Элементарные частицы в теории относительности

В классической механике взаимодействие частиц друг с другом можно описать с помощью понятия силового поля. Вместо того, чтобы говорить о том, что одна частица действует на другую, можно сказать, что частица создает вокруг себя поле, а на всякую другую частицу, находящуюся в этом поле, действует некоторая сила. При этом в классической механике поле является лишь некоторым способом описания физического явления – взаимодействия частиц.

В теории относительности благодаря конечности скорости распространения взаимодействий ситуация существенным образом меняется. Силы, действующие в данный момент на частицу, не определяются их расположением в этот момент времени. Изменение положения одной из частиц отражается на других частицах лишь спустя некоторый промежуток времени. Это означает, что поле само по себе становится физической реальностью. Мы не можем говорить о непосредственном взаимодействии частиц, находящихся на расстоянии друг от друга. Взаимодействие может происходить в каждый момент времени лишь между соседними точками пространства (близкодействие). Другими словами, следует говорить о взаимодействии частицы с полем и о последующем взаимодействии поля с другой частицей. Далее мы ограничимся рассмотрением основ классической теории электромагнитного поля. При этом существенное значение имеет понятие «частицы».

В классической механике можно ввести понятие абсолютно твердого тела, т.е. тела, которое ни при каких условиях не может быть деформировано. В теории относительности под абсолютно твердым телом следует подразумевать тела, все размеры которых остаются неизменными в той системе отсчета, где они покоятся. Однако теория относительности делает вообще невозможным существование абсолютно твердых тел.

Пусть какое-нибудь твердое тело приводится в движение посредством внешнего воздействия на какую-нибудь его точку. Если бы тело было абсолютно твердым, то все его точки должны были бы прийти в движение одновременно с той, которая подверглась воздействию. В противном случае тело было бы деформировано. Однако теория относительности делает это невозможным, так как воздействие от данной точки передается остальным с конечной скоростью, а потому все точки тела не могут начать двигаться одновременно.

69

Из сказанного следуют определенные выводы в отношении элементарных частиц, т.е. частиц, механическое состояние которых полностью описывается заданием трех координат и трех компонент скорости движения как целого. Если бы элементарная частица обладала конечными размерами, то она не могла бы деформироваться, так как понятие деформации связано с возможностью независимого движения отдельных частей тела. Но это невозможно в рамках теории относительности.

Таким образом, в релятивистской механике элементарным частицам нельзя приписывать конечных размеров. Другими словами, элементарные частицы должны рассматриваться как точечные.