 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
65
неразличимых частицах – чисто квантовомеханическое. Тождественные частицы подчиняются
принципу тождественности.
Принцип тождественности
– фундаментальный принцип квантовой механики, согласно
которому состояния системы частиц, получающиеся друг из друга перестановкой
тождественных частиц местами, нельзя различить ни в каком эксперименте. Такие состояния
должны рассматриваться как одно физическое состояние. Этот принцип – одно из основных
различий между классической и квантовой механикой. В классической механике всегда можно
проследить за движением отдельных частиц по траекториям и таким образом отличить частицы
одну от другой. В квантовой механике тождественные частицы полностью лишены
индивидуальности.
Состояние частицы в квантовой механике описывается волновой функцией, позволяющей
определить лишь вероятность нахождения частицы в данной точке пространства. Если в
пространстве волновые функции двух или более тождественных частиц не определяются, то нет
смысла говорить о том, какая из них находится в данной точке. В данном случае имеет смысл
говорить лишь о вероятности нахождения в этой точке одной из тождественных частиц.
Эмпирическим фактом, который и составляет сущность принципа тождественности, является
то, что в природе различают лишь два класса волновых функций для систем тождественных
частиц: симметричные волновые функции, у которых при перестановке пространственных и
спиновых координат любой пары тождественных частиц волновая функция не изменяется, и
антисимметричные волновые функции, при аналогичной перестановке изменяющие знак.
Принцип тождественности и вытекающие из него требования симметрии волновых функций
для системы тождественных частиц приводят к важнейшему квантовому эффекту, не имеющему
аналога в классической теории, – существованию обменного взаимодействия. Одним из первых
успехов квантовой механики было объяснение немецким физиком В. Гей-зенбергом (1901–1976)
наличия двух состояний атома гелия – орто- и парагелия, основанное на принципе
тождественности.
Проблема создания единой фундаментальной теории
В классификации многочисленных известных к настоящему времени элементарных частиц
гипотеза кварков оказалась довольно плодотворной. Она позволила не только систематизировать
уже известные элементарные частицы, но и предсказать появление новых, а также объяснить
многие их свойства. Естественно, были предприняты попытки обнаружения кварков. Появилось
несколько сенсационных сообщений об экспериментальном наблюдении кварков, которые,
однако, впоследствии не подтвердились.
По-видимому, кварковая модель будет в дальнейшем постоянно уточняться, и, возможно, на
смену ей придет более совершенная теория структуры элементарных частиц. В пользу этого
предположения свидетельствуют наделение кварков все более новыми свойствами, гипотеза о
существовании восьми типов безмассовых глюонов, «склеивающих» кварки в частицы, а также
проблема создания единой теории четырех видов фундаментальных взаимодействий, соединения
физики микромира и космологии. На каждом более глубоком уровне структуры материи
обнаруживаются ее новые необычные свойства и законы ее движения, обогащающие наше
познание.
Положение, сложившееся в современной физике элементарных частиц, напоминает то, что
создалось в физике атома после открытия в 1869г. Д.И. Менделеевым периодического закона.
Хотя физическая сущность этого закона была выяснена лишь спустя примерно 60 лет, после
создания квантовой механики, он позволил систематизировать известные к тому времени
химические элементы и, кроме того, привел к предсказанию существования новых элементов и их
свойств. Точно так же физики научились систематизировать элементарные частицы, причем
систематика в ряде случаев позволила предсказать существование новых частиц и их свойств.
Крупным шагом в познании микропроцессов явилось создание единой теории
электромагнитных и слабых взаимодействий американскими физиками С. Вайнбергом (1933–
1996), Ш. Глэшоу (р. 1932) и пакистанским ученым А. Саламом (р. 1926), удостоенными
Нобелевской премии 1979г.
Перед физикой стоит важнейшая задача создания единой теории взаимодействий, включающих
в себя также сильные, а в перспективе и гравитационные взаимодействия. По-видимому, такое