Итак, рассмотрим, почему процессы, происходящие во внутренних взаимодействиях, носят обратимый характер.
Выше говорилось о том, что внутренние взаимодействия обусловливают устойчивую связь элементов системы. Отсутствие в системе внешних взаимодействий, т. е. столкновений элементов, является залогом ее стабильности, неизменности, целостности. Сама по себе устойчивая физическая система измениться не может, а тем более разрушиться. Это запрещает закон сохранения энергии. Если она изменяется, то это значит, что она подвергается воздействиям извне (в пространственном отношении они могут идти изнутри, от изменяющихся элементов системы. Ведь всякая система ограничена не только извне, но и изнутри. В пространственном отношении она может подвергаться воздействиям как на внешней своей границе, так и на внутренней). Система, основанная на связях, сама по себе измениться не может.
Возникает вопрос, как примирить факт неизменности, устойчивости системы в целом с фактом тех изменений элементов, которые вызываются внутренними взаимодействиями. Ведь всякие взаимодействия, в том числе и внутренние, производят какие-то изменения. Возьмем любую систему и мы найдем в ней те или иные изменения, движения элементов:
в Солнечной системе планеты движутся вокруг Солнца и то удаляются от него, то приближаются к нему;
в кристаллах и молекулах атомы колеблются вокруг некоторого положения равновесия, причем эти колебания не прекращаются даже при абсолютном нуле;
электроны движутся вокруг ядер в молекулах и кристаллах, выполняя при этом роль связующих, цементирующих частиц;
в атомах и ядрах атомов имеет место непрерывное излучение и поглощение виртуальных частиц — фотонов и пи-мезонов, осуществляющих связь электронов с ядрами и нуклонов с нуклонами.
Факты устойчивости системы в целом и многочисленных движений внутри ее можно примирить, лишь предположив, что каждому прямому изменению во внутреннем взаимодействии соответствует обратное изменение, которое как бы гасит, нейтрализует его и в целом система представляется как устойчивое, целостное образование. Это предположение подтверждается свидетельствами ученых-физиков и данными об орбитальных движениях в Солнечной системе, о колебаниях атомов и движении электронов в молекулах и кристаллах, об излучении и поглощении виртуальных частиц в атомах и ядрах.
Если говорить о данных, относящихся к взаимодействиям внутри устойчивых систем, то о них кратко можно сказать следующее. К настоящему времени установлено, что все физико-химические взаимодействия сводятся к четырем фундаментальным или элементарным взаимодействиям: сильному, электромагнитному, слабому и гравитационному. Эти взаимодействия осуществляются посредством переноса промежуточных (виртуальных) частиц. Во внутренних взаимодействиях, утверждают физики, имеет место непрерывный обмен виртуальными частицами, благодаря которому и существует устойчивая связь взаимодействующих частиц, тел.
В качестве примера внутреннего взаимодействия рассмотрим внутриядерное взаимодействие нуклонов. Носителями этого взаимодействия являются пи-мезоны. Непрерывно появляясь и исчезая, они переходят от одного нуклона к другому и обратно. Получается, что на некоторое время один нуклон становится более легким, а другой, пока он не возвратит первому нуклону полученный им взаимообразно пи-мезон более тяжелым, чем обыкновенный (невзаимодействующий) нуклон. Такое изменение массы нуклонов допускается соотношением неопределенностей (D р × D х ³ ћ или D Е × D t ³ ћ). В течение времени 4,7×10‑24 сек. неопределенность в энергии нуклона равна собственной энергии пи-мезона, а неопределенность в массе нуклона — массе пи-мезона. За это время нуклон может отдать и получить обратно пи-мезон. При этом закон сохранения энергии не нарушается. На обратимость процессов, происходящих во внутриатомных и химических связях, указывает уравнение Шредингера. В этом уравнении направление времени не выделено.
Интересен такой факт. В отсутствие измерения, т. е. пока отсутствуют возмущения, связанные с измерением, обратимое уравнение Шредингера играет роль достоверного закона природы, в то время как в процессе измерения оно уже не применимо и его место занимают необратимые статистические механизмы. О чем это говорит? Это говорит о том, что обратимое уравнение Шредингера справедливо только для внутренних взаимодействий, в отсутствие возмущающих внешних воздействий, а необратимые статистические механизмы характерны для внешних взаимодействий.
В наблюдениях и экспериментах, связанных с исследованием микрообъектов, нельзя непосредственно обнаружить обратимый процесс, поскольку он является замкнутым (этакой вещью в себе), т. е. не выделяет энергии во вне. Обнаружить обратимый процесс можно только разомкнув его, т. е. частично или полностью разрушив, а это уже внешнее взаимодействие, необратимый процесс.
Обратимый, замкнутый процесс можно наблюдать лишь в том случае, если средства эмпирического наблюдения не оказывают существенного влияния на нормальный ход обратимого процесса, если они в энергетическом отношении неизмеримо слабее его. В качестве примера можно привести астрономические наблюдения орбитальных движений планет в Солнечной системе, которые осуществляются благодаря электромагнитным взаимодействиям. Последние не оказывают сколько-нибудь возмущающего влияния на гравитационное взаимодействие планет с Солнцем. Напротив, в квантовой механике и физике элементарных частиц наблюдения микропроцессов, осуществляемые с помощью электромагнитных волн различной длины и частоты, существенно влияют на них. Вследствие этого проблема взаимодействия прибора с микрообъектом занимает важное место в исследованиях физиков-элементарщиков.
Итак, прямые и обратные изменения во внутреннем взаимодействии в целом составляют обратимый процесс. Последний есть взаимопереход прямых и обратных изменений.
Как видим, это понятие обратимого процесса отличается от принятого в физике. Под обратимым процессом ученые обычно имеют в виду процесс, который можно обратить, т. е. обращение которого разрешено тем или иным физическим законом (например, обращение свободного падения тела на Землю разрешено законами механики; однако, с нашей точки зрения, свободное падение не является обратимым процессом). Реально обратимым является лишь такой процесс, который сам по себе обращается (подобно движению маятника вправо влево или движению планет вокруг Солнца). Именно таковы процессы, происходящие во внутренних взаимодействиях. Физическая абстракция обратимого процесса — лишь приближенная модель реального обратимого процесса.
Внутреннее взаимодействие — строго обратимый процесс. Это значит, что обратимость не является чем-то случайным, необязательным для него. Она характеризует самую суть внутреннего взаимодействия. Взаимодействие является внутренним лишь постольку, поскольку оно является обратимым, замкнутым в себе процессом.
И еще. Не следует отождествлять обратимость реального процесса с идеальной, абсолютной обратимостью теоретически мыслимого процесса. Идеально обратимый процесс есть процесс, совершенно изолированный от воздействия извне. Реальные обратимые процессы были бы таковыми, если бы в природе отсутствовали внешние взаимодействия. Но этого, как известно, не может быть.
От обратимых и необратимых процессов нетрудно перейти к внутренним и внешним противоречиям. Покажем, что в основе внутреннего взаимодействия лежит взаимопереход противоположностей, а в основе внешнего взаимодействия необратимый переход одной противоположности в другую[21].
Как я уже говорил выше, все физико-химические взаимодействия сводятся в настоящее время к четырем фундаментальным или элементарным взаимодействиям: сильному, электромагнитному, слабому и гравитационному. Эти взаимодействия осуществляются посредством промежуточных, виртуальных частиц.
Рассмотрим три крайних случая взаимодействия частиц:
1) когда частицы связаны друг с другом — это случаи внутреннего взаимодействия;
2) когда связь частиц разрушается и
3) когда она еще только образуется — это случаи внешнего взаимодействия.
Сначала первый случай — внутреннее взаимодействие. Как известно, частицы, связанные друг с другом, имеют массу покоя, меньше той, которой они обладают, находясь в свободном состоянии, Благодаря обмену между ними третьей частицей и происходит непрерывное восполнение недостающей массы то у одной, то у другой частицы. Рассмотрим моменты этого восполнения на примере внутриядерного взаимодействия.
Момент 1. Пи-мезон, переносчик взаимодействия, находится в составе нуклона (а). Последний обладает достаточной массой покоя. В этот же момент другой нуклон (б) не обладает достаточной массой, так как пи-мезон, переносчик массы, принадлежит не ему, а нуклону (а). Налицо противоположность обладания и необладания. Положительной стороной этой противоположности является нуклон (а), а отрицательной — нуклон (б).
Момент 2 (промежуточная стадия). Пи-мезон оторвался от нуклона (а), но еще не принадлежит нуклону (б). В этой стадии нуклоны тождественны друг другу, так как каждый из них одновременно обладает и не обладает пи-мезоном и соответствующей массой покоя.
Момент 3. Пи-мезон в составе нуклона (б). Нуклоны поменялись местами: теперь нуклон (б) обладает пи-мезоном и необходимой массой, а нуклон (а) не обладает. 3десь опять противоположность обладания и необладания, но уже обратная той, которая была в момент 1. Положительной стороной этой противоположности стал нуклон (б), а отрицательной — нуклон (а).