Механизм Хиггса — это механизм, с помощью которого калибровочные бозоны получают массу, поглощая бозоны Голдстоуна , фигурирующие в теореме Голдстоуна . Я нашел этот механизм очень красивым с математической точки зрения, но какие философские выводы можно сделать из этого механизма, поскольку этот механизм кажется очень глубоким физическим принципом.
Есть некоторые философские проблемы с механизмом Хиггса, но они не относятся к тем вещам, которые считаются в каком-либо традиционном смысле частью философии. Вопрос здесь в том, какой тип языка подходит для описания явления, язык частиц или язык поля. Они очень тонко двойственны, и трудно сделать точное описание частицы на основе описания поля. Но для полного понимания механизма Хиггса нужны и то, и другое, и неясно, в какой степени доступна картина частицы.
На полевом языке механизм Хиггса — это когда заряженное скалярное поле имеет среднее значение в вакууме, так что самое низкое энергетическое состояние дает вакуум, полный конденсата заряда, не инвариантного относительно калибровочных преобразований. Когда это происходит, связанный фотон (частица, несущая взаимодействия, соответствующие этому заряду) становится короткодействующим. Явление полностью описывается полевыми гамильтонианами, и его легко вычислить и понять на этом классическом полевом языке. Для электромагнетизма это понял Штюкельберг, но не оценил в полной мере до тех пор, пока это не было сделано для неабелевых калибровочных полей Браутом/Энглертом, Хиггсом и Гуральником/Хагеном/Кибблом в таком порядке в 1964 г., следуя идеям Намбу о полях в вакуум, имеющий ожидаемые значения,
Однако философские проблемы возникают из-за того факта, что механизм Хиггса был впервые открыт с использованием другого языка, где он неестественным или прямым, на языке частиц, а не квантовых полей. Механизм Хиггса был впервые открыт (предположительно) Ландау, Бардином/Купером/Шрайфером или Андерсоном, все из которых думали о когерентных конденсатах заряженных частиц, подобных электронным парам внутри металла. Когда у вас есть когерентное состояние суперпозиции многих заряженных нерелятивистских частиц, конечным результатом является то, что нерелятивистское квантовое поле, описывающее эти частицы, имеет среднее значение вакуума, так что существует механизм Хиггса, а электромагнитный фотон получает массу. Это эффект сверхпроводимости Мейснера, тот факт, что фотоны не могут проникнуть через сверхпроводник на заданную длину.
Все философские вопросы исходят из вопроса о дуальности поля и частицы. Насколько уместно описание квантового поля на языке частиц?
Когда у вас есть нерелятивистское квантовое поле, нет никакой философской проблемы. Язык квантовых частиц и язык квантового поля полностью математически эквивалентны, и волновая функция многих идентичных частиц, эволюционирующая в соответствии с многочастичным уравнением Шредингера с дополнительными взаимодействиями, может быть одинаково хорошо описана квантовым полем, эволюционирующим в соответствии с нелинейным уравнением Шрёдингера. в космосе. Эта двойственность описана в Википедии в разделе «поле Шредингера».
Но когда у вас есть теория относительности, картины частиц и поля двойственны только в том случае, если частицам разрешено распространяться назад во времени. Масштаб, в котором это происходит, представляет собой комптоновскую длину волны, которая даже для электрона очень мала по сравнению с атомами. Таким образом, релятивистская сложность не возникает в системах с конденсированными телами, и применима нерелятивистская теория, где двойственность полностью математически разработана.
Но в релятивистском контексте картина поля хорошо определена, но картина частицы определяется только в разложении Фейнмана с помощью теории возмущений, и не совсем ясно, каково описание вне ряда возмущений. Вы не можете задать волновую функцию для частиц в одно и то же время, потому что частицы могут развернуться позже и вернуться в одно и то же время «позже». Таким образом, ваше описание волновой функции для частиц должно быть либо на асимптотической входящей траектории, где эта проблема обойдена, потому что эффективные поля свободны, это точка зрения теории рассеяния, либо, альтернативно, с использованием дополнительных параметров для собственных времен промежуточных частиц и описывая волновую функцию как функцию этих новых ненаблюдаемых собственных времен.
Проблема с введением промежуточных собственных времен заключается в том, что взаимодействия происходят, когда частицы находятся в одном и том же положении, а не в одно и то же собственное время. Так что если частица в одно собственное время сталкивается с частицей в другое собственное время, они могут взаимодействовать. Это означает, что в описании нет одностороннего времени, когда взаимодействия происходят только в будущем направлении, и это делает описание беспорядочным. Путаница лишь упрощается в ряду возмущений, и это не дает уверенности в полной непротиворечивости формализма.
В любом случае, если оставить в стороне четкость, в картине частиц механизм Хиггса представляет собой конденсацию релятивистских заряженных частиц в вакууме, которые образуют заряженный конденсат, сверхпроводник, такой же, как обычный материальный сверхпроводник. Картину сверхпроводимости механизма Хиггса трудно уточнить, потому что обычно частицы определяются относительно данного вакуума. Для сверхпроводника частицы определяются относительно несуществующего симметричного незаряженного вакуума. В той мере, в какой дуальность релятивистского поля частиц имеет смысл (и она должна иметь полный смысл), механизм Хиггса представляет собой конденсацию заряженных локализуемых в пространстве-времени частиц, соответствующих квантовому полю со средним значением.
Таким образом, философский вопрос, который я вижу, заключается в том, насколько верна дуальность поля частиц, то есть в какой степени квантовая теория поля также является теорией точечных частиц, взаимодействующих в точках. Решение этого философского вопроса придет с лучшим формализмом, который дает последовательное описание частиц теории поля, что позволяет вам полностью понять волновую функцию фотона или волновую функцию верхнего кварка, двух частиц, которые никогда не являются нерелятивистскими. . Такой формализм всегда развит лишь наполовину.
В дополнение к этому вопросу, который исследуют физики, есть другие вопросы, которые физики не считают реальными вопросами, потому что они не определены логически позитивистски.
Этот вопрос спрашивает, являются ли объекты в теории «действительно» частицами, образующими сверхпроводник, или «действительно» полями, образующими заряженный конденсат. Этот вопрос чепуха для логического позитивиста, поэтому я не буду его далее рассматривать. Все вопросы онтологии вообще бессмысленны для позитивиста, и, на мой взгляд, тема закрыта навсегда. Вы можете взять любую онтологию, которая вам нравится, которая согласуется с опытом, и результатом будет просто изменение точки зрения, изменение философской калибровки, и спорить о том, какая калибровка реальна, не более значимо, чем спорить о том, какая калибровка реальна в электромагнетизме. , или какая система координат реальна в теории относительности. Ответ очевиден: «Никто из них».
Это связано с тем, что мы не видим конденсат напрямую, скорее мы видим колебания конденсата, которые имеют свои собственные взаимодействия, которые могут быть определены без прямого отношения к конденсату. Это снова позитивистски бессмысленно, так как две идеи конспирологического лагранжиана и фактического конденсата не могут быть различимы на опыте, так как они математически идентичны.
Тот факт, что философы больше не принимают логический позитивизм, делает общение между физиками и философами вообще невозможным. Философы задают всевозможные вопросы, которые не имеют смысла как вопросы, и не признают, что эти вопросы не имеют смысла. Вот почему физики всегда занимаются собственной философией, и это не изменится до тех пор, пока философы не примут позитивизм как принцип отделения бессмысленных вопросов от значимых.
-Каковы философские последствия механизма Хиггса?
Развитие науки имеет философское значение в той мере, в какой оно заставляет нас уточнять философские позиции, которые мы занимаем. Исследования эмбриональных стволовых клеток, например, заставляют нас уточнять аргументы о том, когда группа клеток становится человеком.
Мы надеемся, что развитие нашего понимания материи повлияет на наше понимание сознания.
Вопросы физики, строго говоря, не являются философскими вопросами. Можно ли перевести идею с одного теоретического языка на другой — вопрос философский, а позитивизм — сомнительный ответ.
Если вопрос заключается в том, каково философское значение механизма Хиггса для теоретической физики, то ответ должен быть связан с тем, как физики справляются с переводом.
Но если вопрос касается философских следствий в общем смысле, то есть в той мере, в какой наше понимание материи зависит от понимания теории механизма Хиггса, то ответ — поживем-увидим. Роль причинности в сознании — это философский вопрос, и теория Хиггса кажется недостаточно развитой, чтобы помочь нам уточнить нашу концепцию сознания.
Мозибур Улла
пользователь 2067