Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

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!

Силии (отростки у клеток) и Ковид. Мой комментарий к посту aridmoors

"Вот эти полоски по левой стороне, которых много - это силии, обратите внимание, что они создают практически барьер, непроходимый лес как бы."

Очень интересно. Эти волоски - силии клеток эпителия в лёгких - как будто представляют собой защитный барьер от частичек пыли и лишней влаги, которые не проникают дальше кончиков волосков и выбрасываются из легких при кашле, чихании и, может быть, обычном дыхании. Этот "лес" из силий похож на значительно более крупные волоски различных насекомых и некоторых других микроорганизмов, служащих для защиты их поверхности от пыли, влаги и всякой грязи. Их отталкивающее действие связано с работой сил поверхностного натяжения, которое старается выпрямить деформированную волосками поверхность капли и снять локальное напряжение, возникшее на поверхности твёрдой частички за счёт сил поляризации. Об этом я уже как-то писал в блоге И-П, отвечая на вопрос, почему поверхности насекомых не намокают и не загрязняются.

Похоже, природа пользуется похожими приёмами защиты на разных геометрических масштабах. Но маленьким вирусам защитный лес силий, похоже, не помеха. Даже наоборот, им удобно запутаться в таком "лесу" и прикрепиться именно к пузырьку на конце силии, если там "ключик подойдёт к замку". Поскольку на размерах нанометров (а 0.1 мкм вируса - это 100 нм) классическое понятие поверхностного натяжения уже плохо работает. Но если "замочек" на силии по каким-то причинам инактивирован защитными средствами организма, вирусу ничего не останется делать, как присоединиться к какой-нибудь капельке влаги, которых всегда много внутри лёгких, и убраться обратно туда, откуда пришёл.

"Моя гипотеза: так как шарики вируса приклеиваются к силиям, а силии расположены очень близко друг к другу, произойдет что? Правильно, один шарик может приклеиться сразу к двум, а то и трем силиям и "склеить" их. Если у нас силии превратились в клейкую массу, которая вместо движения начинает покрывать клеем поверхность клеток, то мы и будем наблюдать затруднение дыхания, сухой бесполезный кашель, и бесполезные попытки организма избавиться от этого клея. Моя задача проверить, так ли это на самом деле."

Да, уж... Клейкая масса - это, конечно не вода или водный раствор. И превратиться в круглую капельку на поверхности "леса" силий она уже не сможет. Придётся прибегнуть к сильному кашлю, чтобы плёнку более-менее клейкой массы собрать сначала в некое подобие волны (солитона, как говорят физики), а потом разбить её на части (как разбивается кромка лопнувшего мыльного пузыря) и выбросить наружу. Хотя, может быть, "склеивать" силии самому вирусу и не обязательно. Это вполне может сделать своими липкими выделениями сам организм в борьбе с проникшим через силии вирусом.

PS. Даже если рецептор для вируса вдруг не обнаружится в силии, реакция организма на его проникновение может быть такой же, как описано выше: клейкие выделения для защиты от неизвестной угрозы, кашель и затруднённое дыхание, воспаление в клетках эпителия и болевые ощущения.

И всяческих Вам успехов в работе!

Атомизм умер, да здравствует новый атомизм! Мой комментарий

"Оказывается, что мы имеем дело не с вещами в себе, а их представлениями в нашем сознании. Всё, что мы знаем о внешнем мире, существует лишь в нашем сознании".
Так цитирует автор поста swamp_lynx Александра Дугина. И с этим высказыванием я полностью согласен. Даже удивительно бывает порой, что кто-то имеет иное мнение. Хотя, некоторые прямо говорят, что реальны в нашем мире именно математические конструкции, а учёные только открывают их — те лекала, по которым и был создан наш мир. Вот как пишет, например, Роджер Пенроуз о теории относительности Эйнштейна в своей книге "Мода, вера, фантазия и новая физика Вселенной", 2021 на стр. 19: "Такая новая математическая модель природы — это не человеческий конструкт, изобретенный просто при попытке найти теорию, которая бы лучше всего соответствовала фактам; эта математическая схема уже в буквальном смысле была вплетена в устройство природы (выделено мной). Эта математическая простота или красота — как бы вы ее ни назвали — подлинная составляющая природы, и дело не в том, что наш разум просто склонен впечатляться такой математической красотой". Вот так: математики настолько любят свою науку, что готовы обожествлять её.

Но вот с этим высказыванием Дугина я уже не могу согласиться:
"По результатам моей собственной деконструкции современного естественно-научного корпуса идей и представлений, проблема заключается в атомизме (выделено мной). Атомизм постулирует радикальный материализм и глубинную бессмысленность мира. В таком мире правит безумие, в нём всё случайно – всё так, не более, чем иначе (как гласит атомистский закон изономии). И как только – с Галилея, Ньютона и Гассенди – атомизм стал основой естественных наук, человечество стало жертвой тлетворной и опасной галлюцинации."
Наоборот, атомизм стал, на мой взгляд, нашим величайшим достижением в понимании природы. С помощью представления о дискретном и предельно малом строении природы мы избавляемся от различного рода бесконечностей, которые не только невообразимы нашим разумом, но и постоянно появляются в наших расчётах, если рассматриваем природу непрерывной и делимой, сколь нам будет угодно. Правда, сам я считаю неделимыми элементами природы не атом и не частицы, его составляющие. И тем более не кварки, из которых якобы состоят протоны, нейтроны и многие другие ядерные частицы. Для меня неделимым элементом природы, из которого всё состоит, является квант действия, известный под именем постоянной Планка h. Я об этом много пишу в своём блоге, а здесь ограничусь сказанным.

Тем более не могу согласиться вот с таким пессимистическим выводом Александра Дугина:
"Собрав всё это воедино, некоторые философы науки, такие как Джон Хорган, пришли к выводу, что конец науки наступил, а современные учёные – это свихнувшиеся сектанты, утратившие всякую связь с реальностью, и полезные только для изобретения технических аппаратов, чье производство давно оторвалось от фундаментальной науки. ... Если раньше наука созидала, или ей так, по меньшей мере, казалось, то теперь она открыто принялась разрушать." И в этом, конечно же, обвиняется атомизм: "Если мы хотим спасти науку, надо вернуться назад, отвергнуть атомизм и всё на нем построенное (в физике, химии, политологии и т.д.) и начать всё заново".
И опять я скажу ровно наоборот: "Всё только начинается!" А в доказательство своего тезиса отошлю читателя к заключительному разделу своих постов с критикой книги Карло Ровелли "Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле", 2020.

Посмотреть обсуждение, содержащее этот комментарий

Гравитация - это просто. Снова о Карло Ровелли... и Роджере Пенроузе

Итак, попробуем максимально просто своими словами сформулировать основную идею Карло Ровелли относительно его петлевой квантовой гравитации, сформулированную в разделе "А король-то голый!". А также - основные достоинства теории и, естественно, недостатки. И в этом нам поможет Нобелевский лауреат по физике 2020 года Роджер Пенроуз со своей книгой "Мода, вера, фантазия и новая физика Вселенной", 2021. Он уже однажды помог нам со своей интерпретацией спина электрона в уравнении Дирака (для чего он там нужен), и вот - снова удача.

Что хочет сделать Ровелли в своей теории? Фактически - "скрестить ежа с ужом", то есть соединить классическую теорию гравитации Эйнштейна (ОТО) с квантовой теорией поля (КТП). Эта идея давно витает в головах учёных, но ничего удачного сделать не удавалось. Главным образом, потому, что гравитация существенно нелинейна, а квантовая механика обычно представляет состояние системы в виде линейной суперпозиции волновых функций. Но Ровелли удалось кое-что сделать.

[Spoiler (click to open)]

Каким образом? 1) Для этого следует ввести в рассмотрение в качестве предела какой-нибудь очень маленький размер, подсказанный самой природой. И такой размер нашёлся - планковский. 2) Далее с помощью этого характерного размера создать некую пространственную сеть с мелкой ячейкой таким образом, чтобы узлы сети представляли собой наблюдаемые нами события, а её пространственные ячейки содержали бы в себе различные ненаблюдаемые способы квантового взаимодействия частиц между собой.

Тогда, мы вместе с Ровелли "убиваем сразу нескольких зайцев". Первым "зайцем" будет возможность определить кривизну пространства, в котором находятся и взаимодействуют частицы, путём обхода по замкнутому контуру (петле), составленном из рёбер ячейки. В этом смысле полученная кривизна будет неким квантом гравитации, искажающим пространство. Второй "заяц" даёт возможность локально применять известный математический аппарат КТП, в частности - фейнмановские диаграммы для расчёта вероятности процессов по всем возможным путям их развития. И третьим "зайцем" будет избавление от расходимостей при суммировании бесконечных рядов, так терзающих квантовую теорию поля. По крайней мере - появляющихся в коротковолновом пределе больших энергий.

Но ложка дёгтя в этом подходе Ровелли к описанию квантовой гравитации всё же есть. И не маленькая. А именно - совершенно нефизический размер ячеек рассматриваемой сети. Ну посудите сами: в качестве характерного размера выбрана планковская длина Lp, составленная из таких размерных фундаментальных констант, как постоянная Планка h, скорость света c и гравитационная постоянная G. Величина планковской длины роавна примерно 1.6*10^(-35) м. И она на много порядков меньше характерных размеров атомов, протонов и электронов.

Вот что пишет по этому поводу Ровелли в своей книге "Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле", 2020, с. 99:
Чтобы получить представление, насколько мала обсуждаемая величина, представьте себе, что мы увеличили скорлупку грецкого ореха до размеров всей видимой Вселенной; но даже в таком масштабе планковская длина все еще не будет видна. Даже после такого колоссального увеличения она будет в миллион раз меньше ореха до увеличения. В этом масштабе пространство и время меняют свою природу. Они становятся чем-то совершенно иным – квантовыми пространством и временем, и понять, что это значит, довольно трудно.
Теперь представьте себе, сколько же ячеек спиновой сети может понадобиться, чтобы поместить на ней протон или электрон?! Можно не отвечать, - это риторический вопрос.

Но хуже всего в петлевой квантовой гравитации то, что Карло Ровелли, его коллеги и многие другие учёные пытаются использовать для своих целей теорию относительности Эйнштейна. Но, к сожалению, ничего другого у нас нет. Не теорию же Ньютона использовать? Вот как об этом пишет нобелевский лауреат по физике Роджер Пенроуз в своей книге "Мода, вера, фантазия и новая физика Вселенной", 2021 на стр. 29:
Эйнштейн сформулировал свои уравнения именно в том виде, который позволял продемонстрировать, какие свойства будет иметь гравитационное поле (описываемое в терминах искривления пространства-времени), испытывающее влияние своего «источника», а именно общего распределения масс/энергий всех частиц или материальных полей и т. д., собранных в виде тензора энергии-импульса Т. Эйнштейн не оставил никаких конкретных указаний по поводу уравнений, описывающих механизм этого влияния; предполагалось, что такие уравнения будут взяты из какой-то иной теории, описывающей рассматриваемые в ней специфические материальные поля. В частности, одним из таких полей считалось электромагнитное поле, которое в данном контексте должно было считаться материей и играть соответствующую роль в тензоре энергии-импульса T. Кроме того, в T могут быть вовлечены и другие типы полей, а также всевозможные иные частицы. Такие подробности не были важны для теории Эйнштейна, поэтому отдельно не рассматривались.

Теперь вы понимаете, что ОТО Эйнштейна - это формальная (хотя и правильная) математическая конструкция, не интересующаяся причиной и конкретным механизмом искривления пространства? А значит, формальное квантование ОТО без выяснения деталей искривления пространства на микроскопическом уровне не сможет привести нас к успеху! И заставит нас по-прежнему плутать в потёмках.

Там же Пенроуз пишет и об ином пути вывода уравнений для ОТО (стр. 28-30):
В то самое время, когда Эйнштейн готовил окончательную формулировку своей общей теории относительности, ближе к концу 1915 года математик Дэвид Гильберт предложил собственный метод вывода уравнений поля теории Эйнштейна, воспользовавшись так называемым вариационным принципом. (В этой очень общей процедуре используется уравнение Эйлера — Лагранжа, содержащее лагранжиан.) Гравитационное поле должно было описываться также, как в теории Эйнштейна, но Гильберт не оставлял исходный член T неуказанным, как это делал Эйнштейн, а предполагал, что этот член должен быть взят из очень специфической теории, модной в то время, — так называемой теории Ми. Она была связана с нелинейной модификацией электромагнитной теории Максвелла и предложена Густавом Ми в качестве схемы, призванной описать все аспекты материи, включая электромагнетизм и тяготение. Однако полагаю, что лишь немногие современные физики хоть что-то слышали о некогда модной теории Ми, тем более о том, что она входила в состав гильбертовской общей теории относительности.

Вот он, возможный ключ к разгадке природы гравитации - теория Ми! Не сама теория, конечно, а идеи, заложенные в ней. И не нужны грустные слова, что о ней все забыли. Пора вспомнить, что основной инструмент в теории Ми для описания рассеяния и поглощения света сферическими частицами, это нахождение возбужденных оптических мод в частицах в виде сферических функций и полиномов Лежандра. И эти функции, кстати, нашли прекрасное применение в квантовой механике для описания состояния электронов в атомах. О чём Гильберт и Ми даже догадываться не могли в то время. А ведь не нужно далеко ходить, чтобы понимать, что отклик достаточно малой частицы на внешнее возмущение будет во многом сферически симметричным в окружающем трёхмерном пространстве. И что нужная нам кривизна пространства, совпадающая по своей зависимости с 1/r хоть для гравитационного, хоть для кулоновского поля, будет задаваться всего лишь кривизной окружности, соответствующей радиусу r. Ни больше, ни меньше! И ни в коем случае - не кривизной сферической поверхности 1/r²!

Теперь давайте поищем, какое свойство микроскопической квантовой частицы может давать кривизну в окружающем пространстве 1/r. Прекрасный пример - орбита электрона в атоме Бора. Она имеет нужную нам кривизну 1/a0, обратную радиусу орбиты. И не страшно, что орбита классическая. Она такая, что де бройлевская длина волны электрона точно укладывается на его орбиту. А это уже квантовое свойство. И она такая, что с её помощью Зоммерфельд, кажется, первым вывел формулу для постоянной тонкой структуры α.

Теперь давайте рассмотрим спин электрона s = ½ћ, где ћ - постоянная Дирака, равная постоянной Планка h, делённой на . То есть, спин электрона в современном представлении является механическим моментом импульса, для которого полный поворот на угол составит половину кванта действия (½h), характерного для фермионов. Для бозонов, таких как фотон, полный поворот составит уже целый квант действия h. Что же ещё может дать нам вращение электрона, кроме "заметания" при полном его повороте половины кванта действия? Магнитный момент электрона! Он носит название "спинового" и естественным образом возникает, если представить себе, что заряд электрона е как-то распределён вокруг него в пространстве и вынужден совершать круговое движение. Как вы думаете, какова кривизна этого вращательного движения? Опять 1/r! Где r - некое расстояние от оси вращения.

Теперь мы переходим в область гипотез. Как вы думаете, что может означать хорошо известная связь электрического заряда е с квантом магнитного потока μ и квантом действия h такая, что е*μ = h? Она может означать, что заряд и квант магнитного потока неразрывно связаны друг с другом! Поскольку в своих работах мы постоянно утверждаем, что квант действия h является универсальным элементом любого дискретного пространства, то получается, что электрон никак не может быть точечной частицей. У него обязательно должна быть структура! А простейшая структура по аналогии со спином может быть такой, что электрический заряд, закреплённый на электроне, постоянно окружен кольцевым магнитным потоком, равным по величине его кванту μ! Причём потоком незатухающим, как и спин электрона.

Как же ориентирован и распределён в окружающем пространстве этот поток? И почему мы его до сих пор не обнаружили? Но помилуйте, как же тогда возникает круговое магнитное поле вокруг проводника, по которому течёт ток? Направление которого меняется на противоположное при изменении направления тока? Откуда возникает этот круговой поток магнитного поля? Эта картина означает, что вокруг электрона квант магнитного потока ориентируется только тогда, когда возникает направленное движение электрона. Ситуация очень похожа на спин электрона: его ориентация тоже зависит от выделенного направления, проекция на которое допускает только дискретные значения ½, 0 или -½ в единицах постоянной Дирака ћ.

Из школьной программы по физике мы знаем, что амплитуда магнитного поля при удалении от проводника с током уменьшается пропорционально 1/r. И эта зависимость совпадает с кривизной пространства, которую гипотетически может создать электрон за счёт кругового магнитного потока вокруг себя. Отсюда становится понятна природа электростатических сил (кулоновского взаимодействия): за счёт своего кругового магнитного потока заряды одного знака одинаково искривляют пространство вокруг себя, и заряженные частицы стремятся удалиться друг от друга, чтобы как меньше возмущать пространство в соответствии с принципом наименьшего действия. Так работает этот принцип, когда применяется к пространствам, составленным из квантов действия h. Заряды разного знака, наоборот, притягиваются друг к другу, поскольку искривление пространства зарядом одного знака компенсируется искривлением со стороны заряда другого знака.

Но больше всего нас интересует природа гравитационных сил. Которые (вот чудо!) вызывают кривизну окружающего пространства с той же зависимостью 1/r, что и кулоновское взаимодействие. Так, может быть, стоит продолжить наши фантазии и предположить, что подобно кольцевому магнитному потоку вокруг электрона каждую частицу, обладающую массой, окружает некий поток, возмущающий пространство именно так, как нам бы хотелось. И представьте себе, математикам уже известен такой поток, связанный с кривизной окружающего пространства. В частности, благодаря Грише Перельману, наконец-то доказавшему известную гипотезу Пуанкаре. Он носит название потока Риччи (Ri) и входит в уравнение эволюции, которое стремится сделать метрику пространства однородной. Только направлен он не по касательной к окружности некоторого радиуса r вокруг материальной частицы, подобно магнитному потоку, а перпендикулярно к ней. Внутрь окружности, если кривизна пространства оказывается положительной, и наружу, если наоборот. Но нам бы хотелось иметь его направление вдоль касательной, как это было для спина и для кванта магнитного потока вокруг заряда. Тогда нам остаётся только одно: допустить существование гипотетического потока, направленного как нам нужно и вызывающего нужную нам кривизну пространства, но название оставить прежнее - квант потока Риччи Ri.

Поскольку мы уже говорили, что любое пространство у нас состоит из квантов действия h, то элементарная масса, которой обладают электрон, протон и отчасти нейтрон, должна быть жестко связана с величиной h и с соответствующим массе квантом потока кривизны Ri пространства. Эта связь выглядит как соотношение m/Ri = h. Получается, что в окружающем нас мире с электрическим зарядом e связан только один квант магнитного потока μ. Дискретным массам элементарных частиц соответствует уже большее число разных квантов кривизны Ri = m/h. А вот разных по величине квантов энергии для фотонов E = h*ν можно насчитать сколько угодно, поскольку частота ν может оказаться произвольной: и большой, и маленькой. Следовательно, при взаимодействии разных систем между собой такие величины как действие, заряд, магнитный поток, масса и поток кривизны могут изменяться только дискретно на вполне определённую величину соответствующего им кванта. А вот энергия или импульс в системе частиц может измениться на сколь угодно малую величину в зависимости от того, насколько малым будет переданный квант. Это свойство квантов энергии и импульса - быть сколь угодно малыми - позволяет окружающему нас пространству выглядеть классическим. А гравитация в таком пространстве становится классической и заметной для наших приборов, только когда в массивных небесных телах все маленькие кванты кривизны просуммируются и создадут значительное искривление пространства. Так маленькое становится очень большим и единственным, что соединяет нашу Вселенную в единое целое.



Теперь, после всего сказанного впору воскликнуть: "Гравитация - это так просто!". Как, впрочем, и кулоновское взаимодействие!

Искренне Ваш, Дулин Михаил.

Век диссипативных структур Пригожина и Николиса закончился, даёшь новый век дискретных структур!

Куда дальше?

— К пониманию, что основным принципом неравновесной термодинамики становится принцип максимального переноса действия, подразумевая под элементами действия кванты, которые открыл в своё время Планк и которые сейчас известны как фундаментальная постоянная его имени.

— К пониманию, что диссипативные (когерентные, как их иногда называют) структуры возникают не потому, что система стремиться ко всё возрастающей сложности, а потому, что с образующимися структурами перенос действия будет более эффективным (более быстрым), чем до них или без них. Что производство энтропии в диссипативных (когерентных) структурах — это вынужденная мера, на которую идёт природа, чтобы обеспечить быстрейший перенос элементов (квантов) действия. Что производство энтропии ограничено сверху, и оно перестанет увеличиваться тогда, когда прирост энтропии, связанный с превращением направленного движение в тепловое, станет превышать в его результате увеличение переноса действия (энергии, массы, заряда). То есть, дальнейший рост энтропии, связанный с конкретной структурой, при этом условии станет невозможным.

— К пониманию того, что необратимость неравновесных процессов связана с простым фактом существования электронной подсистемы в атомах и молекулах. Которая выполняет роль полноценной термодинамической подсистемы, обменивающейся квантами действия (энергии) с основной — "материнской" системой в виде фазы твёрдого тела, жидкости или газа. И которая заставляет "забывать" основную систему о предыстории своего поведения.

Но эти "простые" вещи ещё предстоит открыть в наступившем XXI веке дискретных физических пространств.

Посмотреть обсуждение, содержащее этот комментарий

"Тепловая смерть": величайшее заблуждение по поводу энтропии. Мой комментарий

Как бы хотелось, чтобы Вы не были согласны с художником и опубликовали его рисунок в качестве приглашения к дискуссии.

Энтропия на самом деле благо, а не зло. Максимум энтропии означает, что тепловое движение в системе пришло наконец к состоянию, когда интегрально для такого движения выполняется известный в механике принцип наименьшего действия. Об этом у меня в блоге уже рассказывалось в связи с критикой представления Карло Ровелли о времени, опубликованном в его последней научно-популярной книге. Можно посмотреть здесь и здесь. То есть, никакой "тепловой смерти" нет и быть не может: атомы и молекулы продолжают двигаться, в таком термодинамическом равновесии они соединяются, "живут" некоторое время вместе, а потом расходятся. В более сложной системе с наличием нескольких фаз происходит постоянный переход из одной фазы в другую. В системе с химическими реакциями эти реакции становятся обратимыми, и атомы, соединяясь в различные молекулы и промежуточные комплексы, создают достаточно богатый спектр различных состояний. Инфракрасное — тепловое излучение тоже существует, одни молекулы поглощают излучение, другие его излучают, тем самым "локально" оказываясь в неравновесном состоянии. При условии, конечно, что рассматриваемая нами система является замкнутой, её границы являются теплоизолированными и непрозрачными (зеркальными) для излучения. Тогда эта воображаемая сложная система ничем не будет отличаться от нашей Вселенной, никакая смерть ей не грозит, и наша жизнь на Земле, надеюсь, будет долгой и счастливой.

Важное дополнение по ходу дискуссии в блоге Евгения Рудного.

Евгений. Я не согласен с оценкой энтропии, представленной на картине, но по другой причине — я не уверен, что возможно перенести концепцию энтропию на вселенную.

Если же говорить про изолированную систему, то можно согласиться с тем, что движение сохраняется при достижении равновесия. Тем не менее, я бы сказал, что при достижении равновесия в изолированной системе жизнь в ней становится невозможной.

Мой комментарий. Тонкий ответ. Браво!

Жизнь это поток, и с этим многие согласятся. Наше обычное представление о потоке с его источником и стоком автоматически превращает замкнутую систему в незамкнутую. В которой энергия может не сохраняться, а утверждение о максимуме энтропии — потерять свой смысл.

Тогда Вы оказываетесь правы, и жизнь в изолированной системе становится невозможной. Но существует и другой тип потока: замкнутый в кольцо, что имеет место для движения электронов без трения в условиях сверхпроводимости.

Может показаться наивным моё представление о духовной составляющей всякой жизни (человека — в том числе) как о потоке некой субстанции, пронизывающей всё живое. Пронизывающей физическую субстанцию и составляющую с ней что-то вроде квазичастиц, о чём я говорил в одном из последних сообщений этого блога. Ничего не мешает предполагать, что духовная субстанция составляет кольцевой поток без диссипации в своём собственном пространстве, отличном от физического пространства.

Слишком невероятная фантазия? Может и так, но если уж допускать существование многих отличающихся друг от друга физических пространств, то допустить существование ещё одного пространства для духовной субстанции — не такая уж большая натяжка.

Нет примеров макроскопических кольцевых потоков без диссипации? Примера сверхпроводящего кольца мало? Тогда — сверхтекучесть жидкого гелия тоже при низких температурах. И уж совсем на микроскопическом уровне — незатухающий спин у элементарных частиц. Добавлю сюда очень важные для меня, но неизвестные современной науке представления о замкнутых кольцевых потоках магнитного поля вокруг электрических зарядах и во многом подобных потоках кривизны вокруг частиц, обладающих массой. Об этом я тоже недавно писал здесь. Невероятно? Что поделаешь, других аргументов у меня нет. Кроме того, не забываем, что гравитация пронизывает всю нашу Вселенную, и гипотетической духовной субстанции есть с чего брать пример.

Одним словом, я выступаю за то, что в замкнутой (термодинамической) системе жизнь вполне возможна.


Посмотреть обсуждение, содержащее этот комментарий

Что заставляет принцип минимального действия быть минимальным? Мой комментарий

Вижу, теперь следует признать, что Вы под термином "сознание" и я под термином "минимум действия" понимаем одно и то же.

Вы "сознание" предваряете любому взаимодействию и его результату, и я под стремлением к минимуму действия и его реализацией понимаю некую неведомую причину. Так, не всё ли равно, каким словом эту причину называть?

Попробую снова написать, что я понимаю под "действием", и постараюсь сделать это кратко. Первое, что нужно нам сделать, это согласиться, что любые события и их результаты происходят в некотором пространстве. Думаю, это нетрудно будет сделать, так как и у Вас, и у меня события где-то происходят. Второе, а это будет труднее, нужно признать, что результатом этих событий являются некие (дискретные) элементы, которые тоже принадлежат этим пространствам. Более того, названные выше пространства состоят только из этих элементов и больше не из чего. Всё есть пространство и ничего кроме пространства, даже если существуют разные пространства, составленные из разных элементов. Третьим допущением является то, что все кажущиеся разными пространства и их элементы являются по сути разными воплощениями одного и того же элемента — кванта действия, известного под именем постоянной Планка. Такой вот универсальный принцип.

Основных воплощений кванта действия немного — пока всего четыре. Это фотон (одно пространство) и материальная частица (другое пространство), на которые "навешаны" тоже в виде постоянной Планка спин, заряд и масса. Последние два "навешаны" только на материальную частицу. Я пока не касаюсь пространства внутри ядра атомов, там может быть другая структура и другие элементы (их тоже немного) по сравнению с электромагнитным пространством.

"Действие" — это совсем не "движение". Хотя бы потому, что его размерность — момент импульса. Ту же размерность будет иметь энергия, умноженная на время; заряд на квант магнитного потока, масса на некий, ещё не известный науке поток кривизны. Если хочется почувствовать действия как-то по-другому, найти ему альтернативу, то это будет энергия. При условии, что характерные времена, на которые она умножается, будут одинаковыми (будут изменяться одинаково). И такая ситуация случается очень часто. Квант действия — как двуликий Янус: если известно одно лицо, то известно и другое. Если первое неизвестно, то же можно сказать и про другое.

Теперь мы приходим к главному. Под "минимумом действия" следует понимать минимум пространства, которое представляет собой физическая система. Так как система состоит из N-ого количества квантов действия, то это число должно быть минимальным числом, к которому стремится система, пытаясь прийти к равновесию. Если вдруг представится возможность отдать хоть один квант действия, например, в виде излучения, система это сделает. Пока не достигнет ситуации, когда число излучаемых квантов не станет равным числу поглощаемых обратно.

Но почему пространство стремится именно к минимуму — непонятно. Возможно, им двигает та же причина, что и управляет "сознанием" электрона. Просто оперировать квантами действия математически проще, чем использовать иные понятия. Да и термин "минимум пространства" становится более понятным, когда пространство состоит из дискретных элементов, которые можно сосчитать.

Посмотреть обсуждение, содержащее этот комментарий

Как самостоятельно построить атом водорода и из чего он состоит

Написание этого сообщения было вызвано вот такой репликой и вопросом tretiykon'а: "В общем, возбужденное состояние атома водорода, похоже, уже содержит протон, электрон и фотон... В книжках же обычно пишут, что фотона до излучения нет. Но мысль тут ускользает, что с этим дальше делать?"

Думаю, мысль ускользает из-за непримиримого противоречия между старыми представлениями, классическими или квантовыми, о непрерывном пространстве и его дискретных свойствах на самом деле. Особенно, когда речь идёт об излучении или поглощении фотонов - когда элементы одного пространства превращаются в элементы другого. Но для описания дискретной структуры пространств и взаимного превращения их элементов нет ни подходящих физических представлений, ни адекватного математического аппарата.

С моей точки зрения "танцевать нужно от печки". То есть, начинать строить воображаемую картину атома водорода с того, что и протон, и электрон в атоме - это два дискретных, но всё-таки разных элемента некоторого пространства. Я называю это пространство, элементами которого они являются, "ядерным" для того, чтобы отличить его от электромагнитного пространства, элементами которого являются фотоны. А также потому, что этому пространству нет пока более подходящего термина. Для полноты описания добавлю, что само это пространство обладает отрицательной кривизной (об этом упоминается тут в связи с одним из докладов профессора С.В. Буяло), а его элементы могут дополнительно обладать зарядом, массой и половинным спином. Естественно, всё это принимается в качестве необходимой гипотезы. Добавим, что под элементами пространства мы имеем в виду именно его возбуждённые элементы, поскольку всякую вещь мы воспринимаем только при взаимодействии с ней.

[Spoiler (click to open)]

По определению (в качестве основной гипотезы) каждый элемент любого пространства имеет одинаковый размер или меру, равную кванту действия h, по совместительству называемому постоянной Планка. В этом отношении пространства, составленные из таких элементов, становятся похожи на математическое финслерово пространство, в которых в качестве меры тоже выбирается действие. Если материальная частица, протон или электрон, движется в окружающем электромагнитном пространстве, то в соответствии с представлениями де Бройля квант действия, которым они обладают в этом пространстве, занимая место фотона, равен h=pλ. Где p - импульс частицы, а λ - её длина волны.

Но это линейное движение. Ещё может быть вращательное движение, и для одиночной элементарной частицы такой, как, например, электрон, протон или нейтрон, оно может быть представлено в виде половинного спина s = ½ћ, где постоянная Дирака ћ = h/2π. Правда, механическим вращением это не назовёшь, но так уж устроен микромир: в нём есть только кванты действия, которые могут проявлять себя как энергия, импульс, заряд, масса или спин. А парными к ним и недостаточно точно определёнными остаются моменты времени, координата и направление спина. Для первых двух можно определить только интервал по времени и характерный размер в пространстве, а для спина (и момента импульса) только проекцию на выбранное направление. Про особенности спина более подробно рассказывалось здесь, а какие представления существуют для кванта действия и какой набор топологических элементов ему соответствует, было представлено здесь. Многие вещи, о которых рассказывается в этом блоге, ещё не известны современной науке, но что поделаешь: где-то нужно об этом говорить.

Пока не могу ничего сказать о характерном геометрическом размере ядра, которое занимает протон, поскольку он "скрыт" окружающим его электроном. Электрон окружает ядро атома полностью и фактически именно электрон определяет характерный размер атома водорода. О том, что электрон, можно сказать, "лежит" на ядре, обладая нулевым орбитальным моментом, обсуждалось здесь , а о том, как возникают геометрические размеры атома (а также кристаллов) говорилось немного здесь. На самом деле, достаточно знать величину боровского радиуса a0, чтобы узнать "размер" атома водорода, равный 2a0. Дело в том, что электрон вокруг ядра вынужденно занимает область, равную кванту действия h. Поэтому, с какого боку не посмотри на атом, его электрон в классическом (боровском) представлении будет совершать вращение с моментом импульса h/2π = pa0 в соответствии с его импульсом на орбите p. Ну и что в том, что формула Бора может показаться слишком простой или неправильной? И квантовая механика Шрёдингера может оказаться недостаточной, особенно для релятивистского "движения" электрона. Главное - чтобы костюмчик сидел электрон обладал в атоме полным действием, равным h. Кстати, скорость электрона на боровской орбите можно трактовать как максимально возможную скорость возмущения элементов в фермионном пространстве в отличие от скорости света с - максимально возможной скорости возмущения бозонного пространства. И в этом будет её важный физический смысл. В своё время Зоммерфельд воспользовался формулой Бора или легко вывел её сам и получил знаменитую формулу для постоянной тонкой структуры α, о чём мы уже упоминали здесь. То есть, α - это отношение двух предельных скоростей возбуждения в принципиально разных физических пространствах: фермионном и бозонном.

Как будет происходить возбуждение атома водорода? В боровском атоме водорода на следующем уровне, куда может "перейти" электрон, ему будет необходимо иметь дополнительный квант действия, теперь уже два. И это логично с нашей точки зрения, требующей, чтобы все изменения происходили дискретными порциями и этой порцией был бы квант действия. Переход электрона на следующий уровень в наших представлениях ассоциируется с появлением дополнительного пространства в атоме, которое он может занять или через которое он может свободно переместиться. Это дополнительное пространство может возникнуть или вследствие поглощения фотона, или из-за столкновения атома с другим атомом или какой-нибудь материальной частицей. При этом одно важное условие должно быть соблюдено: не всякий фотон может быть поглощён (превратиться в элемент другого пространства), а только тот, у которого энергия E=hν совпадает с энергией E перехода на следующий уровень в атоме. Характерное время перехода 1/ν оказывается здесь очень важным: мы не сможем заставить электрон совершить переход, если при неупругом столкновении атомов пытаемся передать энергию за другое время. Это оказывается не менее важным и при рассмотрении различных химических реакций: только та реакция произойдёт, в которой время "ухода" электрона будет совпадать со временем его "перехода" на другой атом (молекулу). В этом отношении становится понятна роль металлических катализаторов: теперь нужная нам реакция может происходить с гораздо меньшими "затратами" энергии, поскольку в "бассейне" электронов проводимости катализатора всегда можно найти электрон с нужным большим временем перехода (равном времени присутствия реагирующих молекул вблизи катализатора). Таким, чтобы выполнялось условие E(1/ν)=h.

Реальные атомы элементов таблицы Менделеева устроены всё же сложнее, чем боровский атом водорода. Об их устройстве немного рассказывалось здесь. Основная идея реального устройства электронов в атомах заключалась в том, что они образуют "электронное" пространство оболочек в атоме так, что кванты действия "упаковываются" вокруг ядра наиболее плотным образом, не образуя пустот для заполнения каким-нибудь иным пространством. При этом спины электронов на разных оболочках располагаются так, чтобы, с одной стороны, минимизировать друг друга, а с другой стороны - минимизировать орбитальный момент того уровня, где они находятся. То есть, работает известный принцип наименьшего действия, но уже не в отношении пройденного, например, материальной частицей пути, а в отношении характеристики системы в целом.

Но и это ещё не всё. Хорошо бы объяснить, как "электронное" пространство в атомах может принимать на себя те слабые тепловые возбуждения, которые могут возникать и на самом деле возникают при тепловом нагреве кристаллов даже при низких температурах. А нагреве жидкостей и газов - при комнатных температурах. Ведь, учёным хорошо известно, что энергии электронных переходов соответствуют температурам в тысячи, а то и десятки тысяч градусов. Именно по этой причине в модельных представлениях о тепловых возбуждениях кристаллов участвуют только фононы, а о возбуждении электронов и речи нет, если кристалл не является металлом. А таких кристаллов в природе - большинство. В описании, например, одноатомных газов, какими являются благородные газы, тоже беда: если электроны в атомах не рассматривать, то такие газы никогда не смогут прийти к термодинамическому равновесию. А они, тем не менее, приходят!

Так, какие ещё возбуждения нужно рассматривать в пространстве атома водорода и других атомов? Что ещё можно возбудить в атоме, кроме перехода электрона на другой уровень и изменения направления его спина? Тут нам придётся вспомнить, что электрон - это не только заряд у материальной частицы, но и квант магнитного потока μ, образующий замкнутое кольцо вокруг частицы, так что eμ=h. Это совершенно новая гипотеза о замкнутом кольце вокруг частицы, вводимая нами для того, чтобы единым, универсальным способом определить все четыре топологических элемента, достаточные для полного построения наблюдаемой вокруг нас природы. Но мы уже писали об этом здесь , здесь и здесь .

Теперь остаётся одно: использовать аналогию того, как возникают тепловые возбуждения в кристаллах. А там эти тепловые возбуждения - фононы - являются бозонами. Значит, по этой аналогии следует предположить, что в "электронном" пространстве оболочек атома тоже возникают бозоны. Но это уже будут колебания микроскопических кольцевых потоков магнитного поля. Эти колебания будут абсолютно упругими, поскольку дополнительной внутренней структуры у пары e-μ в кванте действия h не предполагается, и никаких потерь на "трение" быть не может. Тогда многое в атоме будет как в большом кристалле. Если объём кристалла увеличивается при тепловом нагреве из-за появления квазичастиц - фононов, которым требуется дополнительное пространство, то и пространство внутри атома тоже будет увеличиваться. База данных института Теплофизики СО РАН показывает, что так оно и есть: основной вклад в расширение кристаллов дают фононы, а небольшой дополнительный (но очень важный!) даёт электронная подсистема в атомах. По теории Дебая с увеличением температуры теплоёмкость кристалла Cp (а с ней - и коэффициент теплового расширения β) должны выходить на постоянную полку вплоть до температуры плавления, а на самом деле эта "полка" показывает линейное увеличение, а иногда даже загибается вверх перед плавлением. Именно такую линейную температурную зависимость в своих свойствах должна показывать теория Ферми для модели вырожденного электронного газа до тех пор, пока вырождение электронов не начнёт сниматься. А тогда мы сможем увидеть и "загиб", проявляемый в экспериментах для некоторых элементов таблицы Менделеева. Заметим, что в этом блоге уже было написано несколько сообщений на тему теплового расширения (пример), и даже в явном виде представлены графики для теплового расширения золота и вольфрама.

После предыдущего абзаца "на бумагу" просится важный вывод, который следует сформулировать отдельно. Бозоны не могут существовать без фермионов, и наоборот - фермионы без бозонов. Об этом мы немного рассуждали и раньше , а теперь после "вынужденного" включения бозонов в электронное пространство атомов этот вывод превратился в уверенность, в один из фундаментальных принципов построения природы, если хотите.

А реальны ли эти кольцевые магнитные потоки в виде целого кванта вокруг электрона? Которые ещё и двумерные (как плоское кольцо), а их ориентация в пространстве для внешнего наблюдателя также зависит от выбранного направления, как и спин. Вспомним из школьной программы, что возникает вокруг проводника, по которому течёт ток? Правильно, кольцевое магнитное поле, направление которого лежит в плоскости, перпендикулярной линии электрического тока. Это магнитное поле всегда рассматривается классически, без всяких там квантов, но, ведь, и электронов, текущих в проводнике, тоже очень много. Так что, дискретность магнитного поля оказывается незаметной. А у одного электрона мы этот квант магнитного потока можем заметить? Можем, но при очень низких температурах, как это случилось в эффекте Джозефсона, и даже измерить величину этого кванта, который в точности соответствует уже использованной нами формуле eμ=h. Правда, измеренная величина кванта μ там оказалась удвоенной, но на то были свои причины в связи с тем, что электрону приходилось совершать "прыжок" из одного сверхпроводящего состояния в другое через тонкий слой диэлектрика. А у покоящейся частицы, обладающей зарядом электрона, мы можем обнаружить этот квант μ? У покоящейся, видимо, нет. Пока не заставишь двигаться заряженную частицу - не выберешь конкретное направление, не узнаешь, как ориентировано кольцо магнитного потока вокруг электрона. Для покоящейся частицы все направления ориентации кольца хороши, и в случае многих электронов, как в атоме или ионе, отдельные кольца внутри просто "интерферируют" друг с другом, минимизируя состояние системы по квантам действия. А вот за пределами иона (заряженной частицы) эти кольца будут давать некий результирующий вклад. При движении это будет индуцированное магнитное поле, а вот в покое... Вам не кажется, что давно известное всем кулоновское взаимодействие с зависимостью потенциала 1/r есть не что иное, как влияние суммарной кривизны всех отдельных колец - квантов? Ведь у плоского (двумерного) кольца кривизна в трёхмерном пространстве будет тоже меняться как 1/r. Вам не кажется, что тем самым мы с вами выяснили природу этого фундаментального взаимодействия?

А там и до гравитации недалеко. У которой потенциал тоже меняется как 1/r. А мы недавно выяснили, правда, по другому поводу, что масса материальной частицы тоже является составной частью топологического элемента, для которого тоже существует двумерное кольцо потока кривизны Ri в виде кванта, и как раз с нужной для гравитации зависимостью 1/r. Неужели, природу сил гравитации мы тоже уже выяснили?!



И последнее. Как же так получается, что электрон в атоме, обладая спином ½ћ, испускает фотон со спином, равным ? Да очень просто (на первый взгляд). Электрон как бы переворачивается "через голову", изменяя направление своего спина на противоположное на новом уровне. В сумме изменение его спина как раз составляет единицу. При этом электрон как бы оборачивается через своё кольцо магнитного потока, создавая зацепленное с ним кольцо тока электрического смещения. В результате получается динамическая структура из двух зацепленных колец, что как раз составляет единственный из четырёх топологический элемент, который мы приписываем фотону!

Надеюсь, вам, дорогие читатели, было интересно.

Искренне Ваш, Дулин Михаил.

Чем плоха дарвиновская эволюция видов? Мой комментарий

Изменение и образование новых видов было и есть сейчас? Было и есть. Чем это не эволюция?

Значит, спор идёт об определении понятия "эволюция", которая согласно Дарвину происходит путём естественного отбора. То есть, эволюция путём естественного отбора — это процесс, который следует из трёх фактов о популяциях: 1) рождается больше потомства, чем может выжить; 2) у разных организмов присутствуют разные черты, что приводит к различиям в выживаемости и вероятности оставить потомство; 3) эти черты — наследуемые. (Взято из Википедии.)

Вот я не пойму: чем плохо рождение большого потомства, даже если не все родившиеся могут выжить? Это реально существует в природе, например, огромное число семян у растений, мальков у рыб, и оно обеспечивает в первую очередь высокую вероятность продолжение рода в не всегда благоприятных условиях. В физической природе этому свойству вполне может соответствовать стремление системы к обладанию максимальной энтропией при достижении равновесия. Или, что почти то же самое, — стремление к максимально быстрому достижению равновесия, которое в условиях потока (стационарного или нет — без разницы) может и не быть достигнуто. Но стремление его достичь всё равно будет.

Или вот у разных организмов разные черты? Это же замечательно. С одной стороны это опять увеличение энтропии в следующем поколении, как увеличение возможных состояний для физической системы. Которые позволят и биологической, и физической системе следовать по многим различным путям в поисках возможного равновесия.

Или наследование различных черт? Сам механизм наследования требует отдельного обсуждения, но в его существовании нет ничего плохого. Наоборот, хорошие условия жизни дают большее и лучшее поколение, которое будет опережать (побеждать) поколение, родившееся в более неблагоприятных условиях. В физических системах я не могу найти хорошего примера наследования, да его может и не быть. "Если бы к бабушки был ..., это был бы уже дедушка." То есть, такая физическая система была бы уже "живой" системой. Могу лишь сказать, что в разных условиях физическая систему с химическими реакциями может вести себя очень по-разному, в зависимости от внешних условий. Так, например, процессы диффузионного горения природного газа в одном случае дают образование угарного газа СО при недостатке кислорода, а в другом — при достатке или избытке — сразу приводят к образованию углекислого газа СО2. Остаётся только из простой системы сделать сложную, в которой внешняя система контролировала бы поступление кислорода к внутренней и могла бы воспроизводиться до своего полного "сгорания", — и вот вам гипотетическая физическая система с наследованием разных свойств.

Получается, что с точки зрения науки физики проблема эволюции биологических видов не является какой-то особенной, тем более — неразрешимой. Мы просто пока очень мало знаем о самих физических процессах. А о биологических знаем ещё меньше.

Посмотреть обсуждение, содержащее этот комментарий

Четыре фундаментальные топологические структуры

Ладно. Раз такое дело, и оно связано с "Оккультной химией", вопрос по которой задал trita, расскажу Вам о том, что пока неизвестно современным физикам и химикам, но мне стало немного понятно в связи с рассмотрением структуры кванта действия h как дискретного элемента разных физических пространств. Мне хотелось бы написать об этом отдельный пост, но пока я только обдумываю его содержание. Речь пойдёт об одной топологической структуре фотонов - представителей ЭМ пространства и трёх структурах материальных частиц - представителей ядерного пространства, которые обладают массой, зарядом и спином. Всего ЧЕТЫРЕ фундаментальных топологических структуры, из которых составлен окружающий нас мир.

ФОТОН - это два зацепленных и "ортогональных" друг другу кольца, один из которых - магнитный поток, другой - ток электрического смещения. Когда фотон движется, а он не может находиться в покое, каждое кольцо "ослабевает" и переходит в своего "растущего" соседа, затем тот "ослабевает" в свою очередь и переходит в кольцо соседа, но уже с противоположным направлением своего потока. Но о нём сейчас не будет идти речь, поскольку нас интересует атом водорода - составное пространство, в котором фотоны находиться не могут. О структуре фотона уже упоминалось в предыдущих постах

МАССА у таких частиц, как электрон, протон, предположительно составной нейтрон и других, им подобных, не может рассматриваться сама по себе. Чтобы обеспечить искривление ЭМ пространства гравитацией, частица, обладающая массой, должна быть окружена кольцевым потоком кривизны, направление которого не играет роли и должно рассматриваться как скаляр. Поток просто есть, и всё - это гипотеза. Таким образом, каждая массивная частица может рассматриваться как следующая - вторая топологическая структура - сфера, окруженная кольцом. Об этой структуре также упоминалось ранее.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД у электронов и протонов окружен кольцевым магнитным потоком, величина которого равна известному кванту магнитного потока μ и направление которого уже является важным. Для положительного заряда направление потока - одно, для отрицательного - противоположное. Это - третья топологическая структура, нами также упоминаемая ранее. Она похожа на некую сферу, окруженную кольцом, направление потока в котором играет важную роль.

СПИН (полуцелый) у электронов и протонов связывается сейчас с их собственным "вращением", но вращением, тем не менее, не являющимся. Это "вращение" можно представить себе как кольцевой ток электрического смещения вокруг частицы, уже обладающей массой и зарядом. Направление кольцевого тока имеет значение, поскольку им определяется магнитный момент электрона, протона и составленных из них частиц. Это четвёртая топологическая структура, и она похожа скорее на тор, чем на сферу с кольцом. Только тор не двумерный, а ТРЁХМЕРНЫЙ, поскольку "внутренность" у тора тоже важна.

Об этих четырёх топологических структурах я собирался написать немного позже в связи с утверждениями математиков У. Тёрстона и его последователей, что все возможные топологические структуры ТРЁХМЕРНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (в четырёхмерном пространстве) уже изучены, их там всего ВОСЕМЬ разных, и ничего нового найти больше нельзя. Я же придерживаюсь иного мнения, что всё, возможно, только начинается, если попытаться рассмотреть динамику взаимодействия и взаимных переходов этих структур. Даже название такое придумал: "Динамика топологических структур".

Кроме этого, мне хотелось бы рассмотреть зацепления Хопфа, которые получаются в нашем трёхмерном пространстве в виде перевитых друг с другом спиралей, если рассматривать траекторию движения частицы на трёхмерной сфере постоянного радиуса. То есть, когда движение частицы является неким инвариантом, и для их описания используются кватернионы. Это могло бы объяснить зацепленную структуру двух колец у фотона и, возможно, остальные топологические структуры материальных частиц.

Возвращаясь к вопросу trita о степени справедливости описания структуры атома водорода, изложенной в "Оккультной химии", можно сказать, что рассмотрение взаимодействия трёх описанных выше топологических структур могло бы как-то приблизиться к существующему там описанию. Но уверенности в этом нет. Да и нужды особой в этом может не быть, учитывая, что описанные в структурах кольцевые потоки должны сильно "интерферировать" друг с другом, взаимно обнуляя их внутри атома. Тем не менее, представленная в "Оккультной химии" спиральная структура мельчайших сущностей "ану" в атоме водорода очень уж напоминает зацепления Хопфа.

Не судите строго, "я ещё только учусь". Но очень надеюсь, что вам было интересно.

Искренне Ваш, Дулин Михаил.