?

Log in

No account? Create an account

[sticky post] Ёросику

Друзья, я вернулась. И не одна. Иногда здесь будет писать мой папа о своих изысканиях в области физики (под аватаркой "панда").
Тем, кто впервые заглянул на огонёк, добро пожаловать! Ёросику, как говорят японцы!
Теорема Гаусса-Бонне утверждает, что среднее значение гауссовой (или скалярной) кривизны на двумерном многообразии не зависит от выбора метрики и определяется исключительно топологией многообразия.

Означает ли это, что, выбрав двумерный объект с наперёд заданной "площадью" ограниченного множества, мы получим одну и ту же кривизну объекта независимо от того, в каких масштабах мы её измеряем? И даже независимо от того, где объект находится и что собой представляет? Лишь бы его топология не менялась, то есть оставалась бы одной и той же, каким бы непрерывным деформациям мы его ни подвергали.

Но тогда мы получаем однозначную связь кривизны нашего объекта с величиной "классической" силы, оказываемой на соседние объекты при его перенесении - добавлении к ним. Силы, которая появляется в наших классических пространствах при рассмотрении достаточно большого числа взаимодействующих объектов. Силы, которая обратно пропорциональна квадрату радиуса или кривизне воображаемой сферы для гравитационных и электростатических сил.

Так ведь этот объект и есть квант действия, который мы уже давно используем в своих качественных рассуждениях, и который полностью совпадает с ним!

Что же получается? У нас "в руках" оказывается тот объект, который только нам и нужен. Меняй его топологию - и все дела! Хочешь - бери шар, хочешь бублик (тор) с одной или сколько хочешь дырками. С его помощью получай разные пространства - простые, сложные, составные - с разной их симметрией в результате. Живи - не хочу!

Только вот с живыми тварями пока не получается. Надо подумать...
По просьбе sspr помещаю сразу два раздела из моего доклада "О дискретных моделях физических пространств", доложенного 25 марта 2019 в Институте математики СО РАН.


В этих разделах эмпирическая по сути термодинамика рассматривается с позиций кванта действия как единое целое. Термодинамика становится единой, да ещё и дискретной, какой и должна быть любая современная наука. Заодно обсуждается физический смысл энтропии и температуры - трудно понимаемых величин, представляющих "тёмное" пятно на теле королевы наук - термодинамики, какой считал её Эйнштейн.


ТЕРМОДИНАМИКА ОБЫКНОВЕННАЯ И ДИСКРЕТНАЯ

Краткое обоснование термодинамики начнём с её 4-х известных законов:
0. Каждому равновесному состоянию системы можно сопоставить температуру – некую функцию T(p, V), зависящую от внешних условий p и V.
1. Дифференциальный закон сохранения энергии dU = TdS – pdV.
2. В замкнутой системе энтропия стремится к своему максимальному значению, достигаемому при достижении равновесия. Или: тепло не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому.
4. При стремлении температуры к абсолютному нулю энтропия системы стремится к некоторому пределу (нулю). Или: недостижимость нуля за конечное число циклов.

Начнём с 1-го закона, умножив правую и левую часть уравнения на некую константу времени t0. Получим: d(Ut0) = Td(St0) – (Ft0)dx. В таком виде это будет закон сохранения полного действия в системе. Наибольший интерес представляет первый член в правой части уравнения. Рассмотрим сначала, что такое энтропия S. Часто предполагается, что полное число состояний W в системе равно произведению чисел для всех возможных состояний Wi при каждой энергии Ei, то есть W = ПWi. А энтропия по Больцману S = klnW будет тогда представлять сумму энергий giEi, взятых с весом gi на каждом уровне. Тогда, умноженная на характерное время t0 энтропия будет равна полному числу квантов действия Nh в системе. А обратная температура 1/T будет являться частной производной б(St0)/б(Ut0)|V. Становится понятно, почему абсолютный нуль становится недостижимым, а энтропия в нуле – неопределённой. Каким мудрым, всё-таки, оказался Больцман, более века тому назад предвидя, какое выражение должна иметь энтропия идеального газа!

Другими словами, мы нагреваем систему или совершаем над ней работу всякий раз, когда передаём ей от внешнего источника квант действия h в виде энергии E=h/t0 или импульса p=h/x. Этот квант действия (а потом - и другие) распределяются по многим разным состояниям, составляя некоторую величину для энтропии S = klnW, которая будет увеличиваться с увеличением числа переданных квантов h. Но состояния эти - не различные значения энергии Ei, которые может принимать каждая структурная единица (атом, молекула) в системе, а количество структурных единиц, среди которых распределён квант действия, и которые он объединяет в единое целое. В этом заключается принципиальная разница в описании термодинамических (и других) процессов через переданную энергию и импульс или через кванты действия. Почему квант действия распределяется именно таким образом - подсказывает квантовый эффект Холла, представленный в докладе отдельным разделом, но уже описанный ранее в этом блоге. Таким образом, энтропия - в некотором роде фикция - это распределение квантов действия по разным числам, составленным из структурных единиц системы. Но фикция очень жесткая: она может измениться, только если изменятся сами её носители. Забегая вперёд, скажу, что записывать уравнение переноса энтропии в неравновесных процессах, как это делает Пригожин и другие, - полная ерунда, если этот перенос не обусловлен переносом материальных частиц. Также добавлю, что распределение кванта действия по нескольким частицам, выполняющих здесь роль фермионов, приводит к потере "памяти" у кванта действия - того, кем он был и как был распределён в "предыдущей жизни". С квантами энергии в атомистическом представлении такой номер не проходит: каждый квант передаётся от одной частицы к другой, и тем же путём может быть передан обратно. Таким образом, здесь получает объяснение, с чем связана необратимость процессов, и какую роль в этом играет взаимодействие между собой бозонов и фермионов.

Остаётся пока непонятным вопрос (2-ой закон термодинамики): "Зачем системе нужны всевозможные распределения кванта действия по разным состояниям в системе?" Возможный ответ: "Чтобы в случае вывода системы из равновесия иметь такие начальные условия, какие позволили бы системе максимально быстро вернуться к равновесию". Но такой ответ требует доказательств и рассмотрения неравновесной термодинамики.

А пока рассмотрим примеры критического поведения и дискретности термодинамических процессов: испарение-конденсация, турбулентность, фотоэффект.

Испарение отдельных атомов или молекул твёрдым телом или жидкостью происходит в том случае, когда квант действия перестаёт быть распределённым между многими атомами и принадлежит только ему одному. Для испарения из твёрдой фазы, возможно, требуется два целых кванта. Один – для перехода в "жидкое" состояние, другой – в газообразное. Но при обратном переходе – конденсации могут возникнуть затруднения в том, кому передать лишний квант действия, остающийся при объединении двух атомов (молекул) в одно целое. Так как, обладая двумя квантами вместе, они вынуждены будут распасться обратно. Другое дело – конденсация атома (молекулы) на крупную частицу или массивную поверхность. Переданный квант действия тут же распределяется между многими атомами в массиве, и новое образование станет единым целым. Используемые в теории конденсации понятия "поверхностного натяжения" и "критического размера" теряют свой смысл, когда объекты становятся слишком маленькими.

Турбулентность для изначально ламинарного течения жидкости возникает тогда, когда возбуждение новых квантов действия, возникающих из-за "трения" при относительном движении частиц, не успевает или не может быть распределённым между соседними элементами жидкости. Напомним, что в жидкости элементарным актом возбуждения пространства является вращение группы атомов или молекул. Случай, когда квант вращения принадлежит одному атому или молекуле, является физическим пределом и не может быть превышен. Для реального течения жидкости этот случай соответствует большому градиенту скорости вблизи поверхности или её большой кривизне. Невозможность превысить физический предел приводит к тому, что вновь образованные кванты уходят в область меньших градиентов скорости и там "конденсируются" в большой вихрь. Когда таких вихрей образуется много, и они начинают взаимодействовать друг с другом, или вихрь становится слишком большим и начинает разрушаться, наступает турбулентность. Она становится развитой, когда вихри плотно заполняют всё рассматриваемое пространство. Два принципа, связанные с действием и упомянутые в разделе аксиоматика, здесь играют самую непосредственную роль. Одним принципом является принцип наименьшего действия, знакомый нам по учебникам классической механики, а второй - принцип максимального переноса действия, сформулированный нами специально для неравновесной термодинамики.

Фотоэффект электронов, выбиваемых фотоном с поверхности металлов, можно объяснить и с позиций кванта действия. Для выхода электрона требуется ровно один квант. Но при этом требуется время t0, достаточно короткое, чтобы переданный квант не успел распределиться среди соседей. У фотона характерное время определяется условием t0 = h/E. Поэтому, требуется энергия, больше некоторого предела. Что в действительности и происходит.


НЕРАВНОВЕСНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Рассмотрим некоторые стационарные, но при этом неравновесные течения.

Вихревая нить (Алексеенко С.В., Шторк С.И.); Закрученная струя газа (Маркович Д.М., Дулин В.М.)

Что можно сказать о приведённых картинках? Что общего между ними и, скажем, мясорубкой? Какая мысль должна придти в голову, если допустить квант действия в качестве основного элемента, определяющего структуру течения? Правильно: мы наблюдаем перенос момента импульса или иными словами – интегральный перенос квантов действия. Но почему течение так деформировано, что напоминает шнек мясорубки? Возникает гипотеза: такая форма обеспечивает максимально возможный перенос действия! Возможно, при расчете мы сможем убедиться, что она работает.

Рассмотрим другой - хорошо известный пример ячеек Бенара в подогреваемом снизу слое жидкости.

Естественная конвекция – поразительный пример того, как образуются структуры, обеспечивающие максимальный перенос действия в условиях возрастающего трения при увеличении "теплового напора" в горизонтальном слое. При малом "напоре" – разности температур в слое жидкости – передача тепла обеспечивается обычной молекулярной теплопроводностью. Конвективное течение невыгодно из-за потерь на трение. При некотором критическом напоре возникает конвективный перенос тепла с особым типом ячеек Бенара, в которых потери на трение не превышают "доход" от развитого течения в ячейках. При ещё большем напоре ячейки принимают валикообразную форму, которая при дальнейшем нагреве снизу постепенно разрушается, а всё течение становится турбулентным.


"Классическая неравновесная термодинамика основана на фундаментальном предположении о локальном равновесии". – И. Пригожин, 1947.

За исключением дополнительного принципа наибольшего или максимального переноса действия, мы не вносим в неравновесную термодинамику ничего нового. По-прежнему кванты действия переносятся от одной системы к другой, от одного пространства к другому, превращаясь при переходе из одних элементов в другие. Но вот что главное: термодинамика при этом становится единой и дискретной, температура и энтропия получают свой физический смысл, а необратимость процесса связывается с перераспределением кванта действия по многим элементам и потерей своей "истории".

Старый подход, выраженный словами Пригожина, кажется, исчерпал себя. Понятие локального равновесия используется, чтобы рассматривать систему в условиях, когда в ответ на малые возмущения все процессы релаксации успевают уже произойти. И не мешают рассматривать потоки в качестве первого – градиентного члена разложения в ряд соответствующих термодинамических величин. При этом становится возможной такая абсурдная вещь, как перенос энтропии и даже допускаются её отрицательные значения. А ведь энтропия связана с распределением энергии (или точнее - действия) по возможным состояниям. Локально, в небольшой области покоящейся системы энтропия измениться может, но быть перенесённой может только вместе с материальными частицами, из которых состоит система.

Считается, что образование структур или их самоорганизация в неравновесной термодинамике связана с открытостью системы, то есть – с возможностью уменьшать свою энтропию, отдавая её наружу. Как было сказано выше, это невозможно сделать, не отдавая при этом материальный "носитель" энтропии. В представленном докладе образование структур связано с "работой" принципа наименьшего действия. У Пригожина – с принципом минимума производства энтропии. Его принцип верен только отчасти и может быть применим как локальное условие того, что трение в системе не превышает "выигрыш" системой, связанный с переносом действия.

Искренне Ваш, Дулин Михаил.
Это сообщение - ответ на просьбу deep_econom немного подробнее рассказать об одном, особенно интересующем его разделе доклада.


ПРОСТРАНСТВА, О КОТОРЫХ МЫ НЕ ПОДОЗРЕВАЕМ.

"Жизнь возможна только в неравновесном мире". – И. Пригожин, 2000.

Считается, что Л. Больцман был первым ученым, попытавшимся свести теорию биологической эволюции к термодинамике и химии. После него многие учёные обращались к этой теме, считая её самой актуальной для понимания Природы. Не без основания пытаясь применить свои лучшие научные достижения, как, например, Э. Шрёдингер в своей книге "Что такое жизнь с точки зрения физики", 2009.


Можно уже сказать об этом несколько слов, после того как столько говорили о разных физических пространствах и природе неравновесного состояния. По поводу неравновесности живых процессов можно согласиться со многими исследователями, но вот её источники или причины требуют более глубокого анализа. Известных нам источников – излучения Солнца, тепла Земли, пищи, воды и кислорода – явно недостаточно. Причём, последние три являются производными двух первых. Допустим, что-то нагревает объект с одной стороны и охлаждает с другой. Неравновесные макроскопические структуры при этом могут образоваться, но они исчезнут, как только нагрев прекратится. Могут ли образоваться микроструктуры на уровне молекул и клеток? Да, они появляются, молекулы могут объединиться друг с другом, но всё вернётся обратно с прекращением нагрева. Даже известная реакция Жаботинского-Белоусова со временем затухает.

Означает ли это, что источник неравновесности должен быть непрекращающимся? Думаю, да. Но где его взять? Если перечисленные источники нам не подходят, нужно допустить существование неизвестного нам источника. Это звучит как крамола, но давайте вспомним историю нашей науки – физики.

1. Мы не знали когда-то о молекулярно-кинетической природе передачи тепла и использовали с подачи Лавуазье невесомую жидкость – теплород для описания тепловых процессов. Пока Ломоносов не допустил, а Томсон не доказал иное.
2. Мы не знали о существовании непрерывного поля, способного удалённо воздействовать на тела, пока Кулон и Ампер не открыли свои законы для взаимодействующих зарядов и токов.
3. Мы не знали о существовании нейтрино при распаде нейтрона, пока Ферми не рассказал нам о нём и не спас закон сохранения энергии. О проникающей всюду безмассовой частице (анти)нейтрино, зарегистрировать которую можно только прибором если её специально искать.
4. Мы допускали существование только 3-мерного пространства, а теперь готовы допустить существование многих других.

В данном докладе рассматривается взаимодействие двух и более пространств между собой с образованием элементов сложного пространства, которым Ландау в своё время придумал название квазичастиц. Жизнь вполне может представлять собой движение таких образований, в которых одним из пространств может являться сознание, а другими – представители нашего материального мира. В это трудно поверить, но допустить – можно.

Тем более, что концепция "живых" квазичастиц могла бы объяснить удивительную точность копирования ДНК, синтеза различных ферментов и их перенос в клетке. В рамках обычной физики и химии трудно объяснить, почему в ДНК соединяются между собой строго одни и те же пары молекул – нуклеотидов и не соединяются перекрёстные пары, хотя могли бы это сделать, поскольку разница в энергии соединения между ними – мала. И она вполне могла бы "потонуть" в тепловых флуктуациях окружения. "Виноватым" здесь опять оказывается квант действия. Ни одно событие, ни одна реакция в природе не произойдёт, если результатом изменения не будет целый квант действия! Так ли это происходит в случае с ДНК – ещё следует разобраться.

Искренне Ваш, Дулин Михаил.
По просьбе читателей сообщаю, как прошло вчера моё выступление "О дискретных моделях физических пространств" на семинаре в Институте математики СО РАН.

Внешне выступление прошло так, как проходит большинство семинаров: спокойно, академически, с вопросами и ответами. И даже комментариями после доклада.
Слушателей было немного, но представлены были все - от академиков до молодых сотрудников института. Чтобы составить более глубокое мнение о семинаре, нужно обратить внимание на детали происходившего.

Например, академик С.К. Годунов - патриарх Новосибирского академгородка - очень внимательно слушал весь доклад. А это - почти полтора часа, можно дать фору многим молодым сотрудникам. А потом попросил печатный вариант презентации, чтобы взять с собой. На мои сожаления о том, что текст не очень качественный, ответил, что это не важно, поскольку ему важен ход моих рассуждений, который как раз хорошо изложен.

Профессор Левичев А.В. спрашивал, можно ли представить тепловое расширение кристалла как некоторую перенормировку пространства-времени внутри него. Ответ - нет, нельзя, поскольку в докладе обсуждается УВЕЛИЧЕНИЕ числа элементов пространства внутри кристалла, а процедура перенормировки требует существования некоторого ИНВАРИАНТА, роль которого и будет выполнять сохранение их числа.
Далее был вопрос, можно ли считать окружающее пространство вокруг соударяющихся элементарных частиц как невозмущённое и рассматривать пространство внутри них как процесс возбуждения собственного пространства? Ответ - да, можно, пока не происходит образования при ударе новых частиц. Появление НОВЫХ частиц всегда вынуждено возмущает пространство.
После доклада Александр выступил с небольшим комментарием по поводу того, что его учитель - американский математик Сигал также получил в своё время результат о том, что (анти)нейтрино представляет собой пустотелую оболочку ("дырку") в окружающем пространстве, подтвердив правильность подобного утверждения, сделанного в докладе. Ещё он добавил, что Сигал также предсказывал НЕВОЗМОЖНОСТЬ РАСПАДА протона в электромагнитном пространстве, но не решился открыто об этом заявить.

Гость из Алма-Аты профессор Кошанов Б.Д. спрашивал, как можно перейти от дискретных элементов пространства к пространству непрерывному? По каким формулам? На что было отвечено, что формул нет, и их ещё предстоит написать. И что он совершенно правильно ставит задачу, поскольку в реальности мы имеем дело с пространством непрерывным, и вот эта асимптотика перехода будет служить доказательством того, что дискретные представления о пространстве имеют право на существование.
В продолжение этого вопроса я предложил казахским математикам, школа которых имеет большой опыт и традиции в изучении вопроса о существовании и единственности решения уравнений Навье-Стокса, переписать эти уравнения с учётом того, что элементарными возбуждениями в жидкости являются вращения её структурных элементов, а не поступательные движения с трением, как они рассматриваются сейчас.

Но самым приятным для меня было то, что после доклада подошли молодые люди и рассказали, что было для них самым интересным - то, каким неожиданным образом проявляет себя КВАНТ ДЕЙСТВИЯ в самых различных областях физики.

Тем самым, ЦЕЛЬ МОЕГО ДОКЛАДА БЫЛА ДОСТИГНУТА! Именно об этом, я и хотел рассказать в первую очередь.

Да, чуть не забыл. В своём сообщении я специально подчеркнул роль уважаемого anton_lipovka в продвижении темы финслерова пространства в космологии. О его расчете значения постоянной Планка на основе обнаруженной им её тесной связи с космологической постоянной. Думаю, ему будет приятно прочитать эти строки.


Далее отдельным сообщением смотрите публикацию "Теплород, атом, поле, нейтрино, ... сознание. Есть ли предел?" как ответ на просьбу deep_econom подробнее рассказать об одном, особенно интересующем его разделе доклада.
25 марта 2019 г. в 10:50 в 417 ауд. Института математики им. С.Л. Соболева СО РАН на 680-ом заседании семинара состоится следующий доклад:

М.Н. Дулин.
"О дискретных моделях физических пространств".
на итальянском острове Сан-Серволо встретились на одной из конференций по квантовой электродинамике в начале 2000-х, чтобы обсудить такую проблему, как измерение радиуса протона. Правда, сумасшедший дом был уже давно закрыт, а здание переоборудовано на современный манер, но сумасшедшие идеи все равно приходили в головы физиков. Так начинается статья Яна Бернауэра и Поля Рандольфа "Проблема радиуса протона", опубликованная в журнале "В мире науки", 2014, №4, с.4, посмотреть которую можно по ссылке http://spkurdyumov.ru/uploads/2014/04/problema_radiusa_protona.pdf .

В этот раз сумсшедшая идея пришла в голову Полю Рандольфу, который решил, что использование "мюонного" водорода, где вместо электрона находится его тяжелый собрат - мюон, будет хорошим способом, чтобы по излучению света при переходе мюона с возбужденого уровня 2p на уровень 2s измерить лэмбовский сдвиг уроовня 2s и, тем самым, определить радиус протона. А Ян Бернауэр, в свою очередь, попробует более точно измерить радиус протона путем рассеяния на нём (в условиях газообразного водорода) электронов под малыми углами, Так, чтобы как можно точнее измерить полное сечение рассеяния.

Вот тут у меня первый раз закрались сомнения по поводу здравомыслия современных физиков. В молодости я много лет провёл, исследуя оптические свойства металлических наночастиц, и прекрасно знаю, что классическая оптика однозначно говорит, что полное сечение рассеяния света такими частицами НАМНОГО ПРЕВЫШАЕТ их геометрическое сечение (площадь). А тут полагать, что разные сечения СОВПАДУТ для сугубо квантовой частицы - протона? Второй раз я засомневался по поводу интерпретации лэмбовского сдвига. По современным представлениям этот сдвиг вызван двумя причинами. Одна - это взаимодействие электрона с ФЛУКТУАЦИЯМИ ВАКУУМА, а другая - с тем, что s-состояние электрона в атоме имеет нулевой орбитальный момент, и его волновая функция имеет НЕНУЛЕВОЕ значение ВНУТРИ протона. От такой интерпретации самому можно сойти с ума. Ну, какие могут быть флуктуации вакуума, которые никто не видел, и даже не известно, что такое есть сам вакуум? А волновая функция, не имеющая физического смысла из-за ненулевой плотности заряда электрона в ядре - протоне? К счастью, автор имеет несколько другие представления о пространстве и физическом смысле волновой функции, которые он не один раз уже озвучивал в этом блоге. И это спасает его от окончательного помешательства.

Как всегда спасает положение то, что атом водорода устроен так, что его ядро отвечает ОДИНАКОВО на рассеяние внешнего электрона и на "движение" в нём электрона внутреннего. Поэтому до сих пор "размер" протона в атоме водорода оказывался ОДИНАКОВЫМ при измерении методом рассеяния и спектроскопическим методом. Но не в случае с "мюонным" водородом!

Работа Поля Рандольфа и его команды представляла собой захватывающий триллер. Несколько лет они настраивали свою спектроскопическую установку, чтобы в подходящий момент использовать "окно" в работе соседнего ускорителя и запустить мюоны в газообразный водород, чтобы часть мюонов заместила электроны и образовала экзотические атомы. Но они в самом начале допустили одну большую ошибку. Они предполагали, что радиус протона окажется таким же, что и раньше, только измерения будут точнее. Поэтому заранее настроили свой лазер, возбуждающий переход мюона с уровня 1s на уровень 2p, на ожидаемую длину волны, а не на ту, которая оказалась в реальности! И чуть не погубили весь многолетний эксперимент. Их спасла случайность. Оставалась только одна неделя до закрытия проекта, когда самый здравомыслящий из из группы Альдо Антоньини предложил перенастроить установку на МЕНЬШИЙ радиус протона. И они победили! В этом эксперименте "радиус" протона действительно оказался меньше.

Но тогда в шоке оказалось остальное сообщество, следившее за их экспериментом. Как это можно объяснить? Какая новая физика может скрываться за этим результатом? Так и не догадавшись в чём дело в год выпуска этой статьи авторы решили поставить эксперимент так, чтобы рассеяние на "мюонном" водороде также осуществить мюонами.

Я не знаю, чем закончился и закончился ли этот эксперимент, но именно это решение было самым здравомыслящим из всех, приходивших в головы экспериментаторов! Я уверен, что, если этот эксперимент всё-таки был осуществлен, то он покажет точно ТАКОЙ же результат, что и спектроскопический. А значит, радиуса протона как такового НЕ СУЩЕСТВУЕТ. Его радиус обязательно будет РАЗНЫМ в РАЗНЫХ условиях эксперимента. Почему это так, и что определяет метрический масштаб электромагнитного пространства - об этом я расскажу как-нибудь в следующий раз.

Искренне Ваш, Дулин Михаил.
Евгений Рудный себя в журнале https://evgeniirudnyi.livejournal.com/200069.html предлагает нам познакомиться с замечательным физиком Мартином
Лопесом Корредойром.



Вот только некоторые цитаты из его книги "Сумерки эпохи науки" (The Twilight of the Scientific Age), которые мне особенно понравились и запали в душу:

"Наука не является исключением: она делается людьми, чьи мотивации определяются другими факторами нежели просто стремлением к знаниям. Мы не машины и мы не боги; мы просто животные, очень своеобразные животные, которые очень умные и любопытные. Мы приводим научные учреждения в движение, но мы подвержены множеству внешних и внутренних влияний."

"В не очень отдаленном будущем общества, втянутые в множество проблем, связанных с выживанием, могут начать рассматривать исследования как занятия, не приносящие дохода, и поэтому могут отказаться от исследований в области чистой науки."

"Наука признана обществом и в настоящее время это один из центров власти, который дергает за ниточки, управляющие обществом. Это новая церковь. Философы много раз сравнивали науку с религией. Я не думаю, что такое сравнение правильное. Наука — это деятельность, очень отличная от религии. В основах концепций науки лежит эмпирический базис и это далеко выходит за пределы веры в религии. Тем не менее, с точки зрения социологии при рассмотрении только социальной организации действительно можно увидеть определенное сходство."

"Индивидуальная креативность приговорена к исчезновению в пользу большой корпорации администраторов и политиков-ученых, которые ищут пути получения денег от государств на мегапроекты с возрастающей ценой и уменьшающимися результатами."

"Конец науки будет означать конец современной европейской культуры, сумерки эпохи, начатой в Европе где-то в пятнадцатом веке, и которая в настоящее время распространилась на весь мир: эпоха науки."
Недавно в Институте полупроводников СО РАН, Новосибирск прошел семинар, на котором профессор А. Гайнер рассказывал, как он это себе представляет, о существующих проблемах квантовой механики, и почему измерения чего-либо в природе носят классический характер. Выступление именно здесь было ещё и потому, что Александр был в далёких 60-х одним из первых выпускников Физ. Мат. Школы, окончил НГУ и долго работал в Академгородке. Сейчас он преподаёт в одном из университетов Бразилии и может позволить себе задуматься о фундаментальных проблемах физики.

Совсем не просто публично заявить о недостатках квантовой механики. Которая представляет собой концепцию устоявшихся представлений о природе и имеет математический аппарат, единственный в состоянии получать более-менее правильные результаты по расчету квантовых свойств исследуемых объектов. Непросто об этом говорить, но приходится. Дело в том, что квантовая механика в лице своего представителя - волнового уравнения Шрёдингера - ОБРАТИМА ПО ВРЕМЕНИ, полностью унаследовав это свойство от механики классической. А в процессе ИЗМЕРЕНИЯ вероятностные свойства, приписываемые системе до измерения, становятся уже определёнными и полностью меняют состояние системы и применяемую для её описания волновую функцию. Вот этого СКАЧКА и его ПРИЧИНЫ как раз и нет в обратимой по времени квантовой механике.

Как тогда быть? Как объяснить и описать процесс измерения? И как, вообще, объяснить наблюдаемое нами КЛАССИЧЕСКОЕ поведение объектов, состоящих, хоть и из большого числа, но всё же КВАНТОВЫХ атомов и молекул? Это большая проблема, над которой долгое время "бьются" учёные, но ничего пока сделать не могут. (Как, впрочем, и над проблемой описания неравновесных и необратимых процессов с помощью обратимых по времени уравнений классической механики.)

Многие физики понимают, что сложившиеся представления и аппарат квантовой механики лучше не трогать. А "центр тяжести" проблемы перенести на описание самого прибора или даже - нашего СОЗНАНИЯ, с помощью которого мы понимаем, что измерение произведено и каков его результат. Но совсем не трогать квантовую механику не получается. Ещё со времён Эйнштейна многие считали, что "Бог не играет в кости", и квантовая механика в том виде, как её создали Гейзенберг и Шрёдингер, неполна и требует изменений. Сам А. Гайнер пришёл к выводу, что в уравнении Шрёдингера должна рассматриваться не комплекснозначная волновая функция, а её модуль. И что квантовые состояния должны описываться вещественнозначной волной, подобно волне на поверхности воды в ветреную погоду. Тогда в самой квантовой механике, по его мнению, не останется случайности, противником которой был Эйнштейн, и вся случайность измерения будет осуществляться исключительно прибором!

На этом месте я хочу остановиться и не развивать дальше точку зрения, предложенную Александром для "улучшения" квантовой механики. Тем более, что я с ней категорически не согласен. Почему не согласен, я напишу ниже, а пока продолжу о том, как Гайнер представляет "случайность" внутри прибора, и почему коллектив из большого числа атомов или молекул ведёт себя классически при обычных комнатных температурах.

По Гайнеру "случайность" в приборах, если я правильно понял, обусловлена взаимодействием измеряющего элемента с фактически классической волной, присущей измеряемой системе. При этом, от квантовой механики как-бы ничего не остаётся: мы измеряем некую локальную характеристику "волны", которая нам ничего не скажет, пока мы не получим или ансамбль измерений на "идентичных" системах, или набор результатов, сделанных в разное время для одной и той же системы. Вот такая вот попытка сведения квантовой механики к классической волновой. Не первая и не последняя.

А вот, как происходит локализация волновой функции по Гайнеру для квантовой частицы в большом коллективе себе подобных, но не идентичных частиц. Многие и Александр, в том числе, считают, что "волновой пакет", которым характеризуется отдельная частица, расплывается по времени, будучи взятым в уравнении Шрёдингера в качестве начального условия. (Вот из-за этого "расплывания" многие ученые и я, в том числе, категорически не могут принять формулировку "волнового пакета" как характеристики свободной частицы.) Но столкновения с окружающими частицами волею докладчика приравниваются к взаимодействию с измеряющим прибором, и тогда волновая функция рассматриваемой частицы вновь локализуется, но уже в другое состояние. Такой вот незамысловатый процесс редукции волновой функции, и причина классического поведения больших ансамблей частиц. И вот почему существующую квантовую механику необходимо дополнить классической концепцией "измеряющего прибора"!


А теперь - как всё происходит на самом деле. На протяжении многих страниц этого блога я пишу о том, что окружающий нас мир ДИСКРЕТЕН не потому, что в материальном мире существует дуализм частица-волна, и эта волна обязана обладать собственными состояниями и собственными значениями энергии, будучи ограниченной теми или иными "стенками". А потому, что любые взаимодействия в этом мире сопровождаются передачей или обменом ЦЕЛЫМ числом квантов ДЕЙСТВИЯ. Тех самых, которые открыл Планк в начале прошлого века, и которые носят теперь его имя. Не ЭНЕРГИИ, не ИМПУЛЬСА, перенос которых тоже осуществляются дискретно, а, именно, ДЕЙСТВИЯ! Потому, как квант действия всегда ПОСТОЯНЕН, а кванты энергии и импульса могут быть СКОЛЬ УГОДНО МАЛЫМИ. Только постоянство кванта действия сможет объяснить нам многие КРИТИЧЕСКИЕ явления, такие как ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ, ОТРЫВ ПОТОКА и ТУРБУЛЕНТНОСТЬ в гидродинамике, дискретность давно известных нам ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ или модного сейчас СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ в связи с началом работы в нашей стране над проектами mega-science,

Нужно вспомнить, что в начале прошлого века были предложены всё-таки ДВА разных подхода к описанию наблюдаемых квантовых явлений. Один - Гейзенбергом с именем матричная механика, а другой Шрёдингером с именем волновая. Многие пришли к выводу, что обе механики идентичны, но это не совсем так. Они оказались идентичными в некотором формализованном операторном представлении, но их источник, их основания были разными. Механика Гейзенберга показывала, что переход между двумя состояниями, какими бы сложными оно не были, всегда сопровождается изменением ровно на ОДИН квант действия. А за сложность состояний мы платим их описанием в виде (бесконечных) рядов, соотношение между которыми устанавливает численная МАТРИЦА. Ещё ДИРАК подчеркивал принципиальную важность ДВУХ ЧИСЕЛ (двух рядов), для описания изменения состояния квантовой системы. В волновой механике Шрёдингера этого нет, там - совсем другое. Основным в ней является не ПЕРЕХОД, как у Гейзенберга, а СОСТОЯНИЕ. Это всё-таки ОДНО ЧИСЛО, если выражаться словами Дирака. Или МНОГО, если рассматривать набор всевозможных состояний. У Шрёдингера состояние описывается некой волновой функцией, изменение которой и описывается уравнением его имени. Это потом ей придумали интерпретацию в виде "плотности вероятности", а по существу она является ОБОБЩЁННОЙ ФУНКЦИЕЙ, теория которых была разработана математиками в функциональном анализе. Особенность обобщённой функции (функция Дирака - хороший пример) заключается в том, что для такой функции не имеют смысла её конкретные значения в данный момент времени или в данной точке пространства. Физический смысл имеют только её ИНТЕГРАЛЬНЫЕ значения по некоторой области изменения переменных. А именно, её значения через интервалы, в точности равные целому числу квантов действия! Такая особенность и определяет близость (если не тождественность) описания процессов с помощью волновой функции и матрицы Гейзенберга.

Теперь можно утверждать, что никакой "случайности" не содержится в волновой функции. Её там просто нет. "Случайность" в природе существует совсем по другой причине. В этом блоге можно найти несколько сообщений, в которых так или иначе мы обращаем ваше внимание на квантовый эффект Холла. Целочисленный и дробный. Я не буду их сейчас подробно описывать, это заняло бы очень много места и времени. Озвучу лишь основной вывод: квант действия, который мы передаём системе извне, например, при нагревании распределяется в ней многими способами. Он может быть передан одному структурному элементу в системе, двум, трём или всем элементам. (Причём, мы принципиально не можем определить частное состояние элементов, обладающих одним "общим" квантом.) В термодинамическом смысле распределение каждого кванта будет равнозначным для системы, и все они в равновесии будут иметь равные вероятности. В упомянутом выше квантовом эффекте Холла кванты действия распределяются немного иначе, но это потому, что квазидвумерная система электронов во внешнем постоянном магнитном поле является неравновесной (хоть и устойчивой в механическом смысле). Там кванты действия распределяются так: в слабых полях квант действия, равный произведению заряда электрона на квант магнитного потока, распределён по очень многим электронам. Они хоть и объединены одним "общим" квантом, но в силу их многочисленности могут немного изменять свои энергию и импульс, взаимодействуя с собой и окружающей решеткой твёрдого тела. В общем, их поведение выглядит довольно классическим. Другое дело - сильные магнитные поля. Там каждый квант действия соответствует только одному электрону, или только двум, трём электронам - в менее сильных полях. Бывают и промежуточные состояния, когда, например, два кванта действия соответствуют ровно трём электронам одинаково по всей двумерной поверхности образца. Но такие случаи, хоть и видны, но имеют гораздо менее выраженный характер на графике зависимости холловского сопротивления от величины магнитного поля.

То есть, как происходит взаимодействие квантовой системы с классическим прибором? Пусть квантовая система передала прибору один квант действия. Из чисто термодинамических соображений этот квант имеет возможность распределиться по атомам измеряющего элемента прибора очень многими способами. Его выбор тоже будет термодинамическим: будет реализовано то состояние, которое из-за существующих динамических флуктуаций атомов прибора имеет в данный момент наименьшую вероятность. Квант действия не определяет сам все возможные вероятности. Он просто встраивается в систему как единое целое со всеми остальными уже присутствующими квантами, исходя из могучего ПРИНЦИПА НАИМЕНЬШЕГО ДЕЙСТВИЯ. Основного принципа, которым руководствуется Природа при учёте взаимодействия выделенных систем со своим окружением. Этот принцип хорошо известен нам из классической механики в виде принципа Лагранжа, определяющего траекторию частицы, исходя из минимума интегрального действия вдоль её траектории. Так возникает некоторая случайность в отклике прибора на произведённое измерение.

Осталось ответить на вопрос, почему система из многих частиц ведёт себя классически, если её температура достаточно далека от абсолютного нуля. Ответ можно найти при рассмотрении описанного выше процесса передачи кванта действия от одной системы к другой. Сама передача одного кванта системе, состоящей из большого числа атомов, равносильна тому, что приобретённая системой энергия и импульс окажется обратно пропорциональной полному числу в ней атомов. То есть, будет очень маленькой, а последовательная передача многих квантов будет выглядеть как НЕПРЕРЫВНЫЙ процесс. В отличие от передачи одного кванта действия между системами, состоящими из очень малого числа частиц. Там изменения энергии и импульса будут обязательно дискретными и достаточно большими. То есть, квантовыми.

Таким образом, для описания Природы не нужен никакой коллапс волновой функции. Да и сама волновая функция была бы не нужна, если бы не нужда в вычислениях так необходимых для нас свойств исследуемых квантовых систем.

Надеюсь, Вам было интересно.
Искренне Ваш, Дулин Михаил.
Известного блогера ivanov_petrov спросили (https://ivanov-petrov.livejournal.com/2170198.html): "Как вы успеваете все это находить. Было бы интересно послушать про ваш алгоритм поиска информации".

И вот какой ответ получили: "Способ всем известный - по цитатам и отзывам ищу литературу и читаю. Для такого способа - метод "грибных мест" - надо иметь мощные фильтры, иначе погибнешь под завалами литературы. Обычно кто так пытается действовать, быстро остается далеко позади - у него очереди на 10 лет вперед, и всё. У меня фильтры - рекомендации от тех, в ком убедился, ссылки из признанных достойными книг, соображения популярности и моды мало влияют. Стараюсь не сканировать книгу, а читать с пониманием - это экономит время. Потому что множество книг на 30-50 странице проявляют свою никчемность и я их закрываю - в том числе и книги знаменитостей. Ясно же, что в Жж я говорю о едва одной из 100 прочитанных книг и одной из 1000 статей. Когда улавливаешь мысль автора и понимаешь зерно его рассуждений, вся книга читается очень легко и быстро - потому что вместо нескончаемых страниц, забитых невнятными подробностями, я вижу ясную схему - вот его мысль (в ней дай боже три страницы), вот аргументация от такого возражения, вот подкрепление на этот случай, вот полемика с тем авторитетом - все это второстепенно и не требует такого внимательного чтения."

Выводы делайте сами, дорогие читатели.