A részecskefizika standard modellje alapján az anyagi világunk legalapvetőbb építőkövei az elektronok és a quarkok, a nyugalmi tömeggel ren...
A részecskefizika standard modellje alapján az anyagi világunk legalapvetőbb építőkövei az elektronok és a quarkok, a nyugalmi tömeggel rendelkező, pontszerű kiterjedésűként jellemzett elemi részecskék. A pontszerű jellemzésnek gyakorlati és metodológiai oka is van. A gyakorlati ok, hogy amikor megfigyeljük ezeket a részecskéket, pontszerűként tapasztaljuk a létezésüket, a metodológiai ok pedig, hogyha nem pontszerűnek tekintenénk ezeket az elemi részecskéket, akkor a fizikai kiterjedésük következményeként belső struktúrát kellene feltételeznünk, amelynek elméleti akadályai vannak számunkra. A legkézenfekvőbb szemlélet tehát az elemi részecskék pontszerűsége.
Az elemi részecskék azonban a valóságban bizonyosan nem lehetnek pontszerűek. A quantumelmélet és az általános relativitáselmélet is, az általános természetfilozófiai világnézettel egyetemben kizárja bármilyen fizikailag létező dolog pontszerű, fizikai kiterjedés nélküli létezését. Azon túl, hogy az elemi részecskékre a hullámtermészet meghatározóan jellemző, és egy hullám lehetetlen, hogy csupán egyetlen pontban létezzen, ha bármilyen dolog pontszerű lenne a valóságban, akkor a fizikai mértékei között végtelenek is feltűnnének. Az elemi részecskék fizikai létezésének valóságát tovább árnyalja, hogy a quantumelmélet olyan módon is jellemzi az elemi részecskéknek a quantum világát, amelyben egy dolog egyszerre, azonos időben különböző helyeken, sőt meghatározható valószínűséggel egyszerre mindenhol is létezhet.
Születtek elképzelések az elemi részecskék ellentmondásos létezésének a feloldására. A legszélesebb körben elfogadott az úgynevezett koppenhágai értelmezés, amely szerint az elemi részecskéknek kettős természetük van, hullám természetűek, amikor nem nézzük, nem mérjük, nem végzünk velük valamilyen interakciót, és ekkor egy időben egyszerre több helyen is lehetnek, sőt, bizonyos körülmények között önmagukkal interakcióba is léphetnek, valamint lokalizáltak, konkrétak, pontszerűek, amikor nézzük, mérjük az állapotukat, valamilyen interakciót végzünk velük.
A koppenhágai értelmezés alapvető természetfilozófia problémákkal jár, de egyúttal a tudomány legprecízebb jóslataihoz segített hozzá, és a gyakorlatban jól használható eljárásokat nyújt az általunk tapasztalt világ jellemzéséhez. Az értelem azonban tiltakozik az ellen, hogy a világ létezésének az aktuális módja szubjektív legyen, attól függjön az elemi részecskék állapota, hogy mit csinálok, vagy éppen nem csinálok velük.
A koppenhágai szemlélet gyakorlati eredményei vitathatatlanok, de a modell tudományfilozófiai nehézségei miatt más modellekkel is próbáljuk értelmezni az elemi részecskék viselkedését. Ezen modellek talán legextrémebb változata a sokvilág hipotézis, amelynek nem is a quantumvilág különböző valószínűségeinek elméleti értelmezhetősége a legnagyobb nehézsége, hanem mivel a modellben a quantum függvény sohasem szükséges, hogy összeomoljon és ennek következtében konkrét értéket vegyen fel, éppen az elemi részecskék alapvetőnek tartott pontszerűségét nem képes evidens módon értelmezni a hipotézis.
A nem pontszerű elemi részecskék pontszerűsége valóságának megfelelő értelmezése sokkal inkább az ismereteink korlátainak kompromisszuma, mint a valóság felismerése. Feloldható a valósággal összeegyeztethető módon ez az elemi részecskékkel kapcsolatos képünk ellentmondása?
A világunk nyilvánvalóan ellentmondásmentesen létezik, ezért a világunk leírásában jelentkező ellentmondás a világról alkotott képünk tökéletlensége. Nem ismerjük elegendően pontosan a világunkat, hogy ez az ellentmondás ne létezhessen a világunk általunk jelenleg alkotott leírásában. Vizsgáljuk meg tehát, hogy az elemi részecskék pontszerűségének oka mit mutat számunkra a világról alkotott ismereteinkről.
A metodológiai pontszerűség inkább ismeretelméleti szempont, a tudásunk szintjével kapcsolatos. Ésszerű feltételezés a struktúra nélküli létezés, de nem jár komoly nehézséggel az elvetése, ha újabb ismeretek birtokába kerülünk.
Sokkal alapvetőbb a pontszerűség problémájának a gyakorlati oka, miszerint minden esetben, amikor elemi részecskéket nézünk, vizsgálunk, interakciót végzünk velük, pontszerűnek tapasztaljuk a létezésüket. Ahhoz, hogy ezen a téren továbbléphessünk, elemezzük a részecskefizikai kísérleteink fizikai módját. A legkézenfekvőbb gyakorlati vizsgálat az elektronok vizsgálatának elemzése lehet.
A részecskefizika standard modellje szerint három különböző típusú kölcsönhatást kell figyelembe venni az elemi részecskék között, az erős, a gyenge, és az elektromágneses kölcsönhatást. Az elektron nem vesz részt az erős kölcsönhatásban, és amikor általában az elektron viselkedését vizsgáljuk, praktikus okokból jellemzően nem a gyenge kölcsönhatást, hanem az elektromágneses kölcsönhatást használjuk vizsgálati eszköznek. Az elektromágneses kölcsönhatás a quantum elektrodinamika elmélete szerint fotonokkal való interakció által zajlik. Az elektromágneses kölcsönhatásban résztvevő részecske fotont bocsát ki és nyel el, amely folyamat létrehozza az elektromágneses kölcsönhatás általunk tapasztalt viselkedési módját.
Amikor nézzük, mérjük az elektront, jellemzően elektromágneses kölcsönhatás által vizsgáljuk, tehát a vizsgálat fotonokkal történő interakció által zajlik, és minden a vizsgálat során keletkező ismerhetünk a fotonok kibocsátásának és elnyelésének pillanatában lévő állapotukat mutatja. A fotonok pedig fénysebességgel mozgó részecskék, tehát maga a változás, az interakció rendkívül rövid idejű, és ebből következően rendkívül kis térrészen történik. Mivel a vizsgálat során az elektron tulajdonságairól gyakorlatilag minden ismeretünk ebből az interakcióból származik, amely a tér rendkívül kis részére lokalizálódik, amelynek a kiterjedése gyakorlatilag a számunkra létező legkisebb mérettartomány lehet, amelynél kisebb kiterjedés amelyről ismereteket szerezhetünk nem létezik, a kölcsönhatás térszerűsége, és ebből következően az elektron maga szükségszerűen pontszerűnek tűnik számunkra.
Az elemi részecskék pontszerű kiterjedése nem az elemi részecskék létezésének a fizikai valósága, hanem a róluk számunkra, jellemzően interakció által szerezhető információk megszületésének fizikai mérettartománya, a számunkra létezhető legkisebb fizikai méret.
Hogyan láthatjuk összetettnek a nem elemi részecskéket, ha a róluk számunkra rendelkezésre álló interakciók szintén hasonló módon, a számunkra létező lehető legkisebb méret tartományból származhatnak?
A protonok belső szerkezetének vizsgálatát jellemzően a velük ütköztetett elektronok által végezzük oly módon, hogy egyre nagyobb energiájú elektronokkal való interakciójukat vizsgáljuk. Mivel az elektron létezése hullámfüggvényként leírható állapot, a quantummechanikának megfelelő leírás szerint a nagyobb energiájú elektron hullámfüggvényként lokalizáltabb állapotban létezik, tehát a vele létrehozott pontszerű interakciók szűkebb mérettartományban keletkezhetnek. A protonok vizsgálata során azt tapasztaljuk, hogy az elektron energiáját növelve, egy jól meghatározható energia (méret) tartományban az interakciókból származó információk jellemző eloszlást mutatnak, amelyet elméletileg úgy lehet értelmezni, hogy a proton összetett részecske, amelynek az összetevői elemi részecskék, hiszen a létrejöhető lehetséges interakciók mérettartományát csökkentve (nagyobb energiájú elektront alkalmazva) az interakciók pontszerű térrészből származó információinak jellemző eloszlása már nem változik.
Az elemi részecskék pontszerűségének látszata a róluk információt biztosító interakciók számunkra létező legkisebb mérettartományából származik, nem pedig az elemi részecskék létezésének valóságos formája. Az elemi részecskék hullámszerű formában léteznek, létezhetnek csupán. A hullámfüggvény összeomlása sohasem történik meg, de nem is ágazik el újabb és újabb világokat létrehozva, hanem egyszerűen a hullámszerű létezések egymásra hatva, interakcióba lépve egymással megváltoznak, és ennek a változásnak a pillanatáról tudunk a hullámfüggvények állapotáról információt szerezni. A hullámszerű létezés sohasem szűnik meg, de az állapotok egymásra hatva megváltoznak, a változás pillanatai pedig a mi tapasztalati világunk, a macro világ, amely a változás pillanatának konkrétsága és egyértelműsége által konkrét és egyértelmű. Az általunk tapasztalt világ, amely számunkra egyértelműen létezik, és a csupán valószínűségek által jellemezhető hullámtermészetű quantumvilág között nem létezik az ellentmondás. Csupán egyetlen világunk van, volt és lesz.
Anyag {button_primary} Fizika {button_primary} Kvantumelmélet {button_primary}
Physical interpretation of the point-like dimension of elementary particles
Nincsenek megjegyzések