Информационные поля

К данной публикации подвигло горячее обсуждение статьи Этот цифровой физический мир

Начнем мы с электромагнитного поля и плавно перейдем к информационным полям или, другими словами, обобщенным калибровочным полям.

Итак, свойство быть заряженным можно рассматривать как физическую характеристику тела (элементарной частицы) только при условии, что свойство наблюдаемо, то есть может быть описано числами, допускающими сопоставление с экспериментом. Кроме того, его нельзя использовать в качестве атрибута элементарной частицы, если соответствующие числа без какой-либо причины увеличиваются или уменьшаются во времени. К счастью, количество электричества не изменяется с течением времени, если заряженное тело не соприкасается с другими телами, способными отнять у него электрический заряд. Это закон, основанный на длительном опыте человечества, его называют законом сохранения электричества. Теми же словами этот закон формулируют и для заряженных квантовых объектов, включая электронные волны.

Как нужно поступать, чтобы проследить за изменением во времени состояния одного электрона (имеющего отрицательный электрический заряд) под влиянием силы неэлектромагнитной природы? Для этого надо определить разницу между состоянием электронной волны в какой-то момент времени в точке Р и состоянием этой волны в следующий момент времени, когда она распространилась из Р в соседнюю точку Q. Иначе говоря, надо сравнить идеальное состояние электрона в точке Р, которое получилось бы при распространении электронной волны из Р в Q без действия внешней неэлектромагнитной силы, и реальное состояние в точке Q, когда электронная волна распространилась из Р в Q, испытывая по пути влияние неэлектромагнитной силы. Только так мы можем вычленить влияние силы неэлектромагнитной природы. Понятно, что если бы электромагнитного поля не существовало, то идеальная волна, не испытывающая по пути из Р в Q действия внешней силы, в точке Q имела бы ту же форму, что и в Р. Но если в окрестности точек Р, Q электромагнитное поле существует, то даже если на пути из Р в Q волна не испытывает действия внешних неэлектромагнитных сил, нельзя избежать искажения ее формы за счет электромагнитного поля. Поэтому, хотя по прибытии в точку Q форма волны искажается (по сравнению с формой в точке Р) за счет электромагнитного поля, мы говорим про эту искаженную волну, что она находится в том же состоянии, что и волна в точке Р. Если известно состояние электронной волны в точке Р, то искажение ее формы при распространении в точку Q всецело определяется распределением электромагнитного поля в окрестности Р, Q. Если электромагнитное поле неизвестно, то об электронной волне в точке Q, находящейся в том же, как и в Р, состоянии, мы ничего сказать не можем. Иными словами, не можем определить движения электрона как физического объекта. Поэтому знание распределения электромагнитного поля совершенно необходимо. Теперь немного обобщим понятие поля. 

Обозначим символом а совокупность нескольких физических характеристик какой-нибудь элементарной частицы. Будем считать, что, подобно электрическому заряду, эти характеристики удовлетворяют соответствующим законам сохранения. Тогда можно ввести представление о состоянии частицы, отвечающем набору свойств а. Со свойствами а можно обращаться как с физическими характеристиками частицы (физическими величинами), если их можно выразить при помощи чисел, то есть должно существовать средство для измерения а. Например, в качестве средства измерения элекрического заряда, принципиально говоря, используют действующую на него силу; агентом, передающим эту силу, является электромагнитное поле. Рассуждая по аналогии, приходим к заключению, что должны существовать поля, источниками которых служат свойства а. Эти поля порождаются источниками а и передают силу, действующую на а; их можно использовать для наблюдения состояния элементарной частицы, имеющей свойства а. Указанные поля сообщают нам о состоянии элементарной частицы. Они позволяют, кроме того, построить в точке Q, соседней с точкой Р, состояние частицы (имеющей свойства а), «одинаковое» с ее состоянием в точке Р. Таким образом, рассматриваемые поля устанавливают взаимно однозначное соответствие между «одинаковыми состояниями» в точках Р и Q.

 В итоге, обсуждаемые поля можно трактовать как посланцев, передающих из точки Р в точку Q (посредством связи со свойством а) информацию о состоянии частицы. Поэтому их можно назвать информационными полями, сопутствующими свойствам а, или просто информационными а-полями. Если еще раз проследить за аргументацией, приведшей нас к понятию информационных а-полей, то станет ясно, что существование таких полей, сопутствующих свойствам а, обеспечивает нам возможность проследить в пространстве и времени за поведением частицы, имеющей свойства а, с которыми мы хотим обращаться как с физическими величинами. Таким образом, информационные поля — физический фундамент реального проявления свойств а. Теория информационных а-полей строится по аналогии с максвелловой теорией электромагнитного поля. Все рассуждения совершенно параллельны, надо только заменить электрический заряд на совокупность свойств а. Аналогия с электромагнитным полем показывает, что одному свойству а должен соответствовать четырехкомпонентный потенциал (такой же, как потенциал электромагнитного поля), который описывает распределение информационного поля. Уравнения поля, определяющие поведение этого потенциала, и способ связи между частицей, несущей свойство а, и полем (потенциалом), сопутствующим свойству а, практически полностью определяются законом сохранения свойства а (образец для данного случая — электромагнитное поле).

Из аналогии с электромагнитным полем понятно, что волны информационного а-поля должны распространяться в вакууме со скоростью света с. Далее предположим, что волна частицы, имеющей свойство а (в соответствии с квантовой механикой здесь мы рассматриваем частицу как волну), сначала разделена на две части, которые потом снова собираются вместе. Если у двух частей разделенной волны возникает различие формы, то это различие надо понимать как указание на то, что в области, охватываемой путями распространения обеих волн, существует истинное информационное поле. Это можно рассматривать как определение истинности информационного поля. В заключение хочу обратить внимание на следующее. Если свойством а считать размер элементарной частицы, то информационное а-поле — не что иное, как калибровочное поле Вейля. По этой причине рассматриваемые здесь информационные поля называют обобщенными калибровочными полями.

Источник: Р.Утияма.К чему пришла физика (От теории относительности к теории калибровочных полей). 
Пер. с япон. Предисл. акад. В. Л. Гинзбурга. —  М.: Знание, 1986. — 224 с.