Мост Эйнштейна — Розена

Микромосты Эйнштейна-Розена и большая ложь Википедии

Мост Эйнштейна — Розена

Сто сороковая и сто десятая годовщины со дня рождения известных ученых – как повод для рассказа о темной и малоизвестной стороне всенародной энциклопедии.

(Материал из параллельно-мемориального проекта kiwi-arXiv)

Случилось так, что у двух больших физиков-теоретиков – и одно время даже близких коллег-соавторов знаменитых статей – даты дней рождения пришлись на одно и то же время года. Сто сорок лет тому назад, 14 марта 1879, в этот мир пришел Альберт Эйнштейн. А ровно через тридцать лет, 22 марта 1909, родился Натан Розен.

Спустя еще примерно три десятка лет, в середине 1930-х, эти ученые совместно подготовили и опубликовали две в высшей степени примечательные статьи, которым в конечном итоге будет суждено в корне изменить как фундаментальные основы физической науки, так и общие представления просвещенного человечества об окружающем мире. Но это, правда, произойдет несколько позже – в недалеком будущем.

Ну а на сегодняшний день, в марте 2019 года, научный журнал Nature Human Behaviour, специализирующийся на психологических особенностях человеческого поведения, опубликовал большую аналитическую статью, которая хотя бы отчасти, по крайней мере, объясняет, каким же образом мы умудрились столь странно устроить здесь нашу жизнь. Когда всемирно известными учеными сделаны воистину великие открытия, а все мудрецы большой науки уже почти сто лет никак не могут разобраться, в чем же эти открытия заключаются…

Интересующая нас статья социо-психологов исследует собственно феномен и механизмы формирования так называемой «мудрости толпы». А еще точнее, анализируется «Мудрость поляризованных толп» – если переводить дословно название данной работы («The wisdom of polarized crowds», by Feng Shi, Misha Teplitskiy, Eamon Duede and James A. Evans. Nature Human Behaviour, 04 March 2019).

В качестве же поля, особо благодатного для их исследований, учеными была избрана всенародная веб-энциклопедия Wikipedia. Где стараниями многотысячной армии энтузиастов ныне собраны, как известно, содержательные сведения практически обо всем на свете.

И при этом, что самое главное, в Википедии очень хорошо отлажены механизмы для формирования как бы «нейтральной» или общей-усредненной точки зрения даже на такие вещи, которые для всех прочих интернет-площадок становятся предметом споров столь яростных и бесконечных, что они вообще никогда не приводят к согласию поляризованных сторон.

С одной стороны, конечно же, это великое достижение Википедии и её главных лидеров-редакторов. Но абсолютно у всех вещей, включая и бесспорные консенсус-достижения, всегда есть и другая, менее приятная сторона. О чем имеет смысл тоже помнить. И хотя бы иногда внимательно анализировать и такие – обычно скрываемые – аспекты нашей жизни.

Авторы свежего исследования в журнале Nature Human Behaviour не рассказывают совсем ничего про темные стороны википедия-консенсуса, закрепляющего, бывает, как непреложные истины в корне ошибочные идеи. Ну а мы здесь рассмотрим именно это. На конкретном примере вики-статей про Натана Розена и его научные достижения.

#

Для правильного старта имеет смысл начать обзор с англоязычной wikipedia-статьи, целиком посвященной Натану Розену.

Просто по той причине, что и сама Википедия изначально рождалась как проект на английском языке, и статья про Розена здесь действительно большая и содержательная (всего же на сегодняшний день разноязычных и разновеликих, от объемных до совсем кратких, версий биографической статьи про этого известного ученого в Википедии насчитывается свыше двух десятков – фактически, на всех основных языках планеты).

Нас в тексте данной биографии конкретно интересует лишь совсем небольшой фрагмент, рассказывающий (в переводе на русский) об одной из совместных работ Натана Розена и Альберта Эйнштейна, проделанной ими в 1935 году:

Эйнштейн и Розен обнаружили математическое решение для некоторого типа «червоточины» (кротовой норы), соединяющей далеко разнесенные в пространстве области.

Получившее название «мост Эйнштейна-Розена», или иначе кротовая нора Шварцшильда, это решение было найдено с опорой на эйнштейновы уравнения поля, через слияние математических моделей черной дыры и белой дыры (гипотетической черной дыры, движущейся обратно во времени).

Мосты Эйнштейна-Розена являются чисто теоретическими. В статье физиков-теоретиков Джона А. Уилера и Роберта У. Фуллера от 1962 года было показано, что такие типы кротовых нор являются нестабильными.

Процитированный фрагмент энциклопедии особо интересен по той причине, что он сообщает нам про чрезвычайно важную для физики вещь – открытие «мостов Эйнштейна-Розена».

Однако почти вся содержательная часть предоставляемой здесь информации по сути своей правдой НЕ является.

А вот то, что является действительно правдивыми сведениями о «мостах ЭР», в вики-статье о Натане Розене почему-то опущено.

Что же конкретно тут в «корне не так» с подачей информации? Прежде всего, самих авторов статьи, Эйнштейна и Розена, в их работе совершенно не интересовали ни «черные дыры», ни «кротовины» или «червоточины», соединяющие альтернативным путем далеко разнесенные области пространства. Как сами эти термины, Black Holes и Wormholes, так и собственно идеи о космических «межпространственных туннелях» были запущены в физику значительно позже, двадцать с лишним лет спустя с подачи Джона Уилера.

На самом же деле предметом интереса для Эйнштейна и Розена в 1935 году был в корне новый взгляд на природу элементарных частиц, образующих всю материю.

Собственно говоря, на этот факт указывает уже само название их совместной статьи про «мосты ЭР», звучавшее так: «Проблема частицы в Общей теории относительности» («The Particle Problem in the General Theory of Relativity», by A.

Einstein and N.Rosen, Physical Review. 48: 73, 1935).

Во-вторых, модель частицы как «моста ЭР» очень хороша тем, что математически красиво и органично объединяет в себе наши самые лучшие теории о гравитации и электромагнетизме, одновременно избавляя физику от непреодолимых противоречий с бесконечностями в центре полей от частиц как «точек сингулярности». Сама физическая суть у математики «моста ЭР» (или иначе, решения Шварцшильда) в том, что частица здесь не «точка», а «дырка», причем это общее решение подходит как для уравнений гравитации (общей теории относительности) Эйнштейна, так и для уравнений электромагнетизма Максвелла.

В-третьих, столь же важно, что геометрическая суть «моста ЭР» выглядит как короткая трубка-перемычка, соединяющая два параллельных листа пространства.

А одна из важнейших манипуляций Джона Уилера, после смерти Эйнштейна занявшегося собственной разработкой этой идеи, заключалась в подмене короткого и прямого «моста ЭР» на длинную и кривую «топологическую ручку», которую он назвал Wormhole или «червоточина», «кротовая нора».

Одновременно эта операция с подменой полностью изъяла из рассмотрения ключевую идею о двух параллельных листах пространства.

В-четвертых, наконец, доказательство нестабильности космологических «кротовых нор» Уилера и Фуллера не имеет практически никакого отношения к «мостам ЭР» как частицам.

Потому что важнейшая особенность квантовых частиц – это их постоянные осцилляции с очень высокой частотой.

А такого рода физику доказательство от Уилера и Фуллера не затрагивает вообще никак (также, впрочем, как и исходная работа ЭР, не рассматривавшая квантовые аспекты частиц-мостов).

Короче говоря, всем интересующимся достаточно просто ознакомиться с текстом собственно статьи Эйнштейна и Розена, чтобы ясно и четко увидеть совершенно очевидное. По сути дела все, что написано про «мосты ЭР» в англоязычной версии вики-статьи «Натан Розен», не содержит в себе такой информации, которую можно было бы называть правдивой.

Но, быть может (спросит кто-то), в каких-нибудь иноязычных википедия-статьях на ту же тему содержится больше достоверных сведений? Увы, увы, увы… нет во всенародной веб-энциклопедии таких статей.

Вот что, для примера и сравнения, на ту же самую тему сообщает нам русскоязычный сегмент Википедии:

В 1935 г. А. Эйнштейн и Натан Розен выдвинули идею, что при определённых условиях возможно возникновение непрерывного канала между двумя областями пространства-времени.

Посредством подобного узкого канала, как бы горловины, могли бы соединяться между собою находящиеся на любом расстоянии одна от другой отдельные части локального пространственно-временного континуума. Этот предсказанный эффект получил название «мост Эйнштейна — Розена».

Отображённый графически, он был похож на чёрную дыру, прикреплённую к своему зеркальному отражению (следует отметить, что на тот момент термин «чёрная дыра», введённый в конце 1960-х, ещё не был известен).

И это, собственно, всё, что имеет сообщить на данную тему русскоязычная версия статьи «Натан Розен»…

Если же кто-то из людей неленивых захочет узнать, что сообщают на ту же тему остальные два десятка версий этой вики-статьи на французском и испанском, иврите и арабском, китайском и японском, плюс все прочие доступные языки, то сегодня это сделать, к счастью, совсем несложно. Гугл или Яндекс-переводчик всегда придут к вам на помощь.

Вот только абсолютно ничего содержательного вы из всех прочих вики-версий всё равно не извлечете. Все они на разный манер повторяют по сути то же самое. Именно это, собственно, и называется «Википедия-консенсус» и его «нейтральная точка зрения».

#

Результаты социо-психологов, изучавших механизмы формирования консенсуса в Википедии, привели их к такому выводу.

Даже идеологически противостоящие друг другу люди могут сотрудничать, когда работают совместно в направлении важной и достойной цели.

Но чтобы это происходило, противоборствующим сторонам требуется прийти к согласию относительно общего набора правил, а также иметь ясный процесс арбитража для ситуаций, когда разгораются острые разногласия.

Как именно работает данный процесс верховного арбитража в глубоких недрах Википедии – это одна из самых больших тайн всего предприятия. Миша Теплицкий, один из ученых-соавторов нынешнего социо-исследования, изучавшего внешние стороны столь успешного механизма, сформулировал своё понимание происходящего такими словами:

«На мой взгляд, договориться со всеми вы все равно не можете. И если какие-то люди не желают играть по правилам общества, то вам не остается ничего, кроме как просто их исключить»…

Рассуждая абстрактно, подобные слова звучат вроде бы вполне разумно. Но вот если в совершенно конкретной ситуации с очевидно НЕ-правдивой информацией в вики-статьях про «мосты ЭР» вы попытаетесь улучшить народную энциклопедию и сделать содержание более соответствующим реальной картине, то практически наверняка ничего у вас не получится.

Потому что нынешняя вики-картина «мостов ЭР» – это вполне адекватное отражение «нейтральной точки зрения» и консенсуса, давно сформированных «по правилам общества». А потому со всеми вашими попытками что-то радикально тут подправить сообщество может сделать только одно — «просто их исключить»…

Всем понятно, наверное, что так быть не должно. Но именно так обстоят здесь дела сегодня.

# # #

Дополнительное чтение:

Подробности о механизмах жесткого контроля за информационным наполнением «энциклопедии, которую могут редактировать все»:

Кризис жанра
Шпионы в стране Википедия
Цифровой маоизм, или Лев Толстой как зеркало русской Википедии

Подробности о фундаментальной, но по сию пору упускаемой важности двух статей 1935 года — об одном и том же, но с разных сторон – про «парадокс ЭПР» и про «мосты ЭР»:

Сцепленность и урок природоведения (новое «уравнение» ЭПР=ЭР)
Sci-Myst: Доказательство от Слона (раздел «Это всё из сцепленных кубитов»)
Краткая история нашей глупости
Мосты ЭР и другие военные потери
Запреты от Джона А. Уилера
Большая наука в поисках Главного вопроса

# # #

Ссылки на источники:

Feng Shi, Misha Teplitskiy, Eamon Duede and James A. Evans, «The wisdom of polarized crowds». Nature Human Behaviour, March 2019.

«Wikipedia’s civil wars show how we can heal ideological divides online», by Frank Swain, New Scientist, 4 March 2019

«Wikipedia and the Wisdom of Polarized Crowds» by Brian Gallagher, Nautilus, March 14, 2019

Wikipedia: Nathan_Rosen

A. Einstein and N. Rosen, «The Particle Problem in the General Theory of Relativity», Phys. Rev. 48, 73 (1935). Русский перевод: «Проблема частицы в общей теории относительности», Собрание научных трудов Альберта Эйнштейна, том 2, Наука, 1966.

Источник: https://kniganews.org/2019/04/09/erbridges/

Мост Эйнштейна-Розена

Мост Эйнштейна — Розена

Релятивистское описание черных дыр фигурирует в работе Карла Шварцшильда. В 1916 г., всего через несколько месяцев после того, как Эйнштейн записал свои знаменитые уравнения, Шварцшильд сумел найти для них точное решение и вычислить гравитационное поле массивной стационарной: звезды.

Решение Шварцшильда имело несколько интересных особенностей. Во-первых, вокруг черной дыры находится «точка невозврата». Любой объект, приблизившийся на расстояние, меньшее, чем этот радиус, неизбежно затянет в черную дыру, спастись ему не удастся.

Человек, которому не посчастливится оказаться в пределах радиуса Шварцшильда, будет захвачен черной дырой и раздавлен насмерть.

В настоящее время это расстояние от черной дыры называется радиусом Шварцшильда, или горизонтом событий (самой удаленной видимой точкой).

Во-вторых, каждый, кто окажется в пределах радиуса Шварцшильда, обнаружит «зеркальную вселенную» по «другую сторону» пространства-времени (рис. 10.2). Эйнштейна не беспокоило существование этой причудливой зеркальной Вселенной, потому что сообщение с ней было невозможным.

Любой космический зонд, отправленный в центр черной дыры, столкнется с бесконечной искривленностью; иначе говоря, гравитационное поле окажется бесконечным, а любой материальный объект будет уничтожен.

Электроны оторвутся от атомов, и даже протоны и нейтроны в ядре разнесет в разные стороны. Кроме того, чтобы проникнуть в другую вселенную, зонду понадобится лететь со скоростью, превышающей скорость света, а это невозможно.

Таким образом, хотя зеркальная Вселенная математически необходима для понимания решения Шварцшильда, наблюдать ее физически не удастся никогда.

Рис. 10.2. Мост Эйнштейна-Розена соединяет две разных вселенных. Эйнштейн считал, что любая ракета, очутившаяся на этом мосту, будет уничтожена, значит, сообщение между этими двумя вселенными невозможно. Но более поздние вычисления показали, что путешествия помосту хоть и чрезвычайно трудны, но все-таки возможны.

В итоге известный мост Эйнштейна-Розена, соединяющий две вселенных (мост назван в честь Эйнштейна и его соавтора Натана Розена), считается математической причудой.

Этот мост необходим для получения математически последовательной теории черных дыр, однако по мосту Эйнштейна-Розена попасть в зеркальную вселенную невозможно.

Мосты Эйнштейна-Розена вскоре обнаружились и в других решениях гравитационных уравнений, таких, как решение Райснера-Нордстрёма для черной дыры с электрическим зарядом… Тем не менее мост Эйнштейна-Розена оставался любопытным, но забытым приложением к теории относительности.Мост Эйнштейна-Розена

Релятивистское описание черных дыр фигурирует в работе Карла Шварцшильда. В 1916 г., всего через несколько месяцев после того, как Эйнштейн записал свои знаменитые уравнения, Шварцшильд сумел найти для них точное решение и вычислить гравитационное поле массивной стационарной: звезды.

Решение Шварцшильда имело несколько интересных особенностей. Во-первых, вокруг черной дыры находится «точка невозврата». Любой объект, приблизившийся на расстояние, меньшее, чем этот радиус, неизбежно затянет в черную дыру, спастись ему не удастся.

Человек, которому не посчастливится оказаться в пределах радиуса Шварцшильда, будет захвачен черной дырой и раздавлен насмерть.

В настоящее время это расстояние от черной дыры называется радиусом Шварцшильда, или горизонтом событий (самой удаленной видимой точкой).

Во-вторых, каждый, кто окажется в пределах радиуса Шварцшильда, обнаружит «зеркальную вселенную» по «другую сторону» пространства-времени (рис. 10.2). Эйнштейна не беспокоило существование этой причудливой зеркальной Вселенной, потому что сообщение с ней было невозможным.

Любой космический зонд, отправленный в центр черной дыры, столкнется с бесконечной искривленностью; иначе говоря, гравитационное поле окажется бесконечным, а любой материальный объект будет уничтожен.

Электроны оторвутся от атомов, и даже протоны и нейтроны в ядре разнесет в разные стороны. Кроме того, чтобы проникнуть в другую вселенную, зонду понадобится лететь со скоростью, превышающей скорость света, а это невозможно.

Таким образом, хотя зеркальная Вселенная математически необходима для понимания решения Шварцшильда, наблюдать ее физически не удастся никогда.

Рис. 10.2. Мост Эйнштейна-Розена соединяет две разных вселенных. Эйнштейн считал, что любая ракета, очутившаяся на этом мосту, будет уничтожена, значит, сообщение между этими двумя вселенными невозможно. Но более поздние вычисления показали, что путешествия помосту хоть и чрезвычайно трудны, но все-таки возможны.

В итоге известный мост Эйнштейна-Розена, соединяющий две вселенных (мост назван в честь Эйнштейна и его соавтора Натана Розена), считается математической причудой.

Этот мост необходим для получения математически последовательной теории черных дыр, однако по мосту Эйнштейна-Розена попасть в зеркальную вселенную невозможно.

Мосты Эйнштейна-Розена вскоре обнаружились и в других решениях гравитационных уравнений, таких, как решение Райснера-Нордстрёма для черной дыры с электрическим зарядом… Тем не менее мост Эйнштейна-Розена оставался любопытным, но забытым приложением к теории относительности.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5cb5fde324122700afbdf507/5cb8ddce374cc200b426c479

Кротовые норы в космосе. Астрономические гипотезы

Мост Эйнштейна — Розена

Звездная вселенная таит в себе множество загадок. Согласно общей теории относительности (ОТО), созданной Эйнштейном, мы живем в четырехмерном пространстве-времени.

Оно искривлено, а гравитация, знакомая всем нам, является проявлением этого свойства. Материя искривляет, «прогибает» пространство вокруг себя, и тем больше, чем она плотнее. Космос, пространство и время — все это очень интересные темы.

Прочитав эту статью, вы наверняка узнаете что-то новое о них.

Идея кривизны

Множество других теорий тяготения, которых существует сегодня целые сотни, в деталях отличается от ОТО. Однако все эти астрономические гипотезы сохраняют основное – идею кривизны.

Если пространство кривое, то можно предположить, что оно могло принять, например, форму трубы, соединяющей области, которые разделены множеством световых лет. А возможно, даже эпохи, далекие друг от друга. Ведь мы ведем речь не о пространстве, привычном нам, а о пространстве-времени, когда рассматриваем космос.

Дыра в нем может появиться лишь при определенных условиях. Предлагаем вам поближе познакомиться с таким интересным явлением, как кротовые норы.

Первые идеи о кротовых норах

Далекий космос и его загадки манят к себе. Мысли об искривлении появились сразу же после того, как была опубликована ОТО. Л. Фламм, австрийский физик, уже в 1916 году говорил о том, что пространственная геометрия может существовать в виде некоей норы, которая соединяет два мира. Математик Н. Розен и А.

Эйнштейн в 1935 году заметили, что простейшие решения уравнений в рамках ОТО, описывающие изолированные электрически заряженные или нейтральные источники, создающие гравитационное поля, обладают пространственной структурой «моста».

То есть они соединяют две вселенные, два почти плоских и одинаковых пространства-времени.

Позднее эти пространственные структуры стали именоваться «кротовыми норами», что является довольно вольным переводом с английского языка слова wormhole. Более близкий его перевод – «червоточина» (в космосе). Розен и Эйнштейн даже не исключали возможности использования этих «мостов» для описания с их помощью элементарных частиц.

Действительно, в этом случае частица является сугубо пространственным образованием. Следовательно, необходимости моделировать источник заряда или массы специально не появится.

А удаленный внешний наблюдатель в случае, если кротовая нора имеет микроскопические размеры, видит лишь точечный источник с зарядом и массой при нахождении в одном из этих пространств.

«Мосты» Эйнштейна-Розена

С одной стороны в нору входят электрические силовые линии, а с другой они выходят, не заканчиваясь и не начинаясь нигде. Дж. Уилер, американский физик, по этому поводу сказал, что получается «заряд без заряда» и «масса без массы».

Вовсе не обязательно в этом случае считать, что мост служит для соединения двух разных вселенных. Не менее уместным будет и предположение о том, что у кротовой норы оба «устья» выходят в одинаковую вселенную, однако в разные времена и в разных ее точках.

Получается что-то, напоминающее пустотелую «ручку», если ее пришить к практически плоскому привычному миру. Силовые линии входят в устье, которое можно понимать как отрицательный заряд (допустим, электрон). Устье, из которого они выходят, имеет положительный заряд (позитрон).

Что же касается масс, они с обеих сторон будут одинаковыми.

Эта картина, при всей своей привлекательности, не получила распространение в физике элементарных частиц, на что было множество причин. Нелегко приписать «мостам» Эйнштейна-Розена квантовые свойства, без которых в микромире не обойтись.

Такой «мост» и вовсе не образуется при известных значениях зарядов и масс частиц (протонов или электронов). «Электрическое» решение вместо этого предсказывает «голую» сингулярность, то есть точку, где электрическое поле и кривизна пространства делаются бесконечными.

В таких точках понятие пространства-времени даже в случае искривления теряет смысл, так как невозможно решать уравнения, имеющие бесконечное множество слагаемых.

Когда не работает ОТО?

Сама по себе ОТО определенно заявляет, когда именно она прекращает работать. На горловине, в наиболее узком месте «моста», наблюдается нарушение гладкости соединения. И оно, следует сказать, достаточно нетривиально. С позиции удаленного наблюдателя на этой горловине останавливается время.

То, что Розен и Эйнштейн считали горловиной, в настоящее время определяется как горизонт событий черной дыры (заряженной или нейтральной). Лучи или частицы с разных сторон «моста» попадают на различные «участки» горизонта. А между левой и правой его частями, условно говоря, находится нестатическая область.

Для того чтобы пройти область, нельзя не преодолеть ее.

Невозможность пройти через черную дыру

Космический корабль, который приближается к горизонту довольно крупной относительно него черной дыры, как будто застывает навеки. Все реже и реже доходят сигналы от него… Напротив, горизонт по корабельным часам достигается за конечное время.

Когда корабль (луч света или частица) минует его, он вскоре упрется в сингулярность. Это место, где кривизна делается бесконечной. В сингулярности (еще на подходе к ней) протяженное тело неизбежно будет разорвано и раздавлено.

Такова реальность устройства черной дыры.

Дальнейшие исследования

В 1916-17 гг. были получены решения Райснера-Нордстрема и Шварцшильда. В них сферически описываются симметричные электрически заряженные и нейтральные черные дыры. Однако физики смогли до конца разобраться в непростой геометрии данных пространств только на рубеже 1950-60-х годов. Именно тогда Д. А.

Уилер, известный благодаря своим работам в теории гравитации и ядерной физике, предложил термины «кротовая нора» и «черная дыра». Выяснилось, что в пространствах Райснера-Нордстрема и Шварцшильда действительно существуют кротовые норы в космосе. Они полностью не видны удаленному наблюдателю, как и черные дыры.

И, подобно им, кротовые норы в космосе вечны. А вот если путешественник проникнет за горизонт, они схлопываются настолько быстро, что через них не сможет пролететь ни луч света, ни массивная частица, а не то что корабль. Чтобы пролететь к другому устью, минуя сингулярность, нужно двигаться быстрее света.

В настоящее время физики считают, что сверхновые скорости перемещения энергии и материи принципиально невозможны.

Черные дыры Шварцшильда и Райснера-Нордстрема

Черная дыра Шварцшильда может считаться непроходимой кротовой норой. Что касается черной дыры Райснера-Нордстрема, она устроена несколько сложнее, однако также непроходима.

Тем не менее придумать и описать четырехмерные кротовые норы в космосе, которые можно было бы пройти, не так уж сложно. Стоит лишь подобрать необходимый вид метрики.

Метрический тензор, или метрика, — набор величин, используя который, можно вычислить четырехмерные интервалы, существующие между точками-событиями. Этот набор величин полностью характеризует также и поле тяготения, и геометрию пространства-времени.

Геометрически проходимые кротовые норы в космосе даже проще, нежели черные дыры. В них нет горизонтов, которые ведут к катаклизмам с ходом времени. В различных точках время может идти а разном темпе, однако оно не должно при этом бесконечно останавливаться или ускоряться.

Два направления исследования кротовых нор

Природа поставила барьер на пути появления кротовых нор. Однако человек устроен так, что если находится препятствие, всегда будут желающие его преодолеть. И ученые не исключение. Труды теоретиков, которые занимаются исследованием кротовых нор, условно можно разделить на два направления, дополняющих друг друга.

Первое занимается рассмотрением их следствий, заранее предполагая то, что кротовые норы действительно существуют. Представители второго направления пытаются понять, из чего и как они могут появиться, какие условия необходимы для их возникновения. Работ этого направления больше, чем первого и, пожалуй, они более интересны.

К данному направлению можно отнести поиск моделей кротовых нор, а также исследование их свойств.

Как выяснилось, свойства материи, являющейся материалом для строительства кротовых нор, могут реализоваться за счет поляризации вакуума квантовых полей. Российские физики Сергей Сушков и Аркадий Попов совместно с испанским исследователем Давидом Хохбергом, а также Сергей Красников недавно пришли к этому выводу.

Вакуум в этом случае не является пустотой. Это квантовое состояние, характеризующееся наименьшей энергией, то есть поле, в котором отсутствуют реальные частицы.

В этом поле постоянно возникают пары частиц «виртуальных», исчезающие до того, как их обнаруживают приборы, однако оставляющие свой след в виде тензора энергии, то есть импульса, характеризующегося необычными свойствами.

Несмотря на то что квантовые свойства материи в основном проявляются в микромире, кротовые норы, рождаемые ими, при некоторых условиях способны достигать значительных размеров. Одна из статей Красникова, кстати, называется «Угроза кротовых нор».

Вопрос философии

Если кротовые норы когда-нибудь все-таки удастся построить или обнаружить, область философии, связанная с интерпретацией науки, столкнется с новыми задачами и, нужно сказать, весьма непростыми.

При всей, казалось бы, абсурдности временных петель и нелегких проблемах, касающихся причинности, данная область науки, вероятно, когда-нибудь с этим разберется. Так же, как разобрались в свое время с проблемами квантовой механики и созданной Эйнштейном теории относительности.

Космос, пространство и время — все эти вопросы во все века интересовали людей и, видимо, будут интересовать нас всегда. Познать их полностью едва ли удастся. Изучение космоса вряд ли когда-либо будет завершено.

Источник: https://FB.ru/article/223298/krotovyie-noryi-v-kosmose-astronomicheskie-gipotezyi

Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена на пальцах и… при чём тут эфир

Мост Эйнштейна — Розена

Парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена сейчас активно изучают в многих лабораториях мира и научных институтах. Пишутся тонны научных статей. Поднято много хайпа в около-научных кругах.

Только лишь одна загвоздка, хотя и достаточно парадоксальная.

В самой квантовой механике нет ничего парадоксального в парадоксе ЭПР! Ни граммульки! Так почему же его так пристально изучают? И да, при чём тут эфир?!

Поиск новой физики

Ответ прост — при изучении парадокса ЭПР идёт активный поиск новой физики. Если быть точным — поиски новой фундаментальной физики, так как развитие прикладной физики идёт своим чередом.

Это особенно актуально в нашем мире, где балы правят конспирологические теории, которые намекают, что то ли рептилоиды, то ли евреи где-то прячут НАСТОЯЩУЮ физику! Антагонистично концу 19 века, когда многие физики считали, что почти всё открыто, осталось лишь найти одни штрихи.

Сейчас наоборот, даже физики-консерваторы думают, что фундаментальная физика далеко не полна. Естественно, интерес к поиску новой физики сейчас просто колоссальный! Одно остаётся понять: как определить, где искать эту золотую жилу новой физики? Один из вариантов — найти несоответствие теорий и пытаться копать там.

Возьмём для примера теорию электродинамики Максвелла. Эта теория настолько хорошо согласуется со всеми принятыми теориями, что там и искать нечего. И не ищут. Ну, кроме объединительных теорий. Днём с огнём вы не найдёте свежих статей по фундаментальной электродинамике. Хотя по прикладной — куча.

Согласованность СТО и ГО

Однако, электродинамику сложно хорошо показать на пальцах, поэтому возьмём что-то попроще. Посмотрим, на сколько хорошо согласуется Специальная Теория Относительности с Классической Механикой (прежде всего с относительностью Галилея).

Относительность Галилея в частности говорит об относительности скорости. А Специальная Теория Относительности в частности утверждает, что скорость света абсолютна. Казалось бы — конфликт очевидный.

Но мы (в лице Эйнштейна) объявляем СТО обобщённой теорией над ГО, где относительность Галилея является лишь частным случаем.

Действительно, если мы в трансформациях Лоренца устремим скорость света вплоть до бесконечности , то мы получим трансформации Галилея.

Или другими словами, для скоростей значительно меньших скорости света валидными будут трансформации Галилея.

А значит, искать новую физику на стыке классической механики и специальной не стоит. И свежих статей по этому поводу очень мало. Это не значит, что в СТО уже всё перекопали. Можно поискать новое, например, в области тахионов (частиц со скоростями выше световой), и да, там ищут.

Согласованность квантовой и классической механик

А как быть с согласованностью квантовой и классической механик? Классическая механика утверждает в частности, что частицы существуют здесь и сейчас. А квантовая механика утверждает что частицы — это волны, размазанные по времени, пространству и даже самим себе.

Тут тоже конфликт очевидный. Но тоже можно выкрутиться: объявляем КМ обобщённой теорией классической(ньютоновской) механики.

Действительно, если в решениях уравнений Шрёдингера, мы устремим (редуцированную) постоянную Планка вплоть до нуля , то мы получим ньютоновские законы.

Ну… ПОЧТИ.

Или другими словами, если мы работаем на расстояниях значительно больше длины волны де Бройля, мы можем пользоваться ньютоновскими уравнениями. Ну… ПОЧТИ. На самом деле этого НЕДОСТАТОЧНО. И что самое непонятное — мы не знаем что ЕЩЁ нужно изменить в квантовой механике, кроме коллапса волновой функции, чтобы мы получили Ньютоновскую Механику. Одно из самых ярких и простых несоответствий между этими двумя теориями — парадокс кота Шрёдингера. Парадокс Шрёдингера утверждает, что если мы возьмём радиоактивный одиночный атом и рядом с ним расположим детектор радиации как детонатор (то ли яда, то ли бомбы). То кот рядом с этим девайсом:

  • Согласно классической механике — будет ИЛИ жив ИЛИ мертв в любом случае
  • Согласно квантовой механике — если кот с девайсом будет в непроницаемой коробке — то — И жив И мертв одновременно, и лишь обнародование информации заставит перейти в режим ИЛИ/ИЛИ

Может показаться, что золотая жила новой физики найдена, иди и копай, но не всё так просто. Дело в том, что та часть, что противоречит находится в области парадокса мира кенгуру (по сути усложнённый парадокс чайника Рассела). Он утверждает, что когда мы закрываем глаза и выключаем приборы, всё вокруг превращается в кенгуру. Но стоит нам включить приборы или открыть глаза всё превращается в то, что мы видим. Парадоксальность состоит в том, что эти миры принципиально нельзя ни доказать, ни опровергнуть и как правило отбрасываются бритвой Оккама. А значит, хоть мы и нашли несоответствие квантовой механики и ньютоновской — исследовать некуда — нельзя поставить ни один эксперимент, который доказал или опроверг одну из версий.

Поиск новой физики и эфир

На самом деле золотой век эфира уже угас более как век. Возник эфир как помощник объяснений света, электрических и магнитных полей. Но наиболее ярко звезда эфира засияла во второй половине 19 столетия, когда Максвелл добавил уравнения Ампера и объединил основные уравнения электричества и магнетизма в одну систему, создав теорию электромагнетизма.

Решая эти дифференциальные уравнения, в частности получалось, что существуют электро-магнитные волны и что эти волны движутся с постоянной скоростью , где — магнитная и — диэлектрическая проницаемость вакуума.

Чуть позже оказалось, что эта скорость очень похожа на вскоре измеренную скорость света, из чего был сделан вывод о том, что свет — это и есть электромагнитные волны Максвелла.

Однако само утверждение имело два недостатка:

  • Когда мы говорим о волнах, мы имеем в виду среду, в которой эти волны распространяются. Морские волны — на воде, звук — в воздухе. А в чём же распространяются электро-магнитные волны?
  • Движение волн с постоянной скоростью явно противоречило относительности скоростей Галилея.

И если первый — более философский вопрос, то во втором случае что-то было не в порядке. Или был прав Галилей (а принцип относительности скорости слишком очевидный для противоречия), либо был прав Максвелл (хотя что интуитивно более правильно — решение диф-ура или очевидный принцип?!), либо были правы оба (всё таки ужасно сложно менять диф-уры подгоняя под Галилея). Теория светоносного эфира сняла всё напряжение — прежде всего выяснилось, что э/м волны распространяются в эфире, да и скорость света постоянна относительно неподвижного эфира, а вот движение самого эфира очень даже относительна. То есть оказалось, правы оба Максвелл и Галилей. Ну.… теоретически. Правда, практика не стояла на месте. Всё более точные измерения не показывали каких-либо отклонений скорости света, никакого эфирного ветра обнаружить не удавалось. Лоренц понял, что эфир прячется и меняет пространство и время таким образом, что кажется что нет никакого эфирного ветра и скорость света постоянна. Эйнштейн в 1905 лишь убрал ненужную более сущность и создал на основе трансформаций Лоренца Специальную Теорию Относительности. Так эфир потерял половину функций. Окончательно светоносный эфир умер за ненадобностью чуть позже с развитием квантовой механики, и именно открытием корпускулярно-волнового дуализма в 1924. Свету более не нужен посредник, э/м волны распространяются в самом фотоне.

Поиск новой физики в нелокальности

Аналогично, мы ищем несоответствие классической и квантовой механик, но так чтоб опытами мы могли подтвердить его и попытаться найти объяснение. Это опыты с нарушением локальности.

Учёные более, чем уверены, что мир локален (нет никакого дальнодействия, частицы общаются друг с другом при помощи помощников на подобие фотона и прочих калибровочных бозонов).

С другой стороны — некоторые результаты процессов квантовой механики явно нелокальны.

Нелокальные эффекты поляризованного света

Нет, мы пока не будем смотреть на что-то сложное, вроде парадокса ЭПР. Для его осознания мы воспользуемся гораздо более лёгким экспериментом — а именно нелинейностью эффектов поляризации света. Для этого нам не нужны ни мега-сложные инструменты, ни институты.

Достаточно зайти в магазин фототехники и купить 2 линейно-поляризованных фильтра. И всё. Для опыта, мы поместим оба фильтра паралельно друг другу и просветим фонариком. Если фильтры идеальны, то весь световой пучок, что прошёл сквозь первый фильтр, пройдёт и через второй без потерь.

Если есть затемнение, то оно учитывается отдельно как постоянный коэффициент.

Так вот, если поляризация второго параллельного фильтра находится под углом относительно первого фильтра (или наоборот), то итоговый коэффициент прохождения согласно квантовой механике равен То есть, если угол равен нулю, то проходит 100% света, если 90° — свет полностью блокируется — 0% проходит.

Если угол равен 45° — проходит половина пучка 50%. И т.д. Практика показывает (закон Малюса открытый в начале 19 века), что она очень хорошо согласуется с теорией. А теперь собственно самое важное:

Если решения принимаются индивидуально каждой частицей в отдельности без общения с кем-либо, то эти решения нельзя объяснить с помощью локальности.

Если сможете — вперёд, оформляйте статью и получите своего Нобеля! Что мы можем объяснить с помощью локальности — это линейную зависимость так, что при 0° проходит 100%, при 45° — проходит 50% и при 90° проходит 0%. Однако, при любых ДРУГИХ углах у нас не сходятся значения. Найдутся сейчас умники и скажут, пусть фотоны чувствуют угол поляризации и по формуле будут бросать жребий. Таки придётся усложнять опыты для более точного соответствия: точно индивидуально, точно без общения…

Нелокальность в парадоксе Эйнштейна — Подольского — Розена

Сам парадокс ЭПР утверждает, что можно одновременно измерить квантовые свойства нарушив принцип неопределённости Гейзенберга, а значит квантовая механика неполна. Бом предложил опыты по проверки этого парадокса при помощи запутанных фотонов или электронов.

Представим эксперимент, где от центра линейно разлетаются 2 электрона и оба проходят через 2 параллельных измерителя спина. Для начала поймём, что будет, если электроны — обычные, не запутанные.

Всё просто.

Через первый измеритель будет проходит электроны со спином в 50% случаях и 50% случаях . Через второй — столько же.

А если мы повернём измерители, каков будет результат?

Мы получим в среднем 50% и 50% случаев с . Тривиально.

Теперь усложним и попробуем найти зависимости.

Пусть мы знаем, что через первый измеритель прошла частица со спином . Если нет, то игнорируем результат прохождения второй частицы. Вопрос — что пройдёт через второй измеритель в случае, если первый оказался ? Очевидно — с вероятностью 50% покажет спин и с вероятностью 50% .

Для удобства введём индекс корреляции, который равен модулю разности вероятностей обоих вариантов: У нас корреляция равна нулю.

В приборе есть ещё одна степень свободы: измерители спина могут поворачиваться независимо друг от друга. И что будет, если через первый измеритель прошла частица со спином , а второй измеритель повернут на 90° относительно первого. Очевидно — в среднем 50% и 50% случаев с . И опять корреляция равна нулю.

В общем, куда не поворачивай, никакой корреляции не будет. Но, значительно интереснее становится, когда мы посылаем запутанные электроны. Запутанные частицы — это очень просто: они ВСЕГДА имеют обратный спин относительно друг-друга.

Если первый имеет спин , то второй запутанный электрон обязательно имеет спин.

А если первый имеет спин , то у второго — .

То есть корреляция 100%.

Но что будет если мы повернём второй измеритель на 90°? Если первый имеет спин , то второй запутанный электрон будет иметь в среднем 50% и 50% случаев с . Получается, корреляция равна нулю.

Что будет если мы повернём второй измеритель на 45°? Если первый имеет спин , то второй запутанный электрон будет иметь 25% вероятность и 75% вероятность . Корреляция 50%.

В общем случае, получаем из теории и практики, уровень корреляции в зависимости от взаимного угла измерителей спина: То есть по сути у нас вышло то же нелинейное уравнение, что и для прохождения фотонов через фильтры. Можно попытаться описать локально нелинейность при помощи скрытых параметров, но вот неравенство Белла для скрытых случайных параметров при этом окажется нарушенной. Теория Белла в формулировке Клаузера-Хорна-Шимони-Хольта говорит, что для четырёх случайных переменных всегда будет верно неравенство: где К — корреляция без модуля (и может быть отрицательной). Только вот для данных экспериментов, неравенство будет нарушено для некоторых углов (близким к 0° и 90°), а значит их нельзя объяснить случайными скрытыми параметрами.

Выводы

Пока на стыке классической и квантовой механик, классическая проигрывает всухую. И даже заставляет думать, что мы что-то не знаем про локальность природы, если она вообще локальна…

  • 12 июля 2017 в 13:05
  • 17 марта 2017 в 15:42
  • 21 сентября 2016 в 19:02

Источник: https://habr.com/post/480672/

Booksm
Добавить комментарий