Դաշտի քվանտային տեսություն. Էմիլ Ախմեդովը ֆիզիկայի չլուծված խնդիրների մասին Քվանտային գրավիտացիայի խնդիրը

Ֆիզիկոս Էմիլ Ախմեդովը Նյուտոնի երկրորդ օրենքի՝ Մինկովսկու մետրիկայի և տարածության ժամանակի բնույթի մասին։

Դուք կարող եք ձեր կյանքի տարիները ծախսել՝ որոշելով, թե ինչ է ժամանակը: Սա յուրաքանչյուր մարդու անձնական խնդիրն է, ով զբաղեցնում է իր քաղաքակրթական տեղը։ Իհարկե, նման հարցերին պատասխանելը մարդկային մշակույթի մաս է կազմում: Բայց ֆիզիկոսի համար տարբեր նյութերի միջև կապերը կարևոր են, և հարաբերությունները բանավոր չեն, այլ բանաձև: Նման հարաբերությունների օրինակ է Նյուտոնի երկրորդ օրենքը։ Նա նշում է, որ F=ma - ուժը ստիպում է m զանգված ունեցող մարմնին շարժվել a արագացումով։ Դուք կարող եք ձեր կյանքի տարիները ծախսել՝ փորձելով որոշել իշխանության իմաստը: Դուք կարող եք ձեր կյանքի տարիները ծախսել՝ փորձելով որոշել, թե որն է զանգվածի նյութը: Բայց ֆիզիկոսի համար ուժի, զանգվածի և արագացման բանաձևային հարաբերությունը կարևոր է: Հիմա ընդգծեմ, թե ինչ առումով.

Նշվում է, որ F=ma օրենքը՝ Նյուտոնի երկրորդ օրենքը, բխում է փորձից։ Սա չի նշանակում, որ կա կոնկրետ փորձ, որի ժամանակ չափվում է ուժը, զանգվածը, արագացումը և պարզվում է, որ F=ma: Գոյություն ունի բնական երևույթների մի շարք, որոնք հակիրճ նկարագրված են այս բանաձևի և այլ բանաձևերի և հարաբերությունների տեսքով: Ֆիզիկոսի համար հենց դա է կարևոր. կա մի մեծություն, որը չափվում է նյուտոններով. սա ուժ է. կա քանակություն, որը չափվում է կիլոգրամներով, սա զանգված է. կա մի մեծություն, որը չափվում է վայրկյանում քառակուսի մետրերով, սա արագացում է: Մանկուց ես ինքս հասկացա, որ ֆիզիկան գիտություն է, որը հարաբերություններ է հաստատում այն ​​քանակությունների միջև, որոնք կարելի է չափել կիլոգրամներով, մետրերով և վայրկյաններով: Նյուտոնն արտահայտվում է այս բանաձևով կիլոգրամներով, մետրերով և վայրկյաններով:

Փորձեք պատասխանել «Ի՞նչ է ժամանակի բնույթը» հարցին։ Այս հարցը օրինաչափ է, բայց ֆիզիկոսի և ինժեների համար կարևորը վերացական պատասխանը չէ, այլ բանաձևը, որը ժամանակը կապում է ինչ-որ բանի հետ՝ աջ ու ձախ կողմերին: Դրանից հետո լեգիտիմ կդառնա «Ի՞նչ է աջ կողմում գտնվողի բնույթը և ինչի՞ հետ է կապված ժամանակը» հարցը։ Ով ուզում է՝ թող պատասխանի։ Բայց ֆիզիկոսների համար կարևոր է մեկի և մյուսի փոխհարաբերությունը, պատճառահետևանքային կապը. եթե ես այսպես եմ փոխում, ուրեմն այն էլ այդպես է փոխվում: Սա օբյեկտիվ իրականության փաստ է, անկախ նրանից, թե ինչպես ենք մենք դրան վերաբերվում։

Ո՞րն է ֆիզիկայի ժամանակը: Ժամանակի չափանիշ կա, որը, օրինակ, պահվում է Փարիզում։ Ես չգիտեմ, թե որն է այժմ ընդունվում որպես ժամանակի չափանիշ, բայց ես կարող եմ մոլեկուլի մեկ թրթռանք ընդունել որպես ժամանակի չափանիշ: Եվ եթե մոլեկուլը կատարում էր 10 միլիարդ թրթիռ, ապա այն նախկինում կոչվում էր վայրկյան: Նախկինում վայրկյանն ընդունվում էր որպես ստանդարտ, բայց այժմ կարող եք վերցնել մեկ թրթռում, այնուհետև վայրկյանը մոլեկուլի 10 միլիարդ թրթռում է: Ատոմային ժամացույցը, քրոնոմետրը, չափվում է պարզապես որպես տվյալ մոլեկուլի սկզբնական և վերջնական պահի միջև տատանումների քանակի հաշվարկ: Ահա թե ինչպես է չափվում ժամանակը, այդպիսին է նրա բնույթը ֆիզիկոսի համար։

Կարող եք նաև հարցնել՝ ի՞նչ բնույթ ունի տարածությունը, ինչպե՞ս է այն դասավորված մանրադիտակային մակարդակում։ Եթե ​​դուք այս հարցի պատասխանը ստանաք բանաձևի տեսքով, որը կապում է տարածության որոշ բնութագրեր որևէ այլ բանի հետ, ապա ես պատրաստ եմ քննարկել այն: Որպես ֆիզիկոս՝ սա ինձ հետաքրքիր է։ Եթե ​​դուք սկսեք ասել, որ տարածությունը որպես նյութ նման է կավի կամ այլ բանի, ինձ չի հետաքրքրում, այս հայտարարությունը ինձ համար տեղեկատվական չէ։

Տիեզերքի բնույթը ֆիզիկոսի համար հետևյալն է. կարելի է տարածության մեջ ներմուծել կոորդինատային ցանց, այսինքն՝ կարելի է պատկերացնել կոորդինատային առանցքները տարածության մեջ և նշել այս կոորդինատներում դիրքը որոշելու միջոց, ինչպես նաև ցանկացած երկուսի միջև եղած հեռավորությունը։ կետերը տարածության մեջ. Ինչպե՞ս չափել հեռավորությունը ինքնաթիռում: Մուտքագրում եք կոորդինատային ցանց՝ Y առանցքը և X առանցքը: Նշում եք կետ, այն ունի երկու կոորդինատ: Օրինակ, ցանկանում եք գտնել այս կետից Y կետի հեռավորությունը, որը նույնպես ունի իր կոորդինատները: Դուք հաշվարկում եք մեկ և մյուս առանցքի երկայնքով կոորդինատների տարբերությունը, քառակուսի եք դնում, ավելացնում եք Պյութագորասի թեորեմով և վերցնում քառակուսի արմատը։ Սա երկու կետերի միջև եղած հեռավորությունն է՝ Էվկլիդյան հարթություն, Էվկլիդյան երկչափ տարածություն։ Այդպես է սահմանվում։ Կանխատեսումներ անելու համար ինձ այս պահին այլ բան պետք չէ։ Այնուհետև կարող եք ինքներդ ձեզ հարցնել՝ որտեղի՞ց է գալիս այս բանաձևը, ինչո՞ւ է դա ճիշտ: Բայց նորից պատասխանն ինձ կհետաքրքրի միայն բանաձեւային, ոչ թե բանավոր։

Տիեզերքը Նյուտոնի մեխանիկայի մեջ այնպիսի եռաչափ տարածություն է, որում կան երեք առանցքներ՝ ուղղահայաց Z առանցք, հորիզոնական X և Y դրանց ուղղահայաց: Այս տարածության մեջ կետի դիրքը սահմանվում է որպես երեք կոորդինատային արժեք: Կոորդինատների կենտրոնի համար ես ընտրել եմ ինչ-որ բան, օրինակ՝ այս սենյակի անկյունը, առանցքներն ուղղել եմ միմյանց և ասում, որ կետը մի ուղղությամբ սկզբից երեք մետր է, մյուսում՝ հինգ, և տասը՝ երրորդ ուղղությունը. Դրանից հետո ես պետք է ստեղծեմ բանաձև, որը որոշում է այս կետի և ցանկացած այլ կետի միջև հեռավորությունը: Նույն կերպ ես հաշվում եմ այս հատվածի երկարությունները երեք առանցքներով (ես ունեմ այս կետերը միացնող հատված, երեք առանցքների վրա ունի երեք ելուստ)։ Ես գումարում եմ պրոյեկցիաների քառակուսիները, վերցնում եմ քառակուսի արմատը, և սա ինձ պատասխան է տալիս, թե որքան է հատվածի երկարությունը: Այս բանաձևը գրելուց հետո կարող եմ ուսումնասիրել նյութական կետերի, մասնիկների շարժումը ուժերի ազդեցությամբ: Օրինակ՝ ինչ-որ ուժերի ազդեցության տակ իմ մասնիկը ինչ-որ շարժում է անում։ Ես գրել եմ այս կորը և, օգտագործելով բանաձևը, կարող եմ որոշել այս կորի բոլոր բնութագրերը և թվային կերպով պարզել, թե ինչ ուժ և որ պահին է գործել մասնիկի վրա և նրան փոխանցել այսքան արագացում, մասնիկը ունեցել է այսինչ և այն: զանգված և այլն։ Դրանից հետո ես կհաստատեմ օրենքի ճիշտությունը, - օրինակ, F = ma. Կամ, օգտագործելով F=ma օրենքը, ես կկանխատեսեմ, թե ինչպես կշարժվի մասնիկը որոշակի ուժի ազդեցությամբ:

Այդպես էր Նյուտոնի մեխանիկայում, որտեղ ժամանակը չափվում էր առանձին՝ ինչ-որ բանի օգնությամբ։ Գալիլեյը հաշվում էր Պիզա դե Միրակոլիի տաճարում գտնվող ջահերի թրթռումները, նա հաշվում էր սեփական զարկերակը. քանի անգամ է զարկերակը դիպչել և քանի անգամ է ճոճվել ջահը: Նրա համար չափման միավորը վայրկյանի մեկ վաթսուներորդն էր: Մեկ ուրիշը կարող է շվեյցարական քրոնոմետր կառուցել, բայց մեկ ուրիշին սա չի բավարարում և պահանջում է, որ լինի ատոմային քրոնոմետր։ Ամեն ինչ կախված է այն հայտարարության ճշգրտության աստիճանից, որը նա ցանկանում է ստանալ։

Նյուտոնյան մեխանիկայում ժամանակն ու հեռավորությունները չափվում էին առանձին։ Պարզապես ժամանակի հեռավորությունը չափվում էր հետևյալ բանաձևով. մեկ և մյուս պահի միջև այնքան տատանումներ են եղել, օրինակ՝ ճոճանակի։ Այսպիսով, մենք չափեցինք ժամանակը որպես տատանումների քանակ: Նույն կերպ մենք չափել ենք տարածությունը տարածության մեջ. այսպես է գործել Նյուտոնյան մեխանիկա:

Հարաբերականության հատուկ տեսության մեջ հայտնվել է նոր հայտարարություն, որ ժամանակի երկայնքով հեռավորությունները չափելու առանձին միջոց չկա և տարածության երկայնքով հեռավորությունները չափելու առանձին միջոց, բայց տարածություն-ժամանակում հեռավորությունները չափելու մեկ տարբերակ կա: Այս մեթոդը տրված է Մինկովսկու բանաձևով, որը նշում է, որ տարածություն-ժամանակի երկու կետերի միջև հեռավորությունը հաշվարկվում է հետևյալ բանաձևով. c 2 *Δt 2 -(x 1 -x 0) 2 -(y 1 -y 0) 2 -(z 1 -z 0) 2:Նույն երկարությունը քառակուսի, այսինքն՝ հանած X-քառակուսի հեռավորությունը հանած Y-քառակուսի հեռավորությունը հանած Z-քառակուսի հեռավորությունը:

Մինկովսկու բանաձևը բխում է նույն աղբյուրից, ինչ F=ma, փորձարարական տվյալների ամբողջականության նկարագրությունից։ Եթե ​​ընդունում եք այս բանաձևը, ապա դուք տարողունակ կերպով նկարագրում եք փորձարարական տվյալների որոշակի շրջանակ: Այս բանաձեւի մասին այս փուլում ավելին ասելու կարիք չկա։

Երբ մարդիկ խոսում են տարածություն-ժամանակի շարունակականության կամ տարածության ժամանակի մասին, նրանք իրականում նկատի ունեն տարածության մեջ կոորդինատների ճշգրտման եղանակը և Մինկովսկու մետրիկով հեռավորությունը սահմանելու եղանակը: Սա ֆիզիկոսի համար տիեզերական ժամանակի բնույթն է:

Մինկովսկու բանաձևը շատ է տարբերվում Էվկլիդեսի բանաձևից՝ այն բանից, թե ինչպես են սահմանվում հեռավորությունները Էվկլիդյան տարածության մեջ։ Այս պատճառով, Էվկլիդեսի երկրաչափությանը ծանոթ մարդու տեսանկյունից, Մինկովսկու երկրաչափության պնդումների մեծ մասը շատ պարադոքսալ է թվում, ուստի հարաբերականության հատուկ տեսության պնդումների մեծ մասը պարադոքսալ է թվում: Բայց, միեւնույն ժամանակ, մարդը չի գիտակցում, որ խոսքը շատ նուրբ երեւույթների մասին է։

Ցանկացած ֆիզիկական օրենք, որքան էլ այն հիմնարար լինի, ունի կիրառելիության սահմաններ: Նա բացարձակապես ճիշտ չէ։ Ի տարբերություն տրամաբանության օրենքների, ֆիզիկական օրենքն ունի կիրառելիության սահմաններ: Օրինակ, Նյուտոնի մեխանիկա կիրառելի է, եթե մենք շարժվում ենք լույսի արագությունից շատ փոքր արագություններով, գործ ունենք բավական փոքր արագացումների հետ, իսկ գրավիտացիոն դաշտը բավական թույլ է։ Եթե ​​մենք սկսենք շարժվել մեծ արագությամբ, ապա գործ ունենք շատ ուժեղ գրավիտացիոն դաշտերի հետ, Նյուտոնի մեխանիկան փոխարինվում է հարաբերականության հատուկ և ընդհանուր տեսությամբ։ Նրանք դա չեն հերքում, այլ ներառում են որպես բաղադրիչ։ Պարզապես, եթե վերցնենք հարաբերականության հատուկ և ընդհանուր տեսության մեխանիկան և գնանք դեպի փոքր գրավիտացիոն դաշտեր և ցածր արագություններ, ապա կստանանք նույն օրենքները, ինչ Նյուտոնի մեխանիկայում:

Մինկովսկու բանաձևը կիրառելի է միայն մոտավորության դեպքում, երբ մենք անտեսում ենք տարածություն-ժամանակի կորությունը և երբ խոսքը վերաբերում է հղման իներցիոն շրջանակներին։ Եթե ​​մենք խոսում ենք ոչ իներցիոն հղման շրջանակների մասին, ապա բանաձեւն այլեւս կիրառելի չէ։ Իսկ եթե տարածություն-ժամանակը կոր է, ապա այս բանաձեւը կիրառելի չէ։ Հարաբերականության հատուկ պարադոքսների մեծ մասն առաջանում է նրանից, որ մարդիկ մոռանում են այս բանաձևի կիրառելիության սահմանների մասին։

Էմիլ Ախմեդով, ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր, ԱԻ Ալիխանովի անվան տեսական և փորձարարական ֆիզիկայի ինստիտուտի առաջատար գիտաշխատող, Մոսկվայի ֆիզիկատեխնիկական ինստիտուտի տեսական ֆիզիկայի ամբիոնի պրոֆեսոր:

Մեկնաբանություններ: 0

Էմիլ Ախմեդով

Ես ձեզ կասեմ, թե ինչ է գերհամաչափությունը: Գերհամաչափությունը դեռ փորձարարական հայտնաբերված երեւույթ չէ, բայց, նախ, նրա վրա մեծ հույսեր են դրվել ծնվելու պահին, երկրորդ՝ այն մաթեմատիկական ֆիզիկայի և մաթեմատիկայի կարևոր մասն է։ Չնայած այն հանգամանքին, որ այն այս պահին փորձնականորեն չի հայտնաբերվել, ոչ ոք չի ասել, որ այն ապագայում չի հայտնաբերվի, դա ժամանակակից գիտության կարևոր մասն է։ Այսպիսով, որպեսզի ասեմ, թե ինչ է գերհամաչափությունը, պետք է ասեմ, թե ինչ են սուպերսիմետրիկ կոորդինատները, կամ ինչ կոորդինատներ են ընդհանրապես։

Էմիլ Ախմեդով

Ի՞նչ է տարրական մասնիկը: «Մասնիկ» բառը գալիս է «մաս» բառից, ուստի սովորաբար ենթադրվում է, որ սա ինչ-որ աղյուս է, որից մենք կառուցում ենք ամբողջը: Աղյուսը կապված է պինդ, պինդ, կոմպակտ, փոքր ինչ-որ բանի հետ, իսկ մասնիկը կապված է ինչ-որ գնդակի հետ (սա առաջին բանն է, որ գալիս է սովորական մարդու մտքին, երբ ասում են «տարրական մասնիկ»): Ֆիզիկոս Էմիլ Ախմեդովը ատոմի Թոմսոնի մոդելի, ալֆա մասնիկների և Ռադերֆորդի ցրման մասին.

Էմիլ Ախմեդով

Հայտնի է, որ լույսի արագությունը կախված չէ հղման համակարգից։ Այս պնդումը ճշմարիտ է միայն հարթ տարածություն-ժամանակում, և ոչ թե կոր, և բացի այդ, միայն իներցիոն հղման համակարգից իներցիային անցման դեպքում։ Եթե ​​դուք հարթ տարածություն-ժամանակով անցել եք իներցիոն հղման համակարգից դեպի իներցիալ, ապա լույսի արագությունը կախված չէ մի շրջանակի շարժման արագությունից մյուսի նկատմամբ։ Բայց եթե դուք անցնեք ոչ իներցիոն հղման համակարգին, ապա լույսի արագությունն այլևս այդքան սուրբ կով չէ, այն կարող է նույնիսկ կախված լինել կոորդինատներից, եթե դա հասկանում եք որպես տարածական աճի բաժանում ժամանակային աճով: Ֆիզիկոս Էմիլ Ախմեդովը Ֆերմայի սկզբունքի, Նյուտոնյան ձգողության և ընդհանուր հարաբերականության հետևանքների մասին.

Էմիլ Ախմեդով

Ժամանակակից իմաստով պարզվում է, որ էներգիայի պահպանման օրենքը և իմպուլսի պահպանման օրենքը բխում են ավելի հիմնարար սկզբունքից, որը բաղկացած է տարածության և ժամանակի այսպես կոչված թարգմանական անփոփոխությունից։ Ինչ է դա նշանակում? Ի՞նչ է նշանակում թարգմանական անփոփոխություն ընդհանրապես:

Էմիլ Ախմեդով

Իմ պատմությունը կլինի ավելի պատմական. ես կխոսեմ այն ​​մասին, թե ինչպես է առաջացել Մաքսվելի տեսությունը և էլեկտրամագնիսական ալիքների հասկացությունը: Հայտնի էին Կուլոնի օրենքները, Բիոտ-Սավարտի օրենքը, Ֆարադեյի տարբեր ինդուկցիայի օրենքները և այլն։ Մաքսվելը փորձեց տեսականորեն նկարագրել փորձարարական տվյալների այս հավաքածուն։ Որքան գիտեմ, նրա ստեղծագործությունը բաղկացած է մոտ վեց հարյուր էջից։ Նա փորձեց բացատրել Ֆարադեյի օրենքները զուտ մեխանիկորեն՝ նկարագրելով էլեկտրամագնիսական դաշտը որպես շարժակների մի շարք՝ տարբեր տեսակի ներգրավմամբ: 19-րդ դարում բնության մեխանիկական նկարագրությունը մեծ տարածում գտավ։ Այդ վեց հարյուր էջերի մեծ մասը բացակայում էր, քանի որ դրանք կառուցողական հայտարարություններ չէին պարունակում։ Միգուցե մի փոքր չափազանցնում եմ, բայց միակ կառուցողական բանը, որ կար Մաքսվելի այս ստեղծագործության մեջ, նրա հավասարումներն էին, բանաձևերը։

Էմիլ Ախմեդով

Ֆիզիկոս Էմիլ Ախմեդովը հարթության վրա և տիեզերքում դիրքի, անհրաժեշտ կոորդինատների և ատոմային ժամացույցների որոշման մասին։ Ես կխոսեմ GPS-ի և GLONASS-ի ընդհանուր սկզբունքների մասին։ Հետո ես կբացատրեմ, թե դա ինչ կապ ունի հարաբերականության հատուկ և ընդհանուր տեսության հետ։ Ես կսկսեմ հեռվից. Եռանկյունը հարթության մեջ կոշտ պատկեր է այն առումով, որ եթե վերցնում ես երեք ծխնիներ և միացնում դրանք երեք կոշտ փայտերով, ապա այդ ծխնիները չեն կարող շարժվել, չեն կարող շարժվել: Եթե ​​վերցնում եք չորս կամ ավելի ծխնիներ և դրանք միացնում եք համապատասխան թվով ձողերով՝ բազմանկյուն ստեղծելու համար, ապա այդ բազմանկյունը կարող է տատանվել: Քառանկյունը կարող է դեֆորմացվել, ուստի, եթե կան ավելի քան երեք անկյուններ, ապա հարթության վրա պատկերն արդեն ոչ կոշտ է:

Էմիլ Ախմեդով

18-19-րդ դարերն անցել են նյուտոնյան մեխանիկայի հաջողության նշանով, որը զարմանալի արդյունավետություն է ցույց տվել արեգակնային համակարգի մոլորակների շարժումը նկարագրելու հարցում։ Բայց գիտությունը սկսեց առաջ շարժվել, երբ հրաժարվեց այս մեխանիկական մոտեցումից: Այս ամենի կատարման նշանի տակ առաջացավ Լապլասի այնպիսի պարադոքս, որն ասում է, որ ամենուր կամք չկա։ Այսինքն՝ մարդ չի կարող գործել իր կամքով, ամեն ինչ կանխորոշված ​​է ու կանխատեսելի։ Ֆիզիկոս Էմիլ Ախմեդովը դիֆերենցիալ հավասարումների, իդեալական գծերի և կետերի և Լապլասի պարադոքսի լուծման մասին։

Էմիլ Ախմեդով

Գրեթե բոլորը գիտեն E0=mc^2 կապը։ Ցանկացած կրթված մարդ գիտի, որ E=mc^2։ Միևնույն ժամանակ նրանք մոռանում են, որ եթե ուշադիր նայես և նայես ոչ խոսակցական, ապա հարաբերակցությունը նման է E0=mc^2, E-ն ունի 0 ինդեքս, իսկ մնացած էներգիան կապում է զանգվածի և արագության հետ։ լույս. Պետք է հիշել, որ էներգիան այստեղ հիմնական հասկացությունն է: Այսպիսով, խոսակցական լեզվով ասած, այս հարաբերությունն ասում է, որ ցանկացած զանգված էներգիա է, բայց ոչ մի էներգիա զանգված չէ։ Այստեղ մենք չպետք է մոռանանք այս մասին, որ ոչ մի էներգիա զանգված չէ: Ցանկացած զանգված էներգիա է, բայց հակառակը ճիշտ չէ։ Եվ ոչ թե որևէ էներգիայի, այլ միայն հանգստի էներգիայի համար, ճիշտ է, այն հավասար է mc ^ 2-ի։ Որտեղի՞ց է այս հարաբերակցությունը: Ֆիզիկոս Էմիլ Ախմեդովը զանգվածի և էներգիայի, Մինկովսկու տարածության ժամանակի և 4-վեկտորի կոորդինատների փոխհարաբերությունների մասին։

Էմիլ Ախմեդով

Ի՞նչ դիտարկումներ են ընկած հարաբերականության հատուկ տեսության հիմքում: Ինչպե՞ս է ստացվել այն պոստուլատը, որ լույսի արագությունը կախված չէ հղման համակարգից: Ինչի՞ մասին է Նոյթերի թեորեմը. Իսկ SRT-ին հակասող երեւույթներ կա՞ն։ Այս մասին խոսում է ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր Էմիլ Ախմեդովը։

Էմիլ Ախմեդով

Ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր Էմիլ Ախմեդովը խոսում է Լորենցի փոխակերպումների, հարաբերականության հատուկ տեսության, երկվորյակների պարադոքսի և բարի ու գոմի պարադոքսի մասին։

«Արխե» մշակութային և կրթական կենտրոնը դասընթացին հրավիրում է ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր Էմիլ Ախմեդովին. «Հիմնական ֆիզիկա».

Երկրորդ դասախոսության թեման. «Քվանտային դաշտի տեսություն».

Դասախոսության ընթացքում խոսվելու է այն մասին, թե ինչ է դաշտը և ինչպես կարելի է այն քվանտացնել: Հետո կխոսենք այն մասին, թե ինչ նոր երեւույթներ են առաջանում, երբ դաշտը քվանտացվում է։ Դասախոսության վերջում կխոսենք Հոքինգի էֆեկտի և դաշտի քվանտային տեսության հիմնարար խնդիրների մասին։

Դասախոսի մասին.
- ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր, Ա.Ի. Ալիխանովի անվան տեսական և փորձարարական ֆիզիկայի ինստիտուտի առաջատար գիտաշխատող, Մոսկվայի ֆիզիկատեխնիկական ինստիտուտի տեսական ֆիզիկայի ամբիոնի դոցենտ, ազգային մաթեմատիկայի ֆակուլտետի դոցենտ։ Հետազոտական ​​համալսարանի Տնտեսագիտության բարձրագույն դպրոց.

«Հիմնական ֆիզիկա» դասախոսությունների դասընթացի մասին.

Դասախոսությունները նախատեսված են ավագ դպրոցի աշակերտների, կրտսեր ուսանողների և մաթեմատիկայով և ֆիզիկայով հետաքրքրվողների համար: Օգտագործելով պարզ և պատկերավոր օրինակներ, օգտագործելով տարրական բանաձևեր, դասախոսը կփորձի պատասխանել հետևյալ հարցերին.

• Ի՞նչ է հարաբերականության հատուկ տեսությունը և ինչպե՞ս է դասավորված տարածություն-ժամանակի երկրաչափությունը: Ինչո՞ւ է լույսի արագությունը անկախ հղման համակարգից, և ինչո՞ւ այն չի կարելի գերազանցել: Կքննարկվեն պարադոքսների մի քանի օրինակներ (օրինակ՝ երկվորյակ պարադոքսը) և ինչպես են դրանք լուծվում:
• Ինչպե՞ս է աշխատում կոր տարածություն-ժամանակը, և ի՞նչ է հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը: Կվերլուծվեն կոր տարածությունների մի քանի պարզ և պատկերավոր օրինակներ:
• Ի՞նչ են սև խոռոչները: Ինչպե՞ս ներկայացնել դրանք: Ի՞նչ է տեղի ունենում սև խոռոչների մոտ գտնվող առարկաների հետ:
• Ի՞նչ է քվանտային մեխանիկա: Ինչպե՞ս է կատարվում մասնիկների մեխանիկայից ալիքային մեխանիկայի անցումը: Որտեղի՞ց է գալիս քվանտային մեխանիկայի հավանական մեկնաբանությունը: Մի քանի պարադոքսներ կվերացվեն. Օրինակ՝ Շրյոդինգերի կատու պարադոքսը և Էյնշտեյն-Պոդոլսկի-Ռոզեն պարադոքսը:
• Ի՞նչ է դաշտը: Ի՞նչ է դաշտի քվանտային տեսությունը: Ի՞նչ է Հիգսի դաշտը և ինչպես է այն աշխատում:
• Ի՞նչ է Հոքինգի ճառագայթումը:
• Ի՞նչ է լարերի տեսությունը: Ինչու է նա պետք:

Ֆիզիկոս Էմիլ Ախմեդովը դիֆերենցիալ հավասարումների, իդեալական գծերի և կետերի և Լապլասի պարադոքսի լուծման մասին։

18-19-րդ դարերն անցել են նյուտոնյան մեխանիկայի հաջողության նշանով, որը զարմանալի արդյունավետություն է ցույց տվել արեգակնային համակարգի մոլորակների շարժումը նկարագրելու հարցում։ Բացի այդ, դա, անշուշտ, հանգեցրեց հաջողության այլ ոլորտներում, ավելի առօրյա, և ապացուցեց, որ արդյունավետ է ջերմության բնույթը, թերմոդինամիկան նկարագրելու համար: Այսինքն՝ գազերի թերմոդինամիկան նկարագրվել է նրանում ատոմների շարժման տեսքով՝ զուտ մեխանիկորեն։ Իսկ Մաքսվելը, երբ գրում էր էլեկտրադինամիկայի իր հավասարումները, փորձում էր մեխանիկորեն, շարժակների և շարժակների օգնությամբ նկարագրել նույնիսկ էլեկտրամագնիսական դաշտերը։ Բայց իրականում դա ոչ մի կապ չունի էլեկտրամագնիսական դաշտերի բնույթի հետ, և գիտությունը սկսեց շարժվել, երբ հրաժարվեց այս մեխանիկական մոտեցումից:

Այս ամենի կատարման նշանի տակ առաջացավ Լապլասի այնպիսի պարադոքս, որն ասում է, որ ամենուր կամք չկա։ Այսինքն՝ մարդն իր կամքով չի կարող գործել, ամեն ինչ կանխորոշված ​​է ու կանխատեսելի։

Եթե ​​հավատում եք և՛ մեխանիկական, և՛ դաշտային մոտեցումներին, ապա բնական բոլոր երևույթները նկարագրվում են որոշակի գործառույթների և դրանց վրա դիֆերենցիալ հավասարումների տեսքով: Ինչ են ֆունկցիաները և դիֆերենցիալ հավասարումները, մենք հիմա կքննարկենք: Օրինակ՝ ամենապարզ ֆունկցիան մասնիկի դիրքն է։ Սրանք երեք ֆունկցիաներ են, այսինքն՝ կոորդինատ երեք ուղղություններով։ Կա մասնիկի դիրքը տվյալ պահին t այս դիրքում, հաջորդ անգամ մեկ այլ դիրքում և այլն։

Ստացվում է ֆունկցիա՝ մասնիկի դիրքի ժամանակային կախվածությունը։ Այս ֆունկցիան նկարագրվում է հայտնի դիֆերենցիալ հավասարմամբ, որը կոչվում է Նյուտոնի երկրորդ օրենք։ Այն դիֆերենցիալ է, քանի որ պարունակում է այս ֆունկցիայի երկու ածանցյալ: Սա զանգվածով բազմապատկած արագացումն է, և այս ամենը որոշվում է այս մասնիկի վրա ազդող ուժով։ Ահա ձեզ համար դիֆերենցիալ հավասարումը: Եթե ​​դուք նշում եք մասնիկի սկզբնական դիրքը և դրա սկզբնական արագությունը, ապա այս հավասարման լուծումը եզակիորեն որոշվում է:

Թերմոդինամիկայի մեջ ամեն ինչ նույնպես միանշանակ է նկարագրված։ Դուք միայն մասնիկ ունեք, ոչ թե մեկը, այլ շատ։ Գազի մեջ քանի մասնիկ պարունակվող գաղափարը տրված է Ավոգադրոյի թվով։ Գազի ցանկացած ծավալի մեջ կան հսկայական քանակությամբ մասնիկներ։ Այս մասնիկները շարժվում են, բախվում միմյանց, բախվում պատերին, և դա հանգեցնում է թերմոդինամիկական երևույթների։ Ստացվում է, որ եթե դուք ունեք բավականաչափ հզոր համակարգիչ, որը կարող է աշխատել տվյալների նման հսկայական զանգվածով, ապա, իմանալով բոլոր մասնիկների սկզբնական դիրքը և դրանց սկզբնական արագությունները, կարող եք միանշանակորեն որոշել դրանց հետագա էվոլյուցիան և գազային վարքագիծը, կանխատեսել ամբողջությամբ: գազի վարքագծի և դրա բաղկացուցիչ մասնիկների մանրամասները և այլն։

Այս միտքը կարելի է շարունակել հետագա։ Մենք նաև բաղկացած ենք մոլեկուլներից, ատոմներից, որոնք փոխազդում են միմյանց հետ, գործում են միմյանց վրա ինչ-որ ուժերով։ Եվ եթե մենք սահմանենք այս բոլոր մասնիկների սկզբնական դիրքերը և սկզբնական արագությունը, որից մենք կազմված ենք, ապա մեր վարքագիծը լիովին կանխորոշված ​​է, քանի որ մեր գիտակցությունը և մնացած ամեն ինչ, եթե հավատում ենք այս մեխանիկական մոդելին, ամբողջովին որոշվում է այդ քիմիական ռեակցիաներով։ որոնք տեղի են ունենում մեր ուղեղի և մարմնի ներսում և այլն: Ըստ այդմ՝ կամք չկա։ Իմ հետագա ցանկացած գործողություն կանխորոշված ​​է այն ամենով, ինչ տեղի է ունենում շուրջը: Այսպիսով, սա Լապլասի պարադոքսն է, որ ամեն ինչ կանխորոշված ​​է։

Ենթադրվում էր, որ Լապլասի պարադոքսը լուծվում է քվանտային մեխանիկայի միջոցով, քանի որ այնտեղ հայտնվում է հավանական մեկնաբանություն։ Այնուամենայնիվ, քվանտային մեխանիկայի հավանական մեկնաբանությունը առաջանում է, երբ համակարգը բացվում է: Այսինքն, եթե դուք ազդում եք փոքր քվանտային համակարգի վրա մեծ դասական համակարգով, սա կոչվում է չափում, չափվում է քվանտային մեխանիկական համակարգի վիճակը և այս պահին առաջանում է հավանական մեկնաբանություն։ Իսկ եթե քվանտ-մեխանիկական համակարգը փակ է, ապա այն ամբողջությամբ նկարագրվում է այսպես կոչված ալիքային ֆունկցիայով։ Իր հավանական մեկնաբանության պատճառով այն կոչվում է հավանականության ալիք, բայց դա նշանակություն չունի:

Ինչ էլ որ այն կոչվի, փակ քվանտային մեխանիկական համակարգը նկարագրվում է ալիքային ֆունկցիայով, որը նույնպես ենթարկվում է դիֆերենցիալ հավասարմանը, որը կոչվում է Շրյոդինգերի հավասարում։ Հետևյալը կարևոր է. եթե դուք գիտեք այս դիֆերենցիալ հավասարման սկզբնական պայմանները, այսինքն՝ ալիքային ֆունկցիայի սկզբնական արժեքները, դրա ածանցյալները, ապա դրանից հետո դուք միշտ յուրօրինակ կերպով վերականգնում եք ալիքի ֆունկցիան: Իսկ քվանտային մեխանիկական համակարգը, եթե այն փակ է, նկարագրվում է եզակի կերպով՝ օգտագործելով այս ալիքային ֆունկցիան: Եվ ոչ մի հավանական մեկնաբանություն պետք չէ, քանի որ դուք չեք ապակողպում համակարգը։

Կարելի է ասել, որ կրկին ամեն ինչ կանխորոշված ​​է։ Սրա հետ կարելի է վիճել, բայց անկախ նրանից, թե ինչ տեսության հետ գործ ունենք՝ հարաբերականության տեսության, հարաբերականության ընդհանուր տեսության, ձգողության հավասարման, Մաքսվելի հավասարումների, թույլ և ուժեղ փոխազդեցությունները նկարագրող հավասարումների հետ, այս բոլոր ուժերը նկարագրված է երկրորդ կարգի դիֆերենցիալ հավասարումներով: Այս հավասարումները պարունակում են դաշտեր, որոնք կոորդինատների ֆունկցիաներ են, այսինքն՝ տարածության և ժամանակի դիրքի, ինչ-որ դաշտի արժեքի: Նրա փոփոխությունները տարածության և ժամանակի մեջ նկարագրվում են դիֆերենցիալ հավասարմամբ։ Այսինքն՝ նորից ամեն ինչ կարծես կանխորոշված ​​է։

Որտեղի՞ց են առաջանում պարադոքսները: Եկեք մի վայրկյան նահանջենք և փորձենք բացատրել, թե ինչ է կատարվում: Պարադոքսների մի զգալի մասն առաջանում է այն ժամանակ, երբ մենք փորձում ենք բնության ինչ-որ օրենք էքստրապոլյացիա անել բոլոր դեպքերում: Օրինակ՝ հայտնի պարադոքսը. ի՞նչն առաջացավ՝ հավը, թե՞ ձուն։ Փիլիսոփայական խնդիր, որը թույլ է տալիս ենթադրել, որ տիեզերքի պատմության ընթացքում եղել են հավեր, որոնք ձու են ածել, ձվերը դուրս են եկել հավերի մեջ և այլն: Հասկանալի է, որ միշտ չէ, որ այդպես է եղել։ Էվոլյուցիայի արդյունքում կային միջանկյալ վիճակներ, որոնք ծնեցին ձվի պես մի բան, ավելի մոտ և ձվի նման, և այդ ձվերից կամ ձվերի նմանությունից դուրս եկան թռչուններ կամ կենդանիներ, որոնք ավելի ու ավելի մոտ էին նրան, ինչ մենք հիմա անվանում ենք: մի հավ. Հավի ու ձվի պարադոքսը լուծվում է այս կերպ.

Լապլասի պարադոքսին վերադառնալու համար մենք՝ բնագետներս, միշտ օգտագործում ենք որոշակի մոտավորություն։ Ցանկացած բնագիտական ​​օրենք, որքան էլ այն հիմնարար լինի, որոշակի մոտավորությամբ միշտ ճիշտ է: Նյուտոնի երկրորդ օրենքը ճշմարիտ է, եթե մենք գործ ունենք բավականաչափ մեծ օբյեկտների հետ՝ հատիկից և ավելին, որոնք շարժվում են լույսի արագությունից շատ ավելի փոքր արագություններով, Երկրի վրա և Արեգակնային համակարգում գրավիտացիոն արագություններով մոտ արագացումներով։ դաշտեր, որոնք ստեղծում են արեգակի նման մի բան, արևի նման աստղեր կամ երկրագնդի նման մոլորակներ: Եթե ​​մենք սկսենք քննարկել շատ մեծ արագությամբ շարժվող առարկաները, ապա պետք է գործ ունենանք հարաբերականության հատուկ տեսության հետ։ Եթե ​​մենք քննարկում ենք շատ ուժեղ գրավիտացիոն դաշտեր, ապա պետք է գործ ունենանք ընդհանուր հարաբերականության հետ: Եթե ​​մենք պետք է գործ ունենանք շատ փոքր օբյեկտների հետ, մենք պետք է գործ ունենանք քվանտային մեխանիկայի հետ: Եթե ​​մենք պետք է գործ ունենանք շատ մեծ արագությունների հետ շատ փոքր օբյեկտների համար, մենք պետք է գործ ունենանք դաշտի քվանտային տեսության հետ: Հաջորդ քայլում, եթե մենք ուզում ենք զբաղվել քվանտային դաշտի տեսությամբ շատ ուժեղ գրավիտացիոն դաշտերում, մենք հավանաբար պետք է գործ ունենանք քվանտային գրավիտացիայի նման մի բանի հետ, որը դեռ ստեղծման փուլում է, իսկ մնացած տեսությունները եղել են. զարգացած.

Որտեղի՞ց է գալիս այս մոտարկումը: Մաթեմատիկան, ինչպես սիրում են ասել մեծ պաթոսով, այն է, ինչը թույլ է տալիս մեզ շրջապատող քաոսի մեջ ինչ-որ կարգուկանոն գտնել։ Այսինքն՝ մենք միշտ օգտագործում ենք մաթեմատիկական բանաձևեր՝ մաթեմատիկորեն իդեալականացված մի բան նկարագրելու համար, որը մոտավորապես նկարագրում է այն, ինչ իրականում տեղի է ունենում բնության մեջ։ Եվ մենք նույնիսկ կարող ենք որոշել, թե ինչ մոտավորությամբ, և նույնիսկ բարելավել այս մոտարկումը՝ մոտենալով իրական իրավիճակին։ Օրինակ, չկան իդեալական, անսահման բարակ ուղիղ գծեր, չկան իդեալական կետեր և անչափ առարկաներ, չկան իդեալական իներցիալ հղման շրջանակներ։

Բայց իրականում ի՞նչ է կատարվում։ Մենք կարող ենք հաշվարկել տրված տարածքի բերքը՝ այն նկարագրելով ուղղանկյունով կամ բազմանկյունով, որի եզրերը կազմված են ուղիղ գծերի հատվածներից՝ ենթադրելով, որ դրանք անսահման բարակ են։ Սա մեզ թույլ է տալիս գնահատել այս հարթ գործչի տարածքը և բերքը, որը մենք կհավաքենք, հաճախ անտեսելով այն փաստը, որ այս մակերեսը հարթ չէ, բայց այս բազմանկյունի ներսում կան թմբեր, իջվածքներ և այլն: Հարցն այն է, թե որքան մոտ ենք մենք աշխատում։

Նույն կերպ, օգտագործելով կատարյալ բարակ գծեր, կետեր և այլն, մենք կարող ենք հաշվել տանը։ Տների հաշվարկի ճշտության համար մի քանի միլիմետրը բավական է, որպեսզի պատուհանների մեջ բացեր չունենանք։ Մյուս կողմից, ի՞նչ ճշգրտությամբ է մեզ անհրաժեշտ արագացուցիչի մեջ դետեկտորի նման օբյեկտը հաշվարկելու համար (և սա համեմատելի է երեք, չորս կամ հինգ հարկանի տան հետ): Այնտեղ դրա տարբեր մանրամասները ճշգրտվում են միմյանց հետ մինչև մեկ միկրոն ճշգրտությամբ: Այնտեղ ճշգրտությունն ավելի բարձր է անհրաժեշտ, քանի որ անհրաժեշտ է որոշել մասնիկների հետքերը և ռեակցիայի գագաթները նման ճշգրտությամբ։ Հարցն այն է, թե ինչ ճշգրտությամբ ենք ուզում նկարագրել։ Հետևաբար, մենք միշտ ինչ-որ մոտարկում ենք անում՝ սահմանափակված որոշակի ճշգրտությամբ, որով ցանկանում ենք ինչ-որ բան նկարագրել, և ամեն ինչ բխում է սրանից։

Հետևաբար, դիֆերենցիալ հավասարումները, որոնք նկարագրում են բնության օրենքները, իրականում որոշակի մոտարկում են այն ամենին, ինչ իրականում տեղի է ունենում բնության մեջ: Ոչ ոք չի ասել, որ եթե գնանք նույնիսկ ավելի փոքր չափերի, կտեսնենք տարածության և ժամանակի նուրբ կառուցվածք, ինչ-որ հատիկավոր կառուցվածք, որի վարքագիծն այլևս չի նկարագրվի դիֆերենցիալ հավասարումներով, այլ վերջավոր տարբերության հավասարումներով: Այո, նման հավասարումների դեպքում կրկին խնդիր է առաջանալու այն բանի հետ, որ ամեն ինչ կանխատեսելի է։ Բայց ի՞նչ, եթե դրանք վերջավոր տարբերությամբ հավասարումներ չեն: Փաստն այն է, որ, ամենայն հավանականությամբ, Լապլասի պարադոքսը բացատրվում է նրանով, որ անհրաժեշտ չէ բնության օրենքները, որոնք կիրառելի են տվյալ իրավիճակում, կյանքի և բնության բոլոր դեպքերի համար:

Էմիլ Ախմեդով, ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր, ԱԻ Ալիխանովի անվան տեսական և փորձարարական ֆիզիկայի ինստիտուտի առաջատար գիտաշխատող, Մոսկվայի ֆիզիկատեխնիկական ինստիտուտի տեսական ֆիզիկայի ամբիոնի պրոֆեսոր:

Մեկնաբանություններ: 0

Ազատ կամքի հարցը հին փիլիսոփայական խնդիրներից է, սակայն վերջին տասնամյակներում այս ոլորտում շատ հետաքրքիր զարգացումներ են եղել։ Զրույցի մասնակիցները կքննարկեն այս նորամուծությունները։ Մասնավորապես, կխոսենք Դ. Պերեբումի «Ֆրանկֆուրտի օրինակների», «Շահագործման փաստարկի» և Ռ. Քեյնի «Վերջնական պատասխանատվության սկզբունքի» մասին։ Այս և այլ հայեցակարգային գործիքների դիտարկումը թույլ կտա զրույցի մասնակիցներին գնահատել իրական առաջընթացը ազատ կամքի խնդիրը հասկանալու գործում:

Դետերմինիզմը ընդհանուր գիտական ​​հայեցակարգ է և փիլիսոփայական վարդապետություն աշխարհում տեղի ունեցող բոլոր երևույթների և գործընթացների պատճառականության, օրինաչափության, գենետիկական կապի, փոխազդեցության և պայմանականության վերաբերյալ:

Անզգայացնող Ջենիֆեր Էնիսթոնի և մուրճով զինված գիտնականի օգնությամբ պրոֆեսոր Մարկուս դյու Սոտոյը փնտրում է այն հարցի պատասխանը, թե ինչ է «ես»-ը։ Դա անելու համար նա իրեն մի քանի հետաքրքիր և անսովոր փորձերի է ենթարկում։ Մարկուսը կիմանա, թե որ տարիքում է ի հայտ գալիս մեր ինքնագիտակցությունը, և արդյոք այն ունեն այլ կենդանի էակներ: Նա ինքն իրեն քնեցնում է անզգայացնող փորձի մեջ՝ դա ավելի լավ հասկանալու համար, այնուհետև ունենում է մարմնից դուրս փորձ՝ տեղայնացնելու իր եսը: Դրանից հետո Մարկուսը գնում է Հոլիվուդ՝ հասկանալու, թե ինչպես են հայտնի մարդիկ օգնում ավելի լավ հասկանալ մեր ուղեղի մանրադիտակային գործունեությունը: Այնուհետև նա մասնակցում է մտքերի ընթերցման փորձի, որն արմատապես փոխում է նրա պատկերացումները «ես»-ի մասին:

Եթե ​​հայտնի են համակարգի սկզբնական պայմանները, ապա հնարավոր է, օգտագործելով բնության օրենքները, կանխատեսել դրա վերջնական վիճակը։

Ազատ կամքը ընդհանրապես ազատ կամքի մասին մտածելու կարևոր մասն է: Կրոնները մեծապես տարբերվում են նրանով, թե ինչպես են նրանք արձագանքում ազատ կամքի դեմ հիմնական փաստարկին, և, հետևաբար, կարող են տարբեր արձագանքներ տալ ազատ կամքի պարադոքսին, այն պնդումին, որ ամենագիտությունն անհամատեղելի է ազատ կամքի հետ:

«Ժամանակակից իրադարձությունները կապ ունեն նախորդ իրադարձությունների հետ՝ հիմնված այն ակնհայտ սկզբունքի վրա, որ ոչ մի առարկա չի կարող լինել առանց պատճառի, որն առաջացրել է այն… Կամքը, որքան էլ ազատ լինի, չի կարող, առանց որոշակի շարժառիթների, առաջացնել գործողություններ, նույնիսկ այնպիսիք. որոնք համարվում են չեզոք ... Տիեզերքի ներկա վիճակը պետք է դիտարկենք որպես նրա նախորդ վիճակի և հաջորդի պատճառի արդյունք: Միտք, որը ցանկացած պահի կիմանար բնության մեջ գործող բոլոր ուժերը և դրա բաղկացուցիչ մասերի հարաբերական դիրքը, եթե, ավելին, բավականաչափ ընդարձակ լիներ այս տվյալները վերլուծության ենթարկելու համար, մեկ բանաձևով կներառեր շարժումները։ Տիեզերքի ամենահզոր մարմիններից և ամենաթեթև ատոմից. Նրա համար ոչինչ անհասկանալի չէր լինի, և ապագան, ինչպես անցյալը, նրա աչքի առաջ կլիներ... Օդի կամ գոլորշու մոլեկուլով նկարագրված կորը վերահսկվում է նույնքան խիստ և հստակ, որքան մոլորակային ուղեծրերը. նրանց միջև կա միայն տարբերություն, որը պարտադրում է մեր անտեղյակությունը»

Խնդիր կա ազատության մեր գաղափարի համատեղելիության և այն մասին, թե ինչպես է աշխատում աշխարհը։ Մի կողմից մենք գիտենք, որ յուրաքանչյուր իրադարձություն ունի իր պատճառները: Պատճառների շղթան շատ հեռու է գնում։ Եվ կարծես թե այն, ինչ կատարվում է այսօր, կանխորոշված ​​է անցյալի իրադարձություններով։ Մյուս կողմից, կա միտք, որ մենք ինքներս ի վիճակի ենք գործողություններ նախաձեռնել, իսկապես կարող ենք փոխել ապագան։ Ազատ կամքի մետաֆիզիկական խնդիրը պատճառահետևանքային կարգի հարաբերության խնդիրն է, այն փաստի միջև, որ բոլոր իրադարձությունները որոշված ​​են և այն փաստը, որ մենք կատարում ենք ազատ ընտրություն կամ ազատ գործողություն: Բայց սա վերացական խնդիր չէ։ Անհատականության և պատասխանատվության հայեցակարգը կառուցված է ազատության առկայության մասին պատկերացումների վրա: Կարո՞ղ ենք ազատ գործողություններ կատարել, ինչի՞ վրա է հիմնված բարոյական և իրավական պատասխանատվությունը, և արդյոք ռոբոտը մարդ կդառնա։ Այս համարում առաջարկում ենք քննարկել Դիրկ Պերեբումի մանիպուլյացիայի փաստարկը։

Իլյա Շչուրով

Ե՞րբ է «գործառույթ» հասկացությունը ներդրվել գիտական ​​շրջանառության մեջ։ Ի՞նչ լուծումներ են առաջարկվել լարերի թրթռման խնդրի համար: Ի՞նչ մոտեցումներ կային գործառույթները հասկանալու համար: Իսկ ինչպե՞ս զարգացավ լարային վեճը։ Այս մասին խոսում է մաթեմատիկոս Իլյա Շչուրովը։

Ֆունդամենտալ ֆիզիկայում, ի տարբերություն մաթեմատիկայի, կան միայն երեք հիմնական չլուծված խնդիրներ, որոնց հետ առնչվում են գիտության այս ոլորտի գրեթե բոլոր գիտնականները. սա տիեզերական հաստատունի խնդիրն է, քվարկների սահմանափակման խնդիրը և քվանտային գրավիտացիայի խնդիրը:

Տիեզերական հաստատունի խնդիրը

Պատկերացրեք անցք, որի մեջ գնդակ կա: Եթե ​​տեղափոխեք այն, այն կսկսի տատանվել և առանց շփման ընդմիշտ տատանվելու է. դուք ստանում եք դասական տատանվող: Բայց եթե գնդակին չդիպչեն, ապա այն պարզապես կպառկի ներքևում:

Այնուամենայնիվ, քվանտային մասնիկը գնդակ չէ, այլ ալիք: Հետևաբար, քվանտային օսլիլատորի հիմնական վիճակն ունի ոչ զրոյական էներգիա։ Սա փոսի ներսում մեկ գագաթով ալիք է: Այսինքն՝ քվանտային մասնիկը տատանվում է նույնիսկ հիմնական վիճակում։ Սրանք այսպես կոչված զրոյական տատանումներ են։ Դրանք տեղի են ունենում ցանկացած քվանտային համակարգում, ներառյալ դաշտի քվանտային տեսությունը:

Դաշտի քվանտային տեսության մեջ վակուումը դատարկություն չէ։ Այն բաղկացած է զրոյական թրթռումներից։ Եթե ​​չկա ձգողականություն, ապա էներգիան հաշվարկվում է այս զրոյական տատանումների ընդհանուր էներգիայից։ Նրանք կարծես դեն են նետված: Եվ դաշտի քվանտային տեսության բոլոր մասնիկները գրգռվածություն են զրոյական տատանումների վրա:

Այնուամենայնիվ, գրավիտացիայի առկայության դեպքում զրոյական տատանումները չեն կարող անտեսվել: Չէ՞ որ նրանք ինչ-որ բան են «կշռում», այսինքն՝ թեքում են տարածություն-ժամանակը։ Հետեւաբար, խնդիր կա.

Տեսականորեն կանխատեսվում է, որ զրոյական կետի տատանումները հսկայական վակուումային էներգիա են կազմում: Այնուամենայնիվ, դիտարկումները ցույց են տալիս, որ մեր տիեզերքում վակուումային էներգիան շատ փոքր է: Սա այն է, ինչ այժմ կոչվում է մութ էներգիա տիեզերքում: Դա հանգեցնում է տիեզերքի արագացված ընդլայնման, քանի որ ինչ-որ բան «կշռում է»: Սա հենց տիեզերական հաստատունի խնդիրն է՝ մի կողմից դաշտի քվանտային տեսությունը կանխատեսում է, որ այն հսկայական է, իսկ մյուս կողմից՝ մենք դիտում ենք շատ փոքր։ Որտե՞ղ է գնում դաշտի քվանտային տեսության կողմից կանխատեսված հսկայական վակուումային էներգիան: Եվ այդ դեպքում ո՞րն է մութ էներգիայի բնույթը:

Քվարկների սահմանափակման խնդիրը

Հայտնի է, որ միջուկը բաղկացած է պրոտոններից և նեյտրոններից։ Նրանք փոխազդում են միմյանց հետ միջուկային ուժերի օգնությամբ։ Եթե ​​պրոտոնները իրար մղենք՝ ավելացնելով էներգիան, կտեսնենք նոր մասնիկների հսկայական բազմազանության՝ հադրոնների ծնունդ:

Բոլոր հադրոնները նկարագրված են մեկ ձևով՝ դրանք կազմված են քվարկներից։ Սա նկատվում է պրոտոնի վրա էլեկտրոնի ցրման միջոցով շատ բարձր էներգիաներով: Պարզվում է, որ այս դեպքում էլեկտրոնը ցրվում է գրեթե այնպես, ինչպես ալֆա մասնիկները ատոմների վրա։ Վերջինս 20-րդ դարի սկզբին ուսումնասիրել է Ռադերֆորդը. նա տեսել է, որ ալֆա մասնիկը ցրվում է միջուկի շատ կենտրոնացված կենտրոնից, որն ունի շատ փոքր չափսեր։ Պարզվում է, որ ճիշտ նույն կերպ էլեկտրոնը ցրվում է պրոտոնի վրա, բայց մեկ նախազգուշացումով. պրոտոնը կարծես թե ունի երեք կենտրոն՝ համապատասխան լիցքերով:

Պրոտոնի ներսում իսկապես երեք քվարկ կա։ Բայց ինչ-որ անհայտ պատճառով մենք չենք կարող այս քվարկներն առանձին ձեռք բերել, մենք միշտ դրանք տեսնում ենք միայն որպես հադրոնների մի մաս: Մենք գիտենք քվարկների տեսությունը, և սա քվանտային քրոմոդինամիկան է, որը նկարագրում է քվարկներն ու գլյուոնները։ Վերջիններս կրում են քվարկների փոխազդեցությունը, ինչպես էլեկտրական լիցքերի միջև եղած ֆոտոնները։ Մենք լավ ենք հասկանում քվանտային քրոմոդինամիկան բարձր էներգիաների դեպքում: Այնուհետև այն իսկապես նկարագրում է հադրոնների ֆիզիկան: Բայց ցածր էներգիաների դեպքում էլեկտրոնը ցրվում է հադրոններով որպես ամբողջություն: Ինչպե՞ս է մի նկարագրությունը գործնականում ազատ քվարկների օգնությամբ անցնում մյուսին՝ հադրոնների տեսքով՝ որպես քվարկների կապված վիճակներ: Իսկ ինչո՞ւ քվարկներն առանձին գոյություն չունեն։ Այս հարցերը գտնվում են կալանքի խնդրի հիմքում:

Քվանտային գրավիտացիայի խնդիրը

Դաշտի քվանտային տեսությունը խնդիրներ ունի անսահման հաճախականությունների գոյության հետ։ Կոպիտ ասած՝ դաշտը կարող է կամայականորեն թեքվել՝ կամայականորեն բարձր ճշգրտությամբ։ Դրա պատճառով առաջանում են այսպես կոչված տարաձայնություններ, այն է՝ դաշտի քվանտային տեսության մեջ տարբեր ֆիզիկական մեծություններ հաշվարկելիս մենք ստանում ենք անսահման ներդրում: Այժմ մշակված դաշտի բոլոր քվանտային տեսություններում, որոնց հետ մենք առնչվում ենք, այս տարաձայնությունները կարող են վերացվել՝ վերասահմանելով մի քանի զուգակցող հաստատուններ, օրինակ՝ մասնիկների լիցքերը և զանգվածները:

Միևնույն ժամանակ, գրավիտացիայի քվանտավորման ժամանակ նմանատիպ խնդիրը վերացնելու համար պետք է վերասահմանել միացման անսահման թվով հաստատուններ: Քանի որ էներգիան մեծանում է, տեսությունը պետք է ավելի ու ավելի բարդ լինի: Սա ենթադրում է, որ գրավիտացիայի տեսությունը կիրառելի է միայն ցածր էներգիաների դեպքում, և այն պետք է հիմնված լինի ավելի հիմնարար (բարձր էներգիայի) տեսության վրա, որը մենք դեռ չգիտենք։

2015 թվականի սեպտեմբերին Սթիվեն Հոքինգը նոր գաղափարի վրա, որը, ըստ ֆիզիկոսի, կօգնի լուծել սև խոռոչներում տեղեկատվության կորստի 40-ամյա պարադոքսը։ Այս պարադոքսը ձևակերպված է դաշտի քվանտային տեսության և հարաբերականության ընդհանուր տեսության միջերեսում, ուստի դրա լուծումը կարող է օգնել ձևակերպել քվանտային գրավիտացիայի տեսությունը:
Գիտնականն իր ուղերձում անդրադարձել է տիեզերքի որոշ հատուկ հատկությունների, դրանք ճիշտ օգտագործելով՝ կարող եք նշել, թե ինչպես և ինչ ձևով է տեղեկատվությունը թողնում սև խոռոչը։ Հայտարարությունից հետո «թեժ հետապնդման մեջ» մենք արդեն դասավորում ենք Հոքինգի առաջարկը, սակայն վարկածի բոլոր մանրամասները դեռ սպասում են հրապարակմանը։

Երեք ամիս անց՝ Ամանորից գրեթե անմիջապես հետո, arXiv.org էլեկտրոնային նախատպման ծառայությունում հայտնվեց հոդված, որում ֆիզիկոսը գործընկերներ Էնդրյու Սթրոմինգերի և Մալքոլմ Փերիի հետ ավելի մանրամասն բացահայտեց իր առաջարկի էությունը։ Նախնական տպագրության հրապարակմանը զուգահեռ՝ Հոքինգը հոդվածը հրապարակման է ներկայացրել ամենահարգված ֆիզիկայի ամսագրերից մեկին. Ֆիզիկական վերանայման նամակներ. Հինգ ամիս անց աշխատանքը վերանայվեց և հունիսի 6-ին հայտնվեց ամսագրի կայքում։

Սա առաջացրեց սև խոռոչներում գտնվող այլ տիեզերքների պորտալների և այլ տարօրինակ երևույթների մասին հրապարակումների անսպասելի աճ: Նրանց աղբյուրը գիտահանրամատչելի դասախոսությունն է, որը Հոքինգը տվել է 2015 թվականի օգոստոսին։ Հրապարակված աշխատության մեջ ոչ մի խոսք չկա այլընտրանքային տիեզերքների մասին, բայց կան հենց այդ մանրամասները, որոնք բացատրում են, թե ինչպես վարվել տեղեկատվական պարադոքսի հետ։

Այսօր մենք վերադառնում ենք տեղեկատվական պարադոքսի քննարկմանը և մեկնաբանության համար կրկին դիմեցինք ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր, տեսական և փորձարարական ֆիզիկայի ինստիտուտի առաջատար գիտաշխատող Էմիլ Ախմեդովին։

Նախքան սկսելը

Տեղեկատվական պարադոքսը ձեւակերպելու համար անհրաժեշտ է հիշել սև խոռոչների մի քանի կարևոր հատկություններ. Դրանցից ամենահայտնին այն է, որ սև խոռոչն ունի որոշակի մակերես, որը կոչվում է իրադարձությունների հորիզոն, որից հետո նույնիսկ լույսը չի կարող հեռանալ օբյեկտի շրջակայքից: Երկրորդ կարևոր հատկությունը, այսպես կոչված, «սև խոռոչի անմազ թեորեմն» է։ Ըստ դրա՝ ցանկացած դաշտ, որը ստեղծում է հանգստի վիճակում գտնվող սև խոռոչը, անշարժ են, այսինքն՝ ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում։ Սև խոռոչի այս հատկությունը բխում է իրադարձությունների հորիզոնի հատկություններից։

Տեղեկատվական պարադոքսի առաջացման կարևոր քայլ էր Հոքինգի ճառագայթման կանխատեսումը, որի պատճառով սև խոռոչը դանդաղորեն գոլորշիանում է։ Սա քվանտային էֆեկտ է, որը կապված է փլուզման արդյունքում զրոյական կետի տատանումների ուժեղացման (ուժեղացման) հետ՝ սև խոռոչի ձևավորման գործընթաց։

Այս ճառագայթման էներգիայի սպեկտրը ջերմային է, և որքան փոքր է սև խոռոչը, այնքան մեծ է ջերմաստիճանը, որը համապատասխանում է այս ճառագայթմանը: Դա պայմանավորված է նրանով, որ սև խոռոչը չի կարողանա իր չափից մեծ ալիքի երկարությամբ քվանտային գրգռումներ պահել։ Հետևաբար, ընդհանուր նկատառումներից ելնելով, այն կճառագի իր հորիզոնի չափի կարգի բնորոշ ալիքի երկարությամբ։ Իսկ սև խոռոչի հորիզոնի շառավիղը համաչափ է նրա զանգվածին: Ըստ այդմ, բնորոշ ճառագայթման էներգիան, համաչափ լինելով հաճախականությանը, պետք է հակադարձ համեմատական ​​լինի սև խոռոչի զանգվածին։ Բայց ճառագայթման քվանտային բնորոշ էներգիան նրա ջերմաստիճանն է։ Այս էվրիստիկ փաստարկները, որոնք պատկանում են Վլադիմիր Նաումովիչ Գրիբովին, հաստատվում են մանրամասն հաշվարկներով։

Հոքինգի ջերմաստիճանը շատ ցածր է՝ Արեգակի զանգվածով սև խոռոչի համար այն կկազմի կելվինի տասը միլիոներորդական մասը: Եվ ավելի մեծ զանգված ունեցող սև խոռոչը, համապատասխանաբար, կունենա ավելի ցածր ջերմաստիճան: Ուստի, ամենայն հավանականությամբ, տեսանելի ապագայում գործնականում անհնար է տեսնել Հոքինգի ճառագայթումը: Եթե ​​հնարավոր չլինի հայտնաբերել, այսպես կոչված, նախնադարյան սև խոռոչների քայքայումը, որոնք ձևավորվել են տիեզերքի զարգացման վաղ փուլերում։ Իսկապես, այդ դեպքում նյութի խտությունը պետք է որ շատ բարձր լիներ, և, հետևաբար, կարող էին ձևավորվել շատ փոքր զանգվածի սև անցքեր: Նման անցքերը կունենան շատ բարձր ջերմաստիճան: Կարելի է հուսալ, որ կտեսնենք դրանց քայքայման արդյունքները Հոքինգի ճառագայթման միջոցով, եթե նայենք տիեզերքի ամենահեռավոր, այսինքն՝ ամենավաղ, տեսանելի հատվածներին: Բայց մինչ այժմ նման երեւույթներ չեն հայտնաբերվել։

Հոքինգի ճառագայթումը կախված չէ նրանից, թե ինչ նյութից է առաջացել սև խոռոչը փլուզման արդյունքում։ Դրանում, տվյալ էներգիայի համար, հավասար հավանականությամբ կարող են հայտնվել տարբեր մասնիկներ՝ ասենք, ֆոտոններ և չեզոք պի-մեզոններ։ Արդյունքում ստացվում է ֆիզիկայի համար անընդունելի իրավիճակ՝ կորում է սեւ խոռոչն ընկած մեկ ատոմի «ճակատագիրը» վերականգնելու հիմնարար հնարավորությունը։ Մաթեմատիկայի լեզվով սա նշանակում է, որ փոխակերպման մատրիցը, որը համակարգը փոխանցում է վիճակից մինչև սև խոռոչի ձևավորումը նրա գոլորշիացումից հետո վիճակ, պարզվում է, որ ոչ միասնական է (խոսքը S-մատրիցի մասին է, մեկ. կենտրոնական օբյեկտների քվանտային դաշտի տեսության մեջ): Սա նշանակում է, օրինակ, որ որոշ գործընթացների հավանականությունը կարող է մեկից մեծ լինել։

Սա տեղեկատվության կորստի պարադոքսն է. հիմնվելով հարաբերականության ընդհանուր տեսության և դաշտի քվանտային տեսության վրա՝ Հոքինգին հաջողվեց ստանալ այնպիսի իրավիճակ, որը պարզապես չպետք է լինի ֆիզիկայում: Այս պարադոքսի ձևակերպմանը կարելի է վերաբերվել տարբեր ձևերով, սակայն դրա հստակ և ճշգրիտ լուծելիությունը քվանտային գրավիտացիայի «իրական» տեսության հատկություններից է։

Էմիլ Ախմեդովը պատկանում է ֆիզիկոսների այն խմբին, ովքեր կարծում են, որ տեղեկատվության կորստի հետ կապված պարադոքս չկա։ Պարադոքսի հետ կապված երկիմաստությունը պայմանավորված է մեծ թվով կոպիտ ենթադրություններով, որոնք Հոքինգն արել է իր ձևակերպման մեջ: Ի թիվս այլ բաների, դրանք են.

1) Սև խոռոչի ճառագայթման մասնիկների էներգիան բավականին փոքր է՝ համեմատած սև խոռոչի ընդհանուր էներգիայի կամ զանգվածի հետ։
2) Իրադարձությունների հորիզոնը բավականաչափ հեռու է եզակիությունից, և հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը կիրառելի է դրա համար:
3) Քվանտային ուղղումները փոքր ներդրում ունեն Հոքինգի ճառագայթման սպեկտրում:

Այնուամենայնիվ, Էմիլը կարծում է, որ շատ կարևոր է մանրամասնորեն հասկանալ, թե ինչպես են սև խոռոչները քայքայվում, և ինչպես են քայքայված արտադրանքները տեղեկատվություն կրում փլուզվող նյութի սկզբնական վիճակի մասին:

Նոր աշխատանք և դրա նախապատմությունը

Հոքինգի, Սթրոմինգերի և Փերիի նոր հոդվածը վերնագրված է «Փափուկ մազեր սև անցքերի վրա»: Համաձայն Կալիֆորնիայի համալսարանի ֆիզիկայի վաստակավոր պրոֆեսոր Գարի Հորովիցի հանրաճանաչ ցուցմունքի, հոդվածը վերանայում է պարադոքսի ձևակերպման հիմքում ընկած հիմնարար փաստերը, ինչպիսիք են «սև խոռոչի անմազ թեորեմի» վավերականությունը:

Ն+1: Ինչպես հասկացա, նախնական տպագրությունից հետո անցած ժամանակում, հավանաբար, արդեն եղել են մի քանի սեմինարներ, որոնք մանրամասն վերլուծում են Հոքինգի աշխատանքը:

Էմիլ Ախմեդով.Անգամ ապրիլին դպրոց-կոնֆերանս ենք անցկացրել բակալավրիատի և մագիստրատուրայի ուսանողների համար։ Մենք զանգահարեցինք Մալքոլմ Փերիի և Հոքինգի ուսանողներին, նրանք դասախոսություններ կարդացին, և մենք քիչ թե շատ պարզեցինք, թե ինչ է պահանջում աշխատանքը։ Կարելի է ասել, որ նրանք հասել են խորը թյուրիմացության։

Ն+1: Սթրոմինգերը, Փարրին և Հոքինգը վերանայեցին երկու առաջարկներ, որոնք արվել էին Սթիվեն Հոքինգի կողմից 1975 թվականի սկզբնական թերթում: Կարծես թե նրանք ասացին, որ դա իրականում ճիշտ չէ: Որտեղի՞ց այս հայտարարությունը:

Է.Ա.Հիշո՞ւմ եք, ես անցյալ անգամ բացատրեցի ձեզ, որ կա այսպես կոչված «ոչ մազերի թեորեմ»: Տիեզերաժամանակը սև խոռոչի առկայության դեպքում ժամանակի տվյալ պահին, դրանից ցանկացած հեռավորության վրա,Այն բնութագրվում է երեք թվերով՝ զանգված, ոլորող մոմենտ և լիցք։ Համապատասխանաբար, սև խոռոչի ֆոնի վրա դաշտի քվանտային տեսության հիմնական վիճակը պետք է բնութագրվի այս պարամետրերով։ Եվ քանի որ Հոքինգի ճառագայթումը որևէ տեղեկություն չի պարունակում, նշանակում է, որ գրեթե այն ամենը, ինչ կար մինչև փլուզումը, անհետացել է։

Այժմ Սթրոմինգերը, Փերին և Հոքինգը վերանայել են այս հայտարարությունը։ Սկզբի համար նրանք ասում են, որ եթե դուք հեռանում եք սև անցքից ոչ թե որոշակի պահին, այլ լույսի անսահմանության ուղղությամբ, այսինքն՝ շարժվելով լույսի հետ միասին, ապա այս ճառագայթման բնութագրերը շատ ավելին են պարունակում։ պարամետրեր, ավելի ճիշտ՝ անսահման թվով պարամետրեր։

Ն+1: Այսինքն՝ դրանք չեն սահմանափակվում սև խոռոչի անկյունային իմպուլսով, լիցքով և զանգվածով։

Է.Ա.Այո՛։ Ես կարող եմ նույնիսկ էլեկտրամագնիսությունից անալոգը տալ, որը, թերեւս, ավելի հասկանալի կլինի։

Դիտարկենք լիցքերի խմբի էլեկտրամագնիսական դաշտը։ Եթե ​​մենք վերցնենք ժամանակի այս պահը և պարզապես նայենք այս խմբին շատ մեծ հեռավորությունից, ապա մենք կտեսնենք միայն Կուլոնի դաշտը: Դրան կարող են ուղղումներ առաջանալ՝ դիպոլային մոմենտը, քառաբևեռ մոմենտը, բայց Կուլոնի դաշտը կլինի գերիշխող մեծությունը մեծ հեռավորությունների վրա:

Ավելին, այստեղ կա «առանց մազերի թեորեմի» անալոգը. Մաքսվելի հավասարումների լուծումը, որը չի փոխվում կենտրոնի շուրջը պտտվելիս և մեծ հեռավորությունների վրա իջնում ​​է զրոյի, միակն է, և սա Կուլոնի դաշտն է։ . Դրա միակ հատկանիշը լիցքավորումն է։ Այս առումով իրավիճակը նման է «առանց մազերի թեորեմի»: Եթե ​​պտույտների նկատմամբ անփոփոխություն չկա, ապա կարող են լինել շտկումներ դիպոլների, քառաբևեռների և ավելի բարձր պահերի տեսքով:

Վերոհիշյալ բոլորը ճիշտ են, եթե նայենք մեղադրանքներին տվյալ պահին և մոռանանք դրանց շարժի մասին: Եթե ​​լիցքերը որոշակի շարժում են անում, ուրեմն ինչ-որ բան են ճառագում։ Այնուհետեւ, բացի վերը նշված հատկանիշներից, դուք կունենաք նաեւ ճառագայթման բնութագրեր։ Եվ նույնիսկ մեծ հեռավորության վրա, բացի Կուլոնյան դաշտից, կլինի նաև ճառագայթային դաշտ, որը կրում է անսահման թվով բնութագրեր: Նմանատիպ իրավիճակ կա գրավիտացիոն դաշտերի և ճառագայթման առկայության դեպքում: Ընդգծում եմ, որ առայժմ դա ուղղակիորեն կապված չէ տեղեկատվական պարադոքսի հանգուցալուծման հետ։

Ահա թե ինչ էր հայտնի Հոքինգի, Սթրոմինգերի և Փերիի հոդվածից առաջ՝ դեռ 60-70-ականներին։ Այս հարցի նկատմամբ նոր հետաքրքրություն առաջացավ Սթրոմինգերի աշխատանքի շնորհիվ իր ուսանողների և համահեղինակների հետ։ Բանն այն է, որ մեծ հեռավորության վրա գտնվող ճառագայթման այս անսահման թվով բնութագրերը կապված են տարածություն-ժամանակի այս հատվածում շատ մեծ ասիմպտոտիկ համաչափության առկայության հետ։ Հենց Սթրոմինգերն է ուսումնասիրել այն՝ փորձելով ընդհանրացնել AdS/CFT համապատասխանության սկզբունքը հարթ տարածության դեպքում։ [մի քիչ ավելին այս մասին նախորդ հարցազրույցում]

Ինչ նորություններ են առաջարկում Հոքինգը, Փերին և Սթրոմինգերը

Է.Ա.Այն ամենը, ինչ ես ասացի ճառագայթման անսահման մեծ թվով բնութագրերի մասին ճիշտ է, երբ դուք շատ հեռու եք գրավիտացիոն և էլեկտրամագնիսական դաշտերի բոլոր տեսակի աղբյուրներից: Մասնավորապես, դա ճիշտ է լուսային անվերջության առաջատար կարգի մոտավոր մոտարկման դեպքում, այսինքն՝ առանց որևէ ուղղումների։ Հոքինգը, Փերին և Սթրոմինգերը այժմ ասում են, որ նմանատիպ իրավիճակ պետք է լինի ոչ միայն ճառագայթման աղբյուրներից անսահման հեռավորության վրա, այլև սև խոռոչի իրադարձությունների հորիզոնի մոտ:

Ն+1: Դա հաստատ անսահման հեռավորություն չէ:

Է.Ա.Այո, սա հաստատ անսահման հեռավորություն չէ, բայց Հոքինգը և համահեղինակները պնդում են, որ իրենց հաջողվել է նկարագրել, թե ինչպես կարելի է վերը նկարագրված համաչափությունները տարածվել անսահմանությունից մինչև սև խոռոչի հորիզոն: Ընդ որում, ոչ թե դաշտերի ամենաընդհանուր դեպքի, այլ առայժմ միայն էլեկտրամագնիսական ճառագայթման համար։

Այս հայտարարության հետ կապված բազմաթիվ հարցեր կան։ Նրանք բառացիորեն ասում են, որ սև խոռոչի հորիզոնում կա բառացիորեն նույն համաչափությունը, ինչ անսահմանության մեջ: Որտեղի՞ց է այս հայտարարությունը, ես չկարողացա մանրամասն հասկանալ։ Եթե ​​նայեք Հոքինգի, Սթրոմինգերի և Փերիի հոդվածին, ապա բանաձևերն այնքան էլ շատ չեն, այլ բառերը: Եվ ես չկարողացա այս բառերից հանել փորձարկվող բանաձեւը։

Ն+1: Որտեղի՞ց այդ հայտարարությունը:

Է.Ա.Հոքինգին հետաքրքրում էր այն փաստը, որ սև խոռոչից մեծ հեռավորությունների վրա տարածություն-ժամանակի չափումը կարելի է նկարագրել ավելի շատ պարամետրերով, քան լիցքը, զանգվածը և անկյունային իմպուլսը: Սա «ոչ մազ թեորեմի» ակնհայտ խախտում է։ Նա կարծում էր, որ նույնը կարելի է ընդհանրացնել սև խոռոչի իրադարձությունների հորիզոնի մոտ տարածություն-ժամանակի մետրիկի բնութագրիչներին:

Իսկապես, ընդհանուր նկատառումներից պարզ է դառնում, որ եթե հաշվի առնենք մասնիկների/ալիքների սև խոռոչի վրա ազդեցությունը, որոնք ընկած կամ իրադարձությունների հորիզոնից դուրս են մղվել ըստ Հոքինգի, ապա այս հորիզոնը ինչ-որ կերպ կդեֆորմացվի։ Այս դեֆորմացիաները կարող են բնութագրվել անսահման թվով պարամետրերով, քանի որ դրանք կարող են տեղային լինել դրա ցանկացած մասում: Եվ այս պատկերը նման է այն բանին, թե ինչպես է տեղի ունենում տարածություն-ժամանակի դեֆորմացիան լուսային անսահմանությունում՝ այնտեղ գնացող ճառագայթման արդյունքում։ Այսինքն՝ իրադարձությունների հորիզոնի և լուսային անսահմանության անալոգիան ակնհայտ է։

Ն+1: Այսինքն, ես ճիշտ եմ հասկանում, որ թղթում ասվում է, որ Հոքինգի ճառագայթումը կունենա անսահման շատ բնութագրեր, և ոչ միայն ջերմաստիճանի բաշխում, որը կախված է զանգվածից, լիցքից և պտտվող պտույտից:

Է.Ա.Այո՛։ Եվ, համապատասխանաբար, այս բնութագրերի օգնությամբ դուք կարող եք ամբողջությամբ բնութագրել սև խոռոչի վիճակը։ Մի խոսքով, այս ամենը վաղուց պարզ է ինձ և իմ շատ գործընկերների համար, բայց ես չեմ տեսել հստակ և հեշտությամբ ստուգվող բանաձեւեր այս թեմայով։ Ավելին, նույնիսկ այն մարդկանցից, ովքեր հասկանում են այս հարցը և քննարկում այն ​​Հոքինգի, Սթրոմինգերի և Փերիի հետ միասին։

Ն+1: Ստացվում է, որ սա ավելի շատ փիլիսոփայական աշխատությո՞ւն է։

Է.Ա.Դա ավելի շատ նման է գաղափարի ձևակերպման: Որպես գաղափար ինձ դուր է գալիս: Կրկնում եմ՝ ի սկզբանե պարզ էր ինձ և իմ գործընկերներից շատերի համար։ Այսինքն՝ ինձ համար սա նորություն չէ, բացի նրանից, որ նման հայտնի մարդիկ այս թեմայով խոսել են նույն հունով, ինչ արտահայտվել են այլ, քիչ հայտնի մարդիկ։

Ն+1: Բացի «մազից» ևս մեկ փոքրիկ կետ կար. Հոքինգը, Սթրոմինգերը և Փերին ասում են, որ վակուումային վիճակն ինչ-որ կերպ եզակի չէ:

Է.Ա.Սև խոռոչի բնութագրերը նույնն են, ինչ վակուումի (հիմնական վիճակի) բնութագրերը դաշտի քվանտային տեսության մեջ սև խոռոչի ֆոնի վրա։ Փաստն այն է, որ նույնիսկ Հոքինգի ճառագայթման առկայության դեպքում մենք գործ ունենք դաշտի քվանտային տեսության հիմնական վիճակի հետ, քանի որ Հոքինգի ճառագայթումը զրոյական կետի տատանումների ուժեղացումն է, որոնք առկա են վակուումում, այսինքն՝ հիմնական վիճակում։ Նախկինում նրանք կարծում էին, որ այդ հատկանիշներից միայն երեքն է, բայց հիմա նրանք տեսան, որ պետք է լինի անսահման թվով նման հատկանիշներ։ Վաղուց հայտնի է, որ անսահմանության մեջ կան անսահման շատ նման բնութագրեր, և այժմ նրանք պնդում են, որ սև խոռոչի տարածքում ամեն ինչ ճիշտ նույնն է։ Այսպիսով, դաշտի քվանտային տեսության հիմնական վիճակը սև խոռոչի առկայության դեպքում ունի անսահման մեծ դեգեներացիա, և տարբեր հիմնական վիճակներ տարբերվում են վերը նշված բնութագրերով և փոխակերպվում են միմյանց անսահման համաչափության փոխակերպումների միջոցով:

Հոքինգը, Փերին և Սթրոմինգերը նույնիսկ պնդում են, որ իրենք դա խստորեն ապացուցել են։ Այսինքն՝ եթե ուղիղ հարցնես Մալքոլմ Պարրիին, նա կասի, որ իրենք ապացուցել են այս հայտարարությունը։ Եվ նա այն մարդն է, ով խոսքերը քամու մեջ չի գցում։ Ես ուղղակի լիովին չեմ հասկանում այս հայտարարությունները։

Ն+1: Վերջին հարցազրույցի ժամանակ դուք նշեցիք մեկ այլ գործոն, որը հաշվի չէր առել Հոքինգը. Հետաքրքիր է, պարադոքսի նկարագրության մեջ «անցքեր կարկատելիս» շտկվե՞լ է։

Է.Ա.Ես ասացի հետեւյալը՝ դաշտի քվանտային տեսությունը սեւ խոռոչի ֆոնի վրա գտնվում է ոչ ստացիոնար վիճակում։ Միգուցե ես մի փոքր այլ կերպ արտահայտեցի, բայց ես դա նկատի ունեի: Հոքինգը, Սթրոմինգերը և Փերին խոսում են վակուումի և դրա բնութագրերի մասին։ Ինձ համար սա բավարար չէ, քանի որ դաշտի քվանտային տեսությունը գտնվում է ոչ կայուն վիճակում՝ սև խոռոչի ֆոնի վրա, այն չի մնում վակուումային վիճակում, այլ անցնում է ինչ-որ գրգռված վիճակի։ Մասնավորապես, գրգռված են դաշտի տեսության ազատության ներքին աստիճանները։ Այսինքն, բացի զրոյական տատանումներից, սև խոռոչի ճառագայթմանը կնպաստեն նաև դաշտի քվանտային տեսության գրգռված վիճակները։ Եվ սա, իհարկե, բնութագրում է նաև դաշտի քվանտային տեսության վիճակը սև խոռոչի ֆոնի վրա և ամբողջացնում պատկերը։

Բայց այն, ինչ ես հենց նոր ասացի, ամենևին էլ ընդհանուր ընդունված տեսակետ չէ։ Այն կիսում են աշխարհում թերևս հինգ մարդ: Այնուամենայնիվ, այս տեսակետը կարող է հաստատվել մանրամասն հաշվարկներով [Emil T. Akhmedov et al. /PRD, 2016], իսկ բանաձեւը օբյեկտիվ է. Յուրաքանչյուրը կարող է ստուգել այն և համոզվել, որ այն ճիշտ է կամ սխալ:

մտածողության փորձ

Ն+1: Իսկ եթե ֆանտազիա եք անում, դեռ հնարավո՞ր է պատկերացնել ինչ-որ փորձ, որը կարող է ստուգել տեսությունը: Ի վերջո, յուրաքանչյուր տեսություն տալիս է իր կանխատեսումները, որոնք էլ ճշտության չափանիշներն են։

Է.Ա.Իհարկե, այս բոլոր էֆեկտները թույլ են և այս պահին միայն ակադեմիական հետաքրքրություն են ներկայացնում։ Ցավոք, անհույս է ստուգել Հոքինգի ճառագայթման առկայությունը և տեսնել դրա բնութագրերը երկնքի այն օբյեկտների մոտ, որոնք մենք համարում ենք սև խոռոչներ։

Ն+1: Իսկ եթե պատկերացնենք, որ կարող ենք սարքն ուղարկել?

Է.Ա.Նույնիսկ եթե պատկերացնենք, որ կարող ենք ուղարկել սարքը, այս էֆեկտները դեռ շատ թույլ են: Արեգակի զանգվածով սև խոռոչի ջերմաստիճանը կկազմի կելվինի տասը միլիոներորդական մասը, սա աննշան արժեք է նույնիսկ մասունքային տիեզերական ճառագայթման ֆոնի վրա:

Միակ բանը, ինչի վրա հույս ունեն գիտնականները, մանրադիտակային սև անցքերից երևույթներ տեսնելն է։ Երբ մենք նայում ենք երկնքին, մենք նայում ենք ոչ միայն հեռավորությանը, այլև անցյալին: Տիեզերքի զարգացման վաղ փուլերում, երբ այն շատ խիտ էր, կարող էին առաջանալ փոքր նախնադարյան սև անցքեր: Եթե ​​վերցնենք Էվերեստի զանգվածին հավասար սև խոռոչ, ապա այն ավելի շուտ չի ճառագայթում դանդաղ, այլ պայթում է, քանի որ նրա ջերմաստիճանը հսկայական է։

Ն+1: Պարզ է, որ որքան փոքր է սեւ խոռոչը, այնքան բարձր է ճառագայթման ջերմաստիճանը։ Բայց եթե մենք կարողանանք հեռվից որսալ գոնե մեկ քվանտ, որն արտանետվել է սև խոռոչի կողմից:

Է.Ա.Հոքինգի, Սթրոմինգերի և Պարրիի դիտարկումները փորձնականորեն հաստատելու համար մեզ համար բավարար չէ սև խոռոչի արտանետվող հոսքից մեկ քվանտ։ Եթե ​​հեռվից նայենք սև խոռոչին, ապա ամբողջ հոսքը տրվում է անսահման թվով բնութագրերով:

Ն+1: Այսինքն, եթե մենք կարողանայինք որսալ սև խոռոչի ճառագայթման ամբողջ հոսքը, ապա մենք կարող էինք պատասխան ստանալ, թե արդյոք տեսությունը ճիշտ է, թե ոչ։

Է.Ա.Դե, տեսականորեն, եթե մենք շրջապատենք սև խոռոչը տուփով և հավաքենք այն ամենը, ինչ այն արձակել է, մենք կարող ենք որոշել անսահման թվով լիցքերի մեծությունը: Ընդգծում եմ, որ դրանց մի մասը հավասար կլինի զրոյի, իսկ մի մասը՝ ոչ։ Այս ամենը լիովին կբնութագրեր սև խոռոչի վիճակը։

Բայց ևս մեկ անգամ կհստակեցնեմ, որ դա չի կարելի անել անսահմանության մեջ, քանի որ սև խոռոչը կարող է միայնակ չլինել, այն շրջապատված լինի ինչ-որ բանով։ Այս մարմինները կարող են նաև արձակել գրավիտացիոն և էլեկտրամագնիսական ճառագայթում։ Որոշակի սև խոռոչի բնութագրերը ստանալու համար մենք պետք է որսալ ճառագայթումը նրա հորիզոնի մոտ:

Ն+1: Պարզվում է, որ մենք պարզապես պետք է հսկայական դետեկտոր կառուցենք սև խոռոչի շուրջ՝ մի տեսակ Դայսոնի գունդ:

Է.Ա. Հ և այլն: Իհարկե, ես չեմ պնդում, որ վերը նշված դիտարկումները հաստատելու համար անհրաժեշտ է կատարել հենց այդպիսի բարդ և նույնիսկ անհնարին փորձ։ Եթե ​​տեսնեինք, որ ինչ-որ մանրադիտակային (օրինակ՝ առաջնային) սև անցք ճառագայթում է, և դրա բնութագրերը փոխվում են, և ճառագայթումը խլում է հենց այն բնութագրերը, որոնք փոխվել են, ապա դա բավական կլիներ:

Զրուցեց Վլադիմիր Կորոլևը

Քրիս Ֆրիլ - բրիտանացի լուսանկարիչ, նկարազարդումների հեղինակ, որոնք օգտագործվել են նյութում: Վերջին 10 տարին նա ծախսեց՝ փորձելով ստանալ իրեն դուր եկած լուսանկարը։ Նա արդեն աշխատել է 150 երկրում և կցանկանար ժամանակ ունենալ այցելելու մնացած 46-ը, մինչև դառնա հայրենի տուն։