Код:

Lilitochka-club

Информация о пользователе

Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь.


Вы здесь » Lilitochka-club » Наука и жизнь » Квантовая механика. Иной взгляд


Квантовая механика. Иной взгляд

Сообщений 1 страница 7 из 7

1

Квантово-механическое описание физических явлений микромира считается единственно верным и наиболее полно отвечающим реальности. Объекты макромира подчиняются законам другой, классической механики. Граница между макро- и микромиром размыта, а это вызывает целый ряд парадоксов и противоречий.
Попытки их ликвидировать приводят к появлению других взглядов на квантовую механику и физику микромира. Видимо, наилучшим образом выразить их удалось американскому теоретику Дэвиду Джозефу Бому (1917-1992).

Чтобы понять, какие трудности испытывает современная квантовая механика, нужно вспомнить, чем она отличается от классической, ньютоновской механики. Ньютон создал общую картину мира, в которой механика выступала как универсальный закон движения материальных точек или частиц - маленьких комочков материи. Из этих частиц можно было построить любые объекты. Казалось, что механика Ньютона способна теоретически объяснить все природные явления. Однако в конце прошлого века выяснилось, что классическая механика неспособна объяснить законы теплового излучения нагретых тел. Этот, казалось бы, частный вопрос привел к необходимости пересмотреть физические теории и потребовал новых идей.

В 1900 году появилась работа немецкого физика Макса Планка, в которой эти новые идеи и появились. Планк предположил, что излучение происходит порциями, квантами. Такое представление противоречило классическим воззрениям, но прекрасно объясняло результаты экспериментов (в 1918 году эта работа была удостоена Нобелевской премии по физике). Спустя пять лет Альберт Эйнштейн показал, что не только излучение, но и поглощение энергии должно происходить дискретно, порциями, и сумел объяснить особенности фотоэффекта (Нобелевская премия 1921 года). Световой квант - фотон, по Эйнштейну, имея волновые свойства, одновременно во многом напоминает частицу (корпускулу). В отличие от волны, например, он либо поглощается целиком, либо не поглощается вовсе. Так возник принцип корпускулярно-волнового дуализма электромагнитного излучения.

В 1924 году французский физик Луи де Бройль выдвинул достаточно "безумную" идею, предположив, что все без исключения частицы - электроны, протоны и целые атомы обладают волновыми свойствами. Год спустя Эйнштейн отозвался об этой работе: "Хотя кажется, что ее писал сумасшедший, написана она солидно", а в 1929 году де Бройль получил за нее Нобелевскую премию...

На первый взгляд, повседневный опыт гипотезу де Бройля отвергает: в окружающих нас предметах ничего "волнового" как будто нет. Расчеты, однако, показывают, что длина дебройлевской волны электрона, ускоренно го до энергии 100 электрон-вольт, равна 10-8 сантиметра. Эту волну нетрудно обнаружить экспериментально, пропустив поток электронов сквозь кристалл. На кристаллической решетке произойдет дифракция их волн и возникнет характерная полосатая картинка. А у пылинки массой 0,001 грамма при той же скорости длина волны де Бройля будет в 1024 раз меньше, и обнаружить ее никакими средствами нельзя.

Волны де Бройля непохожи на механические волны - распространяющиеся в пространстве колебания материи. Они характеризуют вероятность обнаружить частицу в данной точке пространства. Любая частица оказывается как бы "размазанной" в пространстве, и существует отличная от нуля вероятность обнаружить ее где угодно. Классическим примером вероятностного описания объектов микромира служит опыт по дифракции электронов на двух щелях. Прошедший через щель электрон регистрируется на фотопластинке или на экране в виде пятнышка. Каждый электрон может пройти либо через правую щель, либо через левую совершенно случайным образом. Когда пятнышек становится очень много, на экране возникает дифракционная картина. Почернение экрана оказывается пропорциональным вероятности появления электрона в данном месте.

Идеи де Бройля углубил и развил австрийский физик Эрвин Шредингер. В 1926 году он вывел систему уравнений - волновых функций, описывающих поведение квантовых объектов во времени в зависимости от их энергии (Нобелевская премия 1933 года). Из уравнений следует, что любое воздействие на частицу меняет ее состояние. А поскольку процесс измерения параметров частицы неизбежно связан с воздействием, возникает вопрос: что же регистрирует измерительный прибор, вносящий непредсказуемые возмущения в состояние измеряемого объекта?

Таким образом, исследование элементарных частиц позволило установить, по крайней мере, три чрезвычайно удивительных факта, касающихся общей физической картины мира.

Во-первых, оказалось, что процессами, происходящими в природе, управляет чистый случай. Во-вторых, далеко не всегда существует принципиальная возможность указать точное положение материального объекта в пространстве. И, в-третьих, что, пожалуй, наиболее странно, поведение таких физических объектов, как "измерительный прибор", или "наблюдатель", не описывается фундаментальными законами, справедливыми для прочих физических систем.

Впервые к таким выводам пришли сами основоположники квантовой теории - Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Вольфганг Паули. Позднее данная точка зрения, получившая название Копенгагенской интерпретации квантовой механики, была принята в теоретической физике в качестве официальной, что и нашло свое отражение во всех стандартных учебниках.

Вполне возможно, однако, что подобные заключения были сделаны слишком поспешно. В 1952 году американский физик-теоретик Дэвид Д. Бом создал глубоко проработанную квантовую теорию, отличную от общепринятой, которая так же хорошо объясняет все известные ныне особенности поведения субатомных частиц. Она представляет собой единый набор физических законов, позволяющий избежать какой-либо случайности в описании поведения физических объектов, а также неопределенности их положения в пространстве. Несмотря на это, бомовская теория до самого последнего времени почти полностью игнорировалась.

Чтобы лучше представить себе всю сложность описания квантовых явлений, проведем несколько мысленных экспериментов по измерению спина (собственного момента количества движения) электрона. Мысленных потому, что создать измерительный прибор, позволяющий точно измерять обе компоненты спина, пока что не удалось никому. Столь же безуспешными оказываются попытки предсказать, какие именно электроны поменяют свой спин в ходе описанного эксперимента, а какие нет.

Эти эксперименты включают в себя измерение двух компонент спина, которые условно будем называть "вертикальным" и "горизонтальным" спинами. Каждая из компонент в свою очередь может принимать одно из значений, которые мы также условно назовем "верхним" и "нижним", "правым" и "левым" спинами соответственно. Измерение основано на пространственном разделении частиц с разными спинами. Приборы, осуществляющие разделение, можно представить себе как некие "черные ящики" двух типов - "горизонтальный" и "вертикальный" (рис. 1). Известно, что разные компоненты спина свободной частицы совершенно независимы (физики говорят - не коррелируют между собой). Однако в ходе измерения одной компоненты значение другой может измениться, причем совершенно неконтролируемым образом (2).

http://xstyles.ru/uploads/posts/1281520320_1.jpg

1. Мысленный эксперимент по измерению компонент спина (собственного количества движения) электрона с помощью некоего устройства — «черного ящика». Пройдя через «горизонтальный» ящик, электроны, с «левым» спином будут двигаться налево, с «правым» — направо. Аналогично работает «вертикальный» ящик.

http://xstyles.ru/uploads/posts/1281520310_2.jpg

2. Последовательное измерение двух компонент спина. Измеряется «горизонтальный» спин электрона (слева), потом «вертикальный» спин (справа), потом снова «горизонтальный» (внизу). Оказывается, что измерение «вертикального» спина разрушает значение «горизонтального» спина: половина электронов приобретает клевый» спин.

Пытаясь объяснить полученные результаты, традиционная квантовая теория пришла к выводу, что необходимо полностью отказаться от детерминистского, то есть полностью определяющего состояние объекта, описания явлений микромира. Поведение электронов подчиняется принципу неопределенности, согласно которому компоненты спина не могут быть точно измерены одновременно.

Продолжим наши мысленные эксперименты. Будем теперь не только расщеплять пучки электронов, но и заставим их отражаться от неких поверхностей, пересекаться и снова соединяться в один пучок в специальном "черном ящике" (3).

http://xstyles.ru/uploads/posts/1281520237_3.jpg
http://xstyles.ru/uploads/posts/1281520290_4.jpg

ЗА. Электроны с «правым» спином после прохождения через «вертикальный» ящик движутся в двух направлениях: вверх и вниз. Отражающие поверхности направляют оба пучка в «черный ящик», где они пересекаются; на выходе получаем единый пучок электронов с «правым» спином.

ЗБ. В том же эксперименте на пути одного из двух пучков поставим некую поглощающую поверхность. Далее в измерениях участвует лишь половина электронов, и на выходе половина их имеет «левый» спин, а половина — «правый».

Результаты этих экспериментов противоречат обычной логике. Действительно, рассмотрим поведение какого-либо электрона в случае, когда поглощающая стенка отсутствует (3 А). Куда он будет двигаться? Допустим, что вниз. Тогда, если первоначально электрон имел "правый" спин, он так и останется правым до конца эксперимента. Однако, применив к этому электрону результаты другого эксперимента (3 Б), мы увидим, что его "горизонтальный" спин на выходе должен быть в половине случаев "правым", а в половине - "левым". Явное противоречие. Мог ли электрон пойти вверх? Нет, по той же самой причине. Быть может, он двигался не вниз, не вверх, а как-то по-другому? Но, перекрыв верхний и нижний маршруты поглощающими стенками, мы на выходе не получим вообще ничего. Остается предположить, что электрон может двигаться сразу по двум направлениям. Тогда, имея возможность фиксировать его положение в разные моменты времени, в половине случаев мы находили бы его на пути вверх, а в половине - на пути вниз. Ситуация достаточно парадоксальная: материальная частица не может ни раздваиваться, ни "прыгать" с одной траектории на другую.

Что говорит в данном случае традиционная квантовая теория? Она просто объявляет все рассмотренные ситуации невозможными, а саму постановку вопроса об определенном направлении движения электрона (и соответственно о направлении его спина) - некорректной. Проявление квантовой природы электрона в том и заключается, что ответа на данный вопрос в принципе не существует. Состояние электрона представляет собой суперпозицию, то есть сумму двух состояний, каждое из которых имеет определенное значение "вертикального" спина. Понятие о суперпозиции - один из основополагающих принципов квантовой механики, с помощью которого вот уже более семидесяти лет удается успешно объяснять и предсказывать поведение всех известных квантовых систем.

Для математического описания состояний квантовых объектов используется волновая функция, которая в случае одной частицы просто определяет ее координаты. Квадрат волновой функции равен вероятности обнаружить частицу в данной точке пространства. Таким образом, если частица находится в некой области А, ее волновая функция равна нулю всюду, за исключением этой области. Аналогично частица, локализованная в области Б, имеет волновую функцию, отличную от нуля только в Б. Если же состояние частицы оказывается суперпозицией пребывания ее в А и Б, то волновая функция, описывающая такое состояние, отлична от нуля в обеих областях пространства и равна нулю всюду вне их. Однако, если мы поставим эксперимент по определению положения такой частицы, каждое измерение будет давать нам только одно значение: в половине случаев мы обнаружим частицу в области А, а в половине - в Б ( 4). Это означает, что при взаимодействии частицы с окружением, когда фиксируется только одно из состояний частицы, ее волновая функция как бы коллапсирует, "схлопывается" в точку.

http://xstyles.ru/uploads/posts/1281520298_5.jpg

4. Состояние любого объекта микромира описывает так называемая волновая функция. Величина этой функции характеризует вероятность обнаружить частицу в некоторой конкретной области пространства. Если состояние частицы таково, что можно ожидать встретить ее в двух областях — А и Б, то волновая функция частицы будет равна нулю всюду, кроме этих областей.

Одно из основных утверждений квантовой механики заключается в том, что физические объекты полностью описываются их волновыми функциями. Таким образом, весь смысл законов физики сводится к предсказанию изменений волновых функций во времени. Эти законы делятся на две категории в зависимости от того, предоставлена ли система самой себе или же она находится под непосредственным наблюдением и в ней производятся измерения.

В первом случае мы имеем дело с линейными дифференциальными "уравнениями движения", уравнениями детерминистскими, которые полностью описывают состояние микрочастиц. Следовательно, зная волновую функцию частицы в какой-то момент времени, можно точно предсказать поведение частицы в любой последующий момент. Однако при попытке предсказать результаты измерений каких-либо свойств той же частицы нам придется иметь дело уже с совершенно другими законами - чисто вероятностными.

Возникает естественный вопрос: как отличить условия применимости той или другой группы законов? Создатели квантовой механики указывают на необходимость четкого разделения всех физических процессов на "измерения" и "собственно физические процессы", то есть на "наблюдателей" и "наблюдаемых", или, по философской терминологии, на субъект и объект. Однако отличие между этими категориями носит не принципиальный, а чисто относительный характер. Тем самым, по мнению многих физиков и философов, квантовая теория в такой интерпретации становится неоднозначной, теряет свою объективность и фундаментальность. "Проблема измерения" стала основным камнем преткновения в квантовой механике. Ситуация несколько напоминает знаменитую апорию Зенона "Куча". Одно зерно - явно не куча, а тысяча (или, если угодно, миллион) - куча. Два зерна - тоже не куча, а 999 (или 999999) - куча. Эта цепочка рассуждений приводит к некоему количеству зерен, при котором понятия "куча - не куча" станут неопределенными. Они будут зависеть от субъективной оценки наблюдателя, то есть от способа измерений, хотя бы и на глаз.

Все окружающие нас макроскопические тела предполагаются точечными (или протяженными) объектами с фиксированными координатами, которые подчиняются законам классической механики. Но это означает, что классическое описание можно продолжить вплоть до самых малых частиц. С другой стороны, идя со стороны микромира, следует включать в волновое описание объекты все большего размера вплоть до Вселенной в целом. Граница между макро- и микромиром не определена, и попытки ее обозначить приводят к парадоксу. Наиболее четко указывает на него так называемая "задача о кошке Шредингера" - мысленный эксперимент, предложенный Эрвином Шредингером в 1935 году (5).
http://xstyles.ru/uploads/posts/1281520267_6.jpg

0

2

5. Мысленный эксперимент Эрвина Шредингера. В ящик помещают кошку, флакон со смертельным ядом, источник радиоактивного излучения и счетчик заряженных частиц. Эксперимент поставлен так, что регистрация частицы может привести в действие механизм, разбивающий флакон. Что произойдет с животным с квантовой точки зрения? Теория утверждает, что кошка в ящике ни жива, ни мертва, но пребывает в суперпозиции этих двух состояний, взятых с некоторой вероятностью. Вершителем судьбы бедного животного окажется некий наблюдатель, решивший «заглянуть» в ящик. В момент наблюдения волновая функция кошки сколлапсирует в какое-то определенное состояние.

В закрытом ящике сидит кошка. Там же находятся флакон с ядом, источник излучения и счетчик заряженных частиц, подсоединенный к устройству, разбивающему флакон в момент регистрации частицы. Если яд разольется, кошка погибнет. Зарегистрировал счетчик частицу или нет, мы не можем знать в принципе: законы квантовой механики подчиняются законам вероятности. И с этой точки зрения, пока счетчик не произвел измерения, он находится в суперпозиции двух состояний - "регистрация - нерегистрация". Но тогда в этот момент и кошка оказывается в суперпозиции состояний жизни и смерти.

В действительности, конечно, реального парадокса здесь быть не может. Регистрация частицы - процесс необратимый. Он сопровождается коллапсом волновой функции, вслед за чем срабатывает механизм, разбивающий флакон. Однако ортодоксальная квантовая механика не рассматривает необратимых явлений. Парадокс, возникающий в полном согласии с ее законами, наглядно показывает, что между квантовым микромиром и классическим макромиром имеется некая промежуточная область, в которой квантовая механика не работает.

Итак, несмотря на несомненные успехи квантовой механики в объяснении экспериментальных фактов, в настоящий момент она едва ли может претендовать на полноту и универсальность описания физических явлений. Одной из наиболее смелых альтернатив квантовой механики и стала теория, предложенная Дэвидом Бомом.

Задавшись целью построить теорию, свободную от принципа неопределенности, Бом предложил считать микрочастицу материальной точкой, способной занимать точное положение в пространстве. Ее волновая функция получает статус не характеристики вероятности, а вполне реального физического объекта, некоего квантовомеханического поля, оказывающего мгновенное силовое воздействие. В свете этой интерпретации, например, "парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена" перестает быть парадоксом. Все законы, управляющие физическими процессами, становятся строго детерминистскими и имеют вид линейных дифференциальных уравнений. Одна группа уравнений описывает изменение волновых функций во времени, другая - их воздействие на соответствующие частицы. Законы применимы ко всем физическим объектам без исключения - и к "наблюдателям", и к "наблюдаемым".

Таким образом, если в какой-то момент известны положение всех частиц во Вселенной и полная волновая функция каждой, то в принципе можно точно рассчитать положение частиц и их волновые функции в любой последующий момент времени. Следовательно, ни о какой случайности в физических процессах не может быть и речи. Другое дело, что мы никогда не сможем обладать всей информацией, необходимой для точных вычислений, да и сами расчеты оказываются непреодолимо сложными. Принципиальное незнание многих параметров системы приводит к тому, что на практике мы всегда оперируем некими усредненными величинами. Именно это "незнание", по мнению Бома, заставляет нас прибегать к вероятностным законам при описании явлений в микромире (подобная ситуация возникает и в классической статистической механике, например в термодинамике, которая имеет дело с огромным количеством молекул). Теория Бома предусматривает определенные правила усреднения неизвестных параметров и вычисления вероятностей.

Вернемся к экспериментам с электронами, изображенным на рис. 3 А и Б. Теория Бома дает им следующее объяснение. Направление движения электрона на выходе из "вертикального ящика" полностью определяется исходными условиями - начальным положением электрона и его волновой функцией. В то время как электрон движется либо вверх, либо вниз, его волновая функция, как это следует из дифференциальных уравнений движения, расщепится и станет распространяться сразу в двух направлениях. Таким образом, одна часть волновой функции окажется "пустой", то есть будет распространяться отдельно от электрона. Отразившись от стенок, обе части волновой функции воссоединятся в "черном ящике", и при этом электрон получит информацию о том участке пути, где его не было. Содержание этой информации, например о препятствии на пути "пустой" волновой функции, может оказать существенное воздействие на свойства электрона. Это и снимает логическое противоречие между результатами экспериментов, изображенных на рисунке. Необходимо отметить одно любопытное свойство "пустых" волновых функций: будучи реальными, они тем не менее никак не влияют на посторонние объекты и не могут быть зарегистрированы измерительными приборами. А на "свой" электрон "пустая" волновая функция оказывает силовое воздействие независимо от расстояния, причем воздействие это передается мгновенно.

Попытки "исправить" квантовую механику или объяснить возникающие в ней противоречия предпринимали многие исследователи. Построить детерминистскую теорию микромира, например, пытался де Бройль, который был согласен с Эйнштейном, что "Бог не играет в кости". А видный отечественный теоретик Д. И. Блохинцев считал, что особенности квантовой механики проистекают из-за невозможности изолировать частицу от окружающего мира. При любой температуре выше абсолютного нуля тела излучают и поглощают электромаг нитные волны. С позиций квантовой механики это означает, что их положение непрерывно "измеряется", вызывая коллапс волновых функций. "С этой точки зрения никаких изолированных, предоставленных самим себе "свободных" частиц не существует, - писал Блохинцев. - Возможно, что в этой связи частиц и cреды и скрывается природа той невозможности изолировать частицу, которая проявляется в аппарате квантовой механики".

И все-таки — почему же интепретация квантовой механики, предложенная Бомом, до сих пор не получила должного признания в научном мире? И как объяснить почти повсеместное господство традиционной теории, несмотря на все ее парадоксы и «темные места»?

http://xstyles.ru/uploads/posts/1281520279_7.jpg

6. Эксперимент, предложенный Д. Бомом и Я. Аароновым в 1959 году, должен был показать, что магнитное поле, недоступное для частицы., влияет на ее состояние. В однородном пространстве расположен бесконечно длинный тонкий соленоид. Магнитное поле внутри соленоида имеет форму тонкой нити, как бы. «выдернутой» из пространства. Когда мимо соленоида пролетает электрон, его волновая функция расщепляется на две — «пустую» и связанную с электроном. Они обходят поле с обеих сторон и воссоединяются. Если дебройлевская волна—реальность, а не просто характеристика вероятности, то при таком ее движении возникнет разность фаз, которая приведет к интерференции. Электрон как бы провзаимодействует сам с собой, и по изменению его состояния можно будет судить о препятствии на его пути. Эксперименты, по наблюдению эффекта Ааронова — Бома неоднократно проводились начиная с 60-х годов, вначале на соленоиде диаметром около 14 микрон, затем — на тороидальных магнитах и квантовых интерферометрах. Все они надежно подтвердили существование эффекта.

Современная квантовая теория формально объясняет эффект тем, что уравнение Шредингера для волновой функции заряженной частицы во внешнем электромагнитном поле содержит потенциал этого поля. Величина потенциала определяет фазу волновой функции и приводит к возникновению интерференции даже без прямого воздействия поля на частицу.

Долгое время новую теорию не хотели рассматривать всерьез на основании того, что в предсказании исхода конкретных экспериментов она полностью совпадает с квантовой механикой, не приводя к существен но новым результатам. Вернер Гейзенберг, например, считал, что "для любого опыта его (Бома) результаты совпадают с копенгагенской интерпретацией. Отсюда первое следствие: интерпретацию Бома нельзя опровергнуть экспериментом..." Некоторые считают теорию ошибочной, так как в ней преимущественная роль отводится положению частицы в пространстве. По их мнению, это противоречит физической реальности, ибо явления в квантовом мире принципиально не могут быть описаны детерминистскими законами. Существует немало и других, не менее спорных аргументов против теории Бома, которые сами требуют серьезных доказательств. Во всяком случае, ее пока что действительно никому не удалось полностью опровергнуть. Более того - работу над ее совершенствованием продолжают многие, в том числе отечественные, исследователи.

Автор: А. ШИШЛОВА. По материалам журналов "Успехи физических наук" и "Scientific american"
xstyles.ru/fakty

0

3

Теория суперструн, единая М-теория

Попытка построения простейшей, но всеобщей модели мироздания в свете М-теории

Мы начинаем с "brane"
под названьем БПС,*
подходим ближе к "brane"
в пространстве АДС,**
что это за фигня,
клянусь, не знаю я.
Е-е-е! Мальдасена! ***
-------------------------------------
Из песни физиков-теоретиков.
Исполняется на мотив "Макарены".
Слова доктора Джеффри Харвея.

* БПС - аббревиатура из имен трех физиков: Богомольного, Прасада и Соммерфилда, в честь которых был назван определенный тип супер-симметричной D-браны.
** Пространство АДС - седлообразное пространство под названием "Анти-де-Ситтер".
*** Мальдасена - доктор Хуан Мальдасена из Гарвардского университета, внесший значительный вклад в развитие М-теории.

М-теория - теория квантовой гравитации, претендующая на звание единой, всеобъемлющей и окончательной теории физического строения Вселенной. М - первая буква от слов "мета", "матрица", "мембрана". Сами ученые расшифровывают "М" также как "мистика", "магия", "мистерия" и "мать" (в смысле "мать всех теорий").

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ, Научная.

Революция, о которой так долго мечтали физики-теоретики, свершилась. В отличие от социальных революций XX века она произошла без кровопролития, без штурма дворцов и без захвата вокзалов, почты и телеграфа. Впрочем, штурм был - brain storm, мозговая атака, но происходила она не на изрытых траншеями полях сражений, а в комфортных залах конференции Струны-98, состоявшейся в курортном калифорнийском городке Санта-Барбара (известном широкой публике по одноименному сериалу). Орудие наступающих - М-теория, а эпохальное значение революции в том, что она открывает дорогу в "светлое будущее" науки, когда все законы мироздания можно будет описать единой универсальной формулой. О такой всеобщей теории, включающей в себя все четыре основные силы - электромагнетизм, сильное взаимодействие (Сильное взаимодействие - сила, соединяющая частицы атомного ядра.), слабое взаимодействие (Слабое взаимодействие - сила, обеспечивающая радиоактивный распад.) и гравитацию - мечтал еще Альберт Эйнштейн, но до сих пор ученым не удавалось объединить общую теорию относительности, описывающую гравитацию как искривление пространства, с квантовой механикой, распространяющейся на остальные три силы.

Свершившийся в Санта-Барбаре переворот в ученых умах ознаменовал третью по счету "супер-струнную" революцию. Дерзновенная идея струн бродила по физическим кафедрам университетов с конца 60-х годов. Она возникла как попытка теоретического обоснования сильного взаимодействия, существование которого не вписывалось в рамки традиционной теории, оперирующей понятиями "частиц" и "полей". Теория поля стала рассматриваться как устаревшая и на смену ей была выдвинута новая смелая концепция, в соответствии с которой элементарные частицы уподоблялись нотам, воспроизводимым вибрирующими струнами. От "струн" и произошло название новой теории.

Основное достоинство струнной теории заключалось в том, что она позволяла устранить математические проблемы квантовой теории поля. Согласно старой теории элементарные частицы представляли собой бесконечно малые величины, а это затрудняло числовые вычисления, и попытки определения сильного взаимодействия приводили к математическим абсурдам типа деления на ноль. Было найдено простое на вид, но смелое по сути решение: заменить в расчетах не имеющие размера частицы короткими отрезками - струнами. Однако тут же возникли и проблемы: согласно уравнениям, для воспроизведения "нот" (частиц) "струны" должны были вибрировать в 25-мерном пространстве, не считая 26-е измерение, время. Не слишком ли много для нашего трехмерного мира?

К середине 70-х годов ученым удалось путем парного взаимоисключения сократить число пространственно-временных измерений с 26 до десяти. Теория стала называться "супер-струнной", поскольку струнам было придано гипотетическое свойство суперсимметрии, в соответствии с которым тесно увязывались между собой частицы-носители энергии - глюоны - и частицы, образующие материю - кварки. Но и здесь не обошлось без казусов: любой посвященный ученый мог сформулировать сколь угодно большое число супер-струнных теорий.

Первая революция грянула в середине 80-х годов, когда было доказано, что из всего бесконечного множества супер-струнных теорий только пять в достаточной степени математически оправданы. Явный прорыв, но все же пять теорий - многовато. Более того, оставалась существенная проблема, связанная с тем, как "свернуть" шесть измерений, чтобы прийти к существующим в нашем мире четырем (три пространственных измерения и время). Проблема заключалась не в технике их свертывания, а в нахождении единственно верного способа из десятков тысяч возможных. В середине 90-х годов было установлено, что многие способы свертывания "лишних" измерений тесно связаны между собой, а пять "десятимерных" теорий - всего лишь разные взгляды на одну "одиннадцатимерную".

http://xstyles.ru/uploads/posts/1269108486_11-izmerenii.jpg

Произошла вторая супер-струнная революция, в результате которой возникла единая М-теория, постулирующая существование в одиннадцати измерениях не только супер-струн, но и мембраноподобных объектов, получивших название p-бран.

Brane - брейн, брана. Мембраноподобный объект, который может существовать в девяти измерениях. Определяется как p-брана, где p - уровень многомерности. Собственно мембрана - это p-брана, в которой p=2. В приведенной в эпиграфе песне сохранена английская транскрипция этого слова, чтобы сохранить каламбур, основанный на созвучии brane и brain (мозг).

Точку можно описать как 0-брану, линию как 1-брану, плоскость как 2-брану и так далее, до 9-браны. Все эти девятимерные образования существуют во всеохватывающем десятом пространственном измерении. Дополнительное измерение - время, итого одиннадцать. Особое значение в М-теории придается определенному типу p-бран, названному "D-брана" в честь математика Петера Дирихлета, жившего в XIX веке. В 1995 году д-р Джозеф Полчинский из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре описал D-браны как существующие в одном из девяти измерений поверхности, на которых могут заканчиваться струны. Замкнутая в кольцо струна становится открытой, когда ее часть поглощается D-браной.

Третья и последняя на сегодняшний день супер-струнная революция прогремела, как было сказано выше, на конференции в Санта-Барбаре, где доктор Хуан Мальдасена объединил струнную теорию с теорией поля: он использовал D-браны для построения в обычных четырех измерениях квантовой теории поля и "десятимерной" струнной теории с пятью завернутыми на себя измерениями. Супер-струнные теории по своей природе включают в себя гравитацию, поскольку производимые на их основе расчеты неизменно показывают существование гравитона, невесомой гипотетической частицы со спином (Спин - аналог вращения в квантовой механике.), равным 2. Таким образом, наука вплотную приблизилась к теории квантовой гравитации, включающей в себя все четыре основополагающие силы природы и описывающей их как производные от одной изначальной силы.

xstyles.ru

0

4

ЧАСТЬ ВТОРАЯ, Философская.

Никогда еще человечество не подходило так близко к научному раскрытию Великой Тайны Основы Основ. Но нас здесь интересуют не столько научные или технические аспекты вопроса, сколько философские. Основной из них - место хомо сапиенс как разумного существа во Вселенной. Представляется крайне интересным построить на основе единой физической модели всеобщую философскую картину мироздания и взглянуть на нее с точки зрения обитателя одной из планет в одной из звездных систем в одной из галактик - человека. Разумеется, поставленная задача слишком велика для того, чтобы решить ее одним махом, но все же необходимо с чего-то начать.

Давайте начнем с того, что в соответствии с М-теорией построим простейшую схему одиннадцати измерений (от нулевого до десятого) и, представив себя в одном из измерений, оглянемся по сторонам. Сделать это не так уж трудно, поскольку мы на самом деле существуем в трехмерном пространстве, обозначенном на схеме цифрой 3.

http://xstyles.ru/uploads/posts/1269107966_m-teorija.jpg

Но сперва - пару слов о самой схеме. Различные уровни измерений представлены на ней в виде соприкасающихся концентрических кругов. Такой способ представления выбран для того, чтобы показать иерархию уровней: каждый высший уровень включает в себя все нижестоящие и соприкасается с ними своим основанием, по сути - пронизывает их. К примеру, объект второго уровня - плоскость - включает в себя объекты первого и нулевого уровней - прямые и точки. На схеме все выглядит довольно просто. В реальности, конечно же, картина гораздо сложнее. Так, пространство, как среда третьего уровня, включает в себя второй, первый и нулевой уровни, но их объекты - точки, прямые и плоскости не существуют в нашем трехмерном пространстве как таковые: если мы проведем при помощи линейки и карандаша на листе бумаги прямую линию, мы получим в итоге изображение прямой линии на плоскости, причем весьма условное. Достаточно посмотреть на прочерченную линию в микроскоп, и она предстанет перед нами полосой, имеющей определенную ширину, то есть двухмерным объектом. Но и этот двухмерный объект при более близком рассмотрении состоит из трехмерных частиц графита - вещества, оставшегося на бумаге от нажатия грифеля карандаша. Таким образом, мы имеем дело не с реальными объектами других уровней, а с их проекцией на границы нашего уровня. Все, что находится в других измерениях, на нашем уровне выступает по сути не реальными объектами, но символами. В этом смысле мы обитаем в "голографической" Вселенной, названной так по аналогии с голограммой - трехмерным изображением объекта на плоскости, когда третьего измерения в системе двух координат реально не существует, но мы можем рассмотреть объект со всех сторон, как если бы он на самом деле находился в трехмерном пространстве. Следует особо заметить здесь, что в случае с голограммой мы имеем дело не с чистой иллюзией, а с объективно существующей проекцией.

Концепция голографической Вселенной крайне важна для понимания высших по отношению к нашему измерений, существование которых постулируется М-теорией. В соответствии с этой концепцией все, что содержится в определенном объеме пространства высшего уровня, неминуемо проецируется на нижестоящие уровни. Естественно, для нас здесь важно то, в каком виде эта проекция "ложится" на наш уровень. Попытаемся решить эту задачу на примере измерения, следующего за тем, в котором находится наше физическое тело. Это измерение - ВРЕМЯ. Что мы знаем об этом четвертом измерении, повсеместно присутствующем в нашем трехмерном мире? Пожалуй, абсолютно точно можно утверждать одно: время движется по прямой из прошлого в будущее. Этот направленный вектор по сути выступает проекцией четвертого измерения на третье. Строго говоря, время - это не само четвертое измерение, а как раз его проекция на наш мир. Эта проекция четвертого измерения в нашем третьем проступает одномерной. Сама собой вырисовывается простенькая арифметика: 4-3=1.

Применив ту же формулу к нашему миру, получим 3-3=0. Проекция измерения на самое себя дает нулевое измерение - точку. Если принять вышесказанное за аксиому, то становится оправданным существование в нашем трехмерном мире единичных ОБЪЕКТОВ - отдельных образований, по сути представляющих собой замкнутые системы. Практически все пространство нашего мира наполнено материальными объектами, начиная от атомов и заканчивая планетами, звездами и галактиками. Объекты воспринимаются нами как нечто непреложно существующее, но ни в одном из соседних с нашим измерениях мы не найдем их: объекты не существуют ни на плоскости (на двухмерное пространство они проецируются как фигуры), ни во времени (в границах четвертого измерения существуют не сами объекты, а лишь хронология происходящих с ними событий).

С философской точки зрения крайне интересен также вопрос о месте человеческого сознания в системе пространственно-временных измерений. Рассмотрение столь глобального и важного вопроса, несомненно, должно стать темой отдельной монографии. Здесь лишь можно вскользь заметить, что, по всей видимости, сознание находится на границе третьего и четвертого измерений. С одной стороны, оно привязано к определенному субъекту, существующему в трех измерениях (каждое живое существо обладает индивидуальным сознанием), с другой стороны, оно имеет бОльшую степень свободы в рамках четвертого измерения и может перемещаться из настоящего в прошлое, вследствие чего человек обладает памятью - свойством, недоступным для объектов, у которых нет сознания.

Вернемся к вышеприведенной арифметике: свидетельствует ли она о существовании некоего принципа относительности вышестоящих уровней к нижестоящим? Рассмотренных нами двух случаев (4-3=1 и 3-3=0) явно недостаточно для выведения закономерности, поэтому для ответа на поставленный вопрос нам придется рассмотреть проекцию пятого измерения на наше третье. Что это за проекция? Как ее вычленить из множества параметров и явлений окружающего нас мира? Существует ли в нашем мире нечто объективное, что нельзя определить пространственными и временными координатами? Под это определение подходит ИНФОРМАЦИЯ.

Информация нематериальна и в то же время пронизывает все сферы пространства и все отрезки времени. Любой объект и любое событие заключают в себе определенную информацию. Сама структура объекта - это уже информация, объективно существующая в нем. Подобно этому, генетический код и инстинкты человека - информация, заложенная в него от рождения. Строго говоря, человек не создает новой информации - он лишь получает ее, взаимодействуя с окружающим миром. Человеку доступны лишь те знания, которые существует в природе. Его задача - открыть их. Если полученные нами сведения не соответствуют действительности, мы говорим о "неверной информации" - в контексте данных рассуждений можно представить такой случай как искаженное восприятие человеком проекции пятого измерения на наш мир. Информация всегда объективна, но людям свойственно по-разному воспринимать ее. Самый простой пример: люди по-разному видят цвета, вплоть до частичного нераспознавания цветовой гаммы дальтониками.

Неадекватное восприятие информации различными субъектами - частный случай искажения проекции пятого измерения на наш мир. Чтобы было понятно, о чем идет речь, представьте себе луч кинопроектора. Проекции одного и того же кадра киноленты (к примеру, с изображением причесывающейся женщины) на белый плоский экран, на черный выпуклый шар, на водную поверхность, на лесные заросли или на толпу людей будут разными. Информация, содержащаяся в этом кадре, по сути не меняется, но искажается. Одни зрители поймут, что это женщина и она причесывает волосы, другим покажется, что женщина не причесывается, а заплетает косу, третьи увидят человека неопределенного пола, четвертым представится не человек, а животное и т.д.

Как видно из примера с кинопроектором, большое значение имеет трехмерная среда, в которую попадает информация как проекция пятого измерения. Различием среды объясняется многообразие нашего мира. В идеальных условиях все объекты одного типа были бы одинаковыми. Скажем, если бы мы выращивали сосны в однородной среде из семян одинакового веса, одинаковой формы и одинакового размера, то получили бы одинаковые побеги, поскольку генетический код для всех сосен отдельно взятой разновидности един. Кстати, единство генетического кода как информационного блока для живых существ определенного вида наводит на мысль о еще одной закономерности в соотношении между собой различных измерений. Выше описывался пример с прочерченной на бумаге прямой линией, существующей в трехмерном мире лишь в виде изображения. Переходя к примеру с соснами, можно по аналогии предположить, что в пятом измерении существует некая идеальная трехмерная сосна, в реальности (имеется в виду реальность пятимерного мира) состоящая из других пятимерных элементов, не имеющих к трехмерной сосне непосредственного отношения. Точно так же, возможно существование в пятом измерении идеального человека - кумира.

Подводя итог вышесказанному, информация - не само пятое измерение, а лишь его проекция на нижестоящие уровни, пространство и время. Эта проекция пронизывает все объекты нашего материального мира, но не существует среди нас в чистом виде. Поэтому нам приходится "добывать" информацию, вступая в физический контакт с окружающими нас предметами при помощи органов чувств. Мы не можем узнать, что находится внутри черного ящика, пока не откроем его. Любая вещь предстает перед нами не как индивидуальная сущность, а как набор параметров, за которыми скрыто ее истинное предназначение. Не изучив отдельных характеристик вещи, мы не можем получить цельного представления о ней. Возможно, последнее утверждение покажется банальным, но оно необходимо, чтобы перейти к следующей нетривиальной мысли-антиподу: в пятом измерении все параметры и характеристики той же вещи тесно увязаны между собой в единую явную сущность (образно говоря, достаточно одного взгляда на вещь, чтобы получить о ней самое полное представление, включая ее структуру и предназначение). Здесь остается только отметить следующий важный момент: в силу того, что проекция пятого измерения пронизывает все объекты нашего мира, в том числе и человеческий мозг, теоретически возможно непосредственное воздействие этой проекции на наше сознание - человек получает замечательную потенциальную способность проникать разумом в суть вещей и явлений!

Как соотносится пятое измерение с четвертым и третьим? Попробуем применить уже известную нам простейшую формулу: 5-3=2. Получается, что проекция пятого измерения на третье должна обладать двухмерными свойствами (невольно вспоминается термин "информационное поле"). И действительно, любая доступная нам информация может быть представлена в виде комбинации из двух символов, нулей и единиц, что широко используется в электронике и компьютерной технике. Кроме того, логика, инструмент разума, используемый для переваривания информации, также носит двоичный характер, поскольку оперирует в основном взаимоисключающими понятиями "да" и "нет". Занятно здесь и то, что среди визуальных способов представления информации доминирует изображение на плоскости: основная масса информации передается и принимается людьми через тексты, рисунки, фотографии, телевидение, кино- и видеофильмы и мониторы. Средства трехмерной презентации - скульптура, стереофильмы и голограмма - достаточно широко используются в художественном творчестве и редко применяются для обмена информацией. Очевидно, людям проще воспринимать информацию, когда она преподносится им в виде, наиболее соответствующем ее двухмерной природе.

Перейдем теперь к соотношению пятого измерения с четвертым: 5-4=1. Проекция пятого измерения на четвертое выступает в виде прямой линии. Получается интересная картина: мы имеем перед собой как бы две прямые линии - проекцию четвертого измерения на наше третье (время) и проекцию пятого измерения на четвертое. Вторая прямая линия в этой паре предстает перед нами как история, а наложив вторую линию на первую, мы получим хронологию. Примечательно здесь то, что эти прямые четко совпадают и жестко скреплены между собой: каждому моменту во времени соответствует набор строго определенных событий. Как говорится, история не знает сослагательного наклонения, а если и повторяется, то в виде фарса.

Пожалуй, приведенных выше примеров и доказательств достаточно для подтверждения постулированной выше закономерности соотношения измерений различного уровня:

проекция высшего уровня на низший реализуется в N измерениях, где N определяется как разность между порядками уровней

Данная закономерность, по-видимому, правомерна и для уровней ниже третьего, хотя это и крайне спорный вопрос. Как бы то ни было, проекция пространства на плоскость (не путайте с геометрической проекцией, иначе выйдет абсурд) дает прямую линию (3-2=1), что не противоречит действительности, поскольку плоскость можно представить как совокупность бесконечного множества прямых. Далее, отчего бы не предположить, что проекция на плоскость измерений выше третьего дает нам физические поля, а проекция высших измерений на прямую - различные лучи.

Что касается проекции высших измерений на точку, можно в качестве гипотезы вспомнить о "черных дырах", безвозвратно поглощающих все, что попадает в сферу их гравитации. Кстати, уравнения М-теории, выведенные для элементарных частиц, успешно используются астрофизиками для расчета параметров этих уникальных космических объектов, что подтверждает ее универсальность.

0

5

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ, Теологическая.

И увидел я иное знамение на небе,
великое и чудное - семь Ангелов,
имеющих семь последних язв,
которыми оканчивалась
ярость Божия.
-----------------------------------------
Откровение. 15,1

Что находится на более высоких измерениях? Их проекции доходят до нас очень слабым отсветом, теряющимся в мистическом тумане. Поскольку нам о них ничего не известно, допустимо выдвигать любые гипотезы. Например, такую: на шестом измерении находится "потусторонний мир". Доказать эту теорему крайне затруднительно, и все же...

Помимо материи, времени и информации в нашем мире присутствуют некие мистические факторы, объяснить которые невозможно без участия потусторонних сил. Откуда берутся все эти черти, ведьмы, призраки и прочая нечисть? Внезапно появившись, они так же внезапно и быстро исчезают. О них неизвестно ничего определенного. Почему мы не можем найти научного объяснения их существованию? Вполне возможно, именно потому, что мы имеем дело с проекцией шестого уровня, а этот уровень расположен выше информационного, и наш разум, привыкший оперировать единицами информации, здесь бессилен. Кстати, как известно, цифра Дьявола - 666. Если мы пометим проекции шестого уровня на пространство, время и информацию его порядковым номером, то как раз получим три шестерки.

Определение многомерности проекции потустороннего мира на мир земной дает любопытные результаты: 6-3=3. То есть в итоге мы получаем трехмерную проекцию. Если учесть, что сами мы обитаем в трехмерном мире, становится неудивительным, почему призраки так реальны - это самая настоящая голограмма! И в то же время, 6-4=2, а это значит, что пришельцы с "той стороны" не имеют точного хронологического определения, обладая на одну ступень большей, чем все трехмерные объекты и человек, свободой передвижения во времени. Не имея жесткой привязки ко времени, они предстают перед нами эфемерными существами - "то явятся, то растворятся" - и не оставляют после своего визита явно выраженных материальных следов, поскольку физически почти не контактируют с нашим миром вследствие все того же сдвига по временной фазе. В силу того, что их субстанции находятся на уровне выше информационного, они не несут в себе никакой информации, а если и сообщают людям какие-то сведения, то они, как правило, оказываются сумбурными или ложными (недаром дьявол с незапамятных времен наречен "лукавым"!).

Очевидно, на границе пятого измерения и шестого находится область МИСТИКИ - специфической информации, которую в нашем мире невозможно до конца ни подтвердить, ни опровергнуть, поскольку она проецируется на него туманным светом, отраженным от шестого измерения и искаженным им.

Возникает закономерный вопрос: что происходит с человеком после смерти? В какое из измерений он попадает? Продолжает ли он жить загробной жизнью или навечно исчезает как субъект? В последнем варианте все ясно, поэтому его, пожалуй, и не стоит рассматривать. Наибольший интерес с теоретической точки зрения представляет вариант посмертного перемещения человека из одного измерения в другое. Что ожидает нас после гибели тела как трехмерного объекта?

В настоящее время известно множество случаев возвращения находившихся при смерти людей из потустороннего мира. В большинстве таких случаев оболочка умершего человека летела через тоннель навстречу свету, где ее ожидало высшее существо, которое посвящало умершего в тайны вещей и явлений и показывало ему всю прожитую жизнь.

Вышеупомянутые описания свидетельствуют о том, что после смерти человек каким-то образом попадает на шестой уровень. Природа такого перемещения пока не ясна, но результат, как говорится, налицо: умерший человек оказывается над временем и информационным полем (четвертое и пятое измерения), что явствует из его способности увидеть сразу все события своей жизни и без усилий познать истину.

Что находится на уровне, следующим за шестым? Арифметика в этом вопросе мало помогает: 7-3=4. Четвертое измерение, в котором реализуется проекция седьмого уровня на наш мир, мы можем представить себе лишь в виде хаоса. То же самое относится к восьмому и девятому уровням.

Десятый уровень, конечный и объединяющий все остальные - вершина мироздания. Очевидно, именно на этом уровне находится единая субстанция, из которой происходит все сущее на всех остальных уровнях. Здесь обитает Демиург.

Характерно то, что проекция наивысшего уровня на наш мир выступает семимерной (10-3=7). Бог является нам в семи измерениях. Семь - священное число всех религий. Считается, что оно приносит счастье. Интересен и другой аспект: многомерность единого Бога допускает существование нескольких невзаимоисключающих себя религий. Не значит ли это, что только познав семь религий, человек может открыть тайну за семью печатями и заглянуть в лицо семимерного Бога? Шесть основных направлений уже существуют: иудаизм, буддизм, конфуцианство, христианство, ислам и атеизм как антипод религии. Судя по всему, седьмое направление должно стать эклектическим, чтобы объединить остальные шесть. Но как примирить веру с атеизмом? И под силу ли человеческому разуму и сердцу вместить в себя сразу семь религий?

Автор: Доцент Иванцов
xstyles.ru

0

6

Вселенная Хокинга - точка зрения науки

0

7

Monika написал(а):

Вселенная Хокинга - точка зрения науки

Как все доступно объяснено, поразительно! Моничка, благодарю тебя!

0


Вы здесь » Lilitochka-club » Наука и жизнь » Квантовая механика. Иной взгляд


Рейтинг форумов | Создать форум бесплатно © 2007–2016 «QuadroSystems» LLC