День за днём

О сохранении структур

30 октября – 17 декабря 1967 года

Введем одновременно следующую совокупность состояний. Во-первых, произвольное однонейтронное состояние x. Во-вторых, два однонейтронных состояния для свободных нейтронов, которые в начальный момент локализованы в различных точках A и B и имеют противоположные ориентации спинов; обозначим эти состояния через A и B. Очевидно, при изменении перечисленных состояний связанные с ними волновые пакеты никогда втроем не перекрываются, так как во время такого перекрытия эти состояния не могли бы быть заполнены, т.е. не были бы нейтронными состояниями[11]. В-третьих, всевозможные неизменные состояния S системы, состоящей из протона, электрона и антинейтрино.

В начальный момент заполним x нейтроном в возрасте 15 минут, A нейтроном в возрасте 10 минут и B нейтроном в возрасте 5 минут. Прочие состояния оставим свободными. В соответствии с принципом неразличимости тождественных частиц, состояние нашей системы не изменилось бы, если бы мы поменяли состояниями два последних нейтрона. Полагая, что начальное состояние системы при отсутствии посторонних вмешательств полностью определяет все ее последующие состояния, мы приходим к выводу: состояние нашей системы в будущем не зависит от того, произвели ли мы в начальный момент указанную перестановку или нет.

Однако через 10 минут, т.е. после распада двух более старых нейтронов по схеме np+e+ῦ, состояние системы может быть записано в виде

⁰x, ⁰A, ¹B, ….¹S₁, ….¹S₂, ….⁰S₃ ….

во втором случае, или в виде

⁰x, ¹A, ⁰B, ….¹S₁, ….⁰S₂, ….¹S₃ ….

в первом; здесь цифра слева от обозначения состояний указывает число находящихся в нем материальных объектов. Даже оставляя в стороне протон, электрон и антинейтрино, мы видим, что для совпадения выписанных состояний необходима равнозначность ⁰A и ¹A, а также ¹B и ⁰B. Это позволяет считать, что освобожденное состояние, а, значит, и его волновая функция имеют какой-то физический смысл.

Известно, что обычная волновая функция описывает поле, которое не обладает реальностью, но характеризует вполне реальную частицу. Именно последняя придает этой функции физический смысл. Почему же в такой случае она сохраняет его и после исчезновения частицы? Очевидно, потому, что с этого момента реальность приобретает само поле.

Рассмотрим переменную область Т, в которой перекрываются расползающиеся волновые пакеты состояний A и B. Согласно отмеченному выше, проникновение в нее поля, возникшего после распада самого старого нейтрона, невозможно. Так как оно взято произвольно, мы медом сказать, что никакое реальное нейтронное поле но может проникнуть в область T, она изолирована от всех таких полой.

Предположим, распад среднего по возрасту нейтрона происходит уже после появления области Τ. До этого распада поместим в разные ее точки несколько экземпляров материала, из которого непременно возник бы нейтрон. (таким материалом могут служить, например, достаточно сближенные и мало энергичные протон и отрицательный пион: p+πn+π⁰). Но ни один из них не образует нейтрона до тех пор, пока существует средний нейтрон; зато сразу же после его распада из всех экземпляров возникают нейтроны[12] с такой же ориентацией спинов, как у распавшегося; заметим, что оставленное им реальное поле контактирует с материалом, а с возникновением нейтронов исчезает.

Таким образом, пока материал изолирован от реального поля, образование соответствующих частиц невозможно; с другой стороны, поле, коснувшись материала, тотчас же исчезает в частицах.

Мы не можем представать себе аналогичный мысленный эксперимент с бозонами, так как подобным образом нельзя создать область, изолированную от реальных бозонных полей. Однако естественно предположить, что и в этом случае распад частицы сопровождается возникновением соответствующего реального поля, которое, найдя подходящий материал, воплощается в таких же частицах; и что описывается оно той же волновой функцией, какая отвечала бы первоначальной частице, если бы та не исчезла.

То же самое можно сказать о любом материальном объекте, имеющем: определенную единую структуру[13]. Последнюю мы будем понимать в более широком смысле, чем строение, а именно, в смысле того, что полностью определяет качества объекта; стоит только в точности воспроизвести данную структуру на любом материале (конечно, это значит, что и ее единицы структурно не изменяются, и единицы единиц, и т.д.), и получится объект, тождественный данному. Образно говоря, водоворот, который нисколько не меняет своих очертаний, всегда тождественен самому себе, несмотря на то, что вода в нем вое время обновляется. И наоборот, стоит изменить структуру, не меняя материала, например, расположить те же одинаковые атомы в другом порядке, и получится иной материальный объект. Очевидно, в материальном объекте существенна только его структура; лишь она делает его тем, что он есть.

Мы сделаем следующее предположение: после разрушения сложного объекта остается поле, способное организовать единицы, тождественные продуктам распада, в точно такие же объекты[14]; осуществив это, оно перестает существовать как таковое; из упомянутых единиц без такого поля данная структура образоваться не может. Все реальные поля, о которых шла речь, логично назвать чистыми (не воплощенными) структурами.

Подобно тому как вещество излучает и поглощает электромагнитную энергию, материя излучает и поглощает чистые структуры. К так же как энергия не пропадает и не возникает, но лишь изменяет свою форму, структуры не разрушаются и не зарождаются, они только становятся из воплощенных чистыми и из чистых воплощенными. Тем самым мы формулируем закон сохранения структур.

Известно, что каждый закон сохранения следует из инвариантности относительно определенного преобразования; так, закон сохранения энергии связан с инвариантностью относительно переноса во времени. Закон сохранения структур, по-видимому, выражает инвариантность относительно перестановок тождественных объектов. Однако он принципиально отличается от других законов сохранения. Если они утверждают сохранение некоторой величины, количества, то он – сохранение качества; если энергия ,претерпевшая цепь качественных изменений, количественно та же, что и прежде, то структура после цепи количественных изменений (т.е. изменений числа объектов с этой структурой) качественно та же, что и прежде (иными словами, конечные объекты тождественны начальным).

Обратимся теперь к некоторым явлениям, охватываемым законом сохранения структур. Как известно, стабильность атомного ядра объясняется обменным взаимодействием между его нуклонами. Например, в дейтроне протон и нейтрон притягиваются друг к другу благодаря тому, что достаточно часто превращаются друг в друга. Обмен виртуальными, т.е. не имеющими физического смыла, пионами нельзя, конечно, рассматривать как убедительное описание этого явления.·Благодаря закону сохранения структур кажется естественной следующая картина: при переходе в дейтроне протона в нейтрон или наоборот нет избыточного материала, и они просто обмениваются структурами; из-за особой близости нуклонов чистые протонная и нейтронная структуры не покидают области дейтрона.

Аналогично обстоит дело с молекулами типа H₂, N₂, O₂ и пр. Рассмотрим, например, наиболее прочное соединение водородных атомов, т.е. молекулу водорода с наименьшей энергией. Все спины естественно проектировать на ось симметрии молекулы. Наименьшей энергии отвечают одинаковые направления магнитных моментов протонов, а, значит, и их спинов. В молекуле водорода атомные электроны имеют противоположные ориентации спинов и обмениваются ими, чему она и обязана своей стабильностью; экспериментальная проверка того, что атомы перебрасываются своими электронами, в принципе невозможна, т.е. этот процесс тоже носит виртуальный характер. Таким образом, имеют место достаточно частые взаимопревращения атомов рассматриваемой молекулы, различающихся, как мы видим, тем, что в одном спины протона и электрона параллельны, а в другом антипараллельны. По-видимому, и в данном случае следует говорить об обмене структурам.

Пишущему эти строки удавалось иногда наблюдать появление кристалла в переохлажденном расплаве гипосульфита, когда в колпачке, соединенном с расплавом почти прямой трубкой, нагреванием разрушался кристаллический гипосульфит; при этом колба, содержащая расплав, была открыта, а устье трубки находилось несколько ниже свободной поверхности. Особое внимание обращалось на то, чтобы переохлажденный расплав не соприкасался с разрушаемыми кристаллами. В таких же условиях, но без описанного разрушения, кристаллизация начиналась значительно позже.

Определенный интерес для нас представляет также сосуществование чрезвычайной консервативности биологического вида с легкостью и многообразием изменчивости его особей. Почему все они не могут измениться таким образом, чтобы получилась новая совокупность особей, т.е. новый вид? Учение об естественном отборе говорит, что этот последний оказался бы неприспособленным к внешним условиям и вымер, тогда как гибель неприспособленных особей в порядке вещей. Однако доказать, что вымирающий вид в неизменных внешних условиях должен быть консервативным несмотря на изменчивость особей, еще не значит объяснить это явление.

Между тем, оно понятно с точки зрения закона сохранения структур; особи часто обмениваются некоторыми своими структурными особенностями, но вид остается прежним[15].

Наконец, рассмотрим передачу информации, называемую обычно телепатией. Как неоднократно отмечалось, она удается в тем большей степени, чем отчетливее передающий представляет себе информацию, которую хочет передать. Но любое яркое представление вскоре исчезает, и требуется некоторая передышка, чтобы оно могло появиться снова; это свидетельствует о быстром распаде порождающих его структур, локализованных ,по-видимому, в головном мозге.·Значит, структуры, определяющие передаваемую информацию, разрушаются. С другой стороны, тот факт, что последняя появляется у принимающего, означает образование у него таких же структур. Поэтому телепатическую связь логично отождествить с переходом соответствующих чистых структур от передающего к принимающему; по многочисленным данным, излучение происходит в направлении взгляда.

Рассмотрим структуру как квантовомеханическое состояние системы ее единиц в координатах центра инерции. Несомненно, что структура есть стационарное состояние, в котором единицы движутся финитно, а, следовательно, состояние с определенной энергией, принадлежащей дискретной части спектра.

По мере того, как мы учитываем все более тонкие взаимодействия, перед нами предстают все менее вырожденные энергетические уровни; простым примером этому служит атом, термы которого при учете взаимодействий орбитальных моментов электронов с их спинами и последних между собой обнаруживают «тонкое расщепление», а его компоненты при рассмотрении взаимодействий электронов со спином ядра – «сверхтонкое расщепление». Мы предположим ,что, строго говоря, вырождений, не связанных с поворотами, нет, т.е. структуры, в которые может быть организована данная система единиц, полностью определяются значениями энергии.

Итак, структуры суть состояния рассматриваемой системы, определяемые энергетическими уровнями дискретной части спектра. Верно ли обратное? По-видимому, верно, ибо нет причин считать такие состояния настолько неравноправными, что одни аз них – цельные объекты, а другие – смеси.·В сущности, это высказывание о структурах представляет собою их определение.·

Назовем объект стабильным, если он, оказавшись изолированным, не распадается как угодно долго (при этом его структура может изменяться с выделением энергии, т.е. частиц без массы покоя). Объект, не удовлетворяющий этому условию, будем называть нестабильным. Очевидно, в первом случае ниже дискретного энергетического спектра системы структурных единиц нет непрерывного, а во втором – есть.

Организм – это, несомненно, цельный объект и, разумеется, нестабильный. По-видимому, уровни дискретного спектра, спускаясь к непрерывному, неограниченно сгущаются, так что между каждым из них и непрерывным спектром имеются бесчисленное множество уровней. Таким образом, у данного организма может быть бесконечно много структур, даже образованных из одной системы единиц и подавляюще вероятных. С течением времени живая структура изменяется; это происходит как благодаря переходам от структуры к структуре при неизменной системе единиц, так и вследствие изменений самой этой системы, совершающихся в процессе обмена веществ.

Система структурных единиц, составляющих организм, естественно, стремится к состояниям нижележащего непрерывного спектра. Поэтому от организма неотделим распад. Однако структура старается заместить утраченные единицы новыми с тем, чтобы не изменяться.

Такая трактовка обмена веществ объясняет его нестабильностью организма в сочетании с законом сохранения структур. Если не обращать внимания на изменение живой структуры (существует время, в точение которого она, в противоположность материалу, изменяется незначительно), можно сказать, что она пребывает все той же, тогда как материал непрестанно обновляется; но в виду того что организм определяется только структурой, он остается тождественным самому себе и не замечает обновления материала. Чем не водоворот, о котором говорилось выше (опять-таки, применяя образное сравнение)? В каждый момент живая структура – частью воплощенная, а частью чистая; эта последняя возникает в результате распада и воплощается, организуя подходящий и доступный материал; она находится в постоянных поисках такого материала[16].

Какое-либо изменение живой структуры означает, вообще говоря, как восприятие, так и излучение соответствующих чистых структур. Это относится и к полному распаду организма, т.е. к смерти, при которой его последняя структура становится чистой.