Квантовые принципы сотворения реальности
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Квантовая механика
Издательство:
Южный федеральный университет
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 142
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-9275-3627-6
Артикул: 786651.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Книга посвящена одной из интереснейших и в то же время достаточно слабо освещенных в современной научной и научно-популярной литературе тем - происхождению физических законов и их фундаментальной подоплеке, в основе которой лежат квантово-механические явления и процессы. К последним относятся декогеренция, редукция, запутанность и прочие процессы, составляющие сердцевину современной квантовой физики и, к сожалению, в недостаточной мере изложенные в традиционных вузовских курсах. Адресована любознательным читателям, интересующимся проблемами современной науки.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Д. Н. Любимов, С. В. Кирильчик КВАНТОВЫЕ ПРИНЦИПЫ СОТВОРЕНИЯ РЕАЛЬНОСТИ Монография Ростов-на-Дону – Таганрог Издательство Южного федерального университета 2021
УДК 530.145(035.3) ББК 22.31я73 Л93 Печатается по решению Комитета по естественно-научному и математическому направлению науки и образования при Ученом совете ЮФУ (протокол № 4 от 3 июня 2020 г.) Рецензенты: профессор кафедры «Машины и аппараты бытового назначения» ДГТУ, ИСУП г. Шахты, доктор технических наук, профессор А. В. Кожемяченко; доцент кафедры физики Шахтинского автодорожного института (филиала) Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М. И. Платова, кандидат физико-математических наук А. А. Баранников Любимов, Д. Н. Квантовые принципы сотворения реальности : монография / Д. Н. Любимов, С. В. Кирильчик ; Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2021. – 142 с. ISBN 978-5-9275-3627-6 DOI: 10.18522/801273574 Книга посвящена одной из интереснейших и в то же время достаточно слабо освещенных в современной научной и научно-популярной литературе тем – происхождению физических законов и их фундаментальной подоплеке, в основе которой лежат квантово-механические явления и процессы. К последним относятся декогеренция, редукция, запутанность и прочие процессы, составляющие сердцевину современной квантовой физики и, к сожалению, в недостаточной мере изложенные в традиционных вузовских курсах. Адресована любознательным читателям, интересующимся проблемами современной науки. ISBN 978-5-9275-3627-6 УДК 530.145(035.3) ББК 22.31я73 © Южный федеральный университет, 2021 © Любимов Д. Н., Кирильчик С. В., 2021 © Оформление. Макет. Издательство Южного федерального университета, 2021 Л93
ОГЛАВЛЕНИЕ От авторов ...................................................................................................................... 6 Глава 1. РАЗУМНАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ МИРОЗДАНИЯ ............................................................................................ 8 1.1. Поиск разумной целесообразности мироустройства ......................................................................................... 8 1.2. Представление о законах природы ...............................................11 1.3. Поиск критерия истинности ..............................................................18 Глава 2. ИЗМЕНЕНИЕ КРИТЕРИЯ ИСТИННОСТИ ...................................21 2.1. Опыт Дэвиссона и Джермера ............................................................21 2.2. Взгляд Бора на физический эксперимент ...................................24 2.3. Формальное объяснение опыта Дэвиссона и Джермера....29 2.4. Волновая функция и вектор состояния ........................................31 Глава 3. ЭВОЛЮЦИЯ КВАНТОВЫХ СИСТЕМ .............................................36 3.1. Кот Шрёдингера. Редукция и скрытая информация ..............36 3.2. Фейнмановское объяснение результатов эксперимента Дэвиссона – Джермера ..........................................40 3.3. Нелокальность и неразличимость квантовых объектов .....44 3.4. Причинность в квантовых процессах ............................................48 3.5. Эффект «квантовый Зенон» ................................................................50 3.6. «Многомирие» Х. Эверетта .................................................................54 Глава 4. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ .................................................................60 4.1. Эволюция представлений о пространстве и времени от Ньютона до Фейнмана ............................................60 4.2. Геометрический смысл квантового измерения ........................68
4.3. Физика Бома...............................................................................................72 4.4. Пространственные модели Уилера ................................................77 Глава 5. КВАНТОВЫЕ «СИЛЫ» ..........................................................................82 5.1. ЭПР-парадокс .............................................................................................82 5.2. Квантовая запутанность. Представление о декогеренции ......................................................85 5.3. Нелокальная квантовая реальность ..............................................91 5.4. Рождение квантового мира ................................................................95 5.5. Квантовые чудеса ................................................................................. 100 Глава 6. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА МАКРОМИРА ....................................... 105 6.1. Новое в опытах Дэвиссона – Джермера ................................... 105 6.2. Новая парадигма науки ..................................................................... 108 6.3. Трибосистемы как пример механических систем, живущих по законам квантовой физики .................................. 118 6.4. Философия квантового мира .......................................................... 126 Вместо послесловия ............................................................................................ 135 Список литературы .............................................................................................. 138
Бог никогда не заставляет нас делать то, чего Он хочет. Он говорит, что Ему нужно, и все. Потом Бог отходит в сторону и смотрит, что получается… С. Кинг
ОТ АВТОРОВ Наш мир на самых разных уровнях организации, от неорганиче- ской природы до человеческого сообщества, от кварков до метагалак- тики, наполнен разнообразными связями между составляющими его предметами и (или) их частями. Причем общая картина этих связей придает мировым процессам, по крайней мере внешне, характер раз- умности и даже какой-то целесообразности, что позволило нашим далеким предкам сделать первое «научное» предположение о природе этих связей, придав им божественную сущность. А та разумная целе- сообразность, о которой говорилось выше, была выражена известной формулировкой «Что Бог ни делает – все к лучшему». Но существует и иной взгляд на вещи, нашедший отражение в шутливом законе Пар- кинсона: «События, предоставленные самим себе, имеют тенденцию развиваться от плохого к худшему». Хотя на это можно возразить, что в первом утверждении патронат Бога над событиями исключает началь- ное условие паркинсоновского закона – «предоставленные самим себе». Так или иначе, но эти связи всегда интересовали человечество. Особенно в части правил, которые определяются связами между составляющими природы, или наоборот, правил, которым подчиняются эти связи. То есть все, как в известной дилемме о том, кто кем вертит – хвост собакой или собака хвостом. В общем, надо разбираться. Именно для этого и появилась наука, а она уже ввела понятие законов природы и общества. Появление представления о законах, которым в конечном счете все подчиняется, поставило перед наукой три весьма важных вопроса: каково происхождение этих законов, универсальны они или имеются исключения из них, существует только один возможный набор правил – законов или этих наборов множество? В этой связи всегда присутствует проблема объективности и субъективности законов, т. е. зависит ли форма и механизм действия законов от влияния исследователя, или для подлинных законов такой зависимости нет, и
От авторов они существуют совершенно автономно от нас и наших представлений о мире. Такие проблемы всегда стояли и, наверное, будут стоять перед наукой, а подход к ответам на эти вопросы носит исторически обусловленный характер, во многом связан с действующей на данный момент научной парадигмой и вытекающим из нее критерием истинности, который, как мы покажем в настоящей работе, имеет тенденцию к изменению. Вообще, предлагаемое исследование, с одной стороны, является попыткой показать те изменения, которые происходили под действием новых фундаментальных знаний во взглядах на объективность физических законов и критерии их истинности, а соответственно, в мировоззрении научного сообщества, с другой стороны, ставит вопрос о глобализации новой парадигмы и приведении в соответствие с новой физикой прикладных разделов науки. Но обо всем этом по порядку. С уважением к потенциальным читателям авторы книги.
Глава 1 РАЗУМНАЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ МИРОЗДАНИЯ 1.1. Поиск разумной целесообразности мироустройства Наверное, все живое в той или иной форме понимает рациональность ( разумность) мироустройства. Небольшая, слабая особь стремится избегать встреч с более сильными и агрессивными животными. Флора и фауна адекватно реагируют на смену времен года и т. п. Поэтому нет ничего удивительного в том, что человек разумный начал связывать природные процессы с разумным и могущественным нечто. Это нечто впоследствии получило величественное название «Бог». Изначально богов было очень много. Все они управляли различ- ными природными явлениями, стихиями, а также различными сторо- нами человеческой жизни. Особенно знаковым в этом смысле пред- ставляется пантеон греческих богов, в котором существуют боги при- родных стихий: моря, суши, огня, ветра и т. д., а также боги войны, любви, ремесел, искусства, мудрости. Еще большим разнообразием отличался пантеон богов Древнего Рима, который наряду с гречески- ми богами включал в себя божеств более древних религий, таких как египетская или вавилонская (рис. 1). Большинство этих богов были весьма человекоподобными, т. е. обладали человеческими эмоциями, страстями и чувствами. Если боги
1.1. Поиск разумной целесообразности мироустройства пребывали в хорошем расположении духа, они посылали на землю хо- рошую погоду, обильные урожаи, даровали мир, отсутствие болезней и прочие блага. И наоборот, в случае их гнева на человечество сыпа- лись многочисленные бедствия: засуха, мор, войны и другие «казни египетские». При этом природа божественности была абсолютна не- постижимой и человечеству оставалось только уповать на милосердие богов. Но вот в античном обществе Древней Греции зародилось то, что впоследствии стало называться наукой. Наука в античном мире воз- никла в форме натурфилософии, с рождением которой взгляд на миро- устройство стал изменяться. Появилось предположение о том, что при- рода живет и подчиняется неким «незыблемым принципам», которые Рис. 1. Античные боги
Глава 1. Разумная целесообразность мироздания должны поддаваться человеческой мысли. Постепенно сформировались представления о том, что во Вселенной есть некий внутренний порядок, который можно изучать, а следовательно, и распознать путем наблюде- ний и умозаключений. Методы наблюдений и умозаключений стали для античной натурфилософии основными инструментами изучения при- роды, и инструменты эти оказались весьма эффективными [28]. Например, Демокрит, размышляя над тем, что происходит с пред- метом, если его разделять на отдельные части, пришел к выводу о дис- кретно-атомарной структуре всего сущего. Любое же явление в нашем мире Демокрит считал результатом столкновения отдельных атомов. Другой греческий философ, Эмпедокл, наблюдая, как заполняется во- дой специальный сосуд cферической формы – клепсидра, сделал за- ключение о существовании некой среды, препятствующей проникно- вению жидкости внутрь клепсидры. Так был открыт воздух. Анаксимандр, ученик великого греческого ученого Фалеса, введ- шего понятие электричества, путем логических рассуждений пришел к выводу о том, что люди должны были развиться из других живых существ, а это стало первым «намеком» на эволюционную теорию, ко- торая в дальнейшем получила развитие в идее Гераклита о том, что «все течет, все меняется». Хотя натурфилософия до сих пор поражает изобилием плодотвор- ных идей, ученым античности не удалось создать надежного метода, позволяющего определить истинность высказываемых положений. По- этому научные споры ввиду отсутствия доказательств часто заходили в тупик. При этом природе приписывались этические свойства, что воз- вращало объяснение мироустройства к божественному началу. Скажем, уже упомянутый ранее Гераклит объяснял небесное движение Солнца его страхом перед наказанием богини справедливости Астреи. А философы- стоики хотя и проводили грань между явлениями природы и нормами человеческого общества, все равно были уверены, что поклонение богам и почитание родителей лежат в основе и того, и другого. Уже много позднее выдающийся христианский философ Фома Аквинский развил сходную мысль, используя ее для доказательства существования
1.2. Представление о законах природы Бога: «Все в природе движется к своей конечной цели не случайно, а по какому-то намерению… И стало быть, существует разумное существо, которое направляет все, что есть в природе, к конечной цели…» [10] В этих словах, несмотря на их видимую близость к идеям философов- стоиков, начинают просматриваться некие новые аспекты изучения природы, которые затем окажутся формализованными в понятии «закон». 1.2. Представление о законах природы Средневековая христианская наука в основном приняла античную натурфилософию, однако несколько «оскопив» ее. В частности, из греко-римского наследия была убрана сама мысль о небожественном влиянии на мировые процессы. Правда, вместо множества античных богов в христианском мироучении выступает только один Бог – всемогущий создатель и творец, а вся Вселенная является его «игрушечным домиком». Сама же мысль о небожественности развития природы считалась ересью. Вместе с тем необходимо признать, что античная наука оставила после себя крайне мало того, что в настоящее время может называться законом природы и (или) общества, т. е. «некоторое утверждение, вскрывающее внутреннюю существенную и устойчивую связь явлений, обусловливающую их упорядоченное изменение». Исключением из этого могут служить разве что труды Архимеда. Он открыл «закон рычага», которому подчиняются простейшие механизмы, и знаменитый закон о плавучести тел, названный его именем. Однако сам Архимед нигде не называл эти открытия законами, не обосновывал их какими-либо ссылками на наблюдения и считал их чем-то вроде утверждений, подобных аксиомам в математике. Эпоха Возрождения благодаря гению Леонардо да Винчи, И. Кеплера и, конечно, Г. Галилея породила принципиально новый подход к изучению природы. Галилей говорил, что рождается совершенно новая наука, хотя то, что она рассматривает, «чрезвычайно старо» [10].
Глава 1. Разумная целесообразность мироздания Наука Возрождения впервые активно начала использовать экс- перимент и математику в качестве инструмента изучения природы. И накопленные благодаря этому факты привели великого француз- ского ученого и философа Р. Де- карта (рис. 2) собственно к пред- ставлению о законах природы. Он полагал, что все наблюдаемое нами можно объяснить столкновением подвижных тел, которое описыва- ется ограниченным набором зако- нов. При этом много размышлял о взаимосвязи этих объективных за- конов и Бога, в которого он свято верил. Согласно учению Декарта, Бог может по своей воле изменить характер этических суждений или математических теорем, но не при- роду, поскольку, установив законы природы, Бог не имел возможности для их выбора, потому что эти законы являются единственно возмож- ными и отражают его внутреннюю природу. Примерно этих же взглядов придерживался и основной созда- тель классической физики и ма- тематического анализа великий И. Ньютон (рис. 3). Однако Нью- тон верил в то, что Бог может при совершении чудес как бы приоста- навливать действие законов при- роды. В качестве доказательства этого Ньютон приводил пример движения небесных тел, орбиты которых в силу закона всемирного Рис. 2. Р. Декарт Рис. 3. И. Ньютон
Доступ онлайн
В корзину