Альтернатива ньютоновскому взгляду на мир обещает объяснить странности квантовой физики
Судя по лучшим из физических теорий, вы неправильно представляете себе время. В эйнштейновской ОТО нет разницы между прошлым и будущим, не говоря уже о понятии «сейчас». Также там нет направления, в котором «течёт» время; вместо этого пространство и время просто существуют в некоей четырехмерной структуре. Более того, все фундаментальные законы физики работают одинаково как вперёд по времени, так и назад.
Эти факты нелегко принять, поскольку они противоречат нашему субъективному восприятию времени. Но не расстраивайтесь: их нелегко принять даже физикам и это напряжение приводит физику в противоречие не только со здравым смыслом, но и с самой собой. И хотя физики много говорят о симметрии времени, они позволяют себе искать причины явлений, происходящих в мире, только в прошлом, а не в будущем.
Точно так же, как закрепление концов гитарной струны определяет её вибрации, далёкое прошлое и далёкое будущее Вселенной могут влиять на сегодняшние события.
Формулируя объяснения, большинство из нас мыслят в терминах Исаака Ньютона, установленных более 300 лет назад. Эта «ньютонова механика» принимает прошлое как основу и использует её для решения будущего, объясняя нашу Вселенную по шагам. Некоторые исследователи даже думают о вселенной как о выходных данных компьютерной программы. Такая картина – естественное следствие этой схемы. Даже после того, как наше понятие времени изменилось за последний век, ньютонова механика каким-то образом осталась в самых популярных физических системах взглядов.
Но применяя старую ньютонову систему мышления на новых эффектах квантового масштаба, мы оказались в ситуациях, которые нельзя объяснить. Если эти явления необъяснимы, то может быть, мы просто представляем их неправильно. Лучшие объяснения становятся доступными, если только мы готовы принимать во внимание ещё и будущее. Но ньютонова механика изначально неспособна на такие вневременные объяснения. Компьютерные программы работают в одном направлении и попытки скомбинировать две программы, работающие в противоположных направлениях, приводят к трясине парадоксов, характерных для плохо продуманных фильмов о путешествиях во времени. Чтобы рассматривать будущее с такой же серьёзностью, как и прошлое, нам явно нужна альтернатива ньютоновой механике.
И у нас она есть. Большинство физиков в курсе существования другой системы взглядов, альтернативы, в которой пространство и время анализируются беспристрастно. У этой т.н. лагранжевой механики также древние корни и она стала необходимым инструментом во всех областях фундаментальной физики. Но даже использующие этот подход физики противятся последнему очевидному шагу: представлять лагранжеву механику не как математический трюк, но как способ объяснения мира. Возможно, мы не принимаем свои собственные теории достаточно серьёзно.
Лагранжева механика не только позволяет давать объяснения на основе будущего. Она их требует. Одинаково расценивая прошлое и будущее, эта механика избегает парадоксов и делает возможными новые методы объяснений. И она может быть именно той точкой зрения, которая требуется для следующего прорыва.
Первый шаг к пониманию лагранжевой механики – полностью отстраниться от потока времени из ньютоновой. Это проще сделать, расценивая регионы пространства-времени холистически: рассматривая всю протяжённость сразу, а не как последовательные кадры фильма. Мы можем изобразить пространство-время в виде фиксированных четырёхмерных структур не только с пространственными, но и с временными рамками – начальная и конечная границы региона.
Вся классическая физика, от электричества до чёрных дыр, может быть выражена через простой лагранжевский принцип минимизации действия. Для его использования на отрезке пространства-времени сначала вы описываете ограничения физических параметров на всём его протяжении. Затем для каждого набора из возможных событий в этих рамках вы подсчитываете величину «действия». Набор событий с наименьшей величиной действия – тот, который случится, с учётом изначальных ограничений и нескольких технических моментов.
К примеру, для луча света, путешествующего из точки А в точку Б, действие соответствует длительности времени путешествия. Путь будет самым быстрым, учитывая препятствия. Если рассуждать так, то, луч света изгибается на поверхности стекла, чтобы минимизировать время в пути. Лагранжева механика в квантовой физике работает немного по-другому и приводит к появлению вероятностей, а не точных ответов, но суть та же: ограничения пространства-времени накладываются одновременно.
По ньютоновой логике это странно. Луч света в точке A каким-то образом предвидит будущее (о точке Б и будущих препятствиях), обладает обширными вычислительными возможностями (чтобы подсчитать несколько путей) и знаниями (для выбора наименьшего). Но странность – лишь доказательство того, что ньютоново и лагранжево мышление не смешиваются – и что нам, наверное, не нужно, приписывать свету человеческие черты.
Вместо объяснения событий только на основе прошлого, лагранжева механика начинает с общих граничных ограничений – включая и финальное. Если вы не наложите финального ограничение – для луча света эта точка Б – этот подход не выдаст правильный ответ. Но при правильном использовании успех математики доказывает логический приоритет граничных ограничений – граница любого региона пространства-времени объясняет его содержимое.
Подход Лангранжа обеспечивает самое элегантное и гибкое описание физики, и физики часто предпочитают его. Но, несмотря на применимость этих принципов, даже использующие их физики не принимают их буквально. Тяжело принять, что события можно объяснить на основе происходящего в будущем. Ведь есть же очевидные различия между прошлым и будущим. И если нам так очевидна стрела времени, как могут будущие ограничения влиять на происходящее наравне с прошлыми?
Но есть способ примирить лагранжеву механику с нашим повседневным опытом. Нам нужно только думать достаточно широко, не теряя из вида детали.
Физика обратима по времени. Если прожектор освещает статую, можно также сказать, что статуя освещает прожектор. Обычно мы этого не делаем, поскольку это нарушает наши ожидания по поводу значения слова «объяснение».
Допустим, вы сфотографировали статую со вспышкой. Каждый луч света подчиняется принципу наименьшего действия, выдавая идеально симметричный во времени путь. Но вместе они показывают очевидную асимметрию: изначальные ограничения А собраны вместе во вспышке, а конечные ограничения распределены по статуе. Более того, очевидно, что распространение света из А служит гораздо лучшим объяснением освещения Б, чем наоборот. Даже если бы мы посмотрели пути лучей света в обратном направлении, никто не мог бы утверждать, что свет концентрируется во вспышке из-за сложных световых узоров на статуе.
Отсюда можно вынести, что удовлетворительные объяснения обходятся со сложными событиями простыми методами. Они берут один факт с несколькими относящимися к делу параметрами для объяснения множества явлений. Это должно быть очевидным вне зависимости от использованной механики.
Но эта асимметрия А и Б не опровергает лагранжеву точку зрения, которая постулирует лишь, что А и Б вместе наилучшим образом объясняют детали произошедшего между ними. Даже в лагранжевой механике А и Б зависят друг от друга. Чтобы проследить их связь, давайте посмотрим шире. Согласно принципу ограничений лагранжевой механики, объяснения не выстраиваются в цепочку, а вкладываются одно в другое. Иначе говоря, мы не говорим, что событие А привело к событию Б, которое привело к событию В. Мы работаем с небольшим регионом пространства-времени целиком; затем рассматриваем его как часть более крупного региона (в пространстве и времени). Прилагая ту же лагранжеву логику, мы получим, что более крупные границы должны объяснять всё внутри них, включая изначальные границы.
Запустив эту процедуру для статуи, мы обнаружим ту же асимметрию лампочки и статуи в увеличенных масштабах. То есть, нас устраивает описание вспышки камеры в прошлом, но мы не объясняем подсветку статуи, заглядывая в будущее. Затем мы заключаем эту систему в ещё более крупную, и так далее, пока не дойдём до космологических границ – внешних границ Вселенной. Насколько мы знаем, та же асимметрия наблюдается и на таких масштабах – необычно гладкое распределение материи во время Большого взрыва и более беспорядочное распределение в будущем.
Если рассматривать обычные регионы пространства-времени с лагранжевой точки зрения, тот факт, что начальные границы (лучи света, исходящие от лампы вспышки) проще, чем конечные (подсвеченные статуи) доказывает, что наша ближайшая космологическая граница находится в прошлом. Эта последовательность подразумевает, что в сравнимом будущем не существует соответствующих космологических границ. И если принять Большой взрыв как наилучшее объяснение очевидных свойств Вселенной, очевидное направление течения времени не отличается от пространственного температурного градиента, который вы чувствуете, стоя у холодного окна. Ни в одном из этих случаев пространство или время не будут асимметричными; это просто вопрос вашего местоположения относительно ближайшей границы.
На классических масштабах, с которыми мы обычно сталкиваемся, мы не получим новой информации от будущей границы по сравнению с границей в прошлом. Если бы это было так на всех масштабах, у лагранжевой механики были бы проблемы, потому что будущая граница вообще ни на что не влияла бы. Но это будет не так, если мы опустимся на уровень квантовой неопределённости: детали микроскопического будущего нельзя вывести из прошлого. Именно на квантовых масштабах становятся очевидными все возможности лагранжевой механики.
Запутанная история: в стандартном эксперименте по квантовой запутанности пары частиц вылетают из источника и измеряются детекторами. Два компьютера, Алиса и Боб, генерируют случайные числа для контроля детекторов. События на детекторах управляют тем, что случается на источнике, несмотря на то, что они располагаются в будущем.
Квантовая запутанность – концепция, отвергающая ньютонову механику. Детали для нас не важны, поэтому рассмотрим общую суть типичного эксперимента по запутанности. Аппарат в центре создаёт две частицы. Левая отправляется в детектор, управляемый компьютером Алиса, а правая – в удалённый детектор под управлением компьютера Боб. Детекторы измеряют свои частицы одним из нескольких способов, определяемых случайными числами. Как продемонстрировал в знаменитом эксперименте ирландский физик Джон Белл в 60-х годах, результаты измерений коррелируют таким образом, который не поддаётся обычному объяснению.
Конкретно, общего прошлого частиц становится недостаточно для объяснения измеряемых корреляций, по крайней мере, не для полного спектра измерений, которые могут выбирать случайным образом Алиса и Боб. Конечно, многие учёные хотят объяснить это с физической точки зрения и им не нравятся попытки сделать это посредством чистой математики. Оставшись в непонятках, они начинают вызывать загадочные сущности, не существующие реально в пространстве или времени (и сами по себе требующие объяснений) или даже путешествующие быстрее света (нарушая всё, что мы знаем об эйнштейновской теории относительности).
Если отбросить эти отчаянные попытки, то все согласятся, что естественное объяснение можно было бы найти, только если бы частицы могли предугадывать случайные настройки Алисы и Боба заранее. Но большинство предложений о передаче частицам этой информации выглядят ещё более отчаянными, вплоть до жульничества: якобы частицы как-то вынюхают все входные данные генераторов случайных чисел и используют эту информацию для предсказания будущих настроек детекторов.
Почти никто не считает это достойным объяснением экспериментов по запутанности, как вы бы не приняли объяснение локализации света на лампе вспышки, отразившегося от сложных форм статуи. Такие попытки нарушают наши разумные стандарты объяснения: предполагаемый механизм работы гораздо сложнее простых результатов, которые он пытается объяснить.
В примере со статуей очевидным решением будет поиск более простых границ – вспышки – для наилучшего объяснения. Для квантовой запутанности, рассматриваемой с точки зрения лагранжевой механики, разумное объяснение будет почти таким же очевидным. Оно не затрагивает сложную предварительную работу с настройками детектора, оно заключается в будущих настройках детектора.
Загадочные запутанные частицы существуют в туманном регионе пространства-времени в будущем и границы этого региона включают их подготовку и их обнаружение детектором. Настройки, выбранные Алисой и Бобом, физически реализовываются в детекторах на конечной границе – именно там, где лагранжева механика говорит нам искать объяснения. Нам надо лишь позволить частицам ограничиться этой границей в будущем и сразу появляется простое объяснение экспериментов по запутанности. В этом случае будущее совместно с прошлым могут наилучшим образом объяснить наблюдения.
Квантовая запутанность может быть не единственной загадкой, которую можно разрешить, серьёзно рассматривая будущее в качестве объяснения. В других квантовых явлениях также может обнаружиться более простое объяснение, работающее в простых пространстве и времени безо всяких действий на расстоянии. Возможно, что вероятности в квантовой теории окажутся такими же, как вероятности в любой другой научной области: существующими из-за неизвестных нам параметров (поскольку некоторые из них будут находиться в будущем).
Подобное исследование подымет важные вопросы. Если будущее может накладывать ограничения на прошлое, почему последствия ограничены квантовым уровнем? Почему мы не можем использовать квантовые явления, чтобы отправлять сообщения в прошлое? На каких масштабах доминируют космические ограничения и как можно обобщить лагранжевы подходы, чтобы всё это заработало?
Поиск ответов на них может не только помочь физике, но и лучше понять то, как мы вписываемся в нашу четырёхмерную Вселенную. К примеру, согласно лагранжевой механике, микроскопические детали любого региона не полностью ограничены прошлыми границами. На уровне атомов мозга существуют важные, но неизвестные ограничения в будущем. Возможно, эти рассуждения даже помогут понять свободу воли, обосновав, каким образом будущее не полностью определяется прошлым. Это потребует от нас переосмысления идеи о существовании простой и очевидной разницы между фиксированным прошлом и открытым будущим.
Почти каждый раз, когда наука находила более глубокое, простое и удовлетворительное объяснение, это приводило к каскаду других научных открытий. Поэтому, если существует более глубокий уровень квантовых явлений, который мы ещё не освоили, его освоение приведёт к критическим прорывам в большом количестве технологий, использующих квантовые эффекты. Ошибочные инстинкты затормаживали научный прогресс в прошлом, и наши инстинкты, относящиеся к времени, пожалуй, одни из самых сильных. Но существует понятный путь для объяснения глубочайших тайн природы, если только мы сможем заставить себя взглянуть в будущее.
Комментарии (66)
rvt
03.08.2016 15:45пространство и время просто существуют в некоей четырехмерной структуре
Они сами и есть эта структура. Эдакое «пространство-время».
dubakov
03.08.2016 16:10Недавно размышлял на эту тему в контексте гравитации. Если предположить, что на притяжение двух тел влияет не только текущее положение, но и их положение в прошлом и будущем и учесть скорость распространения гравитации, то наверно можно обойтись без темной материи, для объяснения «неправильной» скорости движения звезд в галактике.
upsilon
03.08.2016 19:05+4Требую формул! :)
dubakov
05.08.2016 06:30+1F=G*m1*m2/r^2
+G*m1past*m2past/rpast^2*Ktime
-G*m1future*m2future/rfuture^2*Ktime
Например
Сюда нужно добавить скорость света ещё.
Pshir
06.08.2016 01:22Что такое Ktime? И почему первое слагаемое стоит с плюсом, а второе — с минусом? И главное, в реальности написанное как-то пронаблюдать можно?
upsilon
07.08.2016 09:12+1А почему у Вас конечная разность, а не интеграл какой-нибудь? Или считаем время дискретным? :)
Для меня привычно выглядел бы такой вариант http://www.HostMath.com/Show.aspx?Code=F(t_0)%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%5Ctau%7D%5Cint_%7Bt_0-%5Ctau%7D%5E%7Bt_0%2B%5Ctau%7DG%5Cfrac%7Bm_1%20m_2%7D%7Br(t)%5E2%7D%20dt
1) тау — постоянная, при этом довольно малая, величина
2) интеграл не обязательно продолжать в будущее, можно взять и до текущего момента времени, но делить на тау, а не 2 тау перед интегралом.
Но все-таки какие эффекты и как это нам помогает объяснить?dubakov
08.08.2016 08:58Можно, например попробовать объяснить, почему скорость звёзд не так сильно различается от центра к краю галактики. Сейчас говорят о том, что тёмная энергия и тёмная материя виноваты в том что для расстояний>5 кило парсек скорости звёзд почти не меняются, а должны убывать, чтобы не улететь с орбит.
А можно предположить, что притяжение больше ожидаемого, за счёт притяжения в прошлом и будущем, и конечной скорости распространения гравитационных волн.
Mad__Max
09.08.2016 23:23Для этого только Темная Материя. Темная энергия на аномалию скоростей звезд не влияет и вводили ее не для этого.
Теорий с переменной гравитацией в зависимости от расстояния было уже довольно много, начиная с
Модифицированная ньютоновская динамика (MOND)
Но все оказались несостоятельными. Конкретно в этой не понял почему с увеличением расстояния гравитация должна становиться сильнее (точнее убывать медленней чем квадрат расстояния)? Какая связь того, что притягивает материя не только из текущего момента и из прошлого(с учетом конечности скорости гравитации), но и из будущего? Это же будет справедливо на любых расстояниях — в т.ч. для близких к центру звезд, где никакой «повышенной» (отличающейся от расчетов ОТО) не наблюдается на практике.
Pshir
03.08.2016 16:17+8В эйнштейновской ОТО нет разницы между прошлым и будущим, не говоря уже о понятии «сейчас». Также там нет направления, в котором «течёт» время; вместо этого пространство и время просто существуют в некоей четырехмерной структуре.
Это просто неправда.
Более того, все фундаментальные законы физики работают одинаково как вперёд по времени, так и назад.
Да ну? А нарушение T-симметрии в слабом взаимодействии?
После первого абзаца даже читать не хочется.
Shkaff
03.08.2016 17:25+2Почему-то исключительная желтизна в последнее время на гиктаймс…
quverty
04.08.2016 12:44Тут по крайней мере пишут о том, чем занимаются. Но выбор темы опять провоцирует. На первого автора в своё время обратил внимание после его эссе о том что вселенная не компьютер. У него на странице есть ссылка.
Shkaff
04.08.2016 12:50+1Да, ничего плохого нет, в том, чем они занимаются, идея интересная (хоть и не особо новая). Просто эта конкретная публикация написана плохо, желто и непонятно. И, увы, на гиктаймс сейчас это абсолютное большинство научных статей.
quverty
04.08.2016 12:57Тут сложно что-то возразить. Но они же просто переводят статьи которые, зачастую, даже написаны профессиональными учёными.
Shkaff
04.08.2016 13:32Это как раз не всегда показатель.Очень многие действительно хорошие ученые заблуждаются насчет разных вещей. Особенно когда эти вещи вне их профессиональной области или касаются вещей скорее философского толка. И наконец, абсолютное меньшинство профессиональных ученых умеют доходчиво объяснять и хорошо писать…
А по поводу перевода — они же выбирают, что переводить. Есть прекрасные статьи о традиционной науке (в которой творятся подчас более удивительные вещи, чем описаны тут), есть множество отличных авторов, но Итан, например, не один из них (хоть и хороший ученый).
quverty
04.08.2016 12:13Это просто неправда.
А подробнее можно? Там в цитируемом куске как миниму четыре разных утверждения (нет разницы между прошлым и будущим, нет сейчас, нет направления (и не течёт), пространство-время — некая единая структура)Pshir
04.08.2016 16:36Разница между прошлым и будущим есть. Там даже картинка по этому поводу приведена. Сейчас тоже есть: в каждой конкретной системе отсчета можно указать момент сейчас в любой точке пространства. Направление времени — это то же самое, что прошлое и будущее. Пространство-время, да, единое четырёхмерное пространство.
quverty
04.08.2016 17:27Тут могут быть проблемы при переводе, в оригинале:
In Einstein’s general theory of relativity, there’s no conceptual distinction between the past and the future, let alone an objective line of “now.” There’s also no sense in which time “flows”; instead, all of space and time is just there in some four-dimensional structure. What’s more, all the fundamental laws of physics work essentially the same both forward and backward.
У них нет концептуальной разницы, видимо, поэтому и первая картинка так нарисована для аналогии с право-лево, я даже удивился вначале, привык к верх-низ. И у них нет объективного понятия сейчас.
i360u
03.08.2016 17:02+1С детства меня интересовали вопросы типа: "почему какой-то объект находится именно в этом месте в данный мемент времени а ни в каком другом?" На первый взгляд вопрос абсурден, и мы даже не задумываемся над объяснением столь очевидных фактов, они для нас аскиоматичны. Однако, представив этот объект в четырех измерениях и допустив равнозначность временного измерения и пространственных, мы вплотную подходим к пониманию "проблемы наблюдателя". При анализе движения как результата взаимодействий, мы ищем причину положения объекта в пространстве во всех возможных предпосылках, находящихся в пространственном положении объекта в прошлом, однако в четырехмерном пространстве это вопрос исключительно конфигурационный по отношению к объекту, т. е. тносящийся к его топологии, а сам объект — статичен. Объяснять поведение объекта можно его четырехмерной формой, т. е. вопрос "почему объект ведет себя так?" равнозначен вопросу "почему объект такой и как вообще существует?". Этой точки зрения интересно взглянуть на гравитацию (и любые взаимодействия вообще): в ней просто нет необходимости, она обрезается бритвой Оккама как лишняя сущность. Т. е. гравитация — это просто форма объекта на который она воздействует в классическом человеческом представлении. И тут есть иные, более интересные и фундаментальные вопросы: что такое объект, и что определяет его существование? В рамках какой надсистемы существуют все те причудливые топологические конфигурации, которые мы воспринимаем как наш мир?
gsaw
03.08.2016 17:03-1От судьбы не уйдешь. Все уже предопределено. Что может быть проще. Пришелец из будущего и я существуем одновременно, по этому никаких растоптанных бабочек, никаких паралелльных вселенных. Иллюзия свободы воли не дает покоя.
nkie
03.08.2016 17:21Не совсем. Видимо эта предопределенность будущего существует только на квантовых масштабах, а при переходе к макрообъектам она распадается одновременно с декогеренцией волновой функции
skf
03.08.2016 17:10Но зачем тогда вообще «объяснять» что-либо?
Я всегда думал, что цель науки — по имеющимся исходным данным получить предсказание относительно состояния системы в прошлом. Или наоборот. То есть сама цель любого научного объяснения имеет направление во времени.
Cryvage
03.08.2016 23:01+2Если считать время статичным, то «предсказание» будет просто четырехмерным описанием объекта. То есть вопрос изменится с «Что будет/было с объектом наблюдения в момент времени t?», на «Что представляет собой объект наблюдения в четырехмерном пространстве?».
gsaw
05.08.2016 10:28Хоть горшком назови, только в печь не ставь. Слово объект как бы говорит о том, что это частный случай. Наблюдение это один из инструментов изучения/науки.
Цель науки я так понимаю получить обобщенное знание, а «делать предсказания» это уже применение полученного наукой знания. Наука вывела закон Ома, а электронщик уже применяет закон Ома, что бы выбрать конкретное сопротивление для конкретного светодиода и конкретного источника напряжения.
nkie
03.08.2016 17:18+1Можно ли узнать по-подробнее про описываемый в статье эксперимент с запутанностью (имеется в виду про генерацию случайных чисел для детектора), желательно на русском?
mva
03.08.2016 18:43+3Знаете… Популяризация науки это, конечно, хорошо, но «наводнение» статей…
Первые 13 (!!! Тринадцать, Карл!) абзацев — повторение одного и того же слегка разными словами. Такой подход в современно «журналистике» (с позволения сказать), когда из одного предложения наличествующей информации автор статьи делает статью целый экран монитора именно этим же способом, и добавляя в конце упоминание чего-то сходного, лично у меня вызывает лютый баттхёрт.
Нет, я прекрасно понимаю почему это делается. Но баттхёрт от этого только больше.
dimm_ddr
04.08.2016 11:15Это похоже не только в науч поп статьях тенденция. Очень много науч поп книг в которых то же самое происходит. Мне нравится Докинз, но по моим ощущениям, его книги можно сделать раз в 5 короче если выжать всю воду оттуда. Кстати насчет книг — в наших книгах этого заметно меньше, возможно это как-то связанно с культурой, скорее всего американской, но я не уверен.
0serg
03.08.2016 18:56+1По ньютоновой логике это странно. Луч света в точке A каким-то образом предвидит будущее (о точке Б и будущих препятствиях), обладает обширными вычислительными возможностями (чтобы подсчитать несколько путей) и знаниями (для выбора наименьшего
Здесь полный бред написан. Луч света не предвидит будущее, он просто распространяется по определенному закону. И этот закон вовсе не обязательно приведет его из точки А в точку Б. В точку Б луч направил экспериментатор, он-то и выбирал из всех путей тот который приведет именно в точку Б. Более того, легко представить себе эксперимент в котором свет может достичь из точки А точки Б несколькими возможными способами, один из которых будет короче других (к примеру либо напрямую осветив объект, либо отразившись от зеркала). И экспериментатор может выбрать из этих путей любой на его усмотрение. То есть авторы текста элементарно не понимают принципы лагранжевой механики, но делают из них какие-то эпические по размаху выводы
5oclock
03.08.2016 20:10У Фейнмана вроде что-то было, что свет распространяется из точки А в точку Б не то чтобы прямолинейно, а вообще по всем возможным путям одновременно.
Только складывая какие-то векторы вероятностей получалось, что реализуется самый вероятный путь.
Ну и примеры там: и просто прямолинейное распространение, и зеркало, и преломление при прохождении границ двух сред с разной оптической плотностью.
Мутно как-то понял и смутно уже помню :)
В книжке «КЭД Странная теория света и вещества» читал.0serg
03.08.2016 20:54Там волновое уравнение. Свет распространяется во все стороны, просто там идет не один луч, а волновой фронт и когда разные точки этого фронта распространяются в разные стороны, то получается что в каждой точке постоянно сходятся волны от разных участков фронта. Свет интерферирует сам с собой и где-то эта интерференция гасит его интенсивность, а где-то усиливает. То что получается в итоге может иметь для внешнего наблюдателя форму медленно расходящегося луча, который, однако, может резко измениться если, к примеру, его пропустить через узкое отверстие которое отсечет часть волнового фронта.
5oclock
03.08.2016 21:35Ну это-то — обычный принцип Гюйгенса для волны. Любой. Его ещё из школы помню.
А тут — какая-то хитрая концепция описывалась, что фотон вылетает из точки А в точку Б.
И вот он не обязан двигаться прямолинейно.
Он движется сразу по всем возможным замысловатым траекториям, какие только можно себе представить. Их — бесконечное количество.
Но в итоге — для некоторых траекторий для примера он построил эти вот сложения векторов, просто качественная картинка, безо всяких рассчётов, — и получается, что самая вероятная траектория — прямая линия из А в Б.
Я не могу хорошо объяснить. И усвоил не до конца и подзабыл уже.
Книжку можно найти — посмотреть как сам Фейман описывает.Cryvage
03.08.2016 23:18Это по-моему про эксперимент с двумя щелями. Там как раз фотон интерферирует сам с собой. Не луч, в котором много фотонов, а один фотон. Их выпускают по одному, и он летит один, через обе щели (по всем возможным траекториям), образуя интерференционную картину. При этом, если поставить детектор перед щелями, то эффект пропадает.
kovyl
04.08.2016 14:00https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%80%D0%BC%D1%83%D0%BB%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B0_%D0%BA%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%82%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%B8_%D1%87%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B7_%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B5%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8B_%D0%BF%D0%BE_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F%D0%BC
Вы про это?5oclock
04.08.2016 15:30В целом контуры угадываются.
Но там книжка была для широкого круга читателей, поэтому объяснялось всё проще, «на пальцах» и картинками.
mva
04.08.2016 11:27По-моему достаточно просто упоминания того, что любые объекты во вселенной, какими бы они не были, от кварка до чёрной дыры, все из них всегда выбирают путь наименьшего сопротивления. Поэтому гравитационны волны вызывают ускорение, поэтому свет в стекле ведёт себя так, поэтому вода в сообщающихся сосудах выравнивается, поэтому работает закон Архимеда, и так далее.
И ни одному объекту для этого не нужно быть разумным. Это базовая характеристика вселенной, как мне кажется :)Mad__Max
05.08.2016 05:07А потом еще удивляются почему большинство людей ленивы «от природы» — да это же вообще фундаментальный закон природы: можно назвать его «вселенская лень» (всегда выбирать путь наименьшего сопротивления или не делать вообще ничего если есть такая возможность).
И как раз тогда наоборот неплохим определением жизни в целом и разума в частности отличающих их от неживой природы будет то, что он может(иногда) нарушать закон «вселенской лени» :)
launatir
03.08.2016 20:20По моему говорить о о времени как о субъете или объекте в физике все же не корректно. Время этот лишь мера скорости взаимодействия чего либо в нашем мире. Если мы говорим что время замедляется или ускоряетсято это лишь изменилась скорость взаимодействия. Но даже если бы можно было бы откатить Вселенную назад как бекап на некоторое время назад это не есть путешествие в прошлое. Стрела времени при этом не изменится. Вселенская история просто будет проигрываться опять с той точки куда откатили…
taujavarob
04.08.2016 15:45-10serg > То есть авторы текста элементарно не понимают принципы лагранжевой механики, но делают из них какие-то эпические по размаху выводы
Этих принципов не понимает никто. Но ими все пользуются.
Первыми этот принцип высказал человек, размышлявший о Боге. — Так как Бог построил этот мир «эстетически красивым», то всё в нём должно происходить так, чтобы уменьшить путь настолько, насколько это возможно. — Иначе было бы «не красиво».
Это и есть понимание этого принципа.
Далее только «одели» это понимание в математику и стали всюду использовать. В несколько модифицированном виде даже в квантовой механике.
На этом всё!
P.S. А Бога потом «выкинули» из начального рассуждение — ведь для практического применение этого принципа Бог уже «как-бы и не нужен».
P.P.S. Что касается статьи — то «Бог как граница» — это хороший принцип. Имхо. — Или, как там сказал русский писатель — «Если бы Бога не было, то было бы всё позволено». (С)
— Стоп — а откуда тогда сейчас черпают вдохновения, размышляя о чём?
— Э… Н-да.
kauri_39
05.08.2016 00:19-2Заголовок хороший, только содержание не о том. Можно заглянуть в будущее множества расширяющихся вселенных и увидеть в их взаимном сжатии образование пространства более масштабной вселенной — макровселенной. Это будущее объясняет нам прошлое — образование пространства нашей Вселенной из взаимно сжатых микровселенных.
Можно посмотреть на будущее эволюции материи в нашей Вселенной и увидеть в нём единую систему цивилизаций. Эта вселенская система, контролирующая постоянство своей внутренней среды (плотность эфира), будет отличаться от взаимно сжатых необитаемых, внутренне деградирующих вселенных, которые образуют пространство макровселенной.
Наша разумная Вселенная явится фотоном в пространстве макровселенной. И таких разумных вселенных — фотонов — будет достаточно, чтобы им взаимодействовать, обмениваться информацией и участвовать в эволюции материи в макровселенной.
Такое будущее многое объясняет из нашего прошлого. Например, кто сформировал в нашей Вселенной благоприятные для эволюции фундаментальные параметры материи. Почему противоположные края видимой нами Вселенной в течение миллиардов лет эволюционируют синхронно. И почему запутанные частицы, начиная с фотонов, обнаруживают канал мгновенной связи друг с другом.
Imira_crai
06.08.2016 12:04К данной статье очень подходит следующий факт:
«Для инков время совмещалось с пространством, как это выражается уже в самом слове на языке кечуа «pacha», что значит время и пространство (длина, ширина и глубина) одновременно, то есть в одном слове отображены значении сразу четырёх измерений и представления о статике и динамике. Эта синонимия между временем и пространством обозначает, что первое показывалось конкретно и проецировалось на географическое пространство. Время Пача делилось на: настоящее — пача, и прошлое-будущее — ньявпа-пача.
Как показал новый анализ языка и жестов аймара американскими учёными, индейцы представляют время наоборот: в воображаемой пространственно-временной шкале будущее для них остаётся позади, а прошлое ещё только предстоит увидеть.» [см. Астрономия инков]
Если это действительно было именно так у инков, то можно сделать вывод, что наше восприятие времени обусловленно не столько здравым смыслом, сколько традицией нашей культуры. А также то, что мы в своем восприятии времени не столь прогрессивны, как нам может казаться, потому что объединение пространства и времени у нас произошло значительно позже, чем у инков, но при этом не стало еще частью обыденного восприятия (имею в виду общество в целом).
5oclock
«Более того, все фундаментальные законы физики работают одинаково как вперёд по времени, так и назад.»
Нешто и энтропия одинаково возрастает?
И в будущее и в прошлое?
coturnix19
Как я например это понимаю, т.к. фундаментальные законы типа симметричны во времени, то энтропия — это единственное что отделяет будущее от прошлого. Т.е. это не энтропия растет в будущее а будущее определяется тем, куда растет энтропия. А если никуда не растет то и разницы между будущим и прошлым нету. Поэтому правильно спрашивать «почему в некоторый момент времени вселенная была приготовлена так что ее энтропия не была максимальной?».
Mulin
Факт наличия энтропии определяет почему время движется вперед. Это немного не одно и то же с инвариантностью законов относительно времени. Скажем разбив стакан, мы увеличим энтропию, но все законы, которые определили положение осколков инвариантны по времени.
5oclock
Ну вот второе начало термодинамики — фундаментальный же закон?
А он не симметричен во времени.
И — да: по-видимому именно он «говорит» нам где прошлое, а где — будущее.
Благодаря ему у нас в принципе есть такие понятия.
Но всё-таки — разница между прошлым и будущим есть.
coturnix19
Он не «не симметричен» во времени, он и есть наше «макроскопическое» время — это если предполагать что фундаментальные законы микромира во времени симметричны. Тогда получается, что видимая асимметрия — следствие граничных условий, в противном случае время это просто параметр который никуда не течет. Т.е. в определенный момент времени быть задано состояние вселенной при котором энтропия не была максимальной. Этот момент и есть «прошлое» или «раньше».
Vitonix
В одной умной книге я читал что второй закон термодинамики к сожалению ничем не может помочь в части определения стрелы времени.
Смысл там был в том что по нему энтропия увеличивается не только в будущем, но и в прошлом.
Т.е. если в состоянии «сейчас» у вас есть горячая кружка чая, то с точки зрения вероятности, шанс что вы налили в неё воду из ещё более горячего чайника (а следовательно и еще более низкого стояния энтропии) ничуть не больше (а точнее даже меньше) того что она стала такой случайно и более низкого состояния энтропии никогда не было. А то что нам кажется естественным именно чайник это уже к закону никакого отношения не имеет.
5oclock
Ниччё не понял.
Кто-то всерьёз считает, что вероятнее, то что вода в кружке сама разогрелась до кипятка, чем то, что её налили туда из закипевшего чайника?
И подтверждения этому, небось, встречает в своей жизни каждый день?
Vitonix
Причем тут вся жизнь? Дело в том как раз что в жизни время течет однозначно и никто не молодеет, а в законах физики этого нет.
Можно представить еще и так, вы экспериментатор, и вы наблюдаете комнату где стоит горячая чашка с водой, и все. Вся ваша система закрытая комната и горячая чашка.
Теперь на симпозиуме вы делаете доклад в котором говорите как наблюдали медленно остывающую горячую чашку в пустой комнате, и предлагаете два объяснения этого явления ученым мужам.
Первое, произошло очень маловероятное событие, так сошлись звезды и вообще шанс этого меньше кучи нулей после запятой, но так получилось что произошла флуктуация и чашка нагрелась самопроизвольно и потом согласно второму закону термодинамики остыла.
И второе где-то рядом была еще одна система еще более нарушающая термодинамическое равновесие и про которую мы ничего не знаем, но верим что она есть (чайник) и основываясь на этой вере мы допускаем что часть из той системы выплеснулась сюда. Откуда образовалась та система? Ну из другой еще более нарушающей и так до самого начала Вселенной, начало было чем? флуктуацией.
Т.е. заменяем объяснение флуктуацию горячей воды в чашке, еще более неправдоподобным событием флуктуацию в рамках всей Вселенной. С этой точки зрения первое, гораздо вероятнее второго.
Думаю ученые придут к мнению что первое лучше объясняет наблюдение и меньше требует предположений, чем второе.
И в целом, с точки зрения физики считать что и вы, и вся вселенная что вы ощущаете со всеми воспоминаниями возникла долю секунды назад случайно и теперь просто увеличивает энтропию как и положено, вот это предположение оно гораздо естественнее, чем считать, что раньше была еще более упорядоченная вселенная которая в итоге эволюционирует в текущее состояние.
PS: Я вспомнил где я это читал: Ли Смолин — «Возвращение времени [От античной космогонии к космологии будущего]»
5oclock
Ну хорошо.
И эти рассуждения как-то опровергают 2 закон термодинамики?
Или делают его симметричным относительно прошлого и будущего?
Cryvage
ИМХО вся проблема от того, что вы придумали закрытую комнату, которая никак не взаимодействует с остальной Вселенной. Оттуда и берется в рассуждениях какой-то чайник, о котором мы ничего не знаем и должны в него верить. В реальности все это: и чайник, и чашка, и комната, и даже самое начало Вселенной будут частями одной огромной системы, в которой все взаимосвязано. Ну не существует во Вселенной по-настоящему замкнутых, ни с чем не взаимодействующих систем. Это просто очередной сферический конь в вакууме.
UrsusArctos
Разве сама Вселенная не считается замкнутой? И какая принципиальная разница между замкнутой комнатой и замкнутой вселенной? А если Вселенная не замкнута, то какие внешние воздействия на нее допускаются?
Cryvage
Насколько мне известно, нет единого мнения по этому поводу.
Например расширение пространства.
Возможно я просто чего-то не понимаю, и мои представления ошибочны, но мне трудно считать Вселенную, которую постоянно распирает и растягивает во все стороны — замкнутой системой. В частности, так называемый «Большой разрыв» означает, что рано или поздно взаимодействие между двумя точками пространства (назовем их A и B) станет невозможно, поскольку разлет этих точек относительно друг друга будет быстрее скорости света — предельной скорости с которой это взаимодействие может распространяться. Но это же, по сути, будет означать, что материя и энергия, которая находилась в точке B, для точки A перестала существовать. И наоборот.
С другой стороны, современная физика слишком сложна, чтобы ее интуитивно понять. Во всяком случае, с моими скудными познаниями. Мне и самому было бы интересно узнать правильный ответ. На данный момент, я считаю что Вселенная не является замкнутой.
pestilent
Как это ни контринтуитивно, но второе начало термодинамики — закон, симметричный во времени.
На практике, когда мы имеем замкнутую систему с очень низкой энтропией, энтропия стала такой низкой из-за внешнего воздействия, то есть в прошлом система была незамкнутой, поэтому в прошлом этот закон просто не был к ней применим. Но если рассматривать систему, которая была замкнутой изначально, так что закон можно обратить во времени, он будет симметричен. По сути второе начало термодинамики — просто форма проявления регрессии к среднему.
По крайней мере так я понимаю, может я и не прав.
5oclock
Может приведёте пример где нарушается 2 закон термодинамики?
pestilent
Нет.
Еще раз: источник асимметрии — не второе начало, которое симметрично, а незамкнутость рассматриваемых систем. Наример, в классической иллюстрации, сосуд разделенный на две половины перегородкой, одна пустая, в другой газ, убираем перегородку, получаем низкую энтропию, которая сразу растет. Система стала замкнутой после того, как убрали перегородку, но до этого она была подготовлена за счет внешних воздействий.
5oclock
«Ещё раз: источник асимметрии — не второе начало, которое симметрично...»
Так я и говорю: покажите пример, демонстрирующий симметричность 2 начала.
pestilent
Хороший пример привести не получится, по сути второе начало нужно только в асимметричных условиях.
Если замкнутая система пришла к максимуму энтропии, можно забыть о том, что она была незамкнутой, и считать, что она была замкнутой изначально. После этого энтропия остается на максимуме и можно считать это действием второго начала в симметричных условиях.
Можно еще вспомнить про флуктуации, но строго говоря это уже не про второе начало. Вся термодинамика исходит из того, что флуктуациями можно пренебречь.
pestilent
Нет, все-таки я признаю, что неправильно сформулировал свою мысль. Второе начало асимметрично во времени, но у этой асимметрии всегда есть источник, для которого второе начало не применимо.
taujavarob
pestilent > но у этой асимметрии всегда есть источник, для которого второе начало не применимо.
Не все верят в Бога.