Fizikas Emilis Akhmedovas apie antrąjį Niutono dėsnį, Minkovskio metriką ir erdvės laiko prigimtį.
Galite praleisti savo gyvenimo metus, nustatydami, kas yra laikas. Tai kiekvieno žmogaus, užimančio savo civilizacinę nišą, asmeninis reikalas. Žinoma, bandymas atsakyti į tokius klausimus yra žmogaus kultūros dalis. Tačiau fizikui svarbūs ryšiai tarp skirtingų substancijų, o santykiai – ne žodiniai, o formuliniai. Kaip tokio santykio pavyzdį galime paminėti antrąjį Niutono dėsnį. Jis teigia, kad F = ma – jėga priverčia kūną, kurio masė m, judėti pagreičiu a. Galite praleisti savo gyvenimo metus, kad išsiaiškintumėte galios prasmę. Galite praleisti savo gyvenimo metus, bandydami nustatyti, kokia yra masės esmė. Tačiau fizikui svarbus formulės santykis tarp jėgos, masės ir pagreičio. Dabar pabrėšiu kokia prasme.
Teigiama, kad dėsnis F = ma, antrasis Niutono dėsnis, išplaukia iš eksperimento. Tai nereiškia, kad yra konkretus eksperimentas, kurio metu matuojama jėga, masė, pagreitis ir nustatoma, kad F = ma. Yra daugybė gamtos reiškinių, kurie glaustai aprašyti šios formulės ir kitų formulių bei santykių pavidalu. Fizikui kaip tik tai svarbu: yra dydis, matuojamas niutonais, tai jėga; yra kiekis, matuojamas kilogramais - tai masė; yra vertė, matuojama metrais per sekundę kvadratu – tai pagreitis. Nuo vaikystės pati supratau, kad fizika yra mokslas, nustatantis ryšius tarp dydžių, kuriuos galima išmatuoti kilogramais, metrais ir sekundėmis. Niutonas pagal šią formulę išreiškiamas kilogramais, metrais ir sekundėmis.
Pabandykite atsakyti į klausimą "Kokia yra laiko prigimtis?" Šis klausimas yra teisėtas, bet fizikui ir inžinieriui svarbu ne abstraktus atsakymas, o formulė, susiejanti laiką su kažkuo, su kairiąja ir dešine pusėmis. Po to klausimas „Kokia yra to, kas yra dešinėje, prigimtis ir su kuo susijęs laikas?“ taps teisėtas. Kas nori, tegul atsako. Tačiau fizika yra svarbi santykiams tarp vienų ir kitų, priežasties ir pasekmės santykiams: jei aš jį taip keičiu, vadinasi, jis taip pasikeičia. Tai yra objektyvios tikrovės faktas, nesvarbu, kaip mes su tuo susieti.
Koks laikas fizikui? Yra laiko standartas, kuris, pavyzdžiui, laikomas Paryžiuje. Nežinau, kas dabar laikoma laiko etalonu, bet vieną molekulės vibraciją galiu laikyti laiko etalonu. Ir jei molekulė sukeldavo 10 milijardų virpesių, anksčiau ji buvo vadinama sekunde. Anksčiau sekundė buvo laikoma standartine, bet dabar galite paimti vieną vibraciją, tada sekundė yra 10 milijardų molekulės vibracijų. Atominis laikrodis, chronometras, matuojamas tiesiog kaip svyravimų skaičius tarp pradinio momento ir galutinio tam tikros molekulės momento. Taip matuojamas laikas, tokia jo prigimtis fizikui.
Taip pat galite paklausti: kokia yra erdvės prigimtis, kaip ji išdėstyta mikroskopiniame lygmenyje? Jei į šį klausimą gausite atsakymą formulės, jungiančios kai kurias erdvės charakteristikas su kažkuo kitu, forma, aš pasiruošęs tai aptarti. Man, kaip fizikui, tai įdomu. Jeigu pradedi sakyti, kad erdvė kaip substancija panaši į molį ar dar ką nors, man tai neįdomu, šis teiginys man nėra informatyvus.
Erdvės prigimtis fizikui yra tokia: erdvėje galite įvesti koordinačių tinklelį, tai yra įsivaizduoti koordinačių ašis erdvėje ir nustatyti būdą, kaip nustatyti padėtį šiose koordinatėse, taip pat atstumą tarp bet kurių dviejų. taškų erdvėje. Kaip išmatuoti atstumą lėktuve? Įvedate koordinačių tinklelį - Y ašis ir X ašis, apibrėžiate tašką, jis turi dvi koordinates. Pavyzdžiui, norite rasti atstumą nuo šio taško iki taško Y, jis taip pat turi savo koordinates. Apskaičiuojate koordinačių skirtumą išilgai vienos ir kitos ašies, jas kvadratu, pagal Pitagoro teoremą sudedate ir ištraukiate kvadratinę šaknį. Tai atstumas tarp dviejų taškų – Euklido plokštumos, Euklido dvimatės erdvės. Taip jis apibrėžiamas. Man daugiau nieko šiuo metu prognozuoti nereikia. Tada galima paklausti: iš kur tokia formulė, kodėl ji teisinga? Bet vėlgi, atsakymas man bus įdomus tik formule, o ne žodine.
Erdvė Niutono mechanikoje – tai trimatė erdvė, kurioje yra trys ašys: vertikali ašis Z, joms statmenos horizontalios X ir Y. Taško padėtis šioje erdvėje apibrėžiama kaip trys koordinačių reikšmės. Aš pasirinkau kažką už koordinačių centro, pavyzdžiui, kampą šioje patalpoje, nukreipiau ašis viena kitai statmenai ir sakau, kad taškas yra trys metrai nuo pradžios į vieną pusę, penki į kitą ir dešimt trečioji kryptis. Po to turiu nustatyti formulę, kuri nustato atstumą tarp šio taško ir bet kurio kito. Lygiai taip pat apskaičiuoju šio atkarpos ilgius išilgai trijų ašių (turiu atkarpą, jungiančią šiuos taškus, ji turi tris projekcijas ant trijų ašių). Sumuoju projekcijų kvadratus, ištraukiu kvadratinę šaknį ir tai duoda atsakymą, koks yra linijos atkarpos ilgis. Kai tik parašiau šią formulę, galiu tyrinėti materialių taškų, dalelių judėjimą veikiant jėgoms. Pavyzdžiui, veikiama tam tikrų jėgų, mano dalelė daro kažkokį judėjimą. Aš parašiau šią kreivę ir, naudodamas formulę, galiu nustatyti visas šios kreivės charakteristikas ir skaičiais sužinoti, kokia jėga ir kokiu momentu veikė dalelę ir suteikė jai tokį ir tokį pagreitį, dalelė turėjo tokią ir tokią masę, ir taip toliau. Po to nustatysiu dėsnio teisingumą – pavyzdžiui, F = ma. Arba, pasinaudodamas dėsniu F = ma, nuspėsiu, kaip dalelė judės veikiama vienos ar kitos jėgos.
Taip buvo Niutono mechanikoje, kur laikas buvo matuojamas atskirai kažko pagalba. Galilėjus skaičiavo sietynų svyravimus Piazza dei Miracoli katedroje, Pizoje, skaičiavo savo pulsą: kiek kartų tiksi, kiek kartų sietynas siūbavo. Jam matavimo vienetas buvo viena šešiasdešimtoji sekundės dalis. Kažkas kitas gali sukurti šveicarišką chronometrą, o kiti tuo nepasitenkina ir reikalauja, kad būtų atominis chronometras. Viskas priklauso nuo teiginio, kurį jis nori gauti, tikslumo.
Niutono mechanikoje laikas ir atstumas laike buvo matuojami atskirai. Tiesiog atstumas laike buvo matuojamas pagal tokią formulę: tarp vieno ir kito momento buvo tiek daug svyravimų, pavyzdžiui, švytuoklės. Tai reiškia, kad mes matavome laiką kaip virpesių skaičių. Lygiai taip pat matavome atstumą erdvėje – taip veikė Niutono mechanika.
Specialiojoje reliatyvumo teorijoje pasirodė naujas teiginys, kad nėra atskiro būdo matuoti atstumus išilgai laiko ir nėra atskiro būdo matuoti atstumus išilgai erdvės, tačiau yra vienas būdas atstumams erdvėlaikyje matuoti. Šis metodas pateikiamas Minkovskio formule, kuri teigia, kad atstumas tarp dviejų erdvėlaikio taškų apskaičiuojamas pagal šią formulę: padauginkite c 2 iš laiko trukmės, iš delta t 2, atėmus ilgio erdvėje kvadratą. - c 2 * Δt 2 - (x 1 -x 0) 2 - (y 1 - y 0) 2 - (z 1 -z 0) 2. Tas pats ilgio kvadratas, tai yra atėmus atstumą X kvadratu atėmus atstumą Y kvadratu atėmus atstumą Z kvadratu.
Minkovskio formulė išplaukia iš tos pačios vietos, kur F = ma – iš eksperimentinių duomenų rinkinio aprašymo. Jei sutinkate su šia formule, jūs talpiai aprašote tam tikrą eksperimentinių duomenų diapazoną. Šiame etape apie šią formulę daugiau nieko pasakyti nereikia.
Kalbėdami apie erdvės ir laiko kontinuumą arba erdvėlaikį, jie iš tikrųjų turi omenyje koordinačių nustatymo būdą erdvėje ir atstumo nustatymo būdą Minkovskio metrika. Tokia yra erdvės laiko prigimtis fizikui.
Minkovskio formulė labai skiriasi nuo Euklido formulės, nuo atstumų Euklido erdvėje nurodymo būdo. Dėl šios priežasties, Euklido geometriją išmanančio žmogaus požiūriu, dauguma Minkovskio geometrijos teiginių atrodo labai paradoksaliai, todėl dauguma specialiosios reliatyvumo teorijos teiginių atrodo paradoksaliai. Bet tuo pačiu žmogus nesuvokia, kad kalbame apie labai subtilius reiškinius.
Bet koks fizinis įstatymas, kad ir koks jis būtų esminis, turi taikymo ribas. Jis nėra visiškai teisus. Skirtingai nuo logikos dėsnių, fizinis dėsnis turi taikymo ribas. Pavyzdžiui, Niutono mechanika taikoma, jei judame daug mažesniu už šviesos greitį greičiu, turime pakankamai mažų pagreičių, o gravitacinis laukas pakankamai silpnas. Jei pradedame judėti dideliu greičiu, turime reikalą su labai stipriais gravitaciniais laukais, Niutono mechaniką pakeičia specialioji ir bendroji reliatyvumo teorija. Jie to nepaneigia, bet įtraukia kaip komponentą. Tiesiog jei paimtume specialiosios ir bendrosios reliatyvumo teorijos mechaniką ir eitume į mažus gravitacinius laukus bei mažus greičius, gautume tuos pačius dėsnius kaip ir Niutono mechanikoje.
Minkovskio formulė taikoma tik aproksimuojant, kai nepaisome erdvės-laiko kreivumo ir kai kalbame apie inercines atskaitos sistemas. Jei kalbame apie neinercines atskaitos sistemas, tada formulė nebetaikoma. Ir jei erdvė-laikas yra išlenktas, tada ši formulė netaikoma. Dauguma specialiojo reliatyvumo paradoksų kyla dėl to, kad žmonės pamiršta apie šios formulės taikymo ribas.
Emilis Achmedovas, fizinių ir matematikos mokslų daktaras, Alikhanovo teorinės ir eksperimentinės fizikos instituto vadovaujantis mokslo darbuotojas, Maskvos fizikos ir technologijos instituto Teorinės fizikos katedros profesorius.
| Komentarai: 0 |
Emilis Achmedovas
Aš jums pasakysiu, kas yra supersimetrija. Supersimetrija dar nėra eksperimentiškai atrastas reiškinys, bet, pirma, į ją buvo dedamos didelės viltys tuo metu, kai ji gimė, antra, ji yra svarbi matematinės fizikos ir matematikos dalis. Nepaisant to, kad šiuo metu jis nebuvo eksperimentiškai atrastas, niekas nesakė, kad jo nebus rasta ateityje, tai svarbi šiuolaikinio mokslo dalis. Taigi, norėdamas pasakyti, kas yra supersimetrija, turiu pasakyti, kas yra supersimetrinės koordinatės arba, apskritai, kas yra koordinatės.
Emilis Achmedovas
Kas yra elementarioji dalelė? Žodis „dalelė“ kilęs iš žodžio „dalis“, todėl dažniausiai atrodo, kad tai kažkokia plyta, iš kurios statome visumą. Plyta asocijuojasi su kažkuo kietu, kietu, kompaktišku, mažu, o dalelė - su kažkokiu kamuoliuku (tai pirmas dalykas, kuris ateina į galvą pasauliečiui, kai sakoma „elementarioji dalelė“). Fizikas Emilis Akhmedovas apie Tomsono atomo, alfa dalelių ir Rutherfordo sklaidos modelį.
Emilis Achmedovas
Yra žinoma, kad šviesos greitis nepriklauso nuo atskaitos sistemos. Šis teiginys teisingas tik plokščiame erdvėlaikyje, o ne kreivoje, o, be to, tik pereinant nuo inercinės atskaitos sistemos prie inercinės. Jei plokščiuoju erdvėlaikiu perėjote nuo inercinės atskaitos sistemos į inercinę, tai šviesos greitis nepriklauso nuo vieno kadro judėjimo greičio kito atžvilgiu. Bet jei pereini prie neinercinės atskaitos sistemos, tai šviesos greitis nėra tokia šventa karvė, tai netgi gali priklausyti nuo koordinačių, jei tai supranti kaip erdvinio prieaugio dalijimą iš laiko prieaugio. Fizikas Emilis Akhmedovas apie Fermato principą, Niutono gravitaciją ir bendrosios reliatyvumo teorijos poveikį.
Emilis Achmedovas
Šiuolaikiniu supratimu paaiškėja, kad energijos tvermės dėsnis ir impulso tvermės dėsnis išplaukia iš fundamentalesnio principo, kuris yra vadinamasis transliacinis erdvės ir laiko nekintamumas. Ką tai reiškia? Ką apskritai reiškia vertimo invariantiškumas?
Emilis Achmedovas
Mano istorija bus labiau istorinė: kalbėsiu apie tai, kaip atsirado Maksvelo teorija ir elektromagnetinių bangų samprata. Buvo žinomi Kulono dėsniai, Bio-Savardo dėsniai, įvairūs Faradėjaus indukcijos dėsniai ir kiti. Šį eksperimentinių duomenų rinkinį Maxwell bandė apibūdinti teoriškai. Kiek žinau, jo kūrinys yra apie šešis šimtus puslapių. Faradėjaus dėsnius jis bandė paaiškinti grynai mechaniškai, elektromagnetinį lauką apibūdindamas kaip pavarų rinkinį su skirtingais įjungimo tipais. XIX amžiuje buvo labai populiarus mechaninis gamtos aprašymas. Daugumos tų 600 puslapių trūksta, nes juose nebuvo jokių konstruktyvių teiginių. Galbūt aš šiek tiek perdedu, bet vienintelis konstruktyvus dalykas, kuris buvo šiame Maksvelo darbe, yra jo lygtys, formulės.
Emilis Achmedovas
Fizikas Emilis Achmedovas apie padėties plokštumoje ir erdvėje nustatymą, reikiamas koordinates ir atominį laikrodį. Pakalbėsiu apie bendruosius GPS ir GLONASS veikimo principus. Tada paaiškinsiu, kaip tai susiję su specialiuoju ir bendruoju reliatyvumu. Pradėsiu nuo toli. Trikampis yra standi figūra plokštumoje ta prasme, kad jei paimsite tris vyrius ir sujungsite juos trimis standžiais pagaliukais, tada šie vyriai negali būti išstumti, negali būti judinami. Jei paimsite keturis ar daugiau vyrių ir sujungsite juos atitinkamu skaičiumi pagaliukų, kad sudarytumėte daugiakampį, tas daugiakampis gali sujudėti. Keturkampis gali būti deformuotas, todėl, jei yra daugiau nei trys kampai, figūra plokštumoje jau yra nestangri.
Emilis Achmedovas
XVIII – XIX amžiai buvo pažymėti Niutono mechanikos sėkme, kuri parodė nuostabų efektyvumą aprašant Saulės sistemos planetų judėjimą. Tačiau mokslas pradėjo judėti į priekį, kai atsisakė šio mechaninio požiūrio. Po viso to vykstančio ženklo ženklu iškilo toks Laplaso paradoksas, kuris sako, kad valios nėra visur. Tai yra, žmogus negali veikti savo noru, viskas yra iš anksto nustatyta ir nuspėjama. Fizikas Emilis Achmedovas apie diferencialines lygtis, idealias tieses ir taškus bei Laplaso paradokso sprendimą.
Emilis Achmedovas
Beveik visi žino ryšį E0 = mc ^ 2. Bet kuris išsilavinęs žmogus žino, kad E = mc ^ 2. Tuo pačiu jie pamiršta, kad atidžiau pažvelgus į tai ne šnekamąja kalba, santykis atrodo taip E0 = mc ^ 2, E indeksas yra 0, o likusią energiją jis susieja su mase ir greičiu. šviesos. Reikėtų prisiminti, kad energija čia yra pagrindinė sąvoka. Taigi, šnekamojoje kalboje kalbant, šis santykis sako, kad bet kokia masė yra energija, bet ne bet kokia energija yra masė. Turime nepamiršti to, kad ne visa energija yra masė! Bet kokia masė yra energija, bet atvirkščiai – netiesa. Ir ne bet kokiai energijai, o tik likusiai energijai, tiesa, ji lygi mc ^ 2. Iš kur toks santykis? Fizikas Emilis Akhmedovas apie masės ir energijos santykį, Minkovskio erdvės ir laiko bei 4 vektorių koordinates.
Emilis Achmedovas
Kokiais stebėjimais grindžiama specialioji reliatyvumo teorija? Kaip buvo gautas postulatas, kad šviesos greitis nepriklauso nuo atskaitos sistemos? Apie ką kalba Noeterio teorema? O ar yra reiškinių, kurie prieštarauja SRT? Apie tai pasakoja fizinių ir matematikos mokslų daktaras Emilis Achmedovas.
Emilis Achmedovas
Fizinių ir matematikos mokslų daktaras Emilis Achmedovas pasakoja apie Lorenco transformacijas, specialiąją reliatyvumo teoriją, dvynių paradoksą bei lazdos ir tvarto paradoksą.
Kultūros ir edukacijos centras „Arche“ kviečia į fizinių ir matematikos mokslų daktaro Emilio Achmedovo kursus „Fundamentalioji fizika“.
Antrosios paskaitos tema: „Kvantinio lauko teorija“.
Paskaitoje bus kalbama apie tai, kas yra sritis ir kaip ją kiekybiškai įvertinti. Tada pakalbėkime apie tai, kokie nauji reiškiniai atsiranda, kai laukas yra kvantuojamas. Paskaitos pabaigoje kalbėsime apie Hokingo efektą ir esmines kvantinio lauko teorijos problemas.
Apie lektorę:
- Fizinių ir matematikos mokslų daktaras, Alikhanovo teorinės ir eksperimentinės fizikos instituto vadovaujantis mokslo darbuotojas, MIPT Teorinės fizikos katedros docentas, Aukštosios ekonomikos mokyklos Matematikos fakulteto docentas.
Apie paskaitų kursą „Fundamentalioji fizika“:
Paskaitos skirtos aukštųjų mokyklų studentams, jaunesniems studentams ir žmonėms, besidomintiems matematika ir fizika. Naudodamasis paprastais ir aiškiais pavyzdžiais, naudodamas elementarias formules, lektorius bandys atsakyti į šiuos klausimus:
- Kas yra specialusis reliatyvumas ir kaip veikia erdvės ir laiko geometrija? Kodėl šviesos greitis nepriklauso nuo atskaitos sistemos ir kodėl jo negalima viršyti? Bus aptarti keli paradoksų pavyzdžiai (pvz., dvynių paradoksas) ir kaip jie sprendžiami.
- Kaip veikia išlenktas erdvėlaikis ir kas yra bendrasis reliatyvumas? Bus analizuojami keli paprasti ir vaizdiniai lenktų erdvių pavyzdžiai.
- Kas yra juodosios skylės? Kaip juos pristatyti? Kas nutinka objektams šalia juodųjų skylių?
- Kas yra kvantinė mechanika? Kaip vyksta perėjimas nuo dalelių mechanikos prie bangų mechanikos? Iš kur kyla tikimybinė kvantinės mechanikos interpretacija? Bus išspręsti keli paradoksai. Pavyzdžiui, Schrödingerio katės paradoksas ir Einšteino-Podolskio-Roseno paradoksas.
- Kas yra laukas? Kas yra kvantinio lauko teorija? Kas yra Higso laukas ir kaip jis veikia?
- Kas yra Hokingo spinduliuotė?
- Kas yra stygų teorija? kam to reikia?
Fizikas Emilis Achmedovas apie diferencialines lygtis, idealias tieses ir taškus bei Laplaso paradokso sprendimą.
XVIII – XIX amžiai buvo pažymėti Niutono mechanikos sėkme, kuri parodė nuostabų efektyvumą aprašant Saulės sistemos planetų judėjimą. Be to, tai neabejotinai lėmė sėkmę kitose, kasdieniškesnėse srityse, ir pasirodė esanti veiksminga apibūdinant šilumos prigimtį ir termodinamiką. Tai reiškia, kad dujų termodinamika buvo aprašyta atomų judėjimo joje forma grynai mechaniškai. O Maksvelas, rašydamas savo elektrodinamikos lygtis, bandė mechaniškai, pavarų ir krumpliaračių pagalba apibūdinti net elektromagnetinius laukus. Tačiau iš tikrųjų tai neturi nieko bendra su elektromagnetinių laukų prigimtimi, ir mokslas pradėjo judėti, kai atsisakė šio mechaninio požiūrio.
Po viso to vykstančio ženklo ženklu iškilo toks Laplaso paradoksas, kuris sako, kad valios nėra visur. Tai yra, žmogus negali veikti savo noru, viskas yra iš anksto nustatyta ir nuspėjama.
Jei tikėsime ir mechanistiniu, ir lauko požiūriu, tai visi gamtos reiškiniai aprašomi tam tikrų funkcijų ir jų diferencialinių lygčių pavidalu. Dabar aptarsime, kas yra funkcijos ir diferencialinės lygtys. Pavyzdžiui, paprasčiausia funkcija yra dalelės padėtis. Tai yra trys funkcijos, tai yra koordinatė trimis kryptimis. Yra dalelės padėtis tam tikru laiko momentu t šioje padėtyje, kitą akimirką kitokioje padėtyje ir pan.
Rezultatas yra funkcija – dalelės padėties priklausomybė nuo laiko. Šią funkciją apibūdina gerai žinoma diferencialinė lygtis, vadinama antruoju Niutono dėsniu. Ji skiriasi, nes joje yra dvi šios funkcijos išvestinės. Tai pagreitis, padaugintas iš masės, ir visa tai lemia šią dalelę veikianti jėga. Čia yra diferencialinė lygtis. Jei nurodysite pradinę dalelės padėtį ir jos pradinį greitį, tada šios lygties sprendimas bus nustatytas vienareikšmiškai.
Termodinamikoje taip pat viskas aprašyta vienareikšmiškai. Jūs turite tik ne vieną dalelę, o daug jų. Avogadro skaičius leidžia suprasti, kiek dalelių yra dujose. Tam tikrame dujų tūryje yra daug dalelių. Šios dalelės juda, susiduria viena su kita, susiduria su sienomis, ir tai sukelia termodinaminius reiškinius. Pasirodo, jei turite pakankamai galingą kompiuterį, galintį dirbti su tokiu didžiuliu duomenų kiekiu, tada, žinodami pradinę visų dalelių padėtį ir jų pradinius greičius, galite vienareikšmiškai nustatyti jų tolesnę evoliuciją ir dujų elgesį, visiškai numatyti visus dujų elgsenos detalės, jas sudarančios dalelės ir pan.
Šią mintį galima tęsti toliau. Mes taip pat susidedame iš molekulių, atomų, kurie sąveikauja tarpusavyje, veikia vienas kitą tam tikromis jėgomis. Ir jei mes nustatome visų šių dalelių, iš kurių esame sudaryti, pradines padėtis ir pradinį greitį, tai mūsų elgesys yra visiškai iš anksto nulemtas, nes mūsų sąmonė ir visa kita, jei tiki šiuo mechaniniu modeliu, yra visiškai nulemta tų cheminių reakcijų. vykstantys mūsų smegenyse ir kūne ir pan. Atitinkamai, valios nėra. Bet kokius tolesnius mano veiksmus nulemia viskas, kas vyksta aplinkui. Tai reiškia, kad tai Laplaso paradoksas, kad viskas yra iš anksto nustatyta.
Buvo tikima, kad Laplaso paradoksą išsprendžia kvantinė mechanika, nes egzistuoja tikimybinis aiškinimas. Tačiau tikimybinė kvantinės mechanikos interpretacija atsiranda atidarius sistemą. Tai yra, jei veikiate mažą kvantinę sistemą su didele klasikine sistema, tai vadinama matavimu, išmatuojama kvantinės mechaninės sistemos būsena ir šiuo metu atsiranda tikimybinė interpretacija. O jei kvantinė mechaninė sistema uždara, tai ji visiškai aprašoma vadinamąja bangine funkcija. Dėl savo tikimybinės interpretacijos ji vadinama tikimybių banga, bet tai nesvarbu.
Kad ir kaip ji būtų vadinama, uždara kvantinė mechaninė sistema apibūdinama bangine funkcija, kuri taip pat paklūsta diferencialinei lygčiai, vadinamai Šriodingerio lygtimi. Svarbu: jei žinote pradines šios diferencialinės lygties sąlygas, tai yra pradines bangos funkcijos reikšmes, jos išvestinius, tada po to jūs visada vienareikšmiškai atkuriate bangos funkciją. O kvantinė mechaninė sistema, jei ji yra uždara, aprašoma unikaliai naudojant šią bangų funkciją. Ir nereikia jokio tikimybinio aiškinimo, nes jūs neatidarote sistemos.
Galima sakyti, kad vėl viskas iš anksto nustatyta. Su tuo galima ginčytis, bet kad ir su kokia teorija bekalbėtume – su reliatyvumo teorija, su bendrąja reliatyvumo teorija, su gravitacijos lygtimi, su Maksvelo lygtimis, lygtimis, apibūdinančiomis silpną ir stiprią sąveiką – visos šios jėgos yra aprašomos antros eilės diferencialinės lygtys... Šiose lygtyse yra laukai, kurie yra koordinačių, ty padėties erdvėje ir laike, lauko reikšmės, funkcijos. Jo kitimai erdvėje ir laike aprašomi diferencialine lygtimi. Tai yra, atrodo, kad viskas vėl iš anksto nustatyta.
Iš kur atsiranda paradoksai? Trumpam nukrypkime ir pabandykime paaiškinti, kas vyksta apskritai. Esminė paradoksų dalis atsiranda tada, kai bandome ekstrapoliuoti kokį nors prigimtinį dėsnį visoms progoms. Pavyzdžiui, gerai žinomas paradoksas: kas buvo anksčiau – višta ar kiaušinis? Filosofinė problema, leidžianti manyti, kad per visą visatos istoriją buvo vištų, kurios dėjo kiaušinius, iš kiaušinių išsirito viščiukai ir pan. Akivaizdu, kad taip buvo ne visada. Dėl evoliucijos atsirado tarpinių būsenų, kurios pagimdė kažką panašaus į kiaušinį, vis arčiau ir labiau panašų į kiaušinį, ir iš šių kiaušinių ar pan. kiaušinių išsirita paukščiai ar gyvūnai, kurie buvo vis arčiau į tai, ką dabar vadiname višta. Taip išsprendžiamas vištienos ir kiaušinio paradoksas.
Grįžtant prie Laplaso paradokso, mes, gamtos mokslininkai, visada naudojame tam tikrą aproksimaciją. Bet koks gamtos mokslinis dėsnis, kad ir koks jis būtų esminis, visada yra teisingas. Antrasis Niutono dėsnis yra teisingas, jei susiduriame su pakankamai dideliais objektais – nuo grūdų ir daugiau – judančiais daug mažesniu už šviesos greitį greičiu, kurių pagreičiai artimi Žemėje ir Saulės sistemoje patiriamiems gravitaciniams reiškiniams. laukai, kurie sukuria kažką panašaus į saulę, žvaigždes kaip saulė arba planetas kaip žemė. Jei pradedame diskutuoti apie labai dideliu greičiu judančius objektus, turime susidurti su specialiąja reliatyvumo teorija. Jei kalbame apie labai stiprius gravitacinius laukus, turime susidoroti su bendruoju reliatyvumu. Jei turime elgtis su labai mažais objektais, turime susidurti su kvantine mechanika. Jei turime susidoroti su labai dideliu greičiu labai mažiems objektams, turime susidoroti su kvantinio lauko teorija. Kitame žingsnyje, jei norime susidoroti su kvantinio lauko teorija labai stipriuose gravitaciniuose laukuose, tikriausiai turėsime susidoroti su tokiu dalyku kaip kvantinė gravitacija, kuri vis dar tik kuriama, o likusios teorijos buvo sukurtos.
Iš kur toks aproksimavimas? Matematika, kaip mėgstama su dideliu patosu sakyti, yra tai, kas leidžia mus supančiame chaose rasti kažkokią tvarką. Tai reiškia, kad mes visada naudojame matematines formules, kad apibūdintume kažką matematiškai idealizuoto, kuris maždaug apibūdina tai, kas iš tikrųjų vyksta gamtoje. Ir mes netgi galime nustatyti, kokia aproksimacija, ir net pagerinti šį aproksimaciją, priartėdami prie realios situacijos. Pavyzdžiui, nėra idealių, be galo plonų tiesių, nėra idealių taškų ir bedydžių objektų, nėra idealių inercinių atskaitos sistemų.
Bet iš tikrųjų, kas vyksta? Išeigą galime apskaičiuoti iš nurodyto ploto, aprašydami jį stačiakampiu arba daugiakampiu, kurio kraštai sudaryti iš tiesių atkarpų, laikant jas be galo plonomis. Tai leidžia įvertinti šios plokščios figūros plotą ir derlių, kurį rinksime, dažnai nepaisydami to, kad šis paviršius nėra lygus, tačiau šio daugiakampio viduje yra kalvos, įdubos ir pan. Kyla klausimas, kokiu apytiksliu būdu mes dirbame.
Taip pat, naudodami tobulas plonas linijas, taškus ir pan., galime apskaičiuoti namuose. Dėl tikslumo pakanka kelių milimetrų skaičiuojant namus, kad languose neliktų tarpų. Kita vertus, kokiu tikslumu mums reikia apskaičiuoti objektą, pavyzdžiui, detektorių greitintuve (ir tai yra kažkas panašaus į trijų, keturių ar penkių aukštų pastatą)? Ten įvairios jo dalys yra sureguliuotos viena prie kitos mikronų tikslumu. Ten tikslumo reikia didesnio, nes tokiu tikslumu reikia nustatyti dalelių pėdsakus ir reakcijų smailes. Kyla klausimas, kaip tiksliai tai, ką norime apibūdinti. Todėl mes visada darome kažkokį aproksimavimą, apsiribodami kokiu nors tikslumu, kuriuo norime ką nors apibūdinti, ir iš to viskas išplaukia.
Todėl diferencialinės lygtys, apibūdinančios gamtos dėsnius, iš tikrųjų yra tam tikras priartėjimas prie to, kas iš tikrųjų vyksta gamtoje. Niekas nesakė, kad jei pereisime prie dar mažesnių dydžių, pamatysime smulkią struktūrą erdvėje ir laike, kažkokią granuliuotą struktūrą, kurios elgseną nusakys nebe diferencialinės lygtys, o baigtinių skirtumų lygtys. Taip, tokiose lygtyse vėl bus problema dėl to, kad viskas yra nuspėjama. Bet ką daryti, jei tai nėra baigtinių skirtumų lygtys? Faktas yra tas, kad Laplaso paradoksas greičiausiai paaiškinamas tuo, kad nebūtina ekstrapoliuoti gamtos dėsnių, taikomų tam tikrai situacijai, visiems gyvenimo ir gamtos atvejams.
Emilis Achmedovas, fizinių ir matematikos mokslų daktaras, Alikhanovo teorinės ir eksperimentinės fizikos instituto vadovaujantis mokslo darbuotojas, Maskvos fizikos ir technologijos instituto Teorinės fizikos katedros profesorius.
| Komentarai: 0 |
Laisva valia yra sena filosofinė problema, tačiau pastaraisiais dešimtmečiais šioje srityje padaryta daug įdomių pasiekimų. Pokalbio dalyviai aptars šias naujoves. Visų pirma kalba bus apie „Frankfurto pavyzdžius“, D. Pereboom „Manipuliacinį argumentą“ ir R. Kane'o „Aukščiautinės atsakomybės principą“. Šių ir kitų konceptualių priemonių svarstymas leis pokalbio dalyviams įvertinti realią pažangą suvokiant laisvos valios problemą.
Determinizmas yra bendra mokslinė samprata ir filosofinė doktrina apie visų pasaulyje vykstančių reiškinių ir procesų priežastingumą, dėsningumą, genetinį ryšį, sąveiką ir sąlygiškumą.
Padedamas anesteziologės Jennifer Aniston ir plaktuku ginkluoto mokslininko, profesorius Marcusas du Sautoy ieško atsakymo į klausimą, kas yra „aš“. Norėdami tai padaryti, jis atlieka keletą įdomių ir neįprastų eksperimentų. Markas sužino, kokiame amžiuje atsiranda mūsų savimonė ir ar jos turi kitos gyvos būtybės. Jis užmigdo savo mintis anestezijos metu, kad geriau suprastų, o tada patiria išorinę patirtį, kad lokalizuotų save. Tada Markusas keliauja į Holivudą, kad suprastų, kaip įžymybės padeda geriau suprasti mikroskopinę mūsų smegenų veiklą. Tada jis dalyvauja minčių skaitymo eksperimente, kuris radikaliai pakeičia jo supratimą apie tai, kas yra „aš“.
Jei žinomos pradinės sistemos sąlygos, galima remiantis gamtos dėsniais numatyti galutinę jos būseną.
Laisva valia yra svarbi mąstymo apie laisvą valią dalis apskritai. Religijos labai skiriasi tuo, kaip jos reaguoja į pagrindinį argumentą prieš laisvą valią, todėl gali pateikti skirtingus atsakymus į laisvos valios paradoksą – teiginį, kad visažinystė nesuderinama su laisva valia.
„Šiuolaikiniai įvykiai turi ryšį su ankstesniais įvykiais, remiantis akivaizdžiu principu, kad joks objektas negali pradėti egzistuoti be jį sukėlusios priežasties... Valia, kad ir kokia laisva būtų, be tam tikro motyvo negali sukelti veiksmų. , net ir tie, kurie laikomi neutraliais... Turime svarstyti dabartinę Visatos būseną kaip jos ankstesnės būsenos rezultatą ir vėlesnės būsenos priežastį. Protas, kuris bet kuriuo momentu žinotų visas gamtoje veikiančias jėgas ir santykinį jos sudedamųjų dalių išsidėstymą, jei, be to, būtų pakankamai platus, kad galėtų analizuoti šiuos duomenis, apimtų vienoje formulėje judesius didžiausi kūnai Visatoje ir lengviausias atomas; jam nebūtų nieko neaiškaus, o ateitis, kaip ir praeitis, būtų prieš akis ... tai, ką primeta mūsų nežinojimas “.
Yra problema, susijusi su mūsų laisvės sampratos ir pasaulio veikimo suderinamumu. Viena vertus, mes žinome, kad kiekvienas įvykis turi savo priežastį. Priežasčių grandinė nueina labai toli. Ir atrodo, kad tai, kas vyksta šiandien, yra nulemta praeities įvykių. Kita vertus, yra mintis, kad mes patys galime pradėti veikti, mes tikrai galime pakeisti ateitį. Metafizinė laisvos valios problema yra ryšio tarp priežastinės tvarkos, tarp to, kad visi įvykiai yra deterministiniai, ir to, kad mes darome laisvą pasirinkimą arba laisvą veiksmą, problema. Tačiau tai nėra abstrakti problema. Asmenybės ir atsakomybės samprata remiasi laisvės samprata. Ar galime atlikti laisvus veiksmus, kuo grindžiama moralinė ir teisinė atsakomybė ir ar robotas taps žmogumi? Šiame numeryje kviečiame aptarti Derk Pereboom manipuliavimo argumentą.
Ilja Ščurovas
Kada į mokslinę apyvartą buvo įvesta „funkcijos“ sąvoka? Kokie buvo siūlomi stygų vibracijos problemos sprendimai? Kokie buvo funkcijos supratimo būdai? O kaip išsivystė styginių ginčas? Apie tai kalba matematikas Ilja Ščurovas.
Fundamentaliojoje fizikoje, skirtingai nei matematikoje, yra tik trys pagrindinės neišspręstos problemos, kuriomis užsiima beveik visi šios mokslo srities mokslininkai – kosmologinės konstantos problema, kvarkų izoliavimo problema ir kvantinės gravitacijos problema.
Kosmologinės konstantos problema
Įsivaizduokite skylę, kurioje yra rutulys. Jei jį pajudinsite, jis pradės svyruoti ir be trinties svyruos amžinai – gausite klasikinį osciliatorių. Bet jei kamuolys neliečiamas, jis tiesiog gulės apačioje.
Tačiau kvantinė dalelė yra ne rutulys, o banga. Todėl kvantinio osciliatoriaus pagrindinės būsenos energija yra nulinė. Tai banga su vienu ketera skylės viduje. Tai yra, kvantinė dalelė vibruoja net pradinėje būsenoje. Tai yra vadinamieji nuliniai svyravimai. Jie atsiranda bet kurioje kvantinėje sistemoje, įskaitant kvantinio lauko teoriją.
Kvantinio lauko teorijoje vakuumas nėra tuštuma. Jį sudaro nulinio taško svyravimai. Jei gravitacijos nėra, tada energija apskaičiuojama iš visos šių nulinio taško virpesių energijos. Atrodo, kad jie išmesti. Ir visos kvantinio lauko teorijos dalelės yra sužadinimas virš nulinio taško virpesių.
Tačiau esant gravitacijai, nulinio taško svyravimų negalima atmesti. Juk jie kažką „sveria“, tai yra iškreipia erdvėlaikį. Todėl iškyla problema.
Teoriškai prognozuojama, kad nulinio taško vibracijos sudaro didžiulę vakuumo energiją. Tačiau stebėjimai rodo, kad vakuumo energija mūsų Visatoje yra labai maža. Tai dabar vadinama tamsiąja energija erdvėje. Tai veda prie pagreitėjusio Visatos plėtimosi, nes kažkas „sveria“. Tai yra būtent kosmologinės konstantos problema: viena vertus, kvantinio lauko teorija numato, kad ji yra didžiulė, kita vertus, mes ją stebime labai mažą. Kur dingsta milžiniška vakuumo energija, kurią numato kvantinio lauko teorija? O kokia tada yra tamsiosios energijos prigimtis?
Varškės uždarymo problema
Yra žinoma, kad branduolys susideda iš protonų ir neutronų. Jie sąveikauja tarpusavyje naudodami branduolines jėgas. Jei protonai susidurs, padidindami energiją, pamatysime, kad gims didžiulė įvairovė naujų dalelių – hadronų.
Visi hadronai apibūdinami vienu būdu: jie sudaryti iš kvarkų. Tai pastebima išsklaidant elektroną ant protono esant labai didelei energijai. Pasirodo, šiuo atveju elektronas yra išsklaidytas taip pat, kaip ir alfa dalelės ant atomų. Pastarąjį XX amžiaus pradžioje tyrė Rutherfordas: jis pamatė, kad alfa dalelė yra išsibarsčiusi labai koncentruotame branduolio centre, kuris yra labai mažo dydžio. Pasirodo, lygiai taip pat elektroną išsklaido protonas, tačiau su viena išlyga: atrodo, kad protonas turi tris centrus su atitinkamais krūviais.
Protono viduje iš tikrųjų yra trys kvarkai. Tačiau dėl kažkokios nežinomos priežasties šių kvarkų atskirai gauti negalime, visada juos matome tik hadronų sudėtyje. Mes žinome kvarkų teoriją, ir tai yra kvantinė chromodinamika, kuri apibūdina kvarkus ir gliuonus. Pastarieji perduoda sąveiką tarp kvarkų, kaip ir fotonai tarp elektros krūvių. Mes gerai suprantame kvantinę chromodinamiką esant didelėms energijoms. Tada jis tikrai apibūdina hadronų fiziką. Tačiau esant žemai energijai, elektronas yra išsklaidytas hadronų kaip visuma. Kaip vienas aprašymas, praktiškai laisvųjų kvarkų pagalba, pereina prie kito – hadronų pavidalu, kaip surištų būsenų nuo kvarkų? Ir kodėl kvarkai neegzistuoja pavieniui? Šie klausimai yra įkalinimo problemos esmė.
Kvantinės gravitacijos problema
Kvantinio lauko teorija turi problemų dėl begalinių dažnių egzistavimo. Grubiai tariant, lauką galima sulenkti pagal pageidavimą, savavališkai dideliu tikslumu. Dėl to atsiranda vadinamosios divergencijos, būtent: kvantinio lauko teorijoje skaičiuodami įvairius fizikinius dydžius, gauname begalinius įnašus. Visose šiuo metu sukurtose kvantinio lauko teorijose, su kuriomis susiduriame, šiuos skirtumus galima pašalinti iš naujo apibrėžiant keletą sujungimo konstantų, pavyzdžiui, dalelių krūvius ir mases.
Be to, norint pašalinti panašią problemą kvantuojant gravitaciją, būtina iš naujo apibrėžti begalinį sujungimo konstantų skaičių. Kylant energijai, teorija turi būti vis sudėtingesnė. Tai rodo, kad gravitacijos teorija taikoma tik esant žemai energijai ir turėtų būti pagrįsta fundamentalesne (didelės energijos) teorija, kurios mes dar nežinome.
2015 m. rugsėjį Stephenas Hawkingas iškėlė naują idėją, kuri, pasak fiziko, padės išspręsti 40 metų senumo informacijos praradimo juodosiose skylėse paradoksą. Šis paradoksas suformuluotas kvantinio lauko teorijos ir bendrosios reliatyvumo teorijos sąsajoje, todėl jo sprendimas gali padėti formuluojant kvantinės gravitacijos teoriją.
Mokslininkas savo pranešime nurodė kai kurias ypatingas erdvės savybes, kurias teisingai panaudojus galima nurodyti, kaip ir kokia forma informacija išeina iš juodosios skylės. „Karštas ant kulnų“ po pranešimo jau išsiaiškinome Hawkingo pasiūlymą, tačiau visos hipotezės detalės dar laukė paskelbimo.
Po trijų mėnesių, beveik iškart po Naujųjų metų, elektroninio išankstinio spausdinimo tarnyboje arXiv.org pasirodė straipsnis, kuriame fizikas kartu su kolegomis – Andrew Stromingeriu ir Malcolmu Perry – išsamiau atskleidė savo pasiūlymo esmę. Kartu su išankstinio spaudinio publikavimu Hawkingas išsiuntė straipsnį publikuoti vienam gerbiamiausių fizikos žurnalų - Fizinės apžvalgos laiškai... Po penkių mėnesių darbas buvo peržiūrėtas ir birželio 6 d. pasirodė žurnalo svetainėje.
Tai sukėlė netikėtą publikacijų apie portalus į kitas visatas, esančias juodosiose skylėse ir kitus keistus reiškinius, antplūdį. Jų šaltinis yra mokslo populiarinimo paskaita, kurią Hawkingas skaitė dar 2015 m. rugpjūčio mėn. Paskelbtame darbe nėra nė žodžio apie alternatyvias visatas, tačiau yra pačių smulkmenų, paaiškinančių, kaip susidoroti su informacijos paradoksu.
Šiandien grįžtame prie diskusijos apie informacijos paradoksą ir vėl kreipėmės į fizinių ir matematikos mokslų daktarą bei vadovaujantį Teorinės ir eksperimentinės fizikos instituto mokslininką Emilį Akhmedovą.
Prieš tau pradedant
Norint suformuluoti informacijos paradoksą, būtina prisiminti keletą svarbių juodųjų skylių savybių. Garsiausias iš jų yra tai, kad juodoji skylė turi tam tikrą paviršių, vadinamą įvykių horizontu, už kurio atsidūrusi net šviesa negali išeiti iš objekto apylinkių. Antroji svarbi savybė yra vadinamoji „juodosios skylės be plaukų teorema“. Anot jos, bet kokie besiilsinčios juodosios skylės sukurti laukai yra stacionarūs, tai yra, laikui bėgant nesikeičia. Ši juodosios skylės savybė išplaukia iš įvykių horizonto savybių.
Svarbus informacinio paradokso atsiradimo žingsnis buvo Hokingo spinduliuotės prognozė, dėl kurios juodoji skylė lėtai išgaruoja. Tai kvantinis efektas, susijęs su nulinio taško svyravimų sustiprėjimu (stiprinimu) dėl žlugimo – juodosios skylės susidarymo procesu.
Šios spinduliuotės energijos spektras yra šiluminis, ir kuo mažesnė juodoji skylė, tuo aukštesnė temperatūra atitinka šią spinduliuotę. Taip yra dėl to, kad juodojoje skylėje negali būti kvantinių sužadinimų, kurių bangos ilgis yra ilgesnis už jos dydį. Todėl bendrais sumetimais jis skleis būdingą bangos ilgį, atitinkantį jo horizonto dydį. O juodosios skylės horizonto spindulys yra proporcingas jos masei. Atitinkamai, būdinga spinduliuotės energija, proporcinga dažniui, turėtų būti atvirkščiai proporcinga juodosios skylės masei. Tačiau būdinga spinduliuotės kvantų energija yra jo temperatūra. Šis euristinis samprotavimas, priklausantis Vladimirui Naumovičiui Gribovui, patvirtintas detaliu skaičiavimu.
Hokingo temperatūra labai žema – Saulės masės juodajai skylei tai bus dešimt milijonųjų kelvinų. O dar didesnės masės juodoji skylė atitinkamai turės dar žemesnę temperatūrą. Todėl greičiausiai artimiausioje ateityje neįmanoma pamatyti Hawkingo spinduliuotės praktiškai. Nebent pavyks aptikti vadinamųjų pirmapradžių juodųjų skylių, kurios susidarė ankstyvosiose visatos vystymosi stadijose, nykimą. Iš tikrųjų tada medžiagos tankis turėjo būti labai didelis ir todėl galėjo susidaryti labai mažos masės juodosios skylės. Tokiose skylėse būtų labai aukšta temperatūra. Galima tikėtis pamatyti jų skilimo dėl Hokingo spinduliuotės rezultatus, jei pažvelgsime į tolimiausias, tai yra, ankstyviausias matomos visatos dalies dalis. Tačiau iki šiol tokie reiškiniai nebuvo aptikti.
Hokingo spinduliuotė nepriklauso nuo to, iš kokios medžiagos juodoji skylė susidarė dėl griūties. Jame tam tikrai energijai vienoda tikimybe gali atsirasti skirtingos dalelės – tarkime fotonai ir neutralūs pi-mezonai. Dėl to gaunama fizikai nepriimtina situacija – prarandama esminė galimybė atkurti vieno į juodąją skylę patekusio atomo „likimą“. Matematikos kalba tai reiškia, kad transformacijos matrica, perkelianti sistemą iš būsenos iki juodosios skylės susidarymo į būseną po jos išgaravimo pasirodo esanti nevienetinė (kalbame apie S matricą, vieną centrinių objektų kvantinio lauko teorijoje). Tai reiškia, kad, pavyzdžiui, kai kurių procesų tikimybės gali pasirodyti daugiau nei viena.
Tai yra informacijos praradimo paradoksas – remdamasis bendrosios reliatyvumo ir kvantinio lauko teorija, Hawkingas sugebėjo gauti situaciją, kurios fizikoje tiesiog neturėtų būti. Šio paradokso formuluotę galite traktuoti įvairiai, tačiau aiškus ir tikslus jo išsprendžiamumas yra viena iš „tikrosios“ kvantinės gravitacijos teorijos savybių.
Emilis Akhmedovas priklauso fizikų grupei, kuri tiki, kad informacijos praradime nėra paradokso. Su paradoksu susijęs dviprasmiškumas kyla dėl daugybės neapdorotų prielaidų, kurias Hokingas padarė formuluodamas. Be kita ko, tai yra:
1) Juodosios skylės spinduliuotės dalelių energija yra pakankamai maža, palyginti su visa juodosios skylės energija arba mase.
2) Įvykių horizontas yra pakankamai toli nuo singuliarumo ir jam taikytina bendroji reliatyvumo teorija.
3) Kvantinės korekcijos šiek tiek prisideda prie Hokingo spinduliuotės spektro.
Tačiau Emilis mano, kad labai svarbu detaliai suprasti, kaip skyla juodosios skylės ir kaip skilimo produktai neša informaciją apie pradinę griūvančios medžiagos būseną.
Naujas darbas ir jo sąlygos
Naujas Hawkingo, Stromingerio ir Perry straipsnis pavadintas Minkšti plaukai ant juodųjų skylių. Remiantis populiaria Kalifornijos universiteto fizikos profesoriaus Gary Horowitzo ekspozicija, straipsnyje peržiūrimi pagrindiniai paradokso formuluotės faktai, pavyzdžiui, „juodosios skylės be plaukų“ teoremos pagrįstumas.
N+1: Kaip suprantu, per tą laiką, kuris praėjo nuo preprinto išleidimo, tikriausiai jau buvo keli seminarai, kuriuose išsamiai analizuojama Hawkingo kūryba?
Emilis Akhmedovas: Balandžio mėnesį netgi surengėme bakalauro ir magistrantūros mokyklų konferenciją. Pasikvietėme Malcolmo Perry ir Hawkingo studentus, kurie skaitė paskaitas ir mes daugiau ar mažiau išsiaiškinome, kas parašyta darbe. Galime sakyti, kad jie pasiekė gilų nesusipratimą.
N+1: Stromingeris, Perry ir Hawkingas išnagrinėjo dvi prielaidas, kurias padarė Stephenas Hawkingas originaliame 1975 m. Atrodo, kad jie sakė, kad tikrai ne. Iš kur kilo šis pareiškimas?
E.A.: Prisimeni, praeitą kartą tau aiškinau, kad yra taip vadinama „be plaukų teorema“? Erdvėlaikis juodosios skylės akivaizdoje tam tikru laiko momentu, bet kokiu atstumu nuo jos, apibūdinami trimis skaičiais: masė, sukimosi momentas ir krūvis. Atitinkamai šiais parametrais turėtų būti apibūdinta pagrindinė kvantinio lauko teorijos būsena juodosios skylės fone. O kadangi Hokingo spinduliuotė neneša jokios informacijos, tai reiškia, kad beveik viskas, kas buvo prieš žlugimą, dingo.
Dabar Stromingeris, Perry ir Hawkingas persvarstė šį teiginį. Pirmiausia jie sako, kad jei paliekate juodąją skylę dideliems atstumams ne tam tikru laiko momentu, o šviesos begalybės kryptimi - tai yra judant su šviesa - tada šios spinduliuotės charakteristikose yra daug daugiau parametrų. , tiksliau – be galo daug parametrų.
N+1: Tai yra, jie neapsiriboja juodosios skylės kampiniu momentu, krūviu ir mase?
E.A.: Taip. Galiu net duoti analogą iš elektromagnetizmo, kuris tikriausiai bus suprantamesnis.
Pažiūrėkime į krūvių grupės elektromagnetinį lauką. Jei pažvelgsime į šią grupę iš labai toli, pamatysime tik Kulono lauką. Jame gali atsirasti pataisų – dipolio momento, kvadrupolio momento, tačiau dideliais atstumais dominuojantis dydis bus Kulono laukas.
Be to, yra „be plaukų“ teoremos analogas - Maksvelo lygčių sprendimas, kuris nesikeičia sukant aplink centrą ir dideliais atstumais nukrenta iki nulio - vienintelis, ir tai yra Kulono laukas. Vienintelė jo savybė yra įkrovimas. Šia prasme situacija panaši į „be plaukų teoremą“. Jei nėra sukimosi invariancijos, tai gali būti pataisos dipolio, kvadrupolio ir aukštesnių momentų pavidalu.
Visa tai, kas išdėstyta pirmiau, yra tiesa, jei pažvelgsime į krūvius tam tikru metu ir pamirštame apie jų judėjimą. Jeigu krūviai daro kokį nors judėjimą, vadinasi, jie kažką skleidžia. Tada, be minėtų savybių, turėsite ir radiacijos charakteristikas. Ir net dideliu atstumu, be Kulono lauko, bus ir spinduliuotės laukas, turintis be galo daug savybių. Panaši situacija yra ir esant gravitaciniams laukams ir spinduliuotei. Noriu pabrėžti, kad kol kas visa tai nėra tiesiogiai susiję su informacinio paradokso išsprendimu.
Tai buvo žinoma prieš Hawkingo, Stromingerio ir Perry straipsnį – dar 60–70-aisiais. Naujas susidomėjimas šiuo klausimu atsirado dėl Stromingerio darbo su jo mokiniais ir bendraautoriais. Esmė ta, kad šis begalinis spinduliuotės charakteristikų skaičius dideliu atstumu yra susijęs su tam tikros labai didelės asimptotinės simetrijos egzistavimu šioje erdvės laiko dalyje. Stromingeris jį ištyrė, bandydamas apibendrinti AdS / CFT atitikimo principą plokščios erdvės atveju. [šiek tiek daugiau apie tai ankstesniame interviu]
Ką naujo pasiūlė Hawkingas, Perry ir Stromingeris
E.A.: Viskas, ką sakiau apie be galo daug spinduliuotės savybių tiesa, kai esate labai toli nuo visų gravitacinių ir elektromagnetinių laukų šaltinių. Būtent, tai yra teisinga apytiksliai apytiksliai apytiksliai pirmaujančios eilės šviesoje begalybėje, ty be jokių pataisymų. Hawkingas, Perry ir Stromingeris dabar teigia, kad panaši situacija turėtų būti ne tik begaliniu atstumu nuo radiacijos šaltinių, bet ir šalia juodosios skylės įvykių horizonto.
N+1: Tai tikrai nėra be galo tolimas atstumas.
E.A.: Taip, tai tikrai nėra be galo tolimas atstumas, tačiau Hawkingas ir bendraautoriai tvirtina, kad jiems pavyko aprašyti, kaip aukščiau aprašytas simetrijas galima tęsti nuo begalybės iki juodosios skylės horizonto. Be to, ne pačiam bendriausiam laukų atvejui, o kol kas tik elektromagnetinei spinduliuotei.
Šiam teiginiui kyla daug klausimų. Jie tiesiogine prasme sako, kad juodosios skylės horizonte yra tokia pati simetrija kaip ir begalybėje. Kur seka šis teiginys, aš negalėjau išsamiai suprasti. Jei pažvelgsite į Hawkingo, Stromingerio ir Perry straipsnį, formulių nėra daug, yra daugiau žodžių. Ir iš šių žodžių aš negalėjau išgauti patikrintos formulės.
N+1: Iš kur tada atsirado šis pareiškimas?
E.A.: Hawkingą domino faktas, kad erdvės ir laiko metriką dideliais atstumais nuo juodosios skylės galima apibūdinti ne tik krūviu, mase ir kampiniu momentu. Tai akivaizdus be plaukų teoremos pažeidimas. Jis manė, kad tą patį galima apibendrinti ir erdvėlaikio metrikos, esančios šalia juodosios skylės įvykių horizonto, charakteristikas.
Iš tiesų, iš bendrų svarstymų aišku, kad jei atsižvelgsime į dalelių / bangų, patenkančių arba išleidžiamų Hokingo iš įvykių horizonto, įtaką juodajai skylei, šis horizontas kažkaip bus deformuotas. Šias deformacijas galima apibūdinti be galo daug parametrų, nes jos gali atsirasti lokaliai bet kurioje jo dalyje. Ir šis vaizdas yra panašus į tai, kaip erdvės laiko deformacija šviesos begalybėje atsiranda dėl ten sklindančios spinduliuotės. Tai yra, analogija tarp įvykių horizonto ir šviesos begalybės yra akivaizdi.
N+1: Tai yra, aš teisingai suprantu, kad darbe teigiama, kad Hokingo spinduliuotė turės be galo daug charakteristikų, o ne tik temperatūros pasiskirstymą, priklausantį nuo masės, krūvio ir kampinio momento?
E.A.: Taip. Ir atitinkamai, naudodamiesi šiomis savybėmis, galite visiškai apibūdinti juodosios skylės būklę. Žodžiu, man ir daugeliui kolegų visa tai jau seniai aišku, tačiau aiškių ir lengvai patikrinamų formulių šia tema nemačiau. Be to, net iš žmonių, kurie supranta šią problemą ir diskutavo su Hawkingu, Stromingeriu ir Perry.
N+1: Vadinasi, tai daugiau filosofinis kūrinys?
E.A.: Tai labiau atrodo kaip idėjos formulavimas. Kaip idėja man patinka. Pasikartosiu, iš pradžių tai supratau ir aš, ir daugelis mano kolegų. Tai yra, man tai nėra naujiena, išskyrus tai, kad tokie žinomi žmonės šia tema kalbėjo taip pat, kaip kiti, mažiau žinomi žmonės.
N+1: Be „plaukų“, buvo dar viena smulkmena. Hawkingas, Stromingeris ir Perry sako, kad vakuuminė būsena kažkaip nėra unikali?
E.A.: Juodosios skylės charakteristikos yra tokios pačios kaip vakuumo (pagrindinės būsenos) charakteristikos kvantinio lauko teorijoje juodosios skylės fone. Faktas yra tas, kad net ir esant Hokingo spinduliuotei, mes susiduriame su pagrindine kvantinio lauko teorijos būsena, nes Hawkingo spinduliuotė yra nulinio taško vibracijų, esančių vakuume, ty pagrindinėje būsenoje, stiprinimas. Anksčiau jie manė, kad tokių savybių yra tik trys, o dabar pamatė, kad tokių savybių turėtų būti be galo daug. Jau seniai žinoma, kad tokių savybių begalybėje yra be galo daug, tačiau dabar jie tvirtina, kad juodosios skylės srityje viskas lygiai taip pat. Taigi kvantinio lauko teorijos pagrindinė būsena esant juodajai skylei turi be galo didelį išsigimimą, o skirtingos pagrindinės būsenos skiriasi aukščiau paminėtomis charakteristikomis ir yra verčiamos viena į kitą begalinės simetrijos transformacijomis.
Hawkingas, Perry ir Stromingeris netgi tvirtina, kad tai griežtai įrodė. Tai yra, jei tiesiogiai paklausite Malcolmo Perry, jis pasakys, kad jie įrodė šį teiginį. Ir tai žmogus, kuris žodžių į vėją nemeta. Tiesiog aš dar iki galo nesupratau šių teiginių.
N+1: Per paskutinį interviu paminėjote dar vieną veiksnį, į kurį Hokingas neatsižvelgė. Įdomu, ar „lopant skyles“ paradokso aprašyme buvo ištaisyta?
E.A.: Pasakiau taip – kvantinio lauko teorija juodosios skylės fone yra nestacionarioje būsenoje. Galbūt šiek tiek kitaip suformulavau, bet būtent tai ir turėjau omenyje. Hawkingas, Stromingeris ir Perry kalba apie vakuumą ir jo ypatybes. Man to neužtenka – dėl to, kad kvantinio lauko teorija yra nestacionarioje būsenoje juodosios skylės fone, ji nelieka vakuuminėje būsenoje, o pereina į kažkokią sužadintą būseną. Būtent sužadinami lauko teorijos vidiniai laisvės laipsniai. Tai yra, be nulinio taško svyravimų, sužadintos kvantinio lauko teorijos būsenos taip pat prisidės prie juodosios skylės spinduliavimo. Ir tai taip pat neabejotinai apibūdina kvantinio lauko teorijos būklę juodosios skylės fone ir papildo vaizdą.
Tačiau tai, ką ką tik pasakiau, jokiu būdu nėra visuotinai priimtas požiūris. Juo dalijasi, ko gero, apie penki žmonės pasaulyje. Tačiau šį požiūrį galima paremti išsamiais skaičiavimais [Emil T. Akhmedov ir kt. / PRD, 2016], o formulė objektyvi. Kiekvienas gali jį patikrinti ir įsitikinti, kad jis teisingas ar neteisingas.
Minties eksperimentas
N+1: O jei svajoji – ar dar įsivaizduoji kokį nors eksperimentą, galintį patikrinti teoriją? Juk kiekviena teorija pateikia savo prognozes, kurios yra teisingumo kriterijai.E.A.:Žinoma, visi šie efektai yra silpni ir šiuo metu jie yra tik akademiniai interesai. Deja, patikrinti Hokingo spinduliuotės egzistavimą ir pamatyti jos charakteristikas šalia tų dangaus objektų, kuriuos laikome juodosiomis skylėmis, beviltiška.
N+1: O jei įsivaizduotume, kad įrenginį galime atsiųsti?
E.A.: Net jei įsivaizduotume, kad galime atsiųsti aparatą, šie efektai vis tiek labai silpni. Saulės masės juodosios skylės temperatūra sieks maždaug dešimt milijonų kelvinų – nereikšminga reikšmė net kosmologinės reliktinės spinduliuotės fone.
Vienintelis dalykas, kurio mokslininkai tikisi, yra pamatyti reiškinius iš mikroskopinių juodųjų skylių. Žiūrėdami į dangų žvelgiame ne tik į tolį, bet ir į praeitį. Ankstyvosiose Visatos vystymosi stadijose, kai ji buvo labai tanki, galėjo susidaryti mažos pirmapradės juodosios skylės. Jei paimtume juodąją skylę, kurios masė lygi Everesto masei, tai ji veikiau ne lėtai spinduliuoja, o sprogsta, nes jos temperatūra yra milžiniška.
N+1: Aišku – kuo mažesnė juodoji skylė, tuo aukštesnė spinduliuotės temperatūra. Bet jei galime iš toli pagauti bent vieną juodosios skylės skleidžiamą kvantą?
E.A.: Norint eksperimentiškai patvirtinti Hawkingo, Stromingerio ir Perry stebėjimus, neužtenka vieno juodosios skylės skleidžiamo srauto kvanto. Jei pažvelgtume į juodąją skylę iš tolo, tai visą srautą suteikia begalė charakteristikų.
N+1: Tai yra, jei galėtume sugauti visą juodosios skylės spinduliuotės srautą, galėtume gauti atsakymą, ar teorija teisinga, ar ne.
E.A.: Na, o teoriškai, jei juodąją skylę apjuostume dėžute ir surinktume viską, ką ji spinduliavo, galime nustatyti begalinio skaičiaus krūvių vertę. Leiskite pabrėžti, kad kai kurie iš jų bus lygūs nuliui, o kai kurie – ne. Visa tai visiškai apibūdintų juodosios skylės būklę.
Bet patikslinsiu dar kartą, to nereikėtų daryti begalybėje, nes juodoji skylė gali būti ne viena, ji gali būti kažkuo apsupta. Šie kūnai taip pat gali skleisti gravitacinę ir elektromagnetinę spinduliuotę. Norėdami gauti konkrečios juodosios skylės charakteristikas, turime sugauti spinduliuotę netoli jos horizonto.
N+1: Pasirodo, aplink juodąją skylę tereikia pastatyti didžiulį detektorių – savotišką Dysono sferą.
E.A.: N ne. Žinoma, aš nesakau, kad norint atlikti tokį sudėtingą ir net neįmanomą eksperimentą, būtina patvirtinti aukščiau pateiktus pastebėjimus. Jeigu pamatytume, kad kažkokia mikroskopinė (pavyzdžiui, pirminė) juodoji skylė išspinduliuoja ir jos charakteristikos pasikeičia, o spinduliuotė nuneša būtent tas charakteristikas, kurios pasikeitė, tai to pakaktų.
Kalbino Vladimiras Korolevas
Chrisas Frielis yra britų fotografas, medžiagoje naudotų iliustracijų autorius. Pastaruosius 10 metų jis praleido bandydamas padaryti nuotrauką, kuri jam patiktų. Jis yra dirbęs 150 šalių ir norėtų turėti laiko aplankyti likusias 46, kol taps sofa.
