Pada September 2015, Stephen Hawking bercakap tentang idea baru yang, menurut ahli fizik, akan membantu menyelesaikan paradoks kehilangan maklumat yang berusia 40 tahun dalam lubang hitam. Paradoks ini dirumuskan pada antara muka antara teori medan kuantum dan relativiti am, jadi resolusinya boleh membantu dalam merumuskan teori graviti kuantum.
Saintis merujuk dalam mesejnya kepada beberapa sifat istimewa ruang, yang, jika digunakan dengan betul, boleh menunjukkan bagaimana dan dalam bentuk apa maklumat meninggalkan lubang hitam. Selepas pengumuman itu, kami telah mengetahui cadangan Hawking, tetapi semua butiran hipotesis masih menunggu penerbitan.
Tiga bulan kemudian, hampir sejurus selepas Tahun Baru, satu artikel muncul di perkhidmatan pracetak elektronik arXiv.org, di mana ahli fizik, bersama-sama dengan rakan sekerja Andrew Strominger dan Malcom Parry, mendedahkan dengan lebih terperinci intipati cadangannya. Serentak dengan penerbitan pracetak, Hawking menghantar artikel itu untuk diterbitkan dalam salah satu jurnal fizik yang paling berwibawa - Surat Semakan Fizikal. Lima bulan kemudian, kerja itu disemak dan muncul di laman web jurnal pada 6 Jun.
Ini menyebabkan lonjakan yang tidak dijangka dalam penerbitan tentang portal ke alam semesta lain yang terletak di lubang hitam dan fenomena aneh lain. Sumber mereka ialah syarahan sains popular yang Hawking berikan pada Ogos 2015. Dalam karya yang diterbitkan tidak ada perkataan tentang alam semesta alternatif, tetapi terdapat butiran yang sama yang menerangkan cara mengatasi paradoks maklumat.
Hari ini kita kembali kepada perbincangan tentang paradoks maklumat dan sekali lagi meminta komen kepada Emil Akhmedov, Doktor Sains Fizikal dan Matematik dan penyelidik terkemuka di Institut Fizik Teori dan Eksperimen.
Sebelum awak mula
Untuk merumuskan paradoks maklumat, adalah perlu untuk mengingati beberapa sifat penting lubang hitam. Yang paling terkenal ialah lubang hitam mempunyai permukaan tertentu yang dipanggil ufuk peristiwa, sekali di belakangnya walaupun cahaya tidak dapat meninggalkan persekitaran objek. Sifat penting kedua ialah apa yang dipanggil "teorem tanpa rambut lubang hitam." Menurutnya, mana-mana medan yang dicipta oleh lubang hitam semasa diam adalah pegun, iaitu, ia tidak berubah dari semasa ke semasa. Sifat lubang hitam ini mengikuti sifat ufuk peristiwa.
Satu langkah penting dalam kemunculan paradoks maklumat ialah ramalan radiasi Hawking, yang menyebabkan lubang hitam perlahan-lahan menguap. Ini adalah kesan kuantum yang dikaitkan dengan penguatan (amplifikasi) ayunan titik sifar akibat keruntuhan - proses pembentukan lubang hitam.
Spektrum tenaga sinaran ini adalah haba, dan semakin kecil lubang hitam, semakin tinggi suhu yang sepadan dengan sinaran ini. Ini kerana lubang hitam tidak akan dapat mengandungi pengujaan kuantum dengan panjang gelombang yang lebih besar daripada saiznya. Oleh itu, dari pertimbangan umum, ia akan memancarkan dengan panjang gelombang ciri susunan saiz ufuknya. Dan jejari ufuk lohong hitam adalah berkadar dengan jisimnya. Sehubungan itu, tenaga sinaran ciri, yang berkadar dengan kekerapan, hendaklah berkadar songsang dengan jisim lohong hitam. Tetapi tenaga ciri kuanta sinaran ialah suhunya. Hujah heuristik ini, yang dimiliki oleh Vladimir Naumovich Gribov, disahkan dengan pengiraan terperinci.
Suhu Hawking adalah sangat rendah - untuk lubang hitam dengan jisim Matahari ia akan menjadi sepuluh persejuta kelvin. Dan lubang hitam dengan jisim yang lebih besar, dengan itu, mempunyai suhu yang lebih rendah. Oleh itu, kemungkinan besar mustahil untuk melihat radiasi Hawking dalam amalan pada masa hadapan. Melainkan mungkin untuk mengesan pereputan lubang hitam yang dipanggil primordial yang terbentuk pada peringkat awal perkembangan alam semesta. Sesungguhnya, ketumpatan jirim sepatutnya sangat tinggi dan, oleh itu, lubang hitam jisim yang sangat kecil boleh terbentuk. Lubang sedemikian akan mempunyai suhu yang sangat tinggi. Seseorang boleh berharap untuk melihat hasil pereputan mereka dalam radiasi Hawking jika seseorang melihat pada yang paling jauh, iaitu, kawasan terawal, bahagian alam semesta yang kelihatan. Tetapi setakat ini fenomena sedemikian belum ditemui.
Radiasi Hawking tidak bergantung kepada bahan dari mana lubang hitam itu terbentuk akibat daripada keruntuhan itu. Di dalamnya, untuk tenaga tertentu, zarah yang berbeza boleh muncul dengan kebarangkalian yang sama - katakan, foton dan pi-meson neutral. Hasilnya ialah situasi yang tidak boleh diterima untuk fizik - kemungkinan asas untuk memulihkan "nasib" atom individu yang terperangkap dalam lubang hitam hilang. Dalam bahasa matematik, ini bermakna bahawa matriks transformasi yang memindahkan sistem dari keadaan sebelum pembentukan lubang hitam kepada keadaan selepas penyejatannya ternyata tidak bersatu (kita bercakap tentang matriks S, satu objek pusat dalam teori medan kuantum). Ini bermakna, sebagai contoh, kebarangkalian beberapa proses mungkin lebih besar daripada satu.
Inilah paradoks kehilangan maklumat - berdasarkan teori umum relativiti dan teori medan kuantum, Hawking berjaya memperoleh situasi yang tidak sepatutnya wujud dalam fizik. Seseorang boleh mempunyai sikap yang berbeza terhadap perumusan paradoks ini, tetapi kebolehlarutannya yang jelas dan tepat adalah salah satu sifat teori graviti kuantum "sebenar".
Emil Akhmedov tergolong dalam kumpulan ahli fizik yang percaya bahawa tiada paradoks dengan kehilangan maklumat. Kekaburan yang menyelubungi paradoks itu disebabkan oleh sejumlah besar andaian kasar yang dibuat Hawking dalam rumusannya. Antara lain perkara ini ialah:
1) Tenaga zarah sinaran lohong hitam agak kecil berbanding dengan jumlah tenaga atau jisim lohong hitam.
2) Horizon peristiwa cukup jauh dari singulariti dan relativiti am boleh digunakan untuknya.
3) Pembetulan kuantum memberi sumbangan kecil kepada spektrum sinaran Hawking.
Walau bagaimanapun, Emil percaya bahawa adalah sangat penting untuk memahami secara terperinci bagaimana lubang hitam mereput, dan bagaimana produk pereputan membawa maklumat tentang keadaan awal bahan yang runtuh.
Pekerjaan baharu dan prasyaratnya
Kertas baru oleh Hawking, Strominger dan Parry dipanggil "Rambut Lembut di Lubang Hitam." Menurut eksposisi popular oleh Gary Horowitz, profesor emeritus fizik di University of California, kertas itu mempertimbangkan semula fakta asas yang mendasari paradoks, seperti kesahihan "teorem tanpa rambut lubang hitam."
N+1: Seperti yang saya faham, dalam masa yang telah berlalu sejak pengeluaran pracetak, beberapa seminar mungkin telah berlangsung, meneliti kerja Hawking secara terperinci?
Emil Akhmedov: Kami juga mengadakan sekolah persidangan untuk pelajar sarjana dan siswazah pada bulan April. Kami menjemput pelajar Malcolm Parry dan Hawking Mereka memberi kuliah, dan kami lebih kurang memahami apa yang dinyatakan dalam kerja itu. Seseorang mungkin mengatakan bahawa kita telah mencapai salah faham yang mendalam.
N+1: Strominger, Parry dan Hawking meneliti dua cadangan yang dibuat oleh Stephen Hawking dalam kertas asal 1975. Nampaknya mereka berkata ia tidak begitu. Dari mana kenyataan ini datang?
E.A.: Ingat, saya menjelaskan kepada anda kali terakhir bahawa terdapat apa yang dipanggil "teorem tiada rambut"? Ruang masa dengan kehadiran lubang hitam pada masa tertentu, pada sebarang jarak darinya, dicirikan oleh tiga nombor: jisim, tork dan cas. Sehubungan itu, keadaan dasar teori medan kuantum terhadap latar belakang lubang hitam harus dicirikan oleh parameter ini. Dan oleh kerana sinaran Hawking tidak membawa apa-apa maklumat, ini bermakna hampir semua yang sebelum keruntuhan hilang.
Kini Strominger, Parry dan Hawking telah menyemak kenyataan ini. Sebagai permulaan, mereka mengatakan bahawa jika anda bergerak dari lubang hitam ke jarak jauh bukan pada masa tertentu, tetapi ke arah infiniti cahaya - iaitu, bergerak bersama cahaya - maka ciri-ciri sinaran ini mengandungi banyak lagi parameter, lebih tepat - tak terhingga banyak parameter.
N+1: Jadi mereka tidak dihadkan oleh momentum sudut, cas dan jisim lohong hitam?
E.A.: ya. Saya juga boleh memberikan analog dari elektromagnetisme, yang mungkin akan lebih mudah difahami.
Mari kita lihat medan elektromagnet sekumpulan cas. Jika kita mengambil masa tertentu dan hanya melihat kumpulan ini dari jarak yang sangat jauh, maka kita hanya akan melihat medan Coulomb. Pembetulan mungkin timbul padanya - momen dipol, momen empat kali ganda, tetapi kuantiti dominan pada jarak yang jauh adalah medan Coulomb.
Lebih-lebih lagi, terdapat analog "teorem tiada rambut" - penyelesaian kepada persamaan Maxwell, yang tidak berubah apabila berpusing di tengah dan turun ke sifar pada jarak yang jauh - satu-satunya, dan ini adalah medan Coulomb. Satu-satunya ciri adalah caj. Dalam pengertian ini, keadaannya serupa dengan "teorem tiada rambut." Jika tiada invarian berkenaan dengan putaran, maka pembetulan boleh dibuat dalam bentuk dipol, quadrupole dan momen yang lebih tinggi.
Semua perkara di atas adalah benar jika kita melihat pertuduhan pada masa tertentu dan melupakan pergerakan mereka. Jika pertuduhan membuat sebarang pergerakan, maka mereka mengeluarkan sesuatu. Kemudian, sebagai tambahan kepada ciri-ciri di atas, anda juga akan mempunyai ciri-ciri radiasi. Dan walaupun pada jarak yang jauh, sebagai tambahan kepada medan Coulomb, terdapat juga medan sinaran yang membawa banyak ciri yang tidak terhingga. Keadaan yang sama wujud dengan kehadiran medan graviti dan sinaran. Saya ingin menegaskan bahawa setakat ini semua ini tidak mempunyai kaitan langsung untuk menyelesaikan paradoks maklumat.
Inilah yang diketahui sebelum artikel oleh Hawking, Strominger dan Parry - pada tahun 60-70an. Minat baru dalam isu ini timbul kerana kerja Strominger dan pelajarnya serta pengarang bersama. Intinya ialah bilangan ciri sinaran yang tidak terhingga ini pada jarak yang jauh dikaitkan dengan kewujudan beberapa simetri asimptotik yang sangat besar di bahagian ruang-masa ini. Inilah yang dikaji oleh Strominger, cuba menyamaratakan prinsip surat-menyurat AdS/CFT kepada kes ruang rata. [sedikit lagi tentang perkara ini boleh didapati dalam temu bual sebelumnya]
Apakah yang baru yang dicadangkan oleh Hawking, Perry dan Strominger?
E.A.: Semua yang saya katakan tentang bilangan ciri sinaran yang tidak terhingga besar benar, apabila anda telah pergi sangat jauh dari semua jenis sumber medan graviti dan elektromagnet. Iaitu, ini benar dalam anggaran kasar susunan utama pada infiniti cahaya, iaitu, tanpa sebarang pembetulan. Hawking, Perry dan Strominger kini mengatakan bahawa situasi yang sama harus wujud bukan sahaja pada jarak yang tidak terhingga dari sumber sinaran, tetapi juga berhampiran ufuk peristiwa lohong hitam.
N+1: Ia pastinya bukan jarak yang tidak terhingga
E.A.: Ya, ini pastinya bukan jarak yang tidak terhingga, tetapi Hawking dan pengarang bersama mendakwa bahawa mereka dapat menerangkan bagaimana simetri yang diterangkan di atas boleh dilanjutkan dari infiniti ke ufuk lubang hitam. Selain itu, bukan untuk kes medan yang paling umum, tetapi buat masa ini hanya untuk sinaran elektromagnet.
Terdapat banyak persoalan mengenai kenyataan ini. Mereka secara literal mengatakan bahawa terdapat simetri yang sama di ufuk lubang hitam seperti pada infiniti. Saya tidak dapat memahami secara terperinci dari mana datangnya kenyataan ini. Kalau tengok artikel Hawking, Strominger dan Parry, formula tak banyak, ada perkataan lagi. Dan saya tidak dapat mengeluarkan formula yang boleh diuji daripada perkataan ini.
N+1: Dari mana kenyataan ini datang?
E.A.: Hawking berminat dengan fakta bahawa metrik ruang-masa pada jarak yang jauh dari lohong hitam boleh diterangkan dengan lebih banyak parameter daripada sekadar cas, jisim dan momentum sudut. Ini adalah pelanggaran yang jelas terhadap "teorem tiada rambut." Dia berpendapat bahawa perkara yang sama boleh digeneralisasikan kepada ciri-ciri metrik ruang masa berhampiran ufuk peristiwa lohong hitam.
Sesungguhnya, dari pertimbangan umum adalah jelas bahawa jika kita mengambil kira pengaruh ke atas lubang hitam zarah/gelombang yang jatuh atau melarikan diri dari ufuk kejadian Hawking, maka ufuk ini entah bagaimana akan berubah bentuk. Ubah bentuk ini boleh dicirikan oleh bilangan parameter yang tidak terhingga, kerana ia boleh berlaku secara tempatan di mana-mana bahagiannya. Dan gambar ini serupa dengan bagaimana ruang-masa berubah bentuk pada infiniti cahaya akibat sinaran yang pergi ke sana. Iaitu, analogi antara ufuk peristiwa dan infiniti cahaya adalah jelas.
N+1: Maksudnya, adakah saya faham dengan betul bahawa kertas itu menyatakan bahawa sinaran Hawking akan mempunyai bilangan ciri yang tidak terhingga, dan bukan hanya taburan suhu bergantung kepada jisim, cas dan tork?
E.A.: ya. Dan, dengan itu, dengan bantuan ciri-ciri ini, anda boleh mencirikan sepenuhnya keadaan lubang hitam. Dalam perkataan, semua ini telah lama jelas kepada saya dan ramai rakan sekerja saya, tetapi saya tidak melihat formula yang jelas dan mudah disahkan mengenai topik ini. Lebih-lebih lagi, walaupun dari orang yang memahami isu ini dan membincangkannya dengan Hawking, Strominger dan Parry.
N+1: Ternyata ini lebih kepada karya falsafah?
E.A.: Ia lebih kepada merumuskan idea. Sebagai idea, saya suka. Saya ulangi, ia pada mulanya jelas kepada saya dan ramai rakan sekerja saya. Maksudnya, bagi saya ini bukan perkara baru, kecuali orang terkenal itu bercakap mengenai topik ini dengan nada yang sama seperti orang lain yang kurang terkenal bercakap.
N+1: Terdapat satu lagi titik kecil selain "rambut". Hawking, Strominger dan Parry mengatakan bahawa keadaan vakum entah bagaimana tidak unik?
E.A.: Ciri-ciri lohong hitam adalah sama dengan ciri-ciri vakum (keadaan tanah) dalam teori medan kuantum dengan latar belakang lohong hitam. Hakikatnya ialah walaupun dengan kehadiran sinaran Hawking, kita berhadapan dengan keadaan asas teori medan kuantum, kerana sinaran Hawking adalah penguatan ayunan titik sifar yang terdapat dalam vakum, iaitu, dalam keadaan dasar. Sebelum ini, mereka menyangka bahawa hanya terdapat tiga ciri ini, tetapi kini mereka melihat bahawa ciri-ciri tersebut sepatutnya mempunyai bilangan yang tidak terhingga. Telah lama diketahui bahawa pada infiniti terdapat bilangan tak terhingga ciri-ciri sedemikian, dan kini mereka mendakwa bahawa di kawasan lubang hitam semuanya betul-betul sama. Oleh itu, keadaan dasar teori medan kuantum dengan kehadiran lohong hitam mempunyai kemerosotan besar yang tidak terhingga, dan keadaan tanah yang berbeza dibezakan melalui ciri-ciri di atas dan diterjemahkan kepada satu sama lain melalui transformasi simetri tak terhingga.
Hawking, Perry dan Strominger juga mendakwa bahawa mereka telah membuktikannya dengan teliti. Iaitu, jika anda bertanya kepada Malcolm Parry secara langsung, dia akan mengatakan bahawa mereka telah membuktikan kenyataan ini. Dan dia seorang yang tidak membazir kata-kata. Cuma saya masih belum faham dengan kenyataan ini.
N+1: Semasa temu bual yang lalu, anda menyebut satu lagi faktor yang Hawking tidak ambil kira. Saya tertanya-tanya sama ada mereka membetulkannya apabila "menampal lubang" dalam perihalan paradoks?
E.A.: Saya berkata berikut - teori medan kuantum dengan latar belakang lubang hitam berada dalam keadaan tidak pegun. Saya mungkin telah mengutarakannya sedikit berbeza, tetapi itulah yang saya maksudkan. Hawking, Strominger dan Parry bercakap tentang vakum dan ciri-cirinya. Bagi saya ini tidak mencukupi - disebabkan fakta bahawa teori medan kuantum berada dalam keadaan tidak pegun dengan latar belakang lubang hitam, ia tidak kekal dalam keadaan vakum, tetapi masuk ke dalam beberapa jenis keadaan teruja. Iaitu, darjah kebebasan dalaman teori medan teruja. Iaitu, sebagai tambahan kepada ayunan titik sifar, keadaan teruja teori medan kuantum juga akan menyumbang kepada sinaran lubang hitam. Dan ini, tentu saja, juga mencirikan keadaan teori medan kuantum terhadap latar belakang lubang hitam dan melengkapkan gambar.
Tetapi apa yang saya katakan tadi bukanlah sudut pandangan yang diterima umum. Ia dikongsi oleh mungkin lima orang di dunia. Walau bagaimanapun, sudut pandangan ini boleh disokong oleh pengiraan terperinci [Emil T. Akhmedov et al. /PRD, 2016], dan formulanya adalah objektif. Sesiapa sahaja boleh menyemaknya dan memastikan ia betul atau salah.
Percubaan pemikiran
N+1: Dan jika anda berkhayal, adakah masih mungkin untuk membayangkan sejenis eksperimen yang boleh menguji teori? Lagipun, setiap teori membuat ramalannya sendiri, yang merupakan kriteria untuk ketepatan.E.A.: Sudah tentu, semua kesan ini adalah lemah dan pada masa ini ia hanya untuk kepentingan akademik. Malangnya, tidak ada harapan untuk memeriksa kewujudan radiasi Hawking dan melihat ciri-cirinya berhampiran objek di langit yang kita anggap sebagai lubang hitam.
N+1: Bagaimana jika kita membayangkan bahawa kita boleh menghantar peranti?
E.A.: Walaupun kita membayangkan bahawa kita boleh menghantar peranti itu, kesan ini masih sangat lemah. Suhu lubang hitam dengan jisim Matahari adalah kira-kira sepuluh juta kelvin - ini adalah nilai yang boleh diabaikan walaupun dengan latar belakang sinaran relik kosmologi.
Satu-satunya perkara yang saintis harapkan ialah melihat fenomena dari lubang hitam mikroskopik. Apabila kita melihat ke langit, kita bukan sahaja melihat ke jauh, tetapi juga ke masa lalu. Pada peringkat awal perkembangan Alam Semesta, apabila ia sangat padat, lubang hitam primordial kecil boleh terbentuk. Jika kita mengambil lubang hitam dengan jisim yang sama dengan jisim Gunung Everest, maka bukannya memancarkannya secara perlahan, ia meletup, kerana suhunya sangat besar.
N+1: Ia jelas - semakin kecil lubang hitam, semakin tinggi suhu sinaran. Tetapi bagaimana jika kita dapat menangkap sekurang-kurangnya satu kuantum yang dipancarkan oleh lubang hitam dari jauh?
E.A.: Untuk mengesahkan secara eksperimen pemerhatian Hawking, Strominger dan Parry, satu kuantum daripada aliran yang dipancarkan oleh lubang hitam tidak mencukupi untuk kita. Jika kita melihat lubang hitam dari jauh, maka bilangan ciri yang tidak terhingga menentukan keseluruhan aliran.
N+1: Iaitu, jika kita dapat menangkap keseluruhan fluks sinaran dari lubang hitam, maka kita boleh mendapat jawapan sama ada teori itu benar atau tidak.
E.A.: Secara teorinya, jika kita mengelilingi lubang hitam dengan kotak dan mengumpulkan semua yang dipancarkannya, kita boleh menentukan nilai bilangan caj yang tidak terhingga. Biar saya tekankan bahawa sesetengah daripadanya akan sama dengan sifar, dan sesetengahnya tidak. Semua ini akan mencirikan keadaan lubang hitam sepenuhnya.
Tetapi saya akan menjelaskan sekali lagi bahawa ini tidak boleh dilakukan pada infiniti, kerana mungkin tidak ada satu lubang hitam, ia mungkin dikelilingi oleh sesuatu. Badan ini juga boleh mengeluarkan sinaran graviti dan elektromagnet. Untuk mendapatkan ciri-ciri lubang hitam tertentu, kita perlu menangkap sinaran berhampiran ufuknya.
N+1: Ternyata kita hanya perlu membina pengesan besar di sekeliling lubang hitam - sejenis sfera Dyson.
E.A.: N et. Sudah tentu, saya tidak mendakwa bahawa perlu untuk menjalankan eksperimen yang kompleks dan bahkan mustahil untuk mengesahkan pemerhatian di atas. Jika kita melihat bahawa beberapa lubang hitam mikroskopik (contohnya, primer) memancar dan ciri-cirinya berubah, dan sinaran itu membawa pergi tepat ciri-ciri yang telah berubah, maka ini sudah memadai.
Ditemu bual oleh Vladimir Korolev
Chris Friel ialah seorang jurugambar British, pengarang ilustrasi yang digunakan dalam bahan tersebut. Dia menghabiskan 10 tahun terakhir cuba mengambil gambar yang dia suka. Dia sudah bekerja di 150 negara dan ingin melawat baki 46 lagi sebelum dia menjadi orang rumah.
Dalam fizik asas, tidak seperti matematik, terdapat hanya tiga masalah utama yang belum diselesaikan yang hampir semua saintis dari bidang sains ini sedang mengkaji: masalah pemalar kosmologi, masalah kurungan kuark dan masalah graviti kuantum.
Masalah berterusan kosmologi
Bayangkan sebuah lubang dengan bola di dalamnya. Jika anda menggerakkannya, ia akan mula berayun dan tanpa geseran ia akan berayun selama-lamanya - anda mendapat pengayun klasik. Tetapi jika anda tidak menyentuh bola, ia hanya akan terletak di bahagian bawah.
Walau bagaimanapun, zarah kuantum bukan bola, tetapi gelombang. Oleh itu, keadaan dasar pengayun kuantum mempunyai tenaga bukan sifar. Ini adalah gelombang dengan satu puncak di dalam lubang. Iaitu, zarah kuantum berayun walaupun dalam keadaan dasar. Ini adalah apa yang dipanggil ayunan sifar. Ia berlaku dalam mana-mana sistem kuantum, termasuk teori medan kuantum.
Dalam teori medan kuantum, vakum bukanlah kekosongan. Ia terdiri daripada sifar ayunan. Jika tiada graviti, maka tenaga dikira daripada jumlah tenaga ayunan titik sifar ini. Mereka seolah-olah dibuang. Dan semua zarah dalam teori medan kuantum adalah pengujaan di atas ayunan titik sifar.
Walau bagaimanapun, dengan kehadiran graviti, ayunan titik sifar tidak boleh dibuang. Mereka "menimbang" sesuatu, iaitu, mereka membengkokkan ruang-masa. Oleh itu ada masalah.
Secara teorinya diramalkan bahawa ayunan titik sifar menyumbang tenaga vakum yang sangat besar. Walau bagaimanapun, pemerhatian menunjukkan bahawa tenaga vakum di Alam Semesta kita adalah sangat kecil. Inilah yang kini dipanggil tenaga gelap di angkasa. Ia membawa kepada pengembangan dipercepatkan Alam Semesta, sebagai sesuatu yang "berberat". Inilah sebenarnya masalah dengan pemalar kosmologi: di satu pihak, teori medan kuantum meramalkan bahawa ia adalah besar, tetapi sebaliknya, kita perhatikan ia sangat kecil. Ke manakah perginya tenaga vakum yang besar yang diramalkan oleh teori medan kuantum? Jadi apakah sifat tenaga gelap?
Masalah berpantang kuark
Telah diketahui bahawa nukleus terdiri daripada proton dan neutron. Mereka berinteraksi antara satu sama lain menggunakan kuasa nuklear. Jika kita berlanggar proton, meningkatkan tenaga, kita akan melihat kelahiran pelbagai jenis zarah baru - hadron.
Semua hadron diterangkan dalam satu cara: ia terdiri daripada kuark. Ini diperhatikan dengan menyerakkan elektron pada proton pada tenaga yang sangat tinggi. Ternyata dalam kes ini elektron bertaburan hampir sama dengan zarah alfa pada atom. Yang terakhir ini dikaji oleh Rutherford pada awal abad kedua puluh: dia melihat bahawa zarah alfa bertaburan oleh pusat nukleus yang sangat pekat, yang mempunyai saiz yang sangat kecil. Ternyata dengan cara yang sama elektron diserakkan oleh proton, tetapi dengan satu kaveat: proton nampaknya mempunyai tiga pusat dengan cas yang sepadan.
Sebenarnya terdapat tiga quark di dalam proton. Tetapi untuk beberapa sebab yang tidak diketahui, kita tidak boleh mendapatkan quark ini secara berasingan; kita sentiasa melihat mereka hanya sebagai sebahagian daripada hadron. Kita tahu teori quark, dan ini adalah kromodinamik kuantum, yang menerangkan quark dan gluon. Interaksi pemindahan yang terakhir antara kuark, sama seperti foton antara cas elektrik. Kami memahami kromodinamik kuantum dengan baik pada tenaga tinggi. Kemudian ia benar-benar menggambarkan fizik hadron. Tetapi pada tenaga rendah elektron diserakkan oleh hadron secara keseluruhan. Bagaimanakah satu perihalan, menggunakan kuark yang boleh dikatakan bebas, berpindah kepada yang lain - dalam bentuk hadron sebagai keadaan terikat bagi kuark? Dan mengapa quark tidak wujud secara berasingan? Soalan-soalan ini adalah intipati kepada masalah berpantang.
Masalah Graviti Kuantum
Teori medan kuantum mempunyai masalah dengan kewujudan frekuensi tak terhingga. Secara kasarnya, medan boleh dibengkokkan dalam apa jua cara, dengan ketepatan yang diingini. Oleh kerana itu, apa yang dipanggil divergens timbul, iaitu: apabila mengira pelbagai kuantiti fizik dalam teori medan kuantum, kita mendapat sumbangan yang tidak terhingga. Dalam semua teori medan kuantum yang dibangunkan pada masa ini, percanggahan ini boleh dihapuskan dengan mentakrifkan semula beberapa pemalar gandingan, seperti caj dan jisim zarah, sebagai contoh.
Lebih-lebih lagi, untuk menghapuskan masalah yang sama apabila mengira graviti, adalah perlu untuk mentakrifkan semula bilangan pemalar gandingan yang tidak terhingga. Apabila tenaga meningkat, teori itu perlu menjadi lebih dan lebih rumit. Ini menunjukkan bahawa teori graviti hanya boleh digunakan pada tenaga yang rendah, dan ia mesti berdasarkan teori yang lebih asas (tenaga tinggi) yang belum kita ketahui.
Ahli fizik Emil Akhmedov mengenai undang-undang kedua Newton, metrik Minkowski dan sifat ruang-masa.
Anda boleh menghabiskan bertahun-tahun dalam hidup anda untuk menentukan masa. Ini adalah urusan peribadi bagi setiap orang yang menduduki niche tamadunnya sendiri. Sudah tentu, cuba menjawab soalan sedemikian adalah sebahagian daripada budaya manusia. Tetapi bagi seorang ahli fizik, hubungan antara bahan yang berbeza adalah penting, dan hubungan itu bukan lisan, tetapi formulaik. Contoh hubungan sedemikian ialah hukum kedua Newton. Dia menyatakan bahawa F=ma - daya menyebabkan jasad berjisim m bergerak dengan pecutan a. Anda boleh menghabiskan bertahun-tahun dalam hidup anda cuba untuk menentukan maksud kuasa. Anda boleh menghabiskan bertahun-tahun dalam hidup anda mencuba untuk menentukan bahan jisim. Tetapi bagi seorang ahli fizik, hubungan formula antara daya, jisim dan pecutan adalah penting. Sekarang saya akan menekankan dari segi apa.
Dinyatakan bahawa hukum F=ma, hukum kedua Newton, mengikuti dari eksperimen. Ini tidak bermakna bahawa terdapat eksperimen khusus di mana daya, jisim, pecutan diukur dan ditetapkan bahawa F=ma. Terdapat pelbagai fenomena semula jadi yang dihuraikan secara ringkas dalam bentuk formula ini dan formula dan hubungan lain. Bagi seorang ahli fizik, inilah yang penting: terdapat kuantiti yang diukur dalam newton - ini adalah daya; terdapat kuantiti yang diukur dalam kilogram - ini adalah jisim; Terdapat kuantiti yang diukur dalam meter sesaat kuasa dua - ini ialah pecutan. Sejak kecil, saya telah memahami sendiri bahawa fizik adalah sains yang mewujudkan hubungan antara kuantiti yang boleh diukur dalam kilogram, meter dan saat. Newton dinyatakan menggunakan formula ini dalam kilogram, meter dan saat.
Cuba jawab soalan "Apakah sifat masa?" Soalan ini adalah sah, tetapi bagi seorang ahli fizik dan jurutera, yang penting bukanlah jawapan abstrak, tetapi formula yang menghubungkan masa dengan sesuatu, dengan bahagian kiri dan kanan. Selepas ini, soalan "Apakah sifat yang ada di sebelah kanan, dan apa yang berkaitan dengan masa?" akan menjadi sah. Siapa yang mahu, biarlah dia menjawabnya. Tetapi apa yang penting bagi seorang ahli fizik ialah hubungan antara satu perkara dengan yang lain, hubungan sebab-akibat: jika saya mengubahnya dengan cara ini, maka ia berubah dengan cara ini. Ini adalah fakta realiti objektif, tidak kira bagaimana kita melihatnya.
Apakah masa untuk ahli fizik? Terdapat piawaian masa, yang, sebagai contoh, disimpan di Paris. Saya tidak tahu apa yang kini diambil sebagai standard masa, tetapi saya boleh mengambil satu getaran molekul sebagai standard masa. Dan jika molekul membuat 10 bilion getaran, ia biasa dipanggil detik. Sebelum ini, satu saat diambil sebagai standard, tetapi kini anda boleh mengambil satu getaran, kemudian satu saat ialah 10 bilion getaran molekul. Jam atom, kronometer, mengukur hanya dengan mengira bilangan getaran antara momen awal dan momen akhir molekul tertentu. Ini adalah bagaimana masa diukur, ini adalah sifatnya bagi seorang ahli fizik.
Seseorang juga boleh bertanya: apakah sifat ruang, bagaimana ia berstruktur pada tahap mikroskopik? Jika anda mendapat jawapan kepada soalan ini dalam bentuk formula yang mengaitkan beberapa ciri ruang dengan sesuatu yang lain, maka saya bersedia untuk membincangkannya. Sebagai seorang ahli fizik, ini menarik bagi saya. Jika anda mula mengatakan bahawa ruang sebagai bahan adalah seperti tanah liat atau sesuatu yang lain, saya tidak berminat dengan ini, bagi saya kenyataan ini tidak bermaklumat.
Sifat ruang untuk ahli fizik adalah seperti berikut: di ruang angkasa anda boleh memperkenalkan grid koordinat, iaitu, bayangkan paksi koordinat dalam ruang dan tetapkan cara untuk menentukan kedudukan dalam koordinat ini, serta jarak antara mana-mana dua titik dalam angkasa lepas. Bagaimana untuk mengukur jarak di atas kapal terbang? Anda memasukkan grid koordinat - paksi Y dan paksi X Tentukan satu titik, ia mempunyai dua koordinat. Sebagai contoh, anda ingin mencari jarak dari titik ini ke titik Y, ia juga mempunyai koordinatnya sendiri. Anda mengira perbezaan antara koordinat sepanjang satu dan paksi yang lain, kuasa duakannya, tambahkannya menggunakan teorem Pythagoras dan ambil punca kuasa dua. Ini ialah jarak antara dua titik - satah Euclidean, ruang dua dimensi Euclidean. Ini adalah bagaimana ia ditakrifkan. Saya tidak memerlukan apa-apa lagi pada ketika ini untuk membuat ramalan. Kemudian anda boleh bertanya kepada diri sendiri: dari mana formula ini datang, mengapa ia betul? Tetapi sekali lagi, jawapannya akan menarik bagi saya hanya dalam formula, bukan lisan.
Ruang dalam mekanik Newton ialah ruang tiga dimensi di mana terdapat tiga paksi: paksi Z menegak, paksi X mendatar dan paksi Y berserenjang dengan mereka. Saya memilih sesuatu sebagai pusat koordinat, contohnya sudut dalam bilik ini, mengarahkan paksi berserenjang antara satu sama lain, dan saya mengatakan bahawa titik itu adalah tiga meter dari asal dalam satu arah, lima dalam satu arah yang lain dan sepuluh dalam arah ketiga . Selepas itu, saya perlu menetapkan formula yang menentukan jarak antara titik ini dengan yang lain. Dengan cara yang sama, saya mengira panjang segmen ini di sepanjang tiga paksi (saya mempunyai segmen yang menghubungkan titik-titik ini, ia mempunyai tiga unjuran pada tiga paksi). Saya menjumlahkan kuasa dua unjuran, ambil punca kuasa dua, dan itu memberi saya jawapan untuk berapa panjang segmen itu. Sebaik sahaja saya menulis formula ini, saya boleh mengkaji pergerakan titik dan zarah bahan di bawah pengaruh daya. Sebagai contoh, di bawah pengaruh beberapa kuasa, zarah saya membuat beberapa jenis pergerakan. Saya menulis lengkung ini dan, dengan menggunakan formula, saya boleh menentukan semua ciri lengkung ini dan mengetahui secara numerik apa daya dan pada masa yang bertindak ke atas zarah dan memberikannya pecutan itu dan itu, zarah itu mempunyai jisim ini dan itu, dan seterusnya. Selepas ini saya akan menetapkan kesahihan undang-undang - contohnya, F=ma. Atau, dengan menggunakan hukum F=ma, saya akan meramalkan bagaimana zarah itu akan bergerak di bawah pengaruh satu daya atau yang lain.
Ini adalah kes dalam mekanik Newton, di mana masa diukur secara berasingan menggunakan sesuatu. Galileo mengira getaran candelier di katedral di Piazza dei Miracoli, di Pisa, dia mengira nadinya sendiri: berapa kali nadinya berdetik dan berapa kali candeliernya bergoyang. Baginya, unit ukuran ialah satu per enam puluh saat. Orang lain boleh membina kronometer Switzerland, tetapi orang lain tidak berpuas hati dengan ini dan menuntut supaya ada kronometer atom. Semuanya bergantung kepada tahap ketepatan kenyataan yang ingin diterimanya.
Dalam mekanik Newtonian, masa dan jarak dalam masa diukur secara berasingan. Secara mudah, jarak dalam masa diukur menggunakan formula berikut: antara satu saat dengan yang lain, begitu banyak ayunan berlaku, sebagai contoh, bandul. Ini bermakna kita mengukur masa sebagai bilangan ayunan. Kami mengukur jarak dalam angkasa dengan cara yang sama - ini adalah cara mekanik Newton berfungsi.
Dalam teori relativiti khas, kenyataan baru muncul bahawa tidak ada cara yang berasingan untuk mengukur jarak sepanjang masa dan tidak ada cara yang berasingan untuk mengukur jarak di sepanjang ruang, tetapi terdapat satu cara untuk mengukur jarak dalam ruang-masa. Kaedah ini diberikan oleh formula Minkowski, yang menyatakan bahawa jarak antara dua titik dalam ruang-masa dikira dengan formula berikut: c 2 didarab dengan tempoh masa, dengan delta t 2, tolak kuasa dua panjang dalam ruang. - c 2 *Δt 2 -(x 1 -x 0) 2 -(y 1 -y 0) 2 -(z 1 -z 0) 2. Segi empat sama panjang, iaitu, tolak jarak sepanjang X kuasa dua tolak jarak sepanjang Y kuasa dua tolak jarak sepanjang Z kuasa dua.
Formula Minkowski mengikuti dari tempat yang sama dengan F=ma - dari perihalan keseluruhan data eksperimen. Jika anda menerima formula ini, maka anda menerangkan secara ringkas julat data percubaan tertentu. Tiada apa lagi yang perlu diperkatakan tentang formula ini pada peringkat ini.
Apabila mereka bercakap tentang kontinum ruang-masa atau ruang-masa, mereka sebenarnya bermaksud kaedah menentukan koordinat dalam ruang dan kaedah menentukan jarak menggunakan metrik Minkowski. Ini adalah sifat ruang-masa bagi seorang ahli fizik.
Formula Minkowski sangat berbeza daripada formula Euclidean, daripada kaedah menentukan jarak dalam ruang Euclidean. Oleh kerana itu, dari sudut pandangan seseorang yang biasa dengan geometri Euclidean, kebanyakan pernyataan geometri Minkowski kelihatan sangat paradoks, jadi kebanyakan pernyataan teori relativiti khas kelihatan paradoks. Tetapi pada masa yang sama, seseorang tidak menyedari bahawa kita bercakap tentang fenomena yang sangat halus.
Mana-mana undang-undang fizikal, tidak kira betapa asasnya, mempunyai had kebolehgunaan. Dia tidak betul sama sekali. Tidak seperti undang-undang logik, undang-undang fizikal mempunyai had kebolehgunaan. Sebagai contoh, mekanik Newton boleh digunakan jika kita bergerak pada kelajuan yang jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya, kita berhadapan dengan pecutan yang cukup kecil, dan medan graviti cukup lemah. Jika kita mula bergerak pada kelajuan tinggi, kita berhadapan dengan medan graviti yang sangat kuat, mekanik Newton digantikan oleh teori relativiti khas dan umum. Mereka tidak menafikannya, tetapi memasukkannya sebagai komponen. Cuma jika kita mengambil mekanik relativiti khas dan am dan pergi ke medan graviti kecil dan halaju rendah, kita mendapat undang-undang yang sama seperti dalam mekanik Newtonian.
Formula Minkowski hanya boleh digunakan sebagai anggaran, apabila kita mengabaikan kelengkungan ruang-masa dan apabila kita bercakap tentang kerangka rujukan inersia. Jika kita bercakap tentang sistem rujukan bukan inersia, maka formula itu tidak lagi terpakai. Dan jika ruang-masa melengkung, maka formula ini tidak boleh digunakan. Kebanyakan paradoks relativiti khas timbul kerana orang lupa tentang had kebolehgunaan formula ini.
Emil Akhmedov, Doktor Sains Fizikal dan Matematik, penyelidik terkemuka di Institut Fizik Teori dan Eksperimen yang dinamakan sempena A. I. Alikhanov, profesor Jabatan Fizik Teori di MIPT.
| Komen: 0 |
Emil Akhmedov
Saya akan memberitahu anda apa itu supersimetri. Supersimetri ialah fenomena yang belum ditemui secara eksperimen, tetapi, pertama, harapan besar telah disematkan padanya pada masa ia dilahirkan, dan kedua, ia adalah bahagian penting dalam fizik dan matematik matematik. Walaupun fakta bahawa ia belum ditemui secara eksperimen pada masa ini, tiada siapa yang mengatakan bahawa ia tidak akan ditemui pada masa akan datang, ia adalah bahagian penting dalam sains moden. Ini bermakna bahawa untuk memberitahu apa itu supersimetri, saya perlu menyatakan apa itu koordinat supersimetri, atau apakah koordinat secara umum.
Emil Akhmedov
Apakah zarah asas? Perkataan "zarah" berasal daripada perkataan "bahagian", jadi biasanya dibayangkan bahawa ia adalah sejenis batu bata dari mana kita membina keseluruhannya. Batu bata dikaitkan dengan sesuatu yang pepejal, keras, padat, kecil dan zarah dikaitkan dengan sejenis bola (ini adalah perkara pertama yang terlintas di fikiran orang biasa apabila mereka menyebut "zarah asas"). Ahli fizik Emil Akhmedov tentang model atom Thomson, zarah alfa dan penyerakan Rutherford.
Emil Akhmedov
Ia adalah satu kenyataan yang terkenal bahawa kelajuan cahaya tidak bergantung pada kerangka rujukan. Pernyataan ini hanya benar dalam ruang-masa rata, dan bukan dalam satu melengkung, dan, lebih-lebih lagi, hanya apabila bergerak dari kerangka rujukan inersia kepada kerangka inersia. Jika anda telah melepasi dalam ruang-masa rata daripada kerangka rujukan inersia kepada bingkai inersia, maka kelajuan cahaya tidak bergantung pada kelajuan pergerakan satu bingkai berbanding bingkai yang lain. Tetapi jika anda berpindah ke sistem rujukan bukan inersia, maka kelajuan cahaya tidak lagi seperti lembu suci, malah boleh bergantung pada koordinat, jika anda memahaminya sebagai pembahagian kenaikan ruang dengan kenaikan temporal. Ahli fizik Emil Akhmedov mengenai prinsip Fermat, graviti Newton dan kesan relativiti am.
Emil Akhmedov
Dalam pemahaman moden, ternyata bahawa undang-undang pemuliharaan tenaga dan undang-undang pemuliharaan momentum mengikuti dari prinsip yang lebih asas, yang terdiri daripada apa yang dipanggil invarian translasi dalam ruang dan masa. Apakah maksudnya? Apakah maksud invarian terjemahan secara umum?
Emil Akhmedov
Kisah saya akan menjadi lebih bersejarah: Saya akan bercakap tentang bagaimana teori Maxwell dan konsep gelombang elektromagnet timbul. Undang-undang Coulomb, hukum Biot-Savart, pelbagai hukum aruhan Faraday dan lain-lain telah diketahui. Maxwell cuba menerangkan set data eksperimen ini secara teori. Setahu saya, karya beliau mengandungi lebih kurang enam ratus muka surat. Dia cuba menerangkan undang-undang Faraday secara mekanikal semata-mata, menggambarkan medan elektromagnet sebagai satu set gear dengan pelbagai jenis gear. Pada abad ke-19, penerangan mekanikal alam semula jadi sangat popular. Kebanyakan daripada enam ratus muka surat itu hilang kerana mereka tidak membuat kenyataan yang membina. Mungkin saya melebih-lebihkan sedikit, tetapi satu-satunya perkara yang membina dalam karya Maxwell ini ialah persamaan dan formulanya.
Emil Akhmedov
Fizik Emil Akhmedov dalam menentukan kedudukan pada satah dan di angkasa, koordinat yang diperlukan dan jam atom. Saya akan bercakap tentang prinsip umum operasi GPS dan GLONASS. Kemudian saya akan menerangkan bagaimana ini berkaitan dengan relativiti khas dan am. Saya akan mulakan dari jauh. Segitiga ialah angka tegar pada satah dalam erti kata bahawa jika anda mengambil tiga engsel dan menyambungkannya dengan tiga kayu tegar, maka engsel ini tidak boleh disesarkan, tidak boleh digerakkan. Jika anda mengambil empat sendi atau lebih dan menyambungkannya dengan bilangan kayu yang sesuai untuk membentuk poligon, maka poligon ini boleh bergerak. Segi empat boleh diubah bentuk, oleh itu, jika terdapat lebih daripada tiga bucu, angka pada satah tidak lagi tegar.
Emil Akhmedov
Abad ke-18-19 ditandai dengan kejayaan mekanik Newton, yang menunjukkan kecekapan yang menakjubkan dalam menggambarkan gerakan planet-planet Sistem Suria. Tetapi sains mula bergerak ke hadapan apabila ia meninggalkan pendekatan mekanistik ini. Di bawah tanda semua ini berlaku, paradoks Laplace timbul, yang menunjukkan bahawa kehendak tidak ada di mana-mana. Iaitu, seseorang tidak boleh bertindak atas kehendaknya sendiri, semuanya telah ditetapkan dan boleh diramalkan. Ahli fizik Emil Akhmedov tentang persamaan pembezaan, garis dan titik ideal, dan penyelesaian kepada paradoks Laplace.
Emil Akhmedov
Hampir semua orang tahu hubungan E0=mc^2. Mana-mana orang yang berpendidikan tahu bahawa E=mc^2. Pada masa yang sama, mereka lupa bahawa jika anda melihat lebih dekat dan melihatnya secara bukan bahasa sehari-hari, maka hubungan itu kelihatan seperti E0=mc^2, E mempunyai indeks 0, dan ia menghubungkan tenaga selebihnya dengan jisim dan kelajuan cahaya. Perlu diingat bahawa tenaga adalah konsep utama di sini. Ini bermakna, dalam bahasa sehari-hari, hubungan ini mengatakan bahawa sebarang jisim adalah tenaga, tetapi tidak semua tenaga adalah jisim. Kita tidak boleh lupa tentang ini, bahawa tidak semua tenaga adalah jisim! Mana-mana jisim adalah tenaga, tetapi sebaliknya tidak benar. Dan bukan untuk sebarang tenaga, tetapi hanya untuk tenaga rehat, memang benar ia sama dengan mc^2. Dari mana datangnya nisbah ini? Ahli fizik Emil Akhmedov mengenai hubungan antara jisim dan tenaga, Minkowski ruang-masa dan koordinat 4-vektor.
Emil Akhmedov
Apakah pemerhatian yang mendasari teori relativiti khas? Bagaimanakah postulat diperoleh bahawa kelajuan cahaya tidak bergantung pada kerangka rujukan? Apakah teorem Noether tentang? Dan adakah fenomena yang bercanggah dengan SRT? Doktor Fizik dan Matematik Emil Akhmedov bercakap tentang perkara ini.
Emil Akhmedov
Doktor Fizik dan Matematik Emil Akhmedov bercakap tentang transformasi Lorentz, teori relativiti khas, paradoks berkembar dan paradoks rod dan bangsal.
Ahli fizik Emil Akhmedov tentang persamaan pembezaan, garis dan titik ideal, dan penyelesaian kepada paradoks Laplace.
Abad ke-18-19 ditandai dengan kejayaan mekanik Newton, yang menunjukkan kecekapan yang menakjubkan dalam menggambarkan gerakan planet-planet Sistem Suria. Di samping itu, ia, sudah tentu, membawa kepada kejayaan dalam bidang lain, lebih biasa, dan ternyata berkesan dalam menggambarkan sifat haba dan termodinamik. Iaitu, termodinamik gas diterangkan dalam bentuk pergerakan atom di dalamnya secara mekanikal semata-mata. Dan Maxwell, apabila menulis persamaan elektrodinamiknya, cuba menerangkan walaupun medan elektromagnet secara mekanikal, dengan bantuan gear dan gear. Tetapi sebenarnya, ini tiada kaitan dengan sifat medan elektromagnet, dan sains mula bergerak apabila ia meninggalkan pendekatan mekanistik ini.
Di bawah tanda semua ini berlaku, paradoks Laplace timbul, yang menunjukkan bahawa kehendak tidak ada di mana-mana. Iaitu, seseorang tidak boleh bertindak atas kehendaknya sendiri, semuanya telah ditetapkan dan boleh diramalkan.
Jika anda percaya pada kedua-dua pendekatan mekanistik dan medan, maka semua fenomena semula jadi diterangkan dalam bentuk fungsi tertentu dan persamaan pembezaan bagi mereka. Sekarang kita akan membincangkan apakah fungsi dan persamaan pembezaan. Sebagai contoh, fungsi yang paling mudah ialah kedudukan zarah. Ini adalah tiga fungsi, iaitu, koordinat dalam tiga arah. Terdapat kedudukan zarah pada masa tertentu t dalam kedudukan ini, pada saat masa berikutnya dalam kedudukan yang berbeza, dan seterusnya.
Fungsi yang terhasil ialah pergantungan masa kedudukan zarah. Fungsi ini diterangkan oleh persamaan pembezaan yang terkenal dipanggil hukum kedua Newton. Ia adalah pembezaan kerana ia mengandungi dua terbitan fungsi ini. Ini adalah pecutan didarab dengan jisim, dan semua ini ditentukan oleh daya yang bertindak ke atas zarah ini. Berikut ialah persamaan pembezaan untuk anda. Jika anda menentukan kedudukan awal zarah dan halaju awalnya, maka penyelesaian kepada persamaan ini ditentukan secara unik.
Dalam termodinamik, semuanya juga diterangkan dengan jelas. Anda hanya mempunyai bukan satu zarah, tetapi banyak daripadanya. Idea tentang berapa banyak zarah yang terkandung dalam gas diberikan oleh nombor Avogadro. Terdapat sejumlah besar zarah dalam isipadu gas tertentu. Zarah-zarah ini bergerak, berlanggar antara satu sama lain, berlanggar dengan dinding, dan ini membawa kepada fenomena termodinamik. Ternyata jika anda mempunyai komputer yang cukup berkuasa yang boleh beroperasi dengan jumlah data yang begitu besar, maka, mengetahui kedudukan awal semua zarah dan halaju awalnya, anda boleh menentukan dengan jelas evolusi seterusnya dan kelakuan gas itu, meramalkan sepenuhnya semua butiran kelakuan gas dan zarah konstituennya, dan sebagainya.
Idea ini boleh diteruskan lagi. Kami juga terdiri daripada molekul, atom yang berinteraksi antara satu sama lain, bertindak antara satu sama lain dengan beberapa jenis daya. Dan jika kita menetapkan kedudukan awal dan kelajuan awal semua zarah ini yang diperbuat daripada kita, maka tingkah laku kita telah ditentukan sepenuhnya, kerana kesedaran kita dan segala-galanya, jika kita percaya pada model mekanistik ini, ditentukan sepenuhnya oleh tindak balas kimia tersebut. berlaku di dalam otak dan badan kita dan sebagainya. Sehubungan itu, tiada kehendak. Mana-mana tindakan saya seterusnya ditentukan oleh semua yang berlaku di sekeliling saya. Ini bermakna bahawa ini adalah paradoks Laplace, bahawa segala-galanya telah ditetapkan.
Adalah dipercayai bahawa paradoks Laplace diselesaikan oleh mekanik kuantum kerana ia memperkenalkan tafsiran kebarangkalian. Walau bagaimanapun, tafsiran kebarangkalian mekanik kuantum timbul apabila sistem diputuskan. Iaitu, jika anda mempengaruhi sistem kuantum kecil dengan sistem klasik yang besar, ini dipanggil pengukuran, keadaan sistem mekanikal kuantum diukur, dan pada masa ini tafsiran kebarangkalian muncul. Dan jika sistem mekanikal kuantum ditutup, maka ia diterangkan sepenuhnya oleh fungsi gelombang yang dipanggil. Kerana tafsiran kebarangkaliannya, ia dipanggil gelombang kebarangkalian, tetapi itu tidak penting.
Walau apa pun namanya, sistem mekanikal kuantum tertutup diterangkan oleh fungsi gelombang, yang juga mematuhi persamaan pembezaan yang dipanggil persamaan Schrödinger. Perkara penting ialah jika anda mengetahui syarat awal untuk persamaan pembezaan ini, iaitu nilai awal fungsi gelombang, terbitannya, maka selepas itu anda membina semula fungsi gelombang secara unik pada setiap masa. Dan sistem mekanikal kuantum, jika ditutup, digambarkan secara unik menggunakan fungsi gelombang ini. Dan tiada tafsiran kebarangkalian diperlukan, kerana anda tidak membuka sistem.
Kita boleh mengatakan bahawa sekali lagi segala-galanya telah ditetapkan. Seseorang boleh berhujah dengan ini, tetapi tidak kira apa teori yang kita hadapi - teori relativiti, teori umum relativiti, persamaan graviti, persamaan Maxwell, persamaan yang menerangkan interaksi lemah dan kuat - semua daya ini diterangkan oleh kedua- susunan persamaan pembezaan . Persamaan ini mengandungi medan yang merupakan fungsi koordinat, iaitu kedudukan dalam ruang dan masa bagi nilai sesuatu medan. Perubahannya dalam ruang dan masa diterangkan oleh persamaan pembezaan. Iaitu, sekali lagi segala-galanya seolah-olah telah ditetapkan.
Dari mana datangnya paradoks? Mari kita berpaling sebentar dan cuba terangkan apa yang berlaku. Sebahagian besar paradoks timbul apabila kita cuba mengekstrapolasi beberapa undang-undang alam kepada semua kes kehidupan. Sebagai contoh, paradoks yang terkenal: yang mana dahulu - ayam atau telur? Masalah falsafah yang menunjukkan bahawa sepanjang sejarah Alam Semesta terdapat ayam yang bertelur, telur menetas menjadi ayam, dan sebagainya. Adalah jelas bahawa ini tidak selalu berlaku. Hasil daripada evolusi, terdapat keadaan pertengahan yang melahirkan sesuatu seperti telur, lebih dekat dan lebih seperti telur, dan daripada telur ini atau rupa telur menetas burung atau haiwan yang semakin hampir dengan apa yang kita panggil sekarang. seekor ayam. Paradoks ayam dan telur diselesaikan dengan cara ini.
Jika kita kembali kepada paradoks Laplace, kita, saintis yang terlibat dalam sains semula jadi, sentiasa menggunakan beberapa anggaran. Mana-mana undang-undang saintifik semula jadi, tidak kira betapa asasnya ia, sentiasa sesuai dengan anggaran tertentu. Hukum kedua Newton adalah benar jika kita berurusan dengan objek yang cukup besar - dari sebutir dan lebih besar - bergerak pada kelajuan yang jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya, dengan pecutan hampir dengan yang kita alami di Bumi dan dalam sistem suria, dalam medan graviti yang mencipta sesuatu seperti Matahari, bintang seperti Matahari, atau planet seperti Bumi. Jika kita mula membincangkan objek yang bergerak pada kelajuan yang sangat tinggi, kita perlu berurusan dengan teori relativiti khas. Jika kita membincangkan medan graviti yang sangat kuat, kita perlu berurusan dengan relativiti am. Jika kita perlu berurusan dengan objek yang sangat kecil, kita perlu berurusan dengan mekanik kuantum. Jika kita perlu berurusan dengan halaju yang sangat tinggi untuk objek yang sangat kecil, kita perlu berurusan dengan teori medan kuantum. Dalam langkah seterusnya, jika kita ingin berurusan dengan teori medan kuantum dalam medan graviti yang sangat kuat, kita mungkin perlu berurusan dengan sesuatu seperti graviti kuantum, yang masih di peringkat awal, manakala teori yang lain telah dibangunkan.
Dari mana datangnya anggaran ini? Matematik, seperti yang mereka suka katakan dengan kesedihan yang hebat, adalah perkara yang membolehkan kita mencari beberapa jenis susunan dalam kekacauan di sekeliling kita. Iaitu, kita sentiasa menggunakan formula matematik untuk menerangkan sesuatu yang ideal secara matematik, yang lebih kurang menggambarkan apa yang sebenarnya berlaku dalam alam semula jadi. Dan kita juga boleh menentukan anggaran apa, malah menambah baik anggaran ini, semakin hampir kepada keadaan sebenar. Sebagai contoh, tiada garis lurus ideal, nipis tak terhingga, tiada titik dan objek ideal tanpa saiz, dan tiada sistem rujukan inersia yang ideal.
Tetapi sebenarnya apa yang berlaku? Kita boleh mengira hasil yang akan dituai dari kawasan tertentu dengan menerangkannya menggunakan segi empat tepat atau poligon yang tepinya terdiri daripada segmen lurus, menganggapnya sangat nipis. Ini membolehkan kita menganggarkan keluasan angka rata ini dan hasil tuaian yang akan kita tuai, sering mengabaikan fakta bahawa permukaan ini tidak rata, dan di dalam poligon ini terdapat bukit, lekukan, dan sebagainya. Persoalannya ialah dalam anggaran apa yang kita kerjakan.
Dengan cara yang sama, menggunakan garisan nipis yang ideal, titik dan sebagainya, kita boleh mengira di rumah. Untuk ketepatan dalam mengira rumah, beberapa milimeter sudah cukup supaya kita tidak mengalami keretakan di tingkap. Sebaliknya, dengan ketepatan apakah yang kita perlukan untuk mengira objek seperti pengesan dalam pemecut (dan ini adalah sesuatu yang setanding dengan bangunan tiga, empat atau lima tingkat)? Di sana, pelbagai bahagiannya dilaraskan antara satu sama lain dengan ketepatan mikron. Di sana, ketepatan yang lebih tinggi diperlukan, kerana ia adalah perlu untuk menentukan jejak zarah dan bucu tindak balas dengan ketepatan sedemikian. Persoalannya ialah dengan ketepatan apa yang ingin kita huraikan. Oleh itu, kami sentiasa membuat beberapa jenis anggaran, mengehadkan diri kami kepada ketepatan tertentu yang kami ingin menerangkan sesuatu, dan semuanya mengalir daripada ini.
Oleh itu, persamaan pembezaan yang menerangkan hukum alam sebenarnya adalah sejenis penghampiran kepada apa yang sebenarnya berlaku dalam alam semula jadi. Tiada siapa yang mengatakan bahawa jika kita pergi ke saiz yang lebih kecil, kita akan melihat struktur yang halus dalam ruang dan masa, sejenis struktur berbutir, yang tingkah lakunya tidak lagi akan diterangkan oleh persamaan pembezaan, tetapi oleh perbezaan terhingga. Ya, dalam persamaan sedemikian masalah akan timbul semula dengan fakta bahawa segala-galanya boleh diramal. Tetapi bagaimana jika ini bukan persamaan perbezaan terhingga? Hakikatnya, kemungkinan besar, paradoks Laplace dijelaskan oleh fakta bahawa tidak ada keperluan untuk mengekstrapolasi undang-undang alam semula jadi yang digunakan untuk situasi tertentu untuk semua kes dalam kehidupan dan alam semula jadi.
Emil Akhmedov, Doktor Sains Fizikal dan Matematik, penyelidik terkemuka di Institut Fizik Teori dan Eksperimen yang dinamakan sempena A. I. Alikhanov, profesor Jabatan Fizik Teori di MIPT.
| Komen: 0 |
Persoalan kehendak bebas adalah salah satu masalah falsafah lama, tetapi dalam beberapa dekad kebelakangan ini terdapat banyak perkembangan menarik dalam bidang ini. Peserta dalam perbualan akan membincangkan inovasi ini. Kami akan bercakap, khususnya, tentang "Contoh Frankfurt", "Hujah Manipulatif" oleh D. Pereboom dan "Prinsip Tanggungjawab Tertinggi" oleh R. Kane. Pertimbangan ini dan alat konseptual lain akan membolehkan peserta dalam perbualan menilai kemajuan sebenar dalam memahami masalah kehendak bebas.
Determinisme ialah konsep saintifik umum dan doktrin falsafah mengenai sebab, corak, hubungan genetik, interaksi dan syarat semua fenomena dan proses yang berlaku di dunia.
Dengan bantuan pakar bius, Jennifer Aniston, dan seorang saintis yang bersenjatakan tukul besi, Profesor Marcus du Sautoy mencari jawapan kepada soalan tentang apa itu "saya". Untuk melakukan ini, dia tertakluk kepada beberapa eksperimen yang menarik dan luar biasa. Marcus mengetahui pada usia berapa kesedaran diri kita muncul dan sama ada makhluk hidup lain memilikinya. Dia meletakkan fikirannya untuk tidur dalam pengalaman anestetik untuk lebih memahaminya, kemudian mempunyai pengalaman luar badan untuk menyetempatkan dirinya Selepas itu, Marcus pergi ke Hollywood untuk memahami cara selebriti membantu lebih memahami aktiviti mikroskopik otak kita. Dia kemudian mengambil bahagian dalam eksperimen membaca minda yang secara radikal mengubah pemahamannya tentang apa itu "Saya".
Jika keadaan awal sistem diketahui, adalah mungkin, menggunakan undang-undang alam, untuk meramalkan keadaan terakhirnya.
Kehendak bebas adalah bahagian penting dalam pandangan kehendak bebas secara umum. Agama sangat berbeza dalam cara mereka bertindak balas terhadap hujah asas menentang kehendak bebas, dan dengan itu mungkin memberikan jawapan yang berbeza kepada paradoks kehendak bebas - dakwaan bahawa kemahatahuan tidak serasi dengan kehendak bebas.
“Peristiwa moden mempunyai kaitan dengan peristiwa terdahulu, berdasarkan prinsip yang jelas bahawa tiada objek boleh bermula tanpa sebab yang menghasilkannya... Kemahuan, tidak kira betapa bebasnya, tidak boleh menimbulkan tindakan tanpa motif tertentu, malah mereka yang dianggap neutral ... Kita mesti menganggap keadaan Alam Semesta sekarang sebagai hasil daripada keadaan sebelumnya dan punca keadaan berikutnya. Fikiran yang, pada bila-bila masa tertentu, akan mengetahui semua kuasa yang beroperasi di alam semula jadi, dan kedudukan relatif bahagian konstituennya, jika ia, lebih-lebih lagi, cukup luas untuk menundukkan data ini kepada analisis, akan merangkumi dalam satu formula pergerakan itu. badan yang paling besar di Alam Semesta dan atom paling ringan; baginya tidak akan ada apa-apa yang tidak jelas, dan masa depan, seperti masa lalu, akan berada di hadapan matanya... Lengkung yang diterangkan oleh molekul udara atau wap dikawal dengan ketat dan pasti seperti orbit planet: satu-satunya perbezaan di antara mereka adalah apa yang dipaksakan oleh kejahilan kami"
Terdapat masalah dalam keserasian idea kita tentang kebebasan dan cara dunia berfungsi. Di satu pihak, kita tahu bahawa setiap kejadian mempunyai puncanya sendiri. Rantaian punca kembali sangat jauh. Dan nampaknya apa yang berlaku hari ini telah ditentukan oleh peristiwa masa lalu. Sebaliknya, terdapat idea bahawa kita mampu memulakan tindakan sendiri, kita benar-benar boleh mengubah masa depan. Masalah metafizik kehendak bebas ialah masalah hubungan antara susunan sebab akibat, antara fakta bahawa semua peristiwa ditentukan, dan hakikat bahawa kita membuat pilihan bebas atau tindakan bebas. Tetapi ini bukan masalah abstrak. Idea keperibadian dan tanggungjawab dibina atas idea kebebasan. Bolehkah kita melakukan tindakan bebas, berdasarkan apa tanggungjawab moral dan undang-undang, dan adakah robot akan menjadi manusia? Dalam episod ini kami menawarkan perbincangan tentang hujah manipulasi Derk Pereboom.
Ilya Shchurov
Bilakah konsep "fungsi" diperkenalkan ke dalam peredaran saintifik? Apakah penyelesaian yang telah dicadangkan untuk masalah getaran tali? Apakah pendekatan yang wujud untuk memahami fungsi? Dan bagaimanakah pertikaian mengenai rentetan itu berkembang? Ahli matematik Ilya Shchurov bercakap tentang ini.