нно,  без
какой-то определенной причины. Не всегда можно заранее предсказать, ког-
да и каким образом произойдет подобное событие; реально лишь охарактери-
зовать его вероятность. Это не означает, что атомные  явления  протекают
совершенно произвольным образом; все, что имеется в  виду,-это  то,  что
они не вызываются локальными причинами. Поведение любой части целого оп-
ределяется ее нелокальными связями с последним, а поскольку об этих свя-
зях мы ничего не знаем, нам приходится заменить узкие классические поня-
тия причины и следствия более широкими представлениями о  статистической
причинности. Законы атомной физики имеют природу статистических  законо-
мерностей, согласно которым, вероятность отдельных атомных явлений опре-
деляется общей динамикой всей системы. В то время,  как  в  классической
физике свойства и поведение некоего целого определяется свойствами и по-
ведением его отдельных частей, в физике квантовой все обстоит совершенно
противоположным образом: поведение частей целого определяется самим  це-
лым.

   Таким образом, вероятность используется в  классической  и  квантовой
физике практически в одних и тех же целях. В обоих случаях мы имеем дело
с некими "сокрытыми" переменными, которые нам неизвестны,  и  такое  от-
сутствие информированности мешает нам делать какие-либо определенные вы-
воды. Тем не менее, между двумя этими случаями есть и очень существенная
разница. Если в классической  физике  скрытые  переменные  являются  ло-
кальными механизмами, то в квантовой физике они нелокальны:  они  предс-
тавляют собой мгновенные связи со Вселенной  в  целом.  В  повседневной,
макроскопической действительности нелокальные связи играют  сравнительно
незначительную роль, вследствие чего мы можем говорить о самостоятельных
объектах и формулировать законы, описывающие  их  поведение  в  терминах
стопроцентных определенностей. Однако при переходе к более низким  изме-
рениям определенности уступают место вероятностям, и  отделить  какую-то
часть Вселенной от целого становится чрезвычайно сложно.

   Сам Эйнштейн долго не мог признать существование нелокальных связей и
вытекающее из этого факта фундаментальное значение  вероятности.  Именно
этой проблеме был посвящен его исторический спор с Бором в двадцатые го-
ды, во время которого Эйнштейн выразил свое несогласие с  тем,  как  Бор
интерпретирует квантовую теорию при помощи знаменитого афоризма: "Бог не
играет в кости" [68]. В результате спора  Эйнштейну  пришлось  признать,
что квантовая теория в трактовке Бора и Гейзенберга  представляет  собой
последовательную систему научных взглядов, однако его не покидала  мысль
о том, что рано или поздно науке удастся найти детерминистское  описание
всех доселе необъяснимых явлений в терминах локальных  скрытых  перемен-
ных.

   Согласиться с Бором Эйнштейну мешала его непоколебимая вера  в  некую
внешнюю реальность, состоящую из независимых, пространственно  удаленных
друг от друга элементов. Пытаясь доказать непоследовательность интерпре-
тации Бора, Эйнштейн поставил "мысленный" эксперимент,  который  получил
известность  под  названием  эксперимента   Эйнштейна-Подольского-Розена
(ЭПР) [5, 614]. Три десятилетия спустя Джон Белл построил теорему,  опи-
рающуюся на этот эксперимент, которая доказывает, что существование  ло-
кальных скрытых переменных плохо согласуется со статистическими формули-
ровками квантовой теории [70]. Теорема Белла нанесла сокрушительное  по-
ражение позиции Эйнштейна, доказав, что понимание  действительности  как
сложной структуры, состоящей из отдельных частей, соединенных при помощи
локальных связей, несовместимо с идеями квантовой теории.

   За последние годы эксперимент ЭПР неоднократно  становился  предметом
дискуссий и анализа специалистов  в  связи  с  проблемами  интерпретации
квантовой теории, поскольку он является превосходным  примером  для  де-
монстрации отличия между понятиями классической и квантовой физики.  Для
наших целей достаточно ограничиться рассмотрением упрощенной версии это-
го эксперимента, в которой принимают участие два вращающихся электрона и
которая была разработана в ходе исчерпывающего  анализа,  данного  этому
эксперименту Дэвидом Бомом. Для того, чтобы уловить основной смысл ситу-
ации, необходимо познакомиться с некоторыми свойствами электронного спи-
на, или вращения электрона. Классическая метафора вращающегося теннисно-
го мяча не вполне подходит для описания вращающейся субатомной  частицы.
В определенном смысле, спин частицы представляет собой ее вращение  вок-
руг собственной оси, однако, как это всегда бывает в субатомной  физике,
это классическое понятие имеет ограниченную область применения. В случае
с электроном, множество значений спина состоит из двух вариантов:  коли-
чество вращения остается всегда постоянным, однако относительно оси вра-
щения электрон может вращаться в двух направлениях-или  по,  или  против
часовой стрелки. Физики обычно обозначают эти два  значения  при  помощи
слов "верх" и "вниз".

   Основное свойство вращения электрона, которое  нельзя  объяснить  при
помощи классических терминов,-  это  невозможность  точного  определения
направления его оси. Электроны обладают тенденцией существовать  в  раз-
личных точках внутри атома, и точно таким же образом для них  характерны
тенденции вращаться вокруг той или иной оси. Тем  не  менее,  стоит  нам
выбрать некую ось и произвести измерения, как мы обнаружим, что электрон
вращается именно вокруг этой оси в одном из  двух  направлений.  Другими
словами, частица приобретает определенную ось вращения в момент  измере-
ния, однако до этого момента об оси вращения ничего  определенного  ска-
зать нельзя: электрон имеет только некоторую  тенденцию,  или  потенцию,
вращаться вокруг этой оси.

   Придя к такому пониманию спина электрона, мы можем приступить к расс-
мотрению эксперимента ЭПР и теоремы Белла. В эксперименте участвуют  два
электрона, вращающиеся в противоположных направлениях, так, что их  сум-
марный спин равен нулю. Существует несколько экспериментальных  методик,
которые позволяют привести два электрона в такое состояние, при  котором
направления осей вращения неизвестны, но общий спин  двух  частиц  точно
равен нулю. Теперь предположим, что какие-то  процессы,  не  оказывающие
воздействия на спин частиц, вызывают их удаление друг от друга. При этом
суммарное значение спина остается равным нулю, и, когда расстояние между
ними становится достаточно большим,  исследователи  поочередно  измеряют
спин каждой из двух частиц. Важная деталь эксперимента-то, что  расстоя-
ние между ними может быть сколько угодно большим: одна частица может на-
ходиться в Нью-Йорке, другая в Париже; одна - на Земле, а другая- на Лу-
не.

   Предположим теперь, что после измерения спина частицы  вокруг  верти-
кальной оси мы обнаружили, что она имеет "верхний" спин. Поскольку  сум-
марный спин обеих частиц равен нулю, из этого следует, что  спин  второй
частицы должен быть "нижним". Таким образом, посредством измерения спина
частицы 1 мы одновременно косвенно измеряем спин частицы 2, не  оказывая
на нее совершенно никакого  воздействия.  Парадоксальность  эксперимента
ЭПР заключается в том, что исследователь волен  выбирать  для  измерения
любую ось. Квантовая теория утверждает, что  спины  частиц  будут  иметь
противоположные значения по отношению к каждой оси вращения,  однако  до
момента измерения они существуют только в качестве тенденций или воэмож-
ностей. Стоит наблюдателю выбрать определенную ось и произвести  измере-
ния, как обе частицы получают определенную общую ось вращения.  Особенно
важен тот факт, что мы можем выбрать ось измерения в  последний  момент,
когда между электронами будет уже довольно большое расстояние. В тот мо-
мент, когда ны производим измерение характеристик частицы 1, частица  2,
которая, возможно, находится на удалении в несколько  тысяч  миль,  тоже
приобретает определенное значение спина по отношению к выбранной оси из-
мерения. Как частица 2 "узнает" о том, какую ось мы выбрали? Это  проис-
ходит настолько быстро, что она не может получить эту информацию при по-
мощи какоголибо условного сигнала.

   В этом заключается основная проблема интерпретации эксперимента  ЭПР,
и именно в этом вопросе Эйнштейн не мог согласиться с Бором.  По  мнению
Эйнштейна, поскольку никакой сигнал не способен  перемешаться  в  прост-
ранстве быстрее скорости света, измерение, произведенное по отношению  к
одному из электронов, не может в то же мгновение  сообщить  определенное
направление вращению второго электрона, находящегося в тысячах  миль  от
первой частицы. По мнению Бора, система из двух электронов  представляет
собой неделимое целое, хотя частицы и разделены большим  расстоянием,  и
мы не можем рассматривать эту систему в терминах составных частей.  Хотя
электроны находятся довольно далеко друг от друга, они,  тем  не  менее,
соединены мгновенными, нелокальными связями. Эти связи не являются  сиг-
налами в понимании Эйнштейна, они не соответствуют нашим условным предс-
тавлениям о передаче информации. Теорема Белла  подтверждает  справедли-
вость концепции Бора в отношении несовместимости взглядов  Эйнштейна  на
физическую действительность как на сложную структуру, состоящую  из  са-
мостоятельных элементов, разделенных пространством, с законами квантовой
теории. Другими словами, теорема Белла проливает свет на фундаментальную
взаимосвязь и нераздельную слитность Вселенной. Как говорил за две тыся-
чи лет до Белла индийский буддист Нагарджуна (см. главу 10),

   "Вещи черпают свое существование и природу во взаимозависимости, и не
являются ничем сами по себе."

   Современная физика старается объединить  две  свои  основные  теории,
квантовую теорию и теорию относительности, в рамках единой всеобъемлющей
теории субатомных частиц. До сих пор создать такую теорию не  удавалось,
однако наука уже располагает рядом частных теорий и моделей, вполне  ус-
пешно описывающих определенные стороны субатомной реальности, В  настоя-
щее время в субатомной физике существуют две разновидности  квантово-ре-
лятивистских теорий, которне успешно применяются  в  различных  областях
человеческой деятельности. Первая из них-это  группа  теорий  квантового
поля (см. главу 14), которые описывают электромагнитные и слабые взаимо-
действия, ко второй принадлежит теория, известная под  названием  теории
S-матрицы (см. главу 17) и успешно описывающая  сильные  взаимодействия.
Главная проблема, которая до сих  пор  остается  нерешенной,-это  задача
объединения теории относительности и квантовой теории в рамках квантовой
теории гравитации. Хотя шагом к решению этой проблемы, возможно,  послу-
жат существующие уже сейчас теории "супергравитации", до настоящего вре-
мени удовлетворительных вариантов ее решения на суд  научной  обществен-
ности предложено не было.

   Теории квантового поля, подробно описанные в  главе  14,  исходят  из
концепции квантового поля-фундаментальной сущности,  которая  может  су-
ществовать в протяженной, континуальной форме-в виде поля-и  в  непротя-
женной форме-в виде частиц. При этом различные  типы  частиц  связаны  с
различными полями. Эти теории пришли на смену представлениям о  частицах
как о фундаментальных объектах и заменили его  гораздо  более  тонкой  и
адекватной концепцией квантовых полей. Несмотря на это,  они  используют
понятие фундаментальных сущностей и являются по этой причине полукласси-
ческими теориями, которые не могут полностью  раскрыть  квантово-реляти-
вистскую природу субатомной материи.

   Квантовая электродинамика, первая из теорий квантового поля,  обязана
своим успехом тому обстоятельству, что  электромагнитные  взаимодействия
очень слабы, и при них сохраняются классические различия между веществом
и силами взаимодействия (в техническом отношении это означает, что конс-
танта электромагнитного сопряжения настолько мала,  что  при  увеличении
длительности возбужденного состояния степень приближения все же остается
вполне приемлемой). То же самое можно сказать о теориях поля,  описываю-
щих слабые взаимодействия. По сути дела, в последнее время сходство меж-
ду электромагнитными и слабыми взаимодействиями только усиливается  бла-
годаря появлению новой разновидности теорий квантового поля,  получивших
название гейдж-теорий, которые позволяют рассматривать оба типа  взаимо-
действий на общих основаниях. В возникшей на их основе объединенной тео-
рии поля, получившей название теории Вайнберга-Салама в честь своих соз-
дателей, Стивена Вайнберга в Абдуса Салама, два типа взаимодействий сох-
раняют свою самостоятельность, но переплетаются в математическом отноше-
нии и получают общее наименование "электрослабых" взаимодействий.

   Подход, характерный для гейдж-теорий, распространяется и  на  сильные
взаимодействия благодаря возникновению теории поля под названием кванто-
вой хромодниамики (КХД), и теперь многие физики пытаются добиться "вели-
кого объединения" квантовой хромодинамики  с  теорией  Вайнберга-Салама.
Тем не менее,  использование  гейдж-теорий  для  описания  сильновзаимо-
действующих частиц порождает немало проблем. Взаимодействия между  адро-
нами настолько сильны, что различие между частицами  и  силами  начинает
утрачивать свою четкость. Поэтому КХД плохо подходит для  описания  про-
цессов с участием сильновзаимодействующих частиц, за исключением некото-
рого количества совершенно специфических "явлений"--так называемых "глу-
боких неэластичных" процессов рассеивания,-в ходе  которых  частицы,  по
каким-то неизвестным причинам, ведут себя почти так же, как и  самостоя-
тельные объекты классической физики. Несмотря на самые напряженные  уси-
лия, физики не смогли распространить сферу применения КХД на явления вне
этого узкого круга, и первоначальные надежды на  то,  что  КХД  выполнит
роль теоретической основы для объяснения свойств сильновзаимодействующих
частиц, до сих пор не оправдались.

   КХД представляет собой современную математическую формулировку  квар-
ковой модели (см. главу 16): поля ассоциируются в ней с кварками, а сло-
во "хромо" относится к цветам, присущим этим кварковым полям. Как и  все
гейдж-теории, КХД возникла позже квантовой электродинамики (КЭД).  В  то
же время, как в КЭД электромагнитные  взаимодействия  рассматриваются  в
качестве процессов, опосредованных фотонными обменами между  заряженными
частицами, в КХД сильные взаимодействия опосредованы "глюонами",  прини-
мающими участие в аналогичных обменах между разноцветными кварками. Глю-
оны являются не собственно частицами, а одной из разновидностей квантов,
которые "приклеивают" кварки друг к другу (английское слово  "glue",  от
которого образовано название глюонов, имеет значение  "клей",  "приклеи-
вать"), что ведет к возникновению мезонов и барионов.

   На протяжении последнего десятилетия в результате  открытия  большого
количества новых частиц в ходе экспериментов по рассеиванию с применени-
ем все более высоких энергии кварковая модель, как уже говорилось в гла-
ве 16, была существенным образом расширена и уточнена. Каждый из  перво-
начально постулированных кварков, получивших обозначения  соответственно
u, d и s, должен был существовать в трех  различных  ароматах,  а  затем
ученые постулировали существование и четвертого кварка, получившего аро-
мат "charm". Впоследствии к модели добавилось еще два аромата  (t  и  b,
что обозначает "top" и "bottom", то  есть  соответственно,  "вершина"  и
"дно",  а  более  романтическое  толкование  дают  варианты  "trueit   и
"beautiful", то есть "подлинный и "красивый"), вследствие чего общее ко-
личество кварков стало равным восемнадцати - шести ароматам, помноженным
на три цвета. Неудивительно, что многим физикам такое многообразие  фун-
даментальных "кирпичиков" мироздания пришлось не по душе, и  они  начали
поговаривать о необходимости введения "более  элементарных"  частиц,  из
которых и должны состоять кварки...

   Одновременно с  построением моделей экспериментаторы продолжали зани-
маться поисками свободных кварков, но безуспешно, что и составляет осно-
вную проблему,  стоящую перед кварковой моделью. В рамках теории КХД это
получило название  "кваркового сжатия". Ученые выдвинули предположение о
том, что  по  каким-то неизвестным причинам кварки постоянно пребывают в
"сжатом" состоянии внутри адронов и не могут поэтому предстать перед на-
шим взглядом. Было разработано несколько моделей кваркового сжатия,  од-
нако все эти попытки характеризовались крайней степенью разобщенности, и
до сих  пор не привели к появлению более или менее последовательной тео-
рии.

   Подведем итоги нашего рассмотрения кварковой модели.  Для  объяснения
всех наблюдаемых в адронном аспекте структур необходимо, по крайней  ме-
ре, восемнадцать кварков и восемь глюонов, ни один из которых не был об-
наружен в свободном, несвязанном состоянии, а их существование в качест-
ве физических составляющих адронов привело бы к появлению серьезных тео-
ретических сложностей; для описания постоянного сжатия кварков  выдвига-
лось несколько моделей, но ни одна из них не является подходящей динами-
ческой теорией, в то время как КХД, представляющая  собой  теоретический
каркас кварковой модели, может  использоваться  только  по  отношению  к
очень узкому кругу явлений. Тем не менее, невзирая на все эти сложности,
большинство физиков до сих пор  сохраняет  приверженность  идее  "строи-
тельных кирпичиков" материи, которая так глубоко укоренилась в  западном
научном сознании.

   По всей видимости, наиболее впечатляющие события в физике частиц про-
изошли совсем недавно, и выражаются они в возникновении теории S-матрицы
и гипотезы бутстрапа (см. главы 17 и 18), которые не используют  никаких
фундаментальных сущностей, но стремятся истолковывать природу мироздания
исключительно через ее самосогласованность. Я уже  говорил,  что  считаю
гипотезу бутстрапа высшей точкой развития современной научной  мысли,  и
подчеркнул, что именно в этом своем проявлении современная физика  ближе
всего подходит к восточной философии-как в отношении общей картины мира,
так и во взглядах на строение материи. В то  же  самое  время  философия
бутстрапа представляет собой в высшей степени неординарный подход к  фи-
зическим явлениям, вследствие чего сторонниками бутстрапа являются дале-
ко не все физики. Большинство же физиков видят в  бутстрапе  некий  эле-
мент, который проявляет чужеродность по отношению к основному  направле-
нию развития их науки, и не принимают ее в расчет. Последнее верно и для
теории S-матрицы. Не только любопытным, но и чрезвычайно  важным  предс-
тавляется то обстоятельство, что несмотря на то,  что  основные  понятия
этой теории используются всеми специалистами по физике частиц при анали-
зе результатов экспериментов по рассеиванию и  сравнении  результатов  с
положениями их теорий, до сих пор ни одному из тех  выдающихся  физиков,
которые внесли свой вклад в развитие теории S  матрицы  в  течение  двух
последних десятилетий, не была присуждена Нобелевская премия

   Основная задача, стоящая перед теориями S матрицы и бутстрапа, заклю-
чалась в том, чтобы объяснить кварковую структуру субатомных частиц. Хо-
тя наше теперешнее понимание субатомного мира исключает возможность  су-
ществования кварков в виде физических частиц, нет  никакого  сомнения  в
том, что адроны обладают Марковыми (кварковыми???) симметриями,  которые
должна объяснять любая теория,  претендующая  на  роль  успешной  теории
сильных взаимодействий.  До  сих  пор  бутстрап-направлению  не  удалось
объяснить эти поразительные закономерности, но за последние шесть лет  в
рамках  теории  S-матрицы  появилось   совершенно   новое   направление,
вследствие чего возникла теория бутстрапа, которая в своем описании час-
тиц позволяет объяснить кварковые закономерности а