3.2. Перервність і неперервність простору і часу у фізиці мікросвіту.

Фізика мікросвіту розвивається в складній єдності і взаємодії перервності і неперервності. Це відноситься не тільки до структури матерії, але і до структури простору і часу в цілому.

Після створення теорії відносності та квантової механіки вчені спробували об'єднати ці дві фундаментальні теорії. Першим досягненням на цьому шляху стало релятивістське хвильове рівняння для електрона. Був отриманий несподіваний висновок про існування антипода електрона - частинки з протилежним електричним зарядом. В даний час відомо, що кожній частинці у природі відповідає античастинка, це обумовлено фундаментальними положеннями сучасної теорії і пов'язано з кардинальними властивостями простору і часу (парність простору, відображення часу і т.д. ).

Історично першою за квантову теорію поля була квантова електродинаміка, що включає в себе опис взаємодій електронів, позитронів, мюонів і фотонів. Це поки що єдина гілка теорії елементарних частинок, яка досягла високого рівня розвитку і відомої завершеності. Вона є локальною теорією, в ній функціонують запозичені поняття класичної фізики, засновані на концепції просторово - часової неперервності: точковість заряду, локальність поля, точковість взаємодії і т. д. Наявність цих понять тягне за собою істотні труднощі, пов'язані з нескінченними значеннями деяких величин (маса, власна енергія електрона, енергія нульових коливань поля і т.д. ). Ці труднощі вчені намагалися подолати шляхом введення в теорію понять про дискретний простір та час. Такий підхід намічає єдиний вихід із невизначеності нескінченності, тому що містить фундаментальну довжину – основу атомістичного простору.

Пізніше була побудована узагальнена квантова електродинаміка, яка також є локальною теорією, яка описує точкові взаємодії точкових частинок, що призводить до суттєвих труднощів. Наприклад, наявність електромагнітного та електронно - позитронного вакууму обумовлює необхідність внутрішньої складності структурності електрона. Електрон поляризує вакуум, і флуктуації останнього створюють навколо електрона атмосферу з віртуальної електронно - позитронної пари. При цьому цілком імовірний процес анігіляції вихідного електрона з позитроном пари. Електрон, що залишився можна розглядати як вихідний, але в іншій точці простору.

Подібна специфіка об'єктів квантової електродинаміки є вагомим аргументом на користь концепції просторово - часової дискретності. В її основі лежить ідея про те, що маса і заряд електрона знаходяться в різних фізичних полях, відмінні від маси і заряду ідеалізованого (ізольованого від світу) електрона. Різниця між масами виявляється нескінченною. При оперуванні цими нескінченностями їх можна виразити через фізичні константи - заряд і масу реального електрона. Це досягається шляхом перенормування теорії.

Що стосується теорії сильних взаємодій, то там процедуру перенормування використовувати не вдається. У зв'язку з цим у фізиці мікросвіту широкий розвиток отримав напрям, пов'язаний з переглядом концепції локальності. Відмова від точковості взаємодії мікрооб'єктів може здійснюватися двома методами. При першому виходять з положення, що поняття локальної взаємодії позбавлене сенсу. Другий заснований на

запереченні поняття точкової координати простору - часу, що призводить до теорії квантового простору - часу.

Протяжна елементарна частинка має складну динамічну структуру. Подібна складна структура мікрооб'єктів ставить під сумнів їх елементарність. Вчені зіткнулися не тільки зі зміною об'єкта, до якого додається властивість елементарності, але і з переглядом самої діалектики елементарного та складного в мікросвіті. Елементарні частинки не елементарні в класичному сенсі: вони схожі на класичні складні системи, але вони не є цими системами. У елементарних частинках поєднуються протилежні властивості елементарного та складного.

Відмова від уявлень про точковість взаємодії тягне за собою зміну наших уявлень про структуру простору - часу і причинності, які тісно взаємопов'язані. На думку деяких фізиків, у мікросвіті втрачають сенс звичайні тимчасові відносини "раніше" і "пізніше". В області нелокальної взаємодії подій пов'язані в якусь "грудку", в якій вони взаємно обумовлюють один одного, але не випливають одне за іншим.

Таке принципове положення справ, що склалося в розвитку квантової теорії поля, починаючи з робіт Гейзенберга і закінчуючи сучасними нелокальними та нелінійними теоріями, де порушення причинності у мікросвіті проголошується в якості принципу і наголошується, що розмежування простору – часу на області "малі", де причинність порушена, і великі, де вона виконується, неможливо без появи в нелокальної теорії нової константи розмірності довжини - елементарної довжини. З цим "Атомом" простору пов'язаний і елементарний момент часу (хронон), і саме у відповідній їм просторово - часовій області протікає сам процес взаємодії частинок.

Теорія дискретного простору - часу продовжує розвиватися. Відкритим залишається питання про внутрішню структуру "Атомів" простору і часу. Чи існує простір і водночас в "атомах" простору і часу?