Шик: другие произведения.

На вечеринку к профессору никто не придёт.

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Конкурсы: Киберпанк Попаданцы. 10000р участнику!

Конкурсы романов на Author.Today
Женские Истории на ПродаМан
Рeклaмa
 Ваша оценка:


   Морунов Дмитрий
   emc_kvadrat@mail.ru
  
   На вечеринку к профессору, никто не придёт.
  
   Или несколько строк о гравитации, её взаимосвязи с пространством и временем, написанных для подростков, генеральных директоров, а так же финансистов и гуманитариев всех уровней.
  
  
   За время написания этого сочинения я несколько раз порывался изменить его название. Уж очень оно перекликается с известным произведением Маркеса: - "Полковнику никто не пишет". Однако ничего более удачного в голову не приходило! Поэтому я решил, с первых строк обособиться от творения великого писателя и заявить, что моё сочинение это не художественное произведение, это научно-популярная работа о гравитации, пространстве и времени. И как их взаимодействие порождает четырехмерный пространственно временной континуум, которым является наша вселенная.
   Так что если вы осилите мой труд до конца, то узнаете, что такое время и как оно связано с пространством. Узнаете, что гравитация это всего лишь геометрия пространства нашей вселенной. Поймете, почему при движении, ваша масса будет расти, время замедлится, а длинна уменьшится. Почему на первом этаже здания время течёт медленнее, чем на последнем. А самое главное я объясню вам, почему в художественном фильме "Терминатор", суперкомпьютеру "SkyNet" никогда не удастся убить Сару Коннер. Ну и конечно я расскажу о вечеринке профессора, на которую никто не придёт, но это уже будет не самое интересное событие.
   Ну а для того чтобы, всё это понять, вам надо знать только два допущения: скорость света всегда постоянна и неизменна и, второе, для всех наблюдателей, находящихся в равных условиях, все физические законы должны протекать одинаково.
   Вместе с тем я обещаю, что при подаче материала формулы использоваться не будут. И хотя некоторые из них я приведу в своей работе, сделано это будет, чтобы показать вам их изящество и элегантность, а так же подчеркнуть красоту законов природы, которые они описывают. Вот и всё! Всё остальное только в рисунках, фотографиях, зрительных образах и малой толике вашего воображения.
  
   Пролог. Вечеринка у профессора.
  
   В 2009 году известный физик Стивен Хокинг провел следующий эксперимент; он подал объявление в несколько газет, в котором пригласил людей из будущего на встречу, пообещав устроить в их честь банкет. Причем, для чистоты эксперимента и чтобы избежать глупых розыгрышей, он опубликовал своё приглашение уже после того, как это научное пати состоялось.
   Цель этого эксперимента была следующей, так как все газетные архивы имеют гриф - "Хранить вечно", Стивен Хокинг рассчитывал, что в будущем, когда человечество освоит свободное перемещение во времени, учёные прочтут это объявление и придут засвидетельствовать своё почтение коллеге из прошлого.
   Для реализации этого замысла было снято помещение, закуплено угощение к фуршету, но как вы догадываетесь, в назначенный час двери не распахнулись, не было хлопков шампанского, к профессору никто не пришёл.
   Причин, почему так произошло можно перечислить массу.
   Первое это то, что на данный момент современная наука не знает законов природы, которые бы запрещали путешествие в прошлое. Однако нет полной уверенности, что их не откроют в будущем.
   Или даже если путешествия во времени, когда-нибудь, станут реальностью, наших потомков мог остановить страх перед возможностью нарушить причинно-следственные связи между прошлым и будущим. Вспомните рассказ Рэя Брэдбери: - "И грянул гром", где смерть бабочки в пошлом, привела к необратим последствиям в грядущем.
   Так же вполне возможна гибель нашей цивилизации ещё до того как люди научатся как путешествовать во времени.
   Не стал бы я сбрасывать со счетов и интеллектуальную несовместимость нас нынешних и наших потомков. Посмотрите на развитие цивилизации, человек постепенно выходит из под дамоклова меча естественного отбора. Ещё в начале прошлого века быть младенцем, было намного опасней, чем солдатом сидящим в окопах первой мировой войны. Так как смертность, на сто тысяч человек, у детей раннего возраста была выше, чем среди солдат на фронте.
   Теперь же люди, рождённые с ослабленным здоровьем, которые сто лет назад должны были умереть в младенчестве, живут, и живут много больше, чем рожденные здоровыми наши предки. Но стремительно развивается не только медицина, информационная индустрия и нанотехнологии не уступают ей в скорости развития. Уже сейчас эритроциты - красные кровяные тельца в нашем организме можно заменить синтетическими субстанциями. Так, что эти синтетики не будут образовывать тромбы, будут иметь меньший размер, а значит, они смогут проходить через повреждённые сосуды, доставляя кислород в органы, где натуральным клеткам крови в ход закрыт.
   Теперь представьте, что произойдет, когда эту безмозглую синтетику заменят нанороботы, которые в обычном режиме будут поддерживать наш метаболизм, а объединяясь в сеть превращать человека в живой компьютер. Таким образом, человек начнёт стремительно эволюционировать вместе с техническим прогрессом, и эволюция эта пойдёт по экспоненте. От чего те десятки, а может и сотни лет которые потребуются на разработку и создание машины времени, превратятся в тысячи и тысячи лет эволюции человека как биологического вида. И вполне может так случиться, что приглашение на встречу, наши потомки воспримут, как лапу шимпанзе протянутой из вольера в зоопарке.
   Измышлять дальше причины, из-за чего эксперимент Стивена Хокинга не удался, я не буду. Так как во-первых, даже в вышеперечисленные обстоятельства, я не очень верю. А во-вторых: это всё догадки и домыслы, они бездоказательны и сродни гаданию на бараньей лопатке или кофейной гуще.
   Свою работу я хочу посвятить рассмотрению реальных причин, то есть законов природы, которые объясняют, почему на призыв профессора о встрече, ему ни кто не откликнулся.
   При этом сразу хочу оговориться, я буду исходить из парадигмы, что создание машины времени и путешествие на ней в прошлое и будущее, возможно. При этом никакие причинно следственные связи между прошедшими событиями и грядущими вы не нарушите.
   На первый взгляд, в такой концепции кроется неразрешимый парадокс, даже два! Если путешествия во времени возможны, то почему наши потомки до сих пор нас не навестили. И опять же, если вы можете путешествовать во времени, что мешает вам, познакомить вашего папеньку не с вашей матушкой, а с иной барышней, они поженятся и вам уже не будет места в этой реальности.
   Причины такой несуразицы проистекают из классического понимания, что такое время. Мы на интуитивном уровне воспринимаем прошлое; как прочитанную книгу, его уже нет и изменить события, произошедшие в нем, нельзя, а будущее для нас неопределенно и туманно, потому что его ещё нет. Такая трактовка времени согласуется с нашим жизненным опытом и законами классической физики. Однако если вы хотите путешествовать в прошлое, вам придётся забыть о своем жизненном опыте и распрощаться с классической физикой, так как структура и устройство времени, которые мы можем получить на основе этих знаний, не верно.
   Что бы узнать, что же такое время нам придётся обратиться к релятивистской физике и квантовой механике. Я понимаю, эти названия звучат угрожающе, и не надо этого стесняться, так как ещё Нильс Бор один из создателей квантовой механики, лауреат Нобелевской премии сказал: - "Если вас квантовая физика не испугала, значит, вы ничего в ней не поняли".
   Так что сделайте вдох-выдох, и давайте я вас познакомлю с этими направлениями в естествознании. Эти разделы физики занимаются изучением нашего мироустройства, причём на разных полюсах. Релятивистская физика эта наука изучающая законы вселенной на сверхбольших расстояниях, при движении на субсветовых скоростях и сверхвысокой гравитации, а квантовая механика это раздел науки изучающий реальность на сверхмалых масштабах, от размера атома и меньше.
   Так вот с позиции этих дисциплин наше прошлое и будущее симметричны, то есть обладают одинаковыми свойствами, а время в них понимается как текущая река, и в неё нельзя войти дважды. Говоря иначе вернуться в прошлое можно, нельзя вернуться в СВОЁ прошлое. Или ещё раз попробую перефразировать этот тезис; вследствие симметрии времени наше прошлое неопределённо и туманно, как и будущее.
   Из-за таких свойств времени наши потомки в будущем не могут узнать о том, что Стивен Хокинг в их честь устраивает вечеринку, так же как и известного физика Стивена Хокинга, там не знают. Профессор и его послание существует только в нашем настоящем. Но когда оно станет будущим, где люди научатся путешествовать во времени, возвращаться в прошлое смысла не будет, так как в прошлом уже не станет известного физика Стивена Хокинга. Это следствие симметрии прошлого и будущего: и то и то динамично и постоянно изменяется из-за непрерывного течения времени.
   Для того чтобы, вы поняли как всё это происходит в нашем мироздании, мне придётся познакомить вас с основными положениями; Общей Теории Относительности Эйнштейна, релятивистской физики и квантовой механики. А для этого нам необходимо будет, мысленно слетать к сверхмасивным звёздам и чёрным дырам, промчаться на космическом корабле с субсветовой скоростью и опуститься на самое дно вселенной. К размерам до того крохотным, что если эти расстояния сравнить с атомом, то они будут настолько ничтожно малы, как сам атом мелок по сравнению с привычными нам масштабами. Только там при сверхбольшой гравитации, безумных скоростях и сверхмалых расстояниях, где смыкается физика квантовая и релятивистская, а реальность распадается на "кирпичики", из которых она создана, можно понять, что такое и как устроены: пространство, время и гравитация.
  
  
   Часть 1. Квантовая механика и время.
  
   Глава 1. Физический вакуум.
  
   Вакуум (от лат. vacuus - пустой) - пространство, свободное от вещества. Вот такое; классическое, интуитивно понятное, определение даётся вакууму в Википедии.
   Свой рассказ о том, что такое время, я начал с вакуума неспроста. С детства, глядя на мерцающие искорки звёзд в ночном небе, мы осознаём, что наша вселенная это крохотные островки материи, разделённые огромными расстояниями бескрайней пустоты. Отсюда, в нашем сознании космос и вакуум, почти синонимы.
   Так устроен наш мир на макроуровне, а теперь давайте посмотрим не вдаль, а вглубь. Что мы увидим, если увеличим атом до размеров футбольного поля. Представьте себе, расчерченную белыми линиями, зелёную лужайку: 90 метров в длину, 40 в ширину. Как же будет выглядеть атом, если мы его выложим на футбольное поле?
   Его ядро, состоящее из протонов и нейтронов, при таком масштабе окажется размером в несколько маковых зёрен, а по краям поля и в районе штрафной площадки будут мелькать пылинки, в тысячу раз легче ядра, это электроны. Я специально не назвал модель, какого атома, мы рассматриваем. Какая разница окажется в центре футбольного поля одно маковое зерно, как у атома водорода, или щепотка из 238-ми злаков, как у изотопа урана. Суть это не меняет, почти весь атом состоит из вакуума, как и космос. Отсюда, мы можем заключить, что наличие материи в нашем мироздании является больше исключением, чем правилом. А, исходя из того, что пустота доминирует в нашей вселенной, следует сделать другой вывод; вакуум это фундамент на котором держится структура нашего мироздания. Он представляет собой первозданную основу нашей вселенной, которая порождает все в мире, и задает свойства веществу, из которого создана окружающая нас природа.
   Осознание того, что вся конструкция нашего универсума держится на пустоте, как-то не внушает оптимизма, Но всё не так плохо, многочисленные эксперименты, проведённые с вакуумом, указывают на то, что не такой уж он и пустой. Например, вы можете провести такой опыт: взять металлический прут или любой другой проводник, поместить один его конец в вакуумную камеру, а к другому приложить сильное магнитное поле и при таких условиях у вас через этот стержень, начнёт течь ток. То есть в разорванной электрической цепи, из пустоты будут появляться электроны и побегут через ваш проводник. При этом закон сохранения энергии нарушен не будет, создать вечный двигатель у вас не получится. Энергия вырабатываемого электричества будет много ниже, той работы, что вы затратите, на создание магнитного поля, которое будет вырывать электроны из вакуума.
   Есть и другие, более изощрённые возможности, с помощью которых из пустого пространства можно получать фотоны, электромагнитное излучение и даже антиматерию, античастицы - позитроны.
   Но не только опыты с вакуум указывают на то, что пустота не так проста, как это кажется на первый взгляд. Наблюдения за движением электронов по орбитам во круг атомного ядра, указывают на то, что в вакууме на сверхмалых расстояниях, что-то присутствует.
   В 1947 году У. Ю. Лэмб и Р. Резерфорд совершили открытие, за которое Лэмбу через десять лет присвоят Нобелевскую премию, а само это научное свершение назовут его именем: - "Лэмбовский сдвиг".
   Вот, что они обнаружили, у электрона при его следовании вокруг атомного ядра, происходит девиация (дрожание) уровня энергии, как будто электрон при его перемещении по орбите "бросает" из стороны в сторону, как космический корабль который на высокой скорости, входит в атмосферу. Ну, или как при броуновском движении, когда заряду приходиться продираться через некую среду.
   После таких наблюдений и экспериментов, вакуум уже сложно назвать "ничевом". Наоборот, в нем одновременно присутствует всё; излучение, материя и антиматерия. И всё это взаимодействует, от чего вакуум спонтанно флуктуирует, в нем происходят процессы рождения и уничтожения всевозможных частиц и античастиц. Эти частички материи появляются на неуловимо малый срок и схлопываются, поэтому они не поддаются регистрации, за это их назвали: - "виртуальные частицы", а процессу их рождения и взаимоуничтожения, дали имя: - "поляризация вакуума".
   Образно говоря, на малых расстояниях вакуум похож на "кипящий бульон", поэтому такую субстанцию ещё называют "квантовой пеной". Что бы объединить все эти определения, физики даже ввели новый термин "физический вакуум", под которым понимают средоточие виртуальных частиц, непрерывно рождающихся на короткие мгновения и тут же исчезающих.
   Отчего же мы не чувствуем этих появлений и уничтожений? Тут всё происходит по аналогии с атмосферным давлением. Столб воздуха, уходящий на сотню километров вверх, оказывает давление на поверхность тела человека почти в 18 тонн! Но это давление, уравновешивается таким же давлением, внутри наших органов, поэтому результирующая сила равна нулю и мы ничего не ощущаем.
   Пример с атмосферой это хорошая аналогия, но тут мы имеем дело с энергией, и то, что происходит в реальности, физики называют "Суперпозицией полей". Смысл этой научной сентенции состоит в том, что электромагнитные колебания, накладываясь, взаимно уничтожают друг друга рис.1. (https://yadi.sk/i/o1jFZEkFvSohM)
  
   0x01 graphic
  
   Рис.01
  
   Так как во флуктуациях вакуума электромагнитного излучения запредельно много, то на каждую волну найдётся точно такая же, но с противоположной фазой. Электромагнитные волны соединяются, "горб" одной складывается с "впадиной" её компаньона и на выходе мы получаем энергетический ноль.
   Интенсивность вакуумных флуктуаций и плотность виртуальных частиц могут изменяться в результате взаимодействия с внешними телами и полями. Помните опыт с проводником, к которому мы подводили сильное магнитное поле. Это поле отрывало готовящейся аннигилировать электрон от его партнера позитрона и отправляло его в проводник, в результате чего у нас шел электрический ток. Это пример того как из вакуума, прилагая к нему энергию, можно получать электроны, то есть материю. Но можно сделать и наоборот, применить к вакууму материю и получить из него энергию: экологически чистую и в неограниченных количествах.
   В 1948 году Генрих Казимир из Philips Research Laboratories в Нидерландах высказал предположение, что если поместить в вакуум две металлические пластины, расположив их параллельно и крайне близко одна к другой, то между ними возникнет взаимное притяжение. И сила этого притяжения с уменьшением расстояния будет резко возрастать: пропорционально четвертой степени расстояния между пластинами. Через десять лет в 1958 году, в полном соответствии с предсказаниями теории, это явление было подтверждено экспериментально и его назвали в честь открывателя эффектом Казимира.
   Суть его в том, что пластины из проводника экранируют внешние электромагнитные поля и в пространстве между ними электромагнитных волн будет значительно меньше, чем снаружи рис.2. (https://yadi.sk/i/LtPTGZKpvQRKo)
  
   0x01 graphic
  
   Рис.2.
  
   Физический смысл этого процесса можно объяснить так: фотоны с длиной волны большей, чем пространство между пластинами, не могут в него вписаться, вызывая дисбаланс сил по ту и другую сторону пластин, и токопроводящие поверхности начнут притягиваться. Теперь осталось между этими плоскостями положить пьезокристалл, и в результате пьезоэффекта на них появится разность потенциалов. Теперь достаточно подсоединить к пластинам провода и можно качать нескончаемую, экологически чистую электроэнергию.
   Помимо источника энергии с помощью эффекта Казимира можно построить движитель, который не будет нуждаться в топливе. Очень полезная вещь, особенно когда этого топлива взять не откуда, например, при межзвёздных перелётах. Для этого пластины надо расположить не параллельно, а под небольшим углом друг к другу. Тогда с одного конца пластин сжатие будет больше чем с другой стороны, и этот перепад давления рис.3 создаст движущую силу. Очень похоже на детскую забаву: "стрельбу" арбузными косточками.
  
  
   рисунок на реконструкции
  
   рис.3.
   Основная сложность, с которой столкнулись инженеры, пытаясь получить рабочие прототипы устройств на эффекте Казимира это малая дистанция, которой должны быть разделены рабочие поверхности. Что бы проявился эффект от которого можно получать полезную мощность, расстояние между пластинами должно не превышать единицы нанометров. Представьте спиральную лесенку ДНК, так вот это расстояние соответствует её толщине!
   Несмотря на большие технологические трудности, связанные с освоением энергии вакуума, это того стоит. По расчетам нобелевских лауреатов Р. Фейнмана, Дж. Уилера энергетический потенциал вакуума колоссален! Они подсчитали, что в вакууме, заключенном в объеме обыкновенной электрической лампочки, энергии такое количество, что ее хватило бы, чтобы вскипятить все океаны на Земле.
   Эта запредельная мощь возникает от того, что в каждой точке нашего мироздания, непрерывно встречаются и взаимоуничтожаются: протон и антипротон, электрон и позитрон и не только они, все элементарные частицы беспрерывно выныривают из пустоты, что бы встретить свою антипару и проанигилировать с ней, превратившись в излучение. Выделяемая при этом энергия, на единицу объёма, в тысячи раз больше чем внутри солнца. По сути, мы живём внутри перманентно взрывающейся бомбы из антиматерии. Поэтому можно сказать, что всё вещество вселенной: земля, солнце, наша галактика "Млечный путь" и миллиарды других галактик, это легкая рябь волн в великом океане энергии, который называется физически вакуум.
   Фактически мы горим в аду! А если вспомнить про атмосферное давление, то мы, оказывается, застряли на одном из нижних его кругов. Одно радует, глубоководным рыбам живётся ещё не слаще!
   На этой пусть не очень оптимистической ноте, мне хотелось бы закончить описание структуры и эффектов физического вакуума и перейти к последствиям, которые вытекают из этих свойств. То есть как на нас, материальных объектах сказывается этот бушующий океан энергии, в котором мы находимся.
  
  
   Глава 2. Принцип неопределенности.
  
   Принцип неопределённости, был впервые сформулирован в 1927 году немецким физиком-теоретиком, нобелевским лауреатом Вернером Гейзенбергом. Вкратце он звучит так: - "чем точнее измеряется одна характеристика квантовой системы, тем менее точно можно измерить вторую". В квантовой механике все объекты характеризуются квантовым состоянием, для частицы это скорость и её координаты. Так вот принцип неопределенности говорит нам, что мы не можем точно измерить обе величины сразу. Либо мы точно знаем координаты, скорость тогда равна бесконечности, (на русский бытовой это переводится как -- не известна), либо мы точно знаем скорость, но тогда уже беда с местоположением.
   Вот как этот казус объяснял сам отец основатель всех неопределенностей, Вернер Гейзенберг. С высоты прошедших лет, его формулировка будет выглядеть достаточно грубо и не совсем точно, зато интуитивно понятно!
   Вернер Гейзенберг говорил, что когда мы измеряем скорость и координаты частицы, мы должны определённым образом провзаимодействовать с ней, например, осветив, то есть направить пучок фотонов. Но столкновение частицы и фотона, окажет воздействие на нее и внесет возмущение в движение частицы и непредсказуемо изменит ее скорость.
   С точки зрения нашего повседневного опыта это не очень привычно, так как если нам нужна какая-то вещь, мы заходим в комнату, включаем свет и находим её. То есть сама попытка определить местоположение предмета, ни как на него не влияет. Но квантовая механика это физика сверхмалых размеров, в ней свет это тоже микрочастицы, которые по своей энергии могут быть сопоставимы с другими элементами квантовой системы. И после их взаимодействия параметры движения и координаты изучаемого объекта случайным образом изменятся.
   Если говорить проще, то основная идея Гейзенберга была такова: - "Если мы что-либо измеряем, то мы на это воздействием, а это уже воздействует на результаты наших опытов. Поэтому, что-либо точно измерить, у нас не получится".
   То есть, что-то измерить мы сможем, но с каким-то разбросом результатов, как при стрельбе в тире. Осознав это Вернер Гейзенберг, решил вычислить "допуски и посадки" в пределах которых, природа нам позволяет производить измерения. Начав со сложных математических вычислений, он постепенно пришел к удивительной по простоте формуле:
  
   0x01 graphic
  
   где ?X -- погрешность измерения координат, ?V -- неопределенность скорости, а h -- постоянная Планка. Постоянная Планка это константа, очень маленькое, но положительное число. Позднее этому неравенству, присвоили его имя, и оно с тех пор называется соотношением неопределенностей Гейзенберга.
   Эта короткая формула, очень информативна: во-первых, это неравенство, а значит точнее какого-то, пусть и очень маленького числа, у нас не получиться ничего измерить. Говоря другими словами есть некие физические константы, меньше которых нельзя ничего зафиксировать или измерить. То есть природа накладывает запрет, узнать, что скрывается за этими сверхмалыми величинами.
   Во-вторых, как говорилось выше, h - постоянная Планка это очень крошечная величина, а если точнее, размер её запредельно мал, и равняется примерно 6,626 x 10-34 Дж·с, то есть содержит 34 нуля после запятой, а значит она в миллиард, миллиард, миллиардов и ещё миллион раз меньше единицы. Фактически это ноль, и получается, что вся правая часть неравенства это тоже почти ноль, а значит неточность наших измерений будет очень маленькой и заметна только на субатомных расстояниях! Вот поэтому в нашей повседневной жизни мы не замечаем погрешности Гейзенберга.
   У принципа неопределённости есть ещё одно важное свойство, он универсален, то есть он распространяется не только на элементарные частицы, а на всё сущее в микромире. Например есть какое либо поле и мы хотим узнать как изменилась его напряжённость, то есть энергия ?E, за какой-то отрезок времени ?t. Так вот и в этом случае точность наших замеров будет ограничена соотношением неопределённости Гейзенберга, записать которое можно в таком виде:
  
   0x01 graphic
   Подобным же образом принцип неопределённости распространяется на: электромагнитные и гравитационные поля, атомы и молекулы и даже на пространство и время.
   Глобальность и всеобщность принципа неопределённости позволяет создать универсальную систему единиц; набор универсальных констант, точнее которых мы ничего зафиксировать не сможем. Эти пределы изменений назвали Планковскими единицами. Приведу самые основные из них:
  
   0x01 graphic
  
   Эти величины являются самыми маленькими кирпичиками материи, увидеть или получить что-то более мелкое в нашей вселенной не возможно. Это одно из основных отличий квантовой механики от классической физики. Если в ньютоновской, классической физике вы могли, взять какое либо расстояние, поделить его пополам, за тем ещё раз пополам и так делить, делить его до бесконечности, то в квантовом мире дробить что-либо без конца не получится. Дойдя до отрезка в 1,6·10--35 метра пространство становится не делимым. То же самое будет и с энергией, гравитацией, временем и всей остальной материей из которой создана наша вселенная. Вот так, квантово-механический принцип неопределенности делает наш мир дискретным.
   Произнеся слова дискретный мир, хочу сразу успокоить любителей винила и аналогового звука, дискретный не значит цифровой. Если взять цифровую фотографию и начать увеличивать её, то очень скоро вы уткнётесь в равные друг другу по величине квадратики, след от пикселей на матрице фотоаппарата. Строение нашей вселенной совершенно иное, принцип неопределённости это неравенство и "пиксели" из которых состоит наше мироздание не имеют фиксированного значения. То есть они не могут стать меньше чего-то, а вот на увеличение у них ограничений нет. От этого они постоянно пульсируют меняя свой размер, создавая на субатомном уровне еле уловимый квантово-аналоговый шум, который так любят фанаты виниловых дисков.
   Вот так плавно мы с вами подошли, к тому что принцип неопределённости может иметь несколько трактовок. Одна из них это антропоморфная или назовем её по-другому человеческий фактор. Она возникает когда экспериментатор изучая исследуемый объект воздействует на него, тем самым изменяя его параметры. Именно такой интерпретации своего закона придерживался Вернер Гейзенберг, поэтому я сказал, что его истолкование принципа неопределённости не совсем верно. Разделение мироздания на сверхмалые пульсирующие кусочки, происходит не от погрешности нашего оборудования. И не из-за воздействия "измерителя на измеримое", эти свойства на материю накладывает вакуум, этот океан энергии, который бурлит в пустоте, из-за того что в нём повсеместно рождаются и взаимно уничтожаются виртуальные частицы.
   Вот как это происходит: допустим у нас есть элементарная частица, пусть это будет электрон, вокруг него возникают и схлопываются виртуальные пары. Но ведь виртуальные частицы с реальными полностью тождественны и наш электрон от виртуального ни как не отличается. И когда рядом с ним возникнет позитрон-электронная пара, античастица может проаннигилировать с ним вместо своего виртуального партнёра, и тогда виртуальный электрон превратится в реальный. Со стороны это будет выглядеть так, будто наш электрон исчез и появился в другом месте. Но опять же не надолго, так как следующий позитрон вынырнувший поблизости, проаннигилирует уже с ним. От этого получается, что электрон прыгает из стороны в сторону.
   Это можно показать на таком примере; представьте широкий металлический противень, в него налили воды, совсем немного, слой жидкости буквально не сколько миллиметров. Теперь если в низу поддона установить зажженную горелку, возникнет пятно кипящей воды из пузырьков пара. В центре этой области пузырей будет много, а с продвижением к периферии их количество будет спадать. Эти возникающие и исчезающие пузыри хорошо имитируют прыгающий туда-сюда электрон. Данный пример прекрасно иллюстрирует, как из-за неугасимого кипения пустоты электрон приобретает уникальные не присущие точечным объектам свойства.
  
  
   Глава 3. Соотношение де Бройля
  
   В 1924 году французский физик Луи де Бройль высказал гипотезу о том, что всем элементарным частицам присущи как волновые так и корпускулярные свойства. На высказывание этой идеи, его подтолкнул принцип симметричности, или говоря другими словами, что у всех объектов в микромире должны быть одинаковые признаки. И так как не задолго до этого было обнаружено что фотонам света присущ квантово-волновой дуализм, то есть фотон это одновременно волна и частица, то соответственно такой двойственностью должна обладать вся материя микромира. Или если выразиться проще; фотоны, электроны, протоны и даже атомы и молекулы - все они должны быть точечными объектами и волнами одновременно.
   Эту двойственность природы при сверхмалых расстояниях де Броль выразил в очень короткой формуле:
  
   0x01 graphic
   Здесь m - масса частицы, v - её скорость, h - постоянная Планка, а ? это длинна волны которой будет обладать элементарная частица при заданных параметрах.
   Через три года, в 1927 году, американские физики Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер экспериментально подтвердили это высказывание де Бройля. Они направили пучок электронов на кристалл никеля, игравшего роль дифракционной решётки и в результате этого взаимодействия получили рассеивание электронов в виде полос. То есть они получили интерференционную картину, как если бы, через кристаллы никеля пропускали фотоны. Таким образом у электронов были обнаружены волновые свойства и соотношение де Бройля стало экспериментально подтверждённым научным фактом.
   Разобравшись с историей открытия и подтверждения истинности соотношения де Бройля, давайте посмотрим, что интересного мы можем узнать из этой теории. Например, мы можем вычислить, какова будет длинна волны у некой частицы массой в девять грамм и летящей со скоростью сто метров в секунду, допустим это будет пуля. Тогда длина волны у этого объекта окажется равной ? = 6,6*10--36м. Эта величина в миллиард, миллиардов и ещё в миллиард, миллиардов раз меньше одного метра - абсолютно не доступное для измерения значение. Вот поэтому на привычном нам макроуровне, ни каких волновых свойств, ни у чего не наблюдается!
   Если же мы посмотрим какова будет длинна волны у электрона с энергией в 100 эВ (электрон-вольт). Такую энергию электрон получит если будет разгоняться между пластинами с разностью потенциалов в 100 Вольт. То в этом случае длина волны электрона составит ~ 1*10--10 м., это соответствует 0,1 нанометра и равно длине волны рентгеновского излучения. Поэтому волновые свойства электронов должны проявляться, при их рассеянии на тех же кристаллах, на которых наблюдается дифракция рентгеновских лучей.
   Но помимо этих вычислений в соотношении де Бройля скрыт ещё один очень важный для нас, "сакральный" смысл. Обратите внимание длинна волны частицы, то есть её волновые свойства определяются тремя параметрами, два из которых - масса и постоянная Планка неизменны. Таким образом можно сказать, что волновые свойства всех микрообъектов определяются их скоростью. А если частица не подвижна и её скорость равна нулю, то у неё корпускулярно-волновой дуализм отсутствует и она становится точечным объектом. Запомните это свойство материи, мы к нему ещё вернёмся, когда будем разбираться, что может превратить частицу в волну.
  
  
   Глава 3. Вакуум и волновые свойства элементарных частиц.
  
   Помимо американских учёных физики всего мира пытались экспериментально подтвердить или опровергнуть соотношение де Бройля. В Советском союзе люди науки так же были не чужды общемировым тенденциям и в 1948 году советские физики Сушкин, Биберман и Фабрикант провели ещё более изощрённый опыт. Они решили выяснить, имеют ли волновые признаки одиночные электроны или эти свойства присущи только большим потокам частиц. Ну типа как сыпучая среда из мелкодисперсного материала, она обладает волновыми свойствами как и жидкость, не смотря на то, что само вещество состоит из твёрдых объектов. Эксперимент советских учёных подтвердил, что признаки волны это свойство именно электрона, и эти черты не зависят от количества частиц участвующих в замерах.
   После них многие физики продолжили работать с одиночными субатомными объектами и не только с электронами, подобные свойства были выявлены у протонов и даже атомов и молекул. И вот в чём не обычность таких экспериментов. В них подопытные объекты направляются на пластину с двумя близко расположенными щелями, соответственно проходя это препятствие, частица не может знать о втором отверстии находящемся рядом. Причём если второе отверстие закрыть, частицы начинают вести себя как "классические шарики", оставляя на экране за отверстием след рассеивания в виде одной полосы. Но как только щелей становилось две, у них сразу включались волновые свойства и полос рассеивания на экране появлялось несколько, что является классической интерференционной картиной. Такое включение-выключение волновых свойств у корпускулярного объекта, приводило многих физиков в недоумение. Наверное поэтому Ричард Фейман лауреат Нобелевской премии по физике за 1965 год сказал: - "...я смело могу сказать, что квантовой механики не понимает никто".
   Однако если вспомнить, что в предыдущей главе мы рассматривали, как клокочущий энергией вакуум превращает точечный объект в некую область подобно пятну из пузырей в кипящей воде, то можно предположить что прыгающая с места на место частица "сумеет прощупать" окружающее пространство и будет "знать", через какое количество отверстий она проходит в данный момент.
   Чтобы лучше понять как это может происходить, мне хотелось бы сделать не большую паузу и продолжить рассказ об удивительных свойствах волн де Бройля. Дело в том, что их ещё называют волнами амплитуды вероятности, то есть они определяют вероятность обнаружения объекта в заданной точке пространства. Давайте попробуем понять в чем физический смысл этих "волн вероятности" и для этого ещё раз рассмотрим как живётся электрону в пустоте, которая бурлит от взаимоуничтожения виртуальных электрон-позитронных пар. Для стороннего наблюдателя это взаимодействие частицы со своими виртуальными партнёрами выглядело бы как появление и исчезновение её из ничего. Причем в центре области где происходит этот процесс, появление-исчезновение электрона было бы чаще, чем на периферии. То есть частица находится как бы в толстой "шубе" из виртуальных частиц, а волны де Бройля очерчивают её контуры, указывая место в пространстве где появляется - исчезает электрон. Или говоря другим языком, форма волны соответствует контуру вероятности появления частицы в этом месте. Для наглядности этот процесс можно сравнить с осциллонами рис. 4 (https://yadi.sk/i/pW-M8LP0vQRym) (http://pikabu.ru/story/ostsillonyi_4297977)
  
  
   0x01 graphic
  
   Рис.4
  
   Превращаясь в нечто подобное осциллону, электрон проходит через обе щели и при этом интерферирует сам с собой.
   Сравнивая осциллоны с элементарными частицами надо понимать, что форма этих холмиков из мелкодисперсных частиц не соответствует реальным волнам де Бройля. Во-первых осциллоны двумерны, волны же де Бройля отвечают за вероятность появления частиц в объёме, а значит они трёхмерны. Во-вторых контуры холмиков осциллонов отображают количество частиц с определённой амплитудой прыжка, а не вероятность появления частицы в данной области. Но всё же проводить параллели между этими образованиями вполне уместно, только надо сравнивать с микрочастицами не весь осциллон, а его верхнюю часть, одну треть от его вершины, примерно. Это хорошо видно на левой части рис.4. У вершины осциллона с фотографированы медные шарики с одинаковой амплитудой прыжка и хорошо видно, что их сконцентрировано у центра больше чем на периферии, вот так приблизительно и должна выглядеть волна де Бройля. Только нужно учесть, что у волн вероятности, в отличии от осциллонов, есть такой параметр как форма. Они могут иметь форму шара, быть вытянутыми как мяч для регби и даже могут быть многоугольниками - два скрещенных между собой меча для регби. Отвечает за форму волн де Бройля такой параметр элементарных частиц как спин. Но об этом мы поговорим чуть позже. Итак разобравшись в чем схожесть и отличие осциллонов продолжим разбираться какие им присущи свойства. То что у подобных образований есть волновые признаки можно проиллюстрировать на других макрообъектах которые подобны осцилонам. Это так называемые "капли ходоки". https://kniganews.org/2013/11/20/qph-as-it-is/
   Видео:
   Интерференция: https://www.youtube.com/watch?v=nsaUX48t0w8
   Интерференция (на 3 мин.): https://www.youtube.com/watch?v=fnUBaBdl0Aw
   Дифракция: https://www.youtube.com/watch?v=fwXVQaUqdsI
  
   Дрожащий от переизбытка энергии вакуум, придаёт всем микрообъектам не свойственные частицам функции и эти свойства не только волновые. Помните когда мы рассматривали, о чем нам может рассказать соотношение де Бройля, я указал на его сакральное свойство. Здесь я использую слово "сакральное" в смысле как скрытое, спрятанное, ну или не сразу заметное. И вот в чём оно заключается, если элементарная частица не подвижна, то исходя из соотношения де Бройля, у неё пропадают волновые признаки. Однако правильнее будет сказать, что исчезают не её волновые атрибуты, а наша возможность их выявить, ведь не подвижный объект через дифракционную решётку не пропустишь. Однако, то что наделяет все объекты в микромире волновыми признаками не куда не делось, в вакууме продолжают появляться и исчезать виртуальные частицы, и любой микрообъект даже если он не подвижен всё так же будет прыгать с места на место в неком объеме. Такое положение вещей даём элементарным частицам не которые не обычные характеристики.
   Применению этому свойству микромира нашли инженеры, дав ему название туннельный эффект. И вот в чем его суть, так как частица не находит себе покоя в некой области, то соответственно можно сказать, что вероятность её нахождения по всей этой зоне не равна нулю. Теперь давайте представим конденсатор, две пластины, между ними диэлектрик и на них подана какая-то разность потенциалов. На обкладке конденсатора со знаком "-" скопились электроны, но пройти через диэлектрик они не могут. Но если мы уменьшим толщину диэлектрика до размеров области в которой "дрыгается" неподвижный электрон и так как вероятность его появления с одного и другого края не равна нулю, то он сможет проанигилировать со своим виртуальным партнёром на одной стороне обкладки конденсатора, а виртуальный электрон, став реальным возникнуть на другой. На этом свойстве электронов туннелировать через диэлектрик, работают всё флешки которые вы втыкаете USB порт компьютера.
   И последнее, что мне хотелось бы отметить в этой главе, когда мы элементарную частицу заменяем областью кипящей воды, каплей ходоком или осциллоном, тут самое главное не впасть в ересь - думая, что при этом частица как бы увеличивает свой объем. Перемена объёма при той же массе, ведёт к изменению плотности, а значит меняет характеристики элементарной частицы, так как плотность один из важнейших параметров микрообъекта при его взаимодействии с окружающей материей. Почувствуйте разницу, что произойдёт если вы столкнёте два бильярдных шара или две сдобные булки. Нет, "болтаясь" в объёме заданном волной де Бройля, частица остаётся точечным объёктом и как "бильярдный шар" будет отвечать на столкновения с окружающим миром. В этом и кроется парадокс корпускулярно-волнового дуализма, дрожащая от переизбытка энергии пустота увеличивает у элементарных частиц площадь их взаимодействия с окружающим пространством, это как бы расширяет их "зону ответственности" и от этого они могут "ощущать" не одну, а две щели, при этом оставаясь точечными объектами.
  
  
   Глава 3. Вакуум и корпускулярные свойства света.
  
   Что же касается двойственной природы света, то она так же порождается мерцающей энергией вакуума. Аннигилируя виртуальные частицы полностью превращаются в излучение, порождая в вакууме весь спектр электромагнитных частот. Для света этот факт оборачивается тем, что рождаясь из нити накаливания в лампе как непрерывная волна, он двигаясь через вакуум разбивается на части, превращаясь в "пулемётную очередь". Происходит это так же как в ситуации с виртуальными электрон-позитронными парами. Возникнувший из вакуума виртуальный квант света может самоуничтожиться не с виртуальным партнёром такой же амплитуды и с обратной фазой, а вырвать кусок из нашей непрерывной волны. Оставшийся невредимым виртуальный фотон станет реальным и полетит рядом. А вакуум продолжит "грызть" свет, пока не разорвёт его на минимально возможные кусочки электромагнитного излучения - кванты света.
   Если же свет появляется в оптическом квантовом генераторе, то есть в лазере, то он порождается от излучения фотонов множеством возбуждённых атомов. В результате эти фотоны монохромны и когерентны, то есть совпадают по фазе и имеют одинаковую длину волны. В результате суперпозиции они суммируются и мы имеем один огромный суперфотон, но судьбу его это не меняет. Вакуум так же легко его разгрызёт только не в длину, а в ширину, придав излучению корпускулярные свойства. Разница только в том, что это будет не "пулемётная очередь", а "рой злых пчёл". Так своей бешеной энергией вакуум дискретизирует все поля, придавая их переносчикам дискретные свойства.
   Подводя итог, можно сделать вывод, что наблюдаемый нами квантово-волновой дуализм порожден не особенностями квантовых объектов, а свойствами физического вакуума в котором они находятся. Бушующая энергия пустоты, надевает на них маски и окутывает вуалью, делая частицы похожими на волну и придавая волнам корпускулярные свойства.
   Природа не любит не нужных усложнений и не создаёт кентавров. Элементарные частицы всегда были точечными образованиями, а поля передавали свою энергию в виде волн. Эти мельчайшие частички нашего мироздания корпускулярно-волновым дуализмом награждает вакуум, своими флуктуациями придавая не свойственные данной материи функции.
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   16
  
  
  

 Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com Н.Александр "Сага о неудачнике"(ЛитРПГ) Ю.Резник "Семь"(Антиутопия) В.Соколов "Мажор: Путёвка в спецназ"(Боевик) Б.лев "Призраки Эхо"(Антиутопия) Д.Шерола "Черный Барон: Дети Подземелья"(Боевая фантастика) М.Лунёва "Мигуми. По ту сторону Вселенной"(Любовное фэнтези) Кин "Новый мир. Цель - Выжить!"(Боевая фантастика) В.Соколов "Обезбашенный спецназ. Мажор 2"(Боевик) I.Eson "Атар"(Научная фантастика) Е.Флат "Невеста из другого мира"(Любовное фэнтези)
Хиты на ProdaMan.ru Вальпургиева ночь. Ксения ЭшлиМоре счастья. Тайна ЛиДемоны Анны 2: Сближение миров. Полина МельникДиету не предлагать. Надежда МамаеваПорченый подарок. Чередий ГалинаАлекс. Покорить доминанта. Рита МейзОдним днем. Ольга ЗимаГончая. Ли МаринаНевинная. Подарок для демона. Кристина АзимутПраво на счастье. Ирис Ленская
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
С.Лыжина "Драконий пир" И.Котова "Королевская кровь.Расколотый мир" В.Неклюдов "Спираль Фибоначчи.Пилигримы спирали" В.Красников "Скиф" Н.Шумак, Т.Чернецкая "Шоколадное настроение"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"