ПРИЧИННОСТИ ПРИНЦИП

ПРИЧИННОСТИ ПРИНЦИП

       

один из наиб. общих принципов, устанавливающий допустимые пределы влияния физ. событий друг на друга: П. п. исключает влияние данного события на все прошедшие события («будущее не влияет на прошлое», «событие-причина предшествует по времени событию-следствию»). П. п. требует также отсутствия взаимного влияния таких событий, применительно к к-рым понятия «раньше», «позже» не имеют смысла: более раннее для одного наблюдателя событие представляется др. наблюдателю более поздним; согласно спец. теории относительности, именно такая ситуация возникает, когда пространств. расстояние между событиями столь велико, а временной интервал между ними столь мал, что эти события могли бы быть связаны лишь сигналом, распространяющимся быстрее света. Требование отсутствия причинной связи между ними, к-рую мог бы осуществить соединяющий их сигнал, и ведёт к известному выводу о невозможности движений со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.

В аппарате физ. теории П. п. используется прежде всего для выбора граничных условий к соответствующим ур-ниям динамики, что обеспечивает однозначность их решения. Так, при решении Максвелла уравнений П. п. делает выбор между опережающими и запаздывающими потенциалами в пользу последних. Аналогично в квант. теории поля П. п. делает однозначной технику Фейнмана диаграмм — важный инструмент теор. описания взаимодействующих полей или ч-ц. Кроме того, П. п. позволяет установить общие св-ва величин, описывающих реакцию физ. системы на внеш. воздействия. Сюда относятся аналитич. св-ва диэлектрич. проницаемости системы как ф-ции частоты (дисперс. соотношения Крамерса — Кронига). Др. важный пример — дисперсионные соотношения в теории рассеяния адронов. Эти соотношения — уникальный образец точной зависимости между непосредственно наблюдаемыми величинами (амплитудой упругого рассеяния вперёд и полным сечением рассеяния), выведенной без использования к.-л. модельных представлений об элем. ч-цах. Особенно возросла роль П. п. в теории элем. ч-ц с возникновением аксиоматич. подхода, ставящего своей целью описание вз-ствий ч-ц непосредственно на основе общих принципов (постулатов) теории. В аксиоматич. подходе П. п. отводится конструктивная роль одного из главных (наряду с требованиями теории относительности и квантовой теории) постулатов.

П. п. подтверждается экспериментом в макроскопич. области и общечеловеческой практикой. Однако его справедливость в области субъядерных масштабов, изучаемой в физике элем. ч-ц, не очевидна. Это связано с тем, что под событием в формулировке П. п. понимается «точечное» событие, происходящее в данной точке пр-ва в данный момент времени; соответственно П. п., о к-ром до сих пор шла речь, наз. также принципом микроскопич. причинности (см. МИКРОПРИЧИННОСТИ УСЛОВИЕ). Между тем ограничения, вытекающие из квант. теории и теории относительности, делают невозможной физ. реализацию точечного события: любое событие, т. е. любой акт вз-ствия ч-ц, неизбежно имеет конечную протяжённость в пр-ве и времени. Поэтому в обл. малых масштабов П. п. теряет своё непосредств. физ. содержание и становится формальным требованием. Это позволяет говорить о возможном нарушении П. п. «в малом», разумеется, при сохранении его справедливости в больших масштабах пространства-времени. Такой «ослабленный» П. п. наз. принципом макроскопич. причинности; его количеств. формулировки, адекватно отражающей указанные выше ограничения, ещё нет. Этот принцип лежит в основе многочисл. попыток обобщения квант. теории поля, относящихся к нелокальной теории поля.

П. п. в совр. физике явл. конкретно-физ. утверждением, существенно более узким по своему содержанию, чем общее философское понятие причинности — взаимной обусловленности, детерминированности последовательности событий. Проблема причинности приобрела большую остроту в период становления квант. механики, когда широко обсуждался вопрос, противоречит ли детерминизму вероятностное описание микроявлений. К отрицат. ответу на этот вопрос привело понимание необходимости отказаться от прямолинейного детерминизма классич. механики при рассмотрении статистич. закономерностей микромира. Кажущееся противоречие с общим П. п. объясняется непригодностью классич. физики для описания микрообъектов. Переход к адекватному описанию на языке волновых функций приводит к тому, что и в квант. механике нач. состояние системы (при известных вз-ствиях системы) полностью определяет всю последующую её эволюцию.

Проблема соблюдения причинности в философском смысле («общего П. п.») и поныне сохраняет свою остроту при анализе возможных форм нарушения физ. П. п. «в малом»; такой анализ стимулируется разработкой нелокальной теории поля, исследованием проблемы движения со сверхсветовыми скоростями, а также спец. экспериментами с целью проверки П. п. Этот анализ должен выяснить, какие формы нарушения П. п. ведут к непривычной, а какие — к недопустимой с точки зрения общего П. п. ситуациям.

С П. п. в совр. физике связан комплекс сложных и глубоких проблем, к-рые ещё ждут своего решения.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ПРИЧИННОСТИ ПРИНЦИП

- один из наиб. общих принципов физики, устанавливающий допустимые пределы влияния физ. событий друг на друга. П. п. запрещает влияние данного события на все прошедшие события ("событие-причина предшествует по времени событию-следствию", "будущее не влияет на прошлое"). Более сильный релятивистский П. п. исключает также взаимное влияние событий, разделённых пространст-венноподобным интервалом, для к-рых сами понятия "раньше", "позже" не абсолютны, а меняются местами с изменением системы отсчёта. Взаимное влияние таких событий было бы возможно лишь с помощью объекта, движущегося со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Поэтому известное утверждение о невозможности сверхсветовых движений в рамках относительности теории вытекает именно из релятивистского П. п.

П. п.- эмпирия, постулат, основанный на обобщении данных эксперимента и общечеловеческой практики и подтверждающийся без к.-л. исключений в широком диапазоне масштабов от субъядерных до космологических. Физ. и методология, смысл П. п. тесно связан с философским понятием причинности (взаимной обусловленности, детерминированности последовательности событий): если бы данное событие могло влиять не только на будущее, но и на прошлое, то возникла бы возможность образования замкнутых циклов причинно-следств. связи, т. е. возможность обратного влияния следствия на породившую его причину вплоть до полного её уничтожения и разрыва причинно-следств. связи (так, путешественник в "машине времени" мог бы уничтожить своего предка в добрачном возрасте, т. е. саму причину своего появления на свет). Однако с общим понятием причинности согласуется и П. п. с обратным направлением причинно-следств. связи ("прошлое не влияет на будущее"). Вопрос о причине совпадения направления этой связи с направлением времени относится к числу нерешённых проблем, связанных с П. п.

Объектом приложения П. п. служит относящаяся к данной физ. системе пара событий, причинно связанных друг с другом (а не являющихся следствиями третьего события), о к-рых известно, какое из них играет роль причины, а какое - следствия (безотносительно к их временному порядку). Для выявления такой пары используется мысленный эксперимент, состоящий в наложении на систему малого возмущения и в регистрации соответствующей реакции системы. При этом событием-причиной служит исходное возмущение при обязат. условии, что оно совершенно произвольно способно принимать любые наперёд заданные значения и не испытывает обратного влияния со стороны самой системы (примером может служить воздействие внешнего по отношению к системе заданного источника). Роль события-следствия играет реакция системы на такое возмущение, т. е. линейное изменение к.-л. характеристики системы; ф-ция, осуществляющая такую линейную связь, наз. функцией отклика. Напр., применение П. п. к электродинамике материальной среды требует выбора в качестве события-причины - возмущения электрич. индукции, совпадающей с полем внеш. источников, а в качестве события-следствия - соответствующего изменения напряжённости электрич. поля (часто практикуемый обратный выбор неправилен, т. к. возмущение напряжённости поля включает в себя неконтролируемый вклад самой среды). Выбрав указанным способом пару причинно-связанных событий, можно переформулировать П. п. в виде условия исчезновения соответствующей ф-ции отклика при отрицат. временах, а для релятивистского П. п.- вне полости светового конуса, обращённой в будущее.

Применения П. п. в аппарате теоретич. физики многочисленны и разнообразны. Он служит средством выбора нач. условий к динамич. ур-ниям, обеспечивая однозначность их решения. Так, при решении Максвелла уравнений П. п. позволяет сделать выбор между опережающими и запаздывающими потенциалами в пользу последних. В квантовой теории поля (КТП) и квантовой теории многих частиц с помощью П. п. устанавливаются правила обхода особенностей Грина функций, что делает однозначной технику Фейнмана диаграмм.

Наиб. содержат. следствия П. п. относятся к теории ф-ций отклика физ. системы, фурье-компонента к-рых по времени зависит от частоты w, рассматриваемой как комплексная переменная. Из П. п. прямо следует аналитичность ф-ций отклика как ф-ции частоты в верх. полуплоскости (Im> 0). Отсюда вытекают дисперсионные соотношения для ф-ции отклика, связывающие её дисперсионные (зависимость от частоты) и абсорбтивные (поглощение) свойства. При этом запаздывание реакции системы относительно её зозмущения приводит к соотношениям, подобным Кра-мерса- Кронига соотношениям, а . релятивистский П. п. даёт более общие и ограничит. дисперсионные соотношения, найденные М. А. Леонтовичем и связанные с об-щим представлением Йоста - Лемана - Дайсона для матричного элемента запаздывающего коммутатора.

Микроскопич. основу отклика физ. системы составляют последоват. элементарные акты рассеяния полей, осуществляющих её возмущение, на частицах системы. Поэтому П. п. эффективен и применительно к самому акту рассеяния. Дисперсионные соотношения для рассеяния играют существ. роль в ядерной физике низких и высоких энергий. Особенно они важны для рассеяния сильно взаимодействующих частиц (адронов) - редкий пример точной зависимости между наблюдаемыми величинами [амплитудой упругого рассеяния вперёд и полным сечением (Оптическая теорема)], выведенной без использования к.-л. модельных представлений об элементарных частицах (см. также Дисперсионных соотношений метод). Вывод дисперсионных соотношений относится к числу наиб. ярких достижений особого акси-оматич. подхода в теории фундам. взаимодействий, испытавшего бурное развитие в 1950-60-х гг., в рамках к-рого П. п. принадлежит конструктивная роль одного из главных (наряду с требованиями теории относительности и квантовой теории) постулатов, лежащих в основе этого подхода (см. Аксиоматическая квантовая теория поля).

Помимо перечисленных конкретных приложений П. п., в физике не раз возникало обострение интереса и к более общим проблемам, связанным с П. п. и понятием причинности. В период становления квантовой механики широко обсуждался вопрос, противоречит ли детерминизму вероятностное описание микроявлений. К разрешению этого вопроса привело понимание необходимости отказаться от прямолинейного детерминизма классич. механики при рассмотрении статистич. закономерностей микромира. Переход к адекватному описанию последних на языке волновых ф-ций приводит к тому, что и в квантовой механике нач. состояние системы полностью определяет (при заданных взаимодействиях) всю последующую её эволюцию.

В 50-60-х гг. трудности КТП стимулировали интерес к возможности нарушения П. п. в области сверхмалых масштабов пространства-времени. Такая возможность связана с тем, что под событием в формулировке П. п. понимается "точечное" событие, происходящее в данной точке пространства в данный момент времени; соответственно П. п., о к-ром до сих пор шла речь, наз. также принципом микроскопической причинности (см. Микропричин-ностъ). Между тем ограничения, вытекающие из квантовой теории и теории относительности, делают невозможной физ. реализацию точечного события: любое событие (т. е. любой акт взаимодействия частиц) имеет конечную протяжённость в пространстве и времени. Поэтому в области сверхмалых масштабов П. п. теряет своё непосредств. физ. содержание и становится формальным требованием. Это и позволяет говорить о возможности нарушения П. п. "в малом", разумеется, при сохранении его справедливости в больших масштабах пространства-времени. Такой "ослабленный" П. п. наз. принципом макроскопической причинности; его количественной формулировки, адекватно отражающей указанные выше ограничения, ещё нет. Этот принцип лежит в основе многочисл. попыток обобщения КТП, относящихся к нелокальной квантовой теории поля.

В кон. 60-х гг. стало общепризнанным, что частная (специальная) теория относительности сама по себе не запрещает движений со сверхсветовой скоростью, и началось подробное обсуждение свойств соответствующих объектов - т. н. тахионов (частиц с мнимой массой) и "суперзвука" (сверхсветовых фононов в сильно сжатой среде). Это стимулировало многочисл. попытки примирить сверхсветовой характер движения с выполнением П. п. и привело к более углублённому пониманию проблемы причинности, хотя сколько-нибудь полной ясности здесь достигнуто не было. С П. п. в совр. физике связан комплекс сложных и глубоких проблем, к-рые ещё ждут своего решения.

Лит.;Reichenbach H., The philosophy of space and time, N. Y., 1958; Киржниц Д. А., Сазонов В. Н., Сверхсветовые движения и специальная теория относительности, в кн.: Эйнштейновский сборник. 1973, М., 1974; Нуссен-цвейг X. М., Причинность и дисперсионные соотношения, пер. с англ., М., 1976; Киржниц Д. А., Общие свойства электромагнитных функций отклика, "УФН", 1987, т. 152, С. 399; см. также лит. при ст. Квантовая теория поля, Нелокальная квантовая теория поля. Д. А. Киржниц.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.