Время и современная физика - Зайцева Г.А.
Скачать (прямая ссылка):
Теперь -мы можем обратиться к основному вопросу: что происходит с понятием времени, когда мы переходим к микроскопическим масштабам? Для ответа воспользуемся специальными часами, часто называемыми радиоактивными часами. Рассмотрим некоторое количество радиоактивного вещества, содержащее очень большое число Л^о'атомов, которые в заданный момент ? = 0 еще не распались. В процессе радиоактивного распада вещества число атомов Ы, которые остаются нераспав-шимися в последующий момент с возрастанием t убывает так, что через некоторое время Т остается лишь половина начального количества нераспавшихся атомов.
147
Параметр Т называется средним временем жизни радиоактивного вещества К В конце второго периода Т останется лишь половина атомов, существовавших в конце первого периода Г, и т. д. Таким образом, существует математическое (экспоненциальное) соотношение между числом нераспавшихся атомов N для данного момента и временем которое протекло до этого момедта. Явление радиоактивного распада и указанное соотношение позволяют дать новое определение времени, причем опыт показывает, что это время будет совпадать с временем классической механики.
Чтобы установить свойства времени в микрофизической области, нужно постепенно уменьшать масштабы радиоактивных часов, то есть постепенно уменьшать начальное число атомов Ы0. До тех пор пока число Ы0 остается очень большим, ничего нового не происходит. Как только Ы0 станет равным, например, нескольким сотням, идеальная регулярность описанного выше явления нарушится: время, определенное при помощи наших радиоактивных часов, будет испытывать нерегулярные флуктуации по отношению к обычному времени классической механики. Для конкретности предположим, что определенная выше средняя продолжительность жизни нашего вещества равна одному часу. Если в начальный момент Л^о=100, то через 60 минут, вообще говоря, останется примерно 50 нераспавшихся атомов. Многократно повторяя опыт при Л/о=100, мы увидим, что в конце часа будет оставаться, например, 47, 55, 52, 46 и т. д. нераспавшихся атомов. И лишь беря среднее от очень большого числа результатов, мы получим число, почти равное 50. Наблюдая моменты распада атомов, мы сможем констатировать, что они распределяются случайным образом;.
Если мы будем исходить не из 100, а из 5 атомов, то можем прождать два часа и не увидеть распада ни одного атома, хотя может оказаться, что всего за полчаса распадется уже 3 атома. Вывод следующий — измерять время в микрофизическом масштабе при помощи радиоактивных часов невозможно: указываемое ими время, которое мы хотим считать собственным временем отдель-
1 Точнее, временем полураспада (среднее время жизни равно Т/\п2).— Прим. ред.
148
ных атомов, по сравнению со временем нашего человеческого масштаба становится совершенно беспорядочным, так что замечательная регулярность, имеющая место для очень больших Л/о, имеет лишь статистический характер К
Рассмотрим это явление несколько подробнее. Пусть радиоактивное вещество содержит только один атом, среднее время жизни которого равно 60 минутам. Связаны ли еще и теперь эти 60 минут с нашим единственным атомом? Да, связаны, в одном случае из двух через 60 минут наш атом еще не распадется. Предположим теперь, что через 60 минут атом еще не распался. Означает ли это, что атом состарился и теперь он ближе к моменту распада, чем был 60 минут назад? Ни в коем случае. Если мы обнаружим, что в конце первых 60 минут наш атом еще не распался, то мы можем утверждать, что в одном случае из двух он распадется через следующие 60 минут. Таким образом, в любой момент атом имеет одну и ту же вероятность распада, или, образно выражаясь, одну и ту же будущность, вне зависимости от того, сколько до этого протекло времени, измеренного в нашем масштабе. Но это означает, что наше время не есть время атома, что вообще нет какой-либо возможности охарактеризовать старение радиоактивного атома и что момент распада не имеет никакого отношения к времени, так как при измерении времени в нашем масштабе мы сопоставляем его с совершенно произвольным «уровнем» жизни атома, причем между этим «уровнем» и моментом образования атома не существует никакой зависимости.
Все, что было сказано о радиоактивных атомах, впрочем, носит общий характер. Такие же соображения применимы к системе нерадиоактивных атомов в том случае,
1 Следует подчеркнуть, что рассматриваемые в настоящей статье «парадоксы» связаны с новым определением времени при помощи случайного процесса. Эти парадоксы не характерны для микромира, а вытекают лишь из принятого «вероятностного» определения времени. Так, например, если взять Советский Союз или земной шар, то полное число рождающихся детей будет пропорционально протекшему времени. Однако если количество рождаемых детей по определению отождествить с истекшим временем и перейти к малым коллективам или отдельным семьям, то мы уже в макроскопическом масштабе придем к тем же кажущимся противоречиям и парадоксам, о которых говорится в данной статье.— Прим. перев.
149
если на эту систему действует возмущение или же ее состояние с ненулевой вероятностью может переходить в другое состояние.
