.1. Ориентированное на состояние представление о взаимодействии электронов с точки зрения частиц

Рис. 35.2. Процессуально-ориентированный подход к обмену электронов с точки зрения S-матрицы

Вместо того, чтобы иметь дело с гипотетическими виртуальными частицами, логика S-матрицы утверждает: забудем о частях, которые мы не можем видеть, они не имеют фундаментального значения. Фундаментален общий процесс. По контрасту с редукционистскими теориями, которые анализируют целое с точки зрения его отдельных сущностей и сводят субатомные реакции к частям и частицам, теория S-матрицы пытается отражать несводимую целостность событий. В терминах приводившегося выше примера тела, подход S-матрицы отражает общий процесс жизни индивида, вместо того чтобы понимать этот процесс с точки зрения печени, желчного пузыря и так далее.

Теория S-матрицы задается вопросом, как выглядит общий паттерн рассеяния электронов до и после их взаимодействия друг с другом. Этот паттерн считается более важным, чем механика того, что частицы делают друг с другом при взаимодействии. Теория S-матрицы утверждает: поскольку мы не можем прослеживать виртуальные взаимодействия, мы не будем их использовать. Нам известно лишь то, что область вокруг электрона – это матрица, в которой происходит рассеяние.

И снова, применительно к человеческому телу, теория S-матрицы не изучает отдельные части тела, а вместо этого допускает, что человеческое тело – это только канал, в котором происходят реакции, когда его возмущают внешние влияния. Сходным образом, вместо того чтобы думать о необъяснимой массе и энергии виртуальных частиц, философия S-матрицы сосредоточивается на результатах процессов взаимодействия. В этой теории есть только процессы и события. До и после взаимодействий есть частицы, но во время этих взаимодействий есть только матрица их взаимоотношений. Мы можем измерять ситуацию до и после, но то, что происходило посередине, невозможно знать или измерять в терминах ОР.

В теории S-матрицы виртуальные частицы и обменные взаимодействия квантовой теории поля понимаются как события процесса. Силовые поля, которые в квантовых теориях поля объяснялись в терминах взаимодействующих виртуальных частиц, в теории S-матрицы снова оказываются необъясненными полями.

Сравнение концепций частицы и S-матрицы