Под конец жизни Эйнштейн неустанно работал над тем, чтобы найти способ объединить электромагнетизм и гравитацию. Он не смог этого сделать, а разбросанные на его столе заметки были испещрены бесплодными попытками и бесполезными гипотезами. По сути, Эйнштейн так и ушёл из жизни, не поняв, почему эти две силы нельзя объединить.
Теперь, имея более чем столетний опыт решения квантовых задач, мы можем увидеть, насколько у этой проблемы глубокие корни. Всё дело в гадской вероятностной природе квантового мира. Существует огромное множество подходов к решению задач в квантовой механике, различных математических путей, по которым можно прийти к полезным предсказаниям. В рамках нашей истории, истории о попытке объединения электромагнетизма (и, в конечном счёте, других фундаментальных взаимодействий) с гравитацией, лучше всего будет описывать квантовые махинации с помощью техники, разработанной Ричардом Фейнманом.
Давайте представим себе мяч. Легко, просто, незамысловато. Я бросаю мяч, и он летит к вам по единственному пути — надёжному и предсказуемому.
А теперь, как это принято в квантовом мире, давайте всё немного устранним. Сначала представьте себе путь мяча — простую параболическую траекторию. Теперь представьте, что мяч летит по другому пути, невероятному. Представьте, что мяч, сразу после того как покинет мою руку, подпрыгнет на сто километров вверх в небо, а затем упадёт в вашу руку.
Пойдём дальше. Теперь представим, что на этот раз мяч сделает пяток кругов около моей головы, затем перепрыгнет к вам и начнёт кружиться вокруг вашей головы, после чего, наконец, опустится в вашу руку.
Как вам такой вариант: мяч вылетает в космос, лениво вращается вокруг галактики Андромеды в течение нескольких миллиардов лет, а затем возвращается на Землю и приземляется в вашу очень терпеливую руку.
Представьте себе все возможные пути, какими бы нелепыми и невероятными они ни были. Что мешает мячу пойти по этим альтернативным путям?
Если быть до конца честным, то ничего. С точки зрения строгой физики, важно лишь сохранение энергии и импульса; на первый взгляд, физика ничего не говорит о пройденном пути, только о начальной и конечной точках. Но если мы возьмём все возможные пути — вообще все возможные — и возьмём среднее значение, то безумная траектория с одной стороны (скажем, та, что взлетает к небу) аннулирует другую, противоположную (скажем, ту, что скользит по земле, как умалишённая змея). Каждая возможная траектория отменяет другую, оставляя только один путь — тот, с которым мы знакомы.
Фейнман взял этот мысленный эксперимент и применил его не к движению подброшенных бейсбольных мячей, а к движению электронов и других субатомных частиц. На этом языке, известном как формализм интеграла пути (для тех, кто любит научный жаргон), чтобы правильно рассчитать поведение субатомной частицы, осуществляющей какое-то взаимодействие (или даже просто блуждающей в пространстве, и занимающейся своими делами), необходимо сначала проследить все возможные пути и все возможные способы взаимодействия, на которые способна частица.
Это довольно сложно и требует неимоверного количества математических вычислений, но это работает. И на этом квантовые странности не заканчиваются (иначе можно было бы справедливо спросить, в чём смысл всего этого). Когда мы изучаем поведение субатомной частицы, например электрона или фотона, это бесконечное ветвление множества альтернативных путей имеет значение — по крайней мере, небольшое. Мы все ещё играем в ту же игру с усреднением, что и раньше, принимая во внимание все возможные пути, но на этот раз каждый путь получает небольшой вес, связанный с ним. Пути, ближайшие к «истинному» (насколько это слово имеет смысл в квантовой механике), получают больший вес, а пути, более далёкие от него, получают небольшой вес... но не нулевой, и они всё ещё вносят свой вклад.
Таким образом, в квантовой механике, чтобы окончательно определить вероятность конкретного взаимодействия или конкретной траектории, вы должны учесть каждое возможное взаимодействие или траекторию.
А я упоминал, что субатомные частицы могут спонтанно менять свою сущность, превращаясь или не превращаясь в другие виды частиц по мере своего движения?
Поэтому, если мы хотим рассчитать особенности, скажем, отскока электрона от фотона, мы должны не только вычислить силу взаимодействия голого электрона с фотоном (как мы сделали бы в макроскопическом мире, покончив с этим), но и суммировать все возможные способы взаимодействия электрона с фотоном, включая их, но не ограничиваясь ими: фотон спонтанно превращается в электрон и позитрон; электрон и фотон сначала взаимодействуют через слабые ядерные силы, превращаются в нейтрино, затем превращаются обратно; электрон создаёт Z-бозон, который, в свою очередь, взаимодействует с исходным электроном, а затем продолжается, и так далее, и так далее.
Существует бесконечное число способов взаимодействия любых двух частиц. К счастью, для всех расчётов, кроме самых напряжённых, связанных с взаимодействием в высокоэнергетических коллайдерах, учитывать требуется лишь несколько из этих вариантов, поскольку они «ближе всего» к «истинному» взаимодействию, а значит, имеют наибольший вес.
Если бы вам нужно было перечислить всех знакомых, вы бы начали с ближайших родственников, самых близких друзей. Только потом вы начнёте перечислять дальних кузенов, коллег по работе и полузабытых знакомых. Вы могли бы знать бесконечное количество людей и всё равно начали бы свой список именно так, потому что самые близкие люди имеют наибольший вес. В какой-то момент вы сдадитесь, поскольку ваш список достаточно хорош для любых целей, которые вас устраивают.
Как я уже говорил, квантовые вычисления сложны и утомительны, потому что каждое взаимодействие, как само собой разумеющееся, включает в себя бесконечное множество возможностей. Эта бесконечность мешала ранним квантовым механикам, которые опасались, что от неё не удастся избавиться, а значит, не будет и полезной теории квантовой механики. Но Фейнман предложил математический трюк, известный как перенормировка, который, по сути, убирает эти бесконечности под ковёр, позволяя вычислениям (и карьерам физиков) продолжаться.
И именно поэтому мы не можем объединить гравитацию с квантовой механикой. Когда мы включаем гравитацию в наши расчёты, мы должны не только учесть все возможные пути и взаимодействия, расщепление и объединение частиц, но и все различные способы, которыми само пространство-время может скручиваться, складываться и изгибаться в процессе взаимодействия.
Бесконечности появляются в этих расчётах так же легко, как и в расчётах, не связанных с гравитацией. С одной стороны, это просто продолжение предыдущих проблем с квантами. С другой стороны, это полный и абсолютный кошмар. Причина в том, что здесь просто слишком много бесконечностей, и методы, к которым мы привыкли за полвека квантовых хлопот, оказываются совершенно недостаточными. Как бы мы ни старались, бесконечности упорно не желают поддаваться, и наши вычисления теряются в их запутанной массе.
Комментарии (19)
V_Scalar
03.12.2023 11:24+7На сольвеевском конгрессе очередной раз спорят Эйнштейн с Бором.
Эйнштейн.
— Зачем ты нагромождаешь эту чушь , это противоречит принципу причинности.
Бор.
— Ты сам первый начал
a999x94
03.12.2023 11:24А что там было до теории Эйнштейна все забыли? А ведь Эфир был гораздо более популярен. И Тесла им руководствовался
ktchf
03.12.2023 11:24+10Эйнштейн любил играть Моцарта и Баха, но в этот вечер он играл как Шерлок Холмс. Скрипка то выла, как зверь, то плакала, как ребёнок. Каскады диссонансов и анотальных звуков сотрясали воздух. Слушать этот хаос было невозможно.
«Должна быть Теория Всего!» – Эйнштейн размышлял, терзая скрипку. Теория, которая бы объединила другие теории. Единая теория, определяющая все законы Вселенной, над которой он так много в последние годы работал.
Эйнштейн посмотрел по углам кабинета:
«В этом углу — теория Ньютона. В этом углу – квантовая теория, будь она неладна. В этом углу – моя теория. Прям куб теорий какой-то… И как же в этот куб вместить целую Вселенную?»
Учёный представил, как огромная Вселенная вмещается в такой маленький куб. Как волны мироздания из бесчисленных звёзд и галактик с невероятной скоростью сжимаются в секунды…
Эйнштейн иронично хмыкнул. И тут его пальцы, подобно перу сейсмографа, то медленно, то ускоряясь, сыграли четыре серии по шесть звуков. Смычок соединил ноты в единое целое.
«Ух ты! Мелодия получилась! Ай да я! Ай да Эйнштейн!» – с удивлением воскликнул Эйнштейн и впервые за вечер улыбнулся.
«А что, если... теория музыки... это и есть Теория Всего?» – учёный опешил от столь неожиданного озарения, но через несколько минут, после глубоких раздумий, разразился беззвучным смехом:
«Ну вы, батенька… ха-ха… и фантазёр. Надо же такое придумать!»
Подтрунивая над собой, Эйнштейн хотел повторить мелодию, но с ужасом понял, что забыл записать ноты. И как не пытался, так и не смог вспомнить. Крутил-вертел и так и этак. Вроде тональность была До мажор. Но мелодия забылась.
Вскоре Эйнштейн оставил попытки. Его дело – наука. Искусство это несерьёзно.
Kiridan
03.12.2023 11:24Пример с мячом так себе. Мне кажется, это выглядело бы примерно следующим образом: "летящий мяч вдруг становится очень большим и нечëтким, размытым, а рука поймает его примерно там, где будет пересекаться с точкой самой высокой плотности растянутого материала".
AlekseiMorozov19730316Ru
03.12.2023 11:24-3Почему даже Эйнштейн не смог объединить физику
:) Строго говоря, от Эйнштейна ожидать "объединения физики" и не стоило. Эйнштейн - это "скорее идеалист-разобщитель, чем рационалист-объединитель". Лоренц, Пуанкаре ещё в конце девятнадцатого века могли бы найти "ключ к эфиру" и предотвратить сползание протонауки в эйнштейнианство. Но эти протоучёные пытались "найти ключ к эфиру через математику закономерностей", чем себя только запутали, и ничего путного для теории эфира в итоге не создали. Необходим же был непредвзятый контринтуитивный подход к эфиру. Материя на первом уровне состоит из инерциальных частиц (эфиронов), которые при столкновении образуют статические цепные заторы в абсолютном пространстве. После попеременно-последовательного быстродействующего перераспределения общей инерции между коллизионными эфиронами эфиронный затор, по сути, становится эфирным гиперобъектом с относительно-симметричным вещественно-полевым паттерном распределения инерции. Для первого уровня материи это фактически главное, что требовалось понять. Владея же полноценным пониманием инерциального эфира, "объединение физики" - это уже "дело техники"...
Эфиронная диаграмма мультиэфиронной коллизии. 
bromzh
03.12.2023 11:24+2А кроме этой картинки и спутаных описаний с неведомыми терминами есть что-то почитать/посмотреть? А то мой гуглёж ничего не выдал.
Ну и можно, например, проверить вашу теорию, раз она объясняет всё. Есть простые и доступные данные экспериментов. Например, для квантмеха - спектральные линии. Дайте формулу, по которой можно предсказать линии водорода, сравним ваши данные. Для гравитации можно взять прецессию меркурия. Тоже хотелось бы увидеть формулу, сравнить с ОТО.
kauri_39
03.12.2023 11:24+2Гравитацию и квантовую механику невозможно объединить, потому что у них разный вакуум. Физический вакуум КМ по плотности энергии отличается от вакуума ОТО на 120 порядков. Перенормировка тут не поможет, требуется переосмысление обоих сред с выходом на общее понимание вакуума.
Самое простое - предположить, что вакуум - это квантованная среда, которая расширяется из-за поступления в неё новых квантов. Кванты поступают из особого 5-го измерения, в чём и заключается его главное свойство. То есть это не пространственное и не временное измерение. Есть "двумерная" аналогия этого процесса - расширение плёнки растений ряски на поверхности пруда. Оно происходит из-за наличия неявного для "двумерных" обитателей плёнки третьего вертикального измерения, откуда берутся молекулы и энергия света для новых "квантов" ряски. Можно сказать иначе - 4-х мерный мир нашей Вселенной "вложен" в вечный и бесконечный 5-ти мерный мир.
Такое понимание вакуума устроит космологию - неизвестную тёмную энергию заменяет поступление новых квантов вакуума из 5-го измерения. Размеры квантов и скорость их поступления легко подогнать под скорость наблюдаемого расширения Вселенной. Самое сложное - подстроить КМ под такое выражение энергии вакуума. Придётся заменить виртуальные частицы такими же нерегистрируемыми флуктуациями вакуума.
Правильность такой картины мира доказывает как раз гравитация. Ведь она по сути - процесс, обратный расширению вакуума. То есть является следствием происходящего в материи вывода квантов вакуума обратно в 5-е измерение. Поэтому вакуум, окружающий материю, вместо расширения во все стороны расширяется в сторону материи, которая снижает его плотность внутри себя. Ускоренное движение вакуума в материю и проявляется как её гравитационное поле.
Это доказывается эквивалентностью инертной и гравитационной массы. Если тело, ускоряясь сквозь неподвижный вакуум (вдали от гравитационных полей), приобретает тот же вес, что и в гравитационном поле, будучи в нём неподвижным, значит это поле - вакуум, ускоренно движущийся в источник гравитации. Замедление времени в гравполе - это замедление всех процессов в вакууме с низкой плотностью. Как известно, фотоны реагируют на неё снижением своей частоты (энергии). Дополнительное доказательство - расширение более плотного вакуума в войдах и его движение в скопления и в галактики объясняет плоскую шкалу скоростей звёзд в галактиках и отменяет тёмную материю.
Polunochnik
03.12.2023 11:24Но тогда как обьяснить высокие скорости рукавов на переферии галактик? Как обяснить сложные сформированные галактики которые увидел джеймс уэб, которые образовались за 320-350 млн лет после большого взрыва и они не вписываются в общепринятые обьяснения эволюции галактик за такое короткое время
kauri_39
03.12.2023 11:24Но тогда как объяснить высокие скорости рукавов на периферии галактик?
Так это и есть "плоская шкала скоростей" звёзд в галактических дисках. Скорости этих звёзд не убывают при росте радиуса их орбит, как убывают по Кеплеру скорости планет. Чем дальше планета от Солнца - тем меньше там скорость движения вакуума к источнику гравитации, где плотность вакуума минимальна. Однако вакуум расширяется и движется не только от своей средней плотности (пространства с Евклидовой геометрии) к минимальной плотности (где Риманова геометрия), но и от своей максимальной плотности в войдах (где геометрия Лобачевского) к средней плотности. Вакуум, расширяясь в войдах, не только раздвигает скопления, но и втекает в них, втекает в их галактики. Этот поток и создаёт дополнительное центростремительное ускорение для звёзд, которое позволяет им вращаться с наблюдаемой высокой скоростью.
Быстрое комкование первичной материи с быстрым образованием галактик возможно при начальных флуктуациях в плотностях вакуума и материи и при "включении" поглотительного механизма гравитации. В малом объёме рождающейся Вселенной должны быть велики градиенты этих плотностей, отсюда большие скорости образования галактик. Наверное, так...
ASY-Lviv
03.12.2023 11:24ASY-Lviv. Галактика вращается как единое тело по причине присутствия в ней единого силового управления. Диаметр нашей Галактики более 100 000 световых лет. Чуда нет, а реально существуют продольные гравитационные фотоны, природа которых легко реализует скорости распространения на 50 порядков выше скорости видимого света. В работе "10 нет И. Ньютону" можно посмотреть фото галактики с продольными, ярко выраженными, лепестками фотонов вдоль собственного тела ( Фото 8, Spiral Galaxy ESO 243-49. ). Новая фотонная теория гравитации ( "Основы амерной астрофизики" 2012 года) сделала невозможное, соединила физику Вселенной с тщательно разработанной физикой фотонного управления веществом и эфирными нитями пространства (работа "Квантовая кинематика вещества"). Внутри утробное развитие всей мировой физики перестало существовать с 1980 года (календарь истории, басжалостно не обратим).
Любая теория трехмерного пространства обязана учесть:
Предельную прозрачность космического пространства. Это когда четкость фото структуры звезд на расстояниях в 500 миллионов световых лет не способна конкурировать с подобными фото на расстояниях в 500 миллиардов световых лет. (Здесь все известные теории эфира мертвы из- за многочисленных центров рассеивания, кроме нитяных сверхдлинных волноводов с ярко выраженными электромагнитными свойствами (живых организмов).
Плазменный шар Солнца внутренне пустотел, там нет вещества! (Фото спутников за последние 17 лет, когда плазма шара сдувалась до 90%, а внутри полная чернота! Вики: "Дыры на Солнце".).
Работа инерциойда Толчина (1933 год). Без опорное движение многочисленных устройств где реализован КПД в 22 раза выше широко применяемых для движения моторов.. Теория мертва.
-
Неравенство физики процессов для инерциальной и не инерциальной массы тела (Эксперименты Ле Пальмы 1976 г ). Список можно продолжать и продолжать....Теория мертва.
Размеры Вселенной как первооснова пространственной (постоянно движущейся ) конструкции, сверх длительного существования (один оборот нашей группы галактик вокруг ближайшего квазара 2С372 теоретически продолжается миллиард миллиардов земных лет и меньше не может быть!) обязаны иметь соизмеримые по энергии, скорости распространения и линейных размеров структуры управления.
04.12.2023 г.
Yamazaki123
03.12.2023 11:24+1ЕМНИП, то, что здесь назвали "интеграл пути" традиционно переводят как "интеграл по траектории"
ReturnZ
03.12.2023 11:24Может объединение электромагнетизма с гравитацией происходит за горизонтом событий? Просьба, поясните из сказанного, что возможно, а что нет.
sergehog
03.12.2023 11:24Совсем недавно David Hestenes сумел создать модель электрона без использования вероятности и случайности. Я как фанат геометрической алгебры посмотрел лекцию этого столпа науки, но мало что понял. В кратком изложении он моделирует электрон как заряд вращающийся вокруг центра масс. И сам заряд бегает со скоростью света, тогда как вся конструкция уже имеет массу и поэтому не может так быстро. Очень интересно на самом деле. Ждём пару лет на проверку предложенной модели другими физиками, а там глядишь и до Нобелевской недалеко. Хотя и Дэвид уже не молод. https://youtu.be/TC9Cz3Rmnws?si=9IztmXFUlMJTLPmC
excoder
Мне вот всегда было интересно. А чем такой "птичий лепет" физиков про "параллельные вселенные" и прочее с интегралом Фейнмана, отличается от например математики оценки опционов? Есть вероятности прихода цены в определенную величину, эта цена определенным образом распределена, распределение определяется через решение конкретного стохастического ДУ. Такие же результаты можно получить, просто симулируя дискретное случайное блуждание и усредняя траектории. Подход абсолютно общий, таким же путем оценивают аммортизированные сложности алгоритмов, и т.д. Чем интеграл Фейнмана так особ?
Glen5
Ничего такого там нет. Физики руководствуются правилом «shut up and calculate». Но на досуге упражняются в философии.
Glen5
Столько минусов, может хоть кто-то прокомментирует? Или стихийно набежали адепты альтернативной науки и рептилоидов?
MishaRash
Ваш комментарий читается примерно как
Так видится пренебрежение и излишнее обобщение.