Kvantfüüsika. Kõige teooria poole Mis on kõige teooria

Kuidas arendavad kaasaegsed teoreetilised füüsikud uusi maailma kirjeldavaid teooriaid? Mida nad lisavad kvantmehaanikale ja üldrelatiivsusteooriale, et luua "kõige teooria"? Milliseid piiranguid käsitletakse artiklites, mis räägivad "uue füüsika" puudumisest? Kõigile neile küsimustele saab vastuse, kui mõistate, mis see on tegevust- objekt, mis on kõigi olemasolevate füüsikaliste teooriate aluseks. Selles artiklis räägin teile, mida füüsikud tegevuse all mõistavad, ja näitan ka, kuidas saate seda kasutada reaalse füüsikalise teooria koostamiseks, kasutades vaid mõnda lihtsat eeldust kõnealuse süsteemi omaduste kohta.

Hoiatan teid kohe: artikkel sisaldab valemeid ja isegi lihtsaid arvutusi. Siiski on täiesti võimalik neid vahele jätta, ilma et see mõistaks palju. Üldiselt esitan siin valemid ainult neile huvilistele lugejatele, kes tahavad kindlasti ise välja mõelda.

Võrrandid

Füüsika kirjeldab meie maailma võrrandite abil, mis seovad omavahel erinevaid füüsikalisi suurusi – kiirust, tugevust, magnetvälja tugevust jne. Peaaegu kõik sellised võrrandid on diferentsiaalvõrrandid, see tähendab, et need ei sisalda mitte ainult suurustest sõltuvaid funktsioone, vaid ka nende tuletisi. Näiteks üks lihtsamaid võrrandeid, mis kirjeldab punktkeha liikumist, sisaldab selle koordinaadi teist tuletist:

Siin märkisin teise ajatuletise kahe punktiga (vastavalt üks punkt tähistab esimest tuletist). Loomulikult on see Newtoni teine ​​seadus, mille ta avastas 17. sajandi lõpus. Newton oli üks esimesi, kes mõistis liikumisvõrrandite sellisel kujul kirjutamise vajadust ning töötas välja ka nende lahendamiseks vajaliku diferentsiaal- ja integraalarvutuse. Muidugi on enamik füüsikaseadusi palju keerulisemad kui Newtoni teine ​​seadus. Näiteks hüdrodünaamika võrrandisüsteem on nii keeruline, et teadlased ei tea siiani, kas see on üldiselt lahendatav või mitte. Selle süsteemi lahenduste olemasolu ja sujuvuse probleem on kantud isegi "Millennium Problems" nimekirja ja selle lahendamise eest määras Clay Matemaatika Instituut miljoni dollari suuruse preemia.

Kuidas aga füüsikud need diferentsiaalvõrrandid leiavad? Pikka aega oli uute teooriate ainus allikas eksperiment. Teisisõnu mõõtis teadlane kõigepealt mitu füüsikalist suurust ja alles seejärel püüdis kindlaks teha, kuidas need on seotud. Näiteks nii avastas Kepler kolm kuulsat taevamehaanika seadust, mis viisid hiljem Newtoni klassikalise gravitatsiooniteooriani. Selgus, et eksperiment näis "teooriast ette jooksvat".

Kaasaegses füüsikas on asjad veidi teisiti paigutatud. Muidugi on eksperimenteerimisel füüsikas endiselt väga oluline roll. Ilma eksperimentaalse kinnituseta on igasugune teooria vaid matemaatiline mudel – mõistuse mänguasi, mis pole reaalse maailmaga seotud. Kuid nüüd saavad füüsikud võrrandid, mis kirjeldavad meie maailma, mitte eksperimentaalsete faktide empiirilise üldistamise teel, vaid tuletavad need "esimeste põhimõtete põhjal", st põhinedes lihtsatel eeldustel kirjeldatud süsteemi omaduste kohta (näiteks aegruum või elektromagnetväli). Lõppkokkuvõttes määratakse katsest ainult teooria parameetrid - suvalised koefitsiendid, mis sisalduvad teoreetiku tuletatud võrrandis. Sel juhul mängib teoreetilises füüsikas võtmerolli vähima tegevuse põhimõte, mille esmakordselt sõnastas Pierre Maupertuis 18. sajandi keskel ja mille lõpuks üldistas William Hamilton 19. sajandi alguses.

Tegevus

Mis on tegevus? Kõige üldisemas sõnastuses on toiming funktsioon, mis seob süsteemi trajektoori (ehk koordinaatide ja aja funktsiooni) teatud arvuga. Ja vähima tegevuse põhimõte ütleb, et edasi tõsi trajektoori tegevus on minimaalne. Nende moesõnade tähenduse mõistmiseks kaaluge järgmist illustreerivat näidet, mis on võetud Feynmani füüsikaloengutest.

Oletame, et tahame teada gravitatsioonivälja asetatud keha trajektoori. Lihtsuse huvides eeldame, et liikumist kirjeldab täielikult kõrgus x(t), see tähendab, et keha liigub mööda vertikaalset sirgjoont. Oletame, et me teame liikumisest ainult seda, et keha alustab punktist x 1 korraga t 1 ja tuleb asja juurde x 2 hetkel t 2 ja kogu reisiaeg on T = t 2 − tüks . Mõelge funktsioonile L võrdne kineetilise energia erinevusega TO ja potentsiaalne energia P: L = TO − P... Eeldame, et potentsiaalne energia sõltub ainult osakese koordinaadist x(t) ja kineetiline – ainult selle kiirusel ẋ (t). Samuti määratleme tegevust- funktsionaalne S võrdne keskmisega L kogu liikumisaja jooksul: S = ∫ L(x, ẋ , t) d t.

Ilmselgelt väärtus S sõltub oluliselt trajektoori kujust x(t) – tegelikult seepärast nimetamegi seda funktsionaalseks, mitte funktsiooniks. Kui keha tõuseb liiga kõrgele (trajektoor 2), suureneb keskmine potentsiaalne energia ja kui see hakkab liiga sageli silmust tegema (trajektoor 3), siis kineetiline energia suureneb - ju eeldasime, et kogu liikumise aeg on täpselt võrdne T, mis tähendab, et keha peab kiirust suurendama, et jõuaks kõik pöörded läbida. Tegelikult funktsionaalne S jõuab miinimumini mingil optimaalsel trajektooril, milleks on punkte läbiv parabooli lõik x 1 ja x 2 (trajektoor 1). Õnneliku juhuse läbi langeb see trajektoor kokku Newtoni teise seadusega ennustatud trajektooriga.

Näited punkte ühendavatest radadest x 1 ja x 2. Tegeliku trajektoori varieerumisel saadud trajektoor on märgitud halliga. Vertikaalne suund vastab teljele x, horisontaalsed - teljed t

Kas see kokkusattumus on juhus? Muidugi mitte juhuslikult. Selle näitamiseks oletame, et teame tegelikku trajektoori ja arvestame sellega variatsioonid... Variatsioon δ x(t) on selline trajektoori täiendus x(t), mis muudab oma kuju, kuid jätab algus- ja lõpp-punktid oma kohale (vt joonist). Vaatame, millise väärtuse omandab tegevus trajektooridel, mis erinevad tegelikust trajektoorist lõpmata väikese variatsiooni võrra. Laienev funktsioon L ja arvutades integraali osade kaupa, saame selle muutuse S võrdeline variatsiooniga δ x:

Siin on asjaolu, et punktide erinevus x 1 ja x 2 on võrdne nulliga - see võimaldas pärast osade kaupa integreerimist ilmunud terminid kõrvale jätta. Saadud avaldis on väga sarnane tuletise valemiga, mis on kirjutatud diferentsiaalidena. Tõepoolest, avaldis δ S/δ x nimetatakse mõnikord variatsioonituletiseks. Seda analoogiat jätkates järeldame, et lisades väikese lisamise δ x tegelikule trajektoorile ei tohiks tegevus muutuda, see tähendab δ S= 0. Kuna liitmine võib olla peaaegu suvaline (me oleme fikseerinud ainult selle otsad), tähendab see, et ka integrand kaob. Seega, teades tegevust, võib saada diferentsiaalvõrrandi, mis kirjeldab süsteemi liikumist - Euleri-Lagrange'i võrrandi.

Läheme tagasi meie probleemi juurde gravitatsiooniväljas liikuva kehaga. Lubage mul teile meelde tuletada, et oleme funktsiooni määratlenud L kui erinevus keha kineetilise ja potentsiaalse energia vahel. Asendades selle avaldise Euleri-Lagrange'i võrrandiga, saame tõesti Newtoni teise seaduse. Tõepoolest, meie oletus funktsiooni vormi kohta L osutus väga edukaks:

Selgub, et toimingu abil saab liikumisvõrrandid väga lühikesel kujul üles kirjutada, justkui "pakkides" funktsiooni sisse kõik süsteemi omadused L... See on iseenesest päris huvitav. Tegevus pole aga pelgalt matemaatiline abstraktsioon, sellel on sügav füüsiline tähendus. Üldiselt kirjutab kaasaegne teoreetiline füüsik kõigepealt tegevuse välja ja alles seejärel tuletab liikumisvõrrandid ja uurib neid. Paljudel juhtudel saab süsteemi jaoks toimingu konstrueerida, tehes selle omaduste kohta ainult kõige lihtsamad eeldused. Vaatame mõne näite abil, kuidas seda teha.

Vaba relativistlik osake

Kui Einstein ehitas erirelatiivsusteooriat (STR), postuleeris ta mitu lihtsat väidet meie aegruumi omaduste kohta. Esiteks on see homogeenne ja isotroopne, see tähendab, et see ei muutu lõplike nihkete ja pöörlemiste korral. Teisisõnu, pole vahet, kus te asute – Maal, Jupiteril või Väikese Magellani Pilve galaktikas – kõigis neis punktides toimivad füüsikaseadused ühtemoodi. Lisaks ei märka te mingit erinevust, kui liigute ühtlaselt sirgjoonel – see on Einsteini relatiivsusprintsiip. Teiseks ei saa ükski keha ületada valguse kiirust. See viib selleni, et tavapärased kiiruste ja aja ümberarvutamise reeglid üleminekul erinevate tugisüsteemide vahel – Galileo teisendused – tuleb asendada õigemate Lorentzi teisendustega. Selle tulemusena ei ole tõeliselt relativistlik suurus, mis on kõigis võrdluskaadrites sama, mitte kaugus, vaid intervall - osakese õige aeg. Intervall s 1 − s 2 kahe antud punkti vahel saab leida järgmise valemi abil, kus c- valguse kiirus:

Nagu eelmises osas nägime, piisab, kui kirjutame välja vaba osakese tegevuse, et leida selle liikumisvõrrand. On mõistlik eeldada, et tegevus on relativistlik invariant, see tähendab, et see näeb erinevates võrdlusraamistikes välja ühesugune, kuna nende füüsikalised seadused on samad. Lisaks soovime toimingu hoida võimalikult lihtsana (keerulised väljendid jätame hilisemaks). Lihtsaim relativistlik invariant, mida saab punktosakesega seostada, on selle maailmajoone pikkus. Selle invariandi valimine tegevuseks (et avaldise mõõde oleks õige, korrutame selle koefitsiendiga - mc) ja seda muutes saame järgmise võrrandi:

Lihtsamalt öeldes peaks vaba relativistliku osakese 4-kiirendus olema null. 4-kiirendus, nagu ka 4-kiirus, on kiirenduse ja kiiruse mõistete üldistus neljamõõtmeliseks aegruumiks. Selle tulemusena saab vaba osake liikuda ainult mööda etteantud sirgjoont konstantse 4-kiirusega. Väikeste kiiruste piiril kattub intervalli muutus praktiliselt aja muutumisega ja seetõttu muundub meie poolt saadud võrrand juba ülalpool käsitletud Newtoni teiseks seaduseks: mẍ= 0. Seevastu 4-kiirenduse nulliga võrdsuse tingimus on täidetud vaba osakese ja üldrelatiivsusteoorias, ainult selles hakkab aegruum juba painduma ja osake ei pruugi liikuda mööda sirget. joon isegi väliste jõudude puudumisel.

Elektromagnetväli

Nagu teate, avaldub elektromagnetväli interaktsioonis laetud kehadega. Tavaliselt kirjeldatakse seda vastasmõju elektri- ja magnetvälja vektorite abil, mis on seotud neljast Maxwelli võrrandist koosneva süsteemiga. Maxwelli võrrandite peaaegu sümmeetriline vorm viitab sellele, et need väljad ei ole iseseisvad entiteedid – see, mis meile näib olevat elektriväli ühes võrdlusraamistikus, võib muutuda magnetväljaks, kui lülituda teisele kaadrile.

Tõepoolest, mõelge juhtmele, mida mööda elektronid jooksevad sama ja püsiva kiirusega. Elektronidega seotud võrdlusraamistikus on ainult konstantne elektriväli, mille saab leida Coulombi seaduse abil. Algses võrdlusraamistikus tekitab elektronide liikumine aga konstantse elektrivoolu, mis omakorda indutseerib konstantse magnetvälja (Bio-Savardi seadus). Samas peavad relatiivsusprintsiibi järgi meie poolt valitud võrdlusraamides füüsikaseadused kokku langema. See tähendab, et nii elektri- kui ka magnetväli on ühe üldisema olemuse osad.

Tensorid

Enne elektrodünaamika kovariantse sõnastuse juurde asumist tasub öelda paar sõna eri- ja üldrelatiivsusteooria matemaatika kohta. Nendes teooriates on kõige olulisem roll tensori mõistel (ja ausalt öeldes ka teistes kaasaegsetes teooriates). Kui üsna umbkaudselt, siis järgu tensor ( n, m) võib mõelda kui ( n+m) -mõõtmeline maatriks, mille komponendid sõltuvad koordinaatidest ja ajast. Lisaks sellele peab tensor muutuma teatud keerulisel viisil, liikudes ühest tugiraamist teise või muutes koordinaatide võrgustikku. Kuidas see täpselt määrab kontravariantsete ja kovariantsete indeksite arvu ( n ja m vastavalt). Sellisel juhul ei muutu tensor ise kui füüsiline üksus selliste teisenduste korral, nagu ka 4-vektor, mis on 1. järgu tensori erijuhtum, ei muutu nende all.

Tensori komponendid nummerdatakse indeksite abil. Mugavuse huvides eristatakse üla- ja alamindekseid, et koordinaatide või tugiraami muutmisel kohe näha, kuidas tensor teiseneb. Näiteks tensori komponent T auaste (3, 0) kirjutatakse kui Tαβγ ja tensor U auaste (2, 1) - as Uα β γ. Väljakujunenud traditsiooni kohaselt nummerdatakse neljamõõtmeliste tensorite komponendid kreeka tähtedega ja kolmemõõtmelised - ladina keeles. Mõned füüsikud eelistavad aga teha vastupidist (näiteks Landau).

Lisaks soovitas Einstein lühiduse mõttes tensoravaldiste voltimisel mitte kirjutada summamärki "Σ". Konvolutsioon on tensori liitmine kahe etteantud indeksiga, millest üks peab olema "ülemine" (kontravariant) ja teine ​​"alumine" (kovariant). Näiteks maatriksi jälje arvutamiseks - järgu tensor (1, 1) - peate selle konvoleerima kahe saadaoleva indeksi abil: Tr [ A μ ν ] = Σ A μ μ = Aμ μ. Indekseid saab tõsta ja langetada meetrilise tensoriga: T αβ γ = T αβμ g μγ .

Lõpuks on mugav kasutusele võtta absoluutselt antisümmeetriline pseudotensor ε μνρσ, tensor, mis muudab märki indeksite mis tahes permutatsioonide korral (näiteks ε μνρσ = −ε νμρσ) ja mille komponent ε 1234 = +1. Seda nimetatakse ka Levi-Civita tensoriks. Koordinaadisüsteemi pööramisel käitub ε μνρσ nagu tavaline tensor, kuid inversioonide korral (asendus nagu x → −x) teisendatakse see erineval viisil.

Tõepoolest, elektri- ja magnetvälja vektorid on ühendatud struktuuriks, mis on Lorentzi teisenduste korral muutumatu - see tähendab, et see ei muutu erinevate (inertsiaalsete) tugiraamide vahel liikudes. See on nn elektromagnetvälja tensor Fμν. Kõige selgemalt kirjutatakse see järgmise maatriksi kujul:

Siin on elektrivälja komponendid tähistatud tähega E, ja magnetvälja komponendid - tähe järgi H... On lihtne näha, et elektromagnetvälja tensor on antisümmeetriline, see tähendab, et selle diagonaali vastaskülgedel olevad komponendid on suuruselt võrdsed ja neil on vastupidised märgid. Kui tahame saada Maxwelli võrrandid "esimeste põhimõtete järgi", peame välja kirjutama elektrodünaamika tegevuse. Selleks peame konstrueerima lihtsaima skalaarkombinatsiooni tensorobjektidest, mis on ühel või teisel viisil seotud väljaga või aegruumi omadustega.

Kui järele mõelda, on meil vähe valikut - "ehitusplokkidena" saab toimida ainult väljatensor. Fμν, meetriline tensor gμν ja absoluutselt antisümmeetriline tensor ε μνρσ. Nendest saab kokku panna ainult kaks skalaarkombinatsiooni ja üks neist on täistuletis ehk Euleri-Lagrange'i võrrandite tuletamisel võib seda ignoreerida – pärast integreerimist see osa lihtsalt kaob. Ülejäänud kombinatsiooni tegevuseks valides ja seda varieerides saame Maxwelli võrrandite paari – pool süsteemist (esimene rida). Näib, et jätsime kahe võrrandi vahele. Kuid tegelikult ei pea me ülejäänud võrrandite tuletamiseks tegevust välja kirjutama - need tulenevad otseselt tensori antisümmeetriast Fμν (teine ​​rida):

Ja jälle saime õiged liikumisvõrrandid, valides tegevuseks võimalikult lihtsa kombinatsiooni. Tõsi, kuna me ei võtnud arvesse laengute olemasolu meie ruumis, saime võrrandid vaba välja ehk elektromagnetlaine kohta. Teooriale laengute lisamisel tuleb arvestada ka nende mõjuga. Seda tehakse 4-vooluvektori rakendamisega.

Gravitatsioon

Vähima tegevuse printsiibi tõeline võidukäik omal ajal oli üldise relatiivsusteooria (GR) konstrueerimine. Tänu temale tuletati kõigepealt liikumisseadused, mida teadlased katseandmeid analüüsides ei saanud. Või nad võisid, aga neil polnud aega. Selle asemel tuletas Einstein (ja Hilbert, kui soovite) võrrandid meetrikasse, alustades eeldustest aegruumi omaduste kohta. Sellest hetkest alates hakkas teoreetiline füüsika eksperimentaalfüüsikast "mööda minema".

Üldrelatiivsusteoorias lakkab mõõdik olemast konstantne (nagu erirelatiivsusteoorias) ja hakkab sõltuma sellesse paigutatud energia tihedusest. Pange tähele, et õigem on rääkida energiast, mitte massist, kuigi need kaks suurust on omavahel seotud E = mc 2 oma võrdlusraamistikus. Tuletan meelde, et mõõdik määrab reeglid kahe punkti (rangelt võttes lõpmatult lähedaste punktide) vahelise kauguse arvutamiseks. Oluline on, et mõõdik ei sõltuks koordinaatsüsteemi valikust. Näiteks lamedat kolmemõõtmelist ruumi saab kirjeldada Descartes'i või sfäärilise koordinaatsüsteemi abil, kuid mõlemal juhul on ruumi mõõdik sama.

Gravitatsiooni toimingu väljakirjutamiseks peame meetrikast konstrueerima mingi invariandi, mis koordinaatide ruudustiku muutumisel ei muutu. Lihtsaim selline invariant on meetriline determinant. Kui me aga selle vaid tegevusse kaasame, siis me ei saa diferentsiaal võrrand, kuna see avaldis ei sisalda meetrika tuletisi. Ja kui võrrand ei ole diferentsiaal, ei saa see kirjeldada olukordi, kus mõõdik aja jooksul muutub. Seetõttu peame tegevusele lisama tuletisi sisaldava lihtsaima invariandi gμν. Selline invariant on nn Ricci skalaar R, mis saadakse Riemanni tensori konvolutsiooniga Rμνρσ, mis kirjeldab aegruumi kõverust:

Robert Couse-Baker / flickr.com

Kõige teooria

Lõpuks on aeg rääkida "kõige teooriast". See on mitmete teooriate nimi, mis üritavad ühendada üldrelatiivsusteooriat ja standardmudelit – kahte peamist hetkel tuntud füüsikateooriat. Teadlased ei tee selliseid katseid mitte ainult esteetilistel põhjustel (mida vähem on maailma mõistmiseks vaja teooriaid, seda parem), vaid ka mõjuvamatel põhjustel.

Nii GR-l kui ka standardmudelil on rakenduspiirangud, mille järel nad lakkavad töötamast. Näiteks ennustab üldrelatiivsusteooria singulaarsuste olemasolu – punktid, kus energiatihedus ja seega ka aegruumi kõverus kaldub lõpmatuseni. Lõpmatused pole mitte ainult iseenesest ebameeldivad – lisaks sellele probleemile väidab Standardmudel, et energiat ei saa mingis punktis lokaliseerida, seda tuleb määrida mõnele, kuigi väikesele mahule. Seetõttu peaksid singulaarsuse lähedal nii üldrelatiivsusteooria kui ka standardmudeli mõjud olema suured. Samal ajal ei ole GRT veel kvantifitseeritud ja standardmudelit ehitatakse tasase aegruumi eeldusel. Kui tahame mõista, mis singulaarsuste ümber toimub, peame välja töötama teooria, mis hõlmab mõlemat teooriat.

Pidades silmas vähima tegevuse põhimõtte edukust minevikus, rajavad teadlased kõik oma katsed ehitada üles uus teooria. Pea meeles, et erinevate teooriate jaoks toimingut koostades arvestasime ainult kõige lihtsamate kombinatsioonidega? Siis kroonis meie tegusid edu, kuid see ei tähenda sugugi, et kõige lihtsam tegevus oleks kõige õigem. Üldiselt ei ole loodus kohustatud oma seadusi meie elu lihtsustamiseks kohandama.

Seetõttu on mõistlik tegevusse kaasata järgmised keerukamad muutumatud suurused ja vaadata, kuhu see välja viib. See meenutab mõneti funktsiooni järjestikust lähendamist järjest kõrgemate astmete polünoomide abil. Ainus probleem on see, et kõik sellised muudatused jõustuvad teatud tundmatute koefitsientidega, mida teoreetiliselt ei saa arvutada. Lisaks, kuna standardmudel ja üldrelatiivsusteooria töötavad hästi, peavad need koefitsiendid olema väga väikesed – seetõttu on neid katse põhjal raske määrata. Paljud tööd, mis käsitlevad "uue füüsika piiranguid", on täpselt suunatud teooria kõrgemate astmete koefitsientide määramisele. Seni on suudetud leida vaid ülemine piir.

Lisaks on lähenemisviise, mis tutvustavad uusi, mittetriviaalseid mõisteid. Näiteks stringiteooria viitab sellele, et meie maailma omadusi saab kirjeldada mitte punktitaoliste, vaid laiendatud objektide – stringide – vibratsiooni abil. Kahjuks pole stringiteooriale veel eksperimentaalset kinnitust leitud. Näiteks ennustas ta mõningaid kiirendi ergutusi, kuid need ei ilmunud kunagi.

Üldiselt ei paista veel, et teadlased oleksid lähedal "kõige teooria" avastamisele. Tõenäoliselt peavad teoreetikud välja pakkuma midagi sisuliselt uut. Siiski pole kahtlust, et esimene asi, mida nad uue teooria jaoks välja kirjutavad, on tegevus.

***

Kui kogu see arutluskäik tundus teile keeruline ja lehitsesite artiklit lugemata, siis siin on lühike kokkuvõte faktidest, mida selles käsitleti. Esiteks toetuvad kõik kaasaegsed füüsikateooriad ühel või teisel viisil sellele kontseptsioonile toimingud- suurus, mis kirjeldab, kui palju süsteemile see või teine ​​liikumistrajektoor "meeldib". Teiseks saab süsteemi liikumisvõrrandid saada, otsides trajektoori, millel tegevus toimub vähemalt tähenduses. Kolmandaks saab toimingu konstrueerida, kasutades vaid mõnda elementaarset eeldust süsteemi omaduste kohta. Näiteks et füüsikaseadused langevad kokku erineva kiirusega liikuvates tugisüsteemides. Neljandaks saadakse mõned "kõige teooria" kandidaadid lihtsalt standardmudelile ja GRT-le lisades terminid, mis rikuvad mõningaid nende teooriate eeldusi. Näiteks Lorentzi invariantsus. Kui pärast artikli lugemist mäletate loetletud väiteid, on see juba hea. Ja kui saate ka aru, kust need pärit on - lihtsalt suurepärane.

Dmitri Trunin

Kahe fundamentaalse teooria hulgas, mis selgitavad meid ümbritsevat reaalsust, apelleerib kvantteooria vastastikmõjule kõige väiksem aineosakesed ning üldrelatiivsusteooria viitab gravitatsioonile ja suurima struktuurid kogu universumis. Alates Einsteini aegadest on füüsikud püüdnud nende õpetuste vahelist lõhet ületada, kuid vahelduva eduga.

Üks viis gravitatsiooni ja kvantmehaanika ühitamiseks oli näidata, et gravitatsioon põhineb aine jagamatutel osakestel, kvantidel. Seda põhimõtet võib võrrelda sellega, kuidas valguskvandid ise, footonid, kujutavad endast elektromagnetlainet. Seni pole teadlastel olnud piisavalt andmeid selle oletuse toetamiseks, kuid Antoine Tilloy(Antoine Tilloy) Kvantoptika Instituudist. Max Planck Saksamaal Garchingis püüdis gravitatsiooni kirjeldada kvantmehaanika põhimõtetega. Aga kuidas ta seda tegi?

Kvantmaailm

Kvantteoorias kirjeldab osakese olekut selle lainefunktsioon... See võimaldab näiteks arvutada osakese leidmise tõenäosust teatud ruumipunktis. Enne mõõtmist pole selge mitte ainult osakese asukoht, vaid ka selle olemasolu. Mõõtmise fakt loob sõna otseses mõttes reaalsuse, "hävitades" lainefunktsiooni. Kuid kvantmehaanika käsitleb mõõtmist harva, mistõttu on see füüsika üks vastuolulisemaid valdkondi. Pea meeles Schrödingeri paradoks: te ei saa seda lahendada enne, kui võtate mõõtmise, avate kasti ja uurite, kas kass on elus või mitte.

Üks nende paradokside lahendusi on nn mudel GRW mis töötati välja 1980. aastate lõpus. See teooria hõlmab sellist nähtust nagu " puhangud»- kvantsüsteemide lainefunktsiooni spontaansed kollapsid. Selle rakendamise tulemus on täpselt sama, nagu oleks mõõtmised tehtud ilma vaatlejateta. Tilloy muutis seda, et näidata, kuidas seda saab kasutada gravitatsiooniteooriani jõudmiseks. Lainefunktsiooni hävitav välklamp, mis sunnib seeläbi osakest ühes kohas, tekitab oma versioonis ka antud aegruumi hetkel gravitatsioonivälja. Mida suurem on kvantsüsteem, seda rohkem osakesi see sisaldab ja seda sagedamini esineb sähvatusi, luues seeläbi kõikuva gravitatsioonivälja.

Kõige huvitavam on see, et nende kõikumiste keskmine väärtus on just see gravitatsiooniväli, mida Newtoni gravitatsiooniteooria kirjeldab. Sellist lähenemist gravitatsiooni ja kvantmehaanika kombineerimisele nimetatakse kvaasiklassikaliseks: gravitatsioon tekib kvantprotsessidest, kuid jääb klassikaliseks jõuks. "Pole mingit tegelikku põhjust ignoreerida kvaasiklassikalist lähenemisviisi, mis seisneb selles, et gravitatsioon on fundamentaalsel tasemel põhiline," ütleb Tilloy.

Gravitatsiooni nähtus

Klaus Hornberger Saksamaalt Duisburg-Esseni ülikoolist, kes teooria väljatöötamises ei osalenud, suhtub sellesse suure kaastundega. Teadlane juhib aga tähelepanu sellele, et enne, kui see kontseptsioon moodustab aluse ühtsele teooriale, mis ühendab ja selgitab meid ümbritseva maailma kõiki fundamentaalseid aspekte, on vaja lahendada mitmeid probleeme. Näiteks Tilloy mudelit saab kindlasti kasutada Newtoni gravitatsiooni saamiseks, kuid selle vastavus gravitatsiooniteooriale vajab veel matemaatika abil kontrollimist.

Teadlane ise nõustub aga sellega, et tema teooria vajab tõendusbaasi. Näiteks ennustab ta, et gravitatsioon käitub erinevalt olenevalt kõnealuste objektide skaalast: aatomite ja ülimassiivsete mustade aukude puhul võivad reeglid olla väga erinevad. Olgu kuidas on, kui testid näitavad, et Tillroy mudel tõesti peegeldab tegelikkust ja gravitatsioon on tõepoolest kvantkõikumiste tagajärg, võimaldab see füüsikutel mõista meid ümbritsevat reaalsust kvalitatiivselt erineval tasemel.

Inglise füüsik Isaac Newton avaldas raamatu, milles selgitas objektide liikumist ja gravitatsiooni põhimõtet. "Loodusfilosoofia matemaatilised põhimõtted" on andnud asjadele maailmas väljakujunenud kohad. Lugu räägib, et 23-aastaselt läks Newton aeda ja nägi, kuidas õun puu otsast kukkus. Sel ajal teadsid füüsikud, et Maa tõmbab gravitatsiooni abil objekte kuidagi ligi. Newton töötas selle idee välja.

Newtoni assistendi John Conduitti sõnul tekkis Newtonil maapinnale kukkuvat õuna nähes idee, et gravitatsioonijõud "ei piirdunud maapinnast teatud kaugusel, vaid ulatus palju kaugemale, kui tavaliselt arvati". Conduitti sõnul esitas Newton küsimuse: miks mitte Kuule?

Oma oletustest inspireerituna töötas Newton välja universaalse gravitatsiooniseaduse, mis töötas ühtviisi hästi nii Maa õunte kui ka ümber Päikese tiirlevate planeetide puhul. Kõik need objektid järgivad vaatamata nende erinevustele samu seadusi.

"Inimesed arvasid, et ta selgitas kõike, mis vajas selgitust," ütleb Barrow. "Tema saavutus oli suurepärane."

Probleem on selles, et Newton teadis, et tema töös on auke.

Näiteks gravitatsioon ei selgita, kuidas väikseid objekte koos hoitakse, kuna see jõud pole nii suur. Kuigi Newton suutis toimuvat selgitada, ei suutnud ta selgitada, kuidas see toimis. Teooria oli poolik.

Tekkis suurem probleem. Kuigi Newtoni seadused selgitasid universumi levinumaid nähtusi, rikkusid objektid mõnel juhul tema seadusi. Need olukorrad olid haruldased ja hõlmasid tavaliselt suurt kiirust või suurenenud gravitatsiooni, kuid need olid nii.

Üks neist olukordadest oli Päikesele lähima planeedi Merkuuri orbiit. Nagu iga teine ​​planeet, tiirleb Merkuur ümber Päikese. Newtoni seadusi sai rakendada planeetide liikumise arvutamiseks, kuid Merkuur ei tahtnud reeglite järgi mängida. Kummalisel kombel polnud selle orbiidil keset. Sai selgeks, et universaalne gravitatsiooniseadus polnudki nii universaalne ja üldse mitte seadus.

Rohkem kui kaks sajandit hiljem tuli Albert Einstein oma relatiivsusteooriaga appi. Einsteini idee, mis 2015. aastal andis sügavama arusaama gravitatsioonist.

Relatiivsusteooria

Põhiidee seisneb selles, et ruum ja aeg, mis näivad olevat erinevad asjad, on tegelikult läbi põimunud. Ruumil on kolm mõõdet: pikkus, laius ja kõrgus. Aeg on neljas dimensioon. Kõik neli on ühendatud hiiglasliku kosmoseraku kujul. Kui olete kunagi kuulnud väljendit "ruumi-aja kontiinum", siis see on see, millest me räägime.

Einsteini suur idee oli, et rasked objektid, nagu planeedid või kiiresti liikuvad objektid, võivad aegruumi moonutada. Natuke nagu pingul batuut: kui asetad kangale midagi rasket, tekitab see vajumisaugu. Kõik muud objektid libisevad nõlvast alla süvendis oleva objekti suunas. Seetõttu tõmbab gravitatsioon Einsteini järgi objekte ligi.

Idee on oma olemuselt kummaline. Kuid füüsikud on veendunud, et see nii on. Ta selgitab ka Merkuuri kummalist orbiiti. Üldrelatiivsusteooria järgi painutab päikese hiiglaslik mass ruumi ja aega ümber. Päikesele lähima planeedina kogeb Merkuur palju suuremaid kumerusi kui teised planeedid. Üldrelatiivsusteooria võrrandid kirjeldavad, kuidas see kõver aegruum mõjutab Merkuuri orbiiti ja ennustab planeedi asukohta.

Kuid vaatamata oma edule ei ole relatiivsusteooria kõiketeooria, nagu Newtoni teooria. Nii nagu Newtoni teooria ei tööta tõeliselt massiivsete objektide puhul, ei tööta ka Einsteini teooria mikroskaaladel. Niipea, kui hakkate aatomeid ja kõike vähemat vaatama, hakkab mateeria käituma väga kummaliselt.

Kuni 19. sajandi lõpuni peeti aatomit aine väikseimaks ühikuks. Aatom, mis sündis kreekakeelsest sõnast "atomos", mis tähendas "jagamatut", ei pidanud definitsiooni järgi väiksemateks osakesteks lagunema. Kuid 1870. aastatel avastasid teadlased osakesed, mis on aatomitest 2000 korda kergemad. Vaakumtorus valguskiiri kaaludes leidsid nad äärmiselt kerged negatiivse laenguga osakesed. Nii avastati esimene subatomiline osake: elektron. Järgmise poole sajandi jooksul avastasid teadlased, et aatomil on liittuum, mille ümber elektronid loksuvad. See tuum koosneb kahte tüüpi subatomilistest osakestest: neutronitest, millel on neutraalne laeng, ja prootonitest, mis on positiivselt laetud.

Kuid see pole veel kõik. Sellest ajast peale on teadlased leidnud viise, kuidas ainet järjest väiksemateks tükkideks jagada, jätkates meie arusaama põhiosakestest täpsustades. 1960. aastateks olid teadlased leidnud kümneid elementaarosakesi, koostades pika nimekirja niinimetatud osakeste loomaaiast.

Meile teadaolevalt on aatomi kolmest komponendist ainus põhiosake elektron. Neutronid ja prootonid jagunevad pisikesteks kvarkideks. Need elementaarosakesed järgivad täiesti erinevaid seadusi, mis erinevad nendest, mis järgivad puid või planeete. Ja need uued seadused – mis olid palju vähem etteaimatavad – rikkusid füüsikute meeleolu.

Kvantfüüsikas pole osakestel kindlat kohta: nende asukoht on veidi udune. Nagu oleks igal osakesel teatud tõenäosus teatud kohas viibida. See tähendab, et maailm on oma olemuselt põhimõtteliselt ebakindel koht. Kvantmehaanikat on isegi raske mõista. Nagu kvantmehaanika ekspert Richard Feynman ütles: "Ma arvan, et võin kindlalt öelda, et keegi ei mõista kvantmehaanikat."

Ka Einstein tundis muret kvantmehaanika hägustumise pärast. Hoolimata asjaolust, et ta tegelikult selle osaliselt leiutas, ei uskunud Einstein ise kunagi kvantteooriasse. Kuid nende paleedes – nii suurtes kui ka väikestes – tõestasid nii kvantmehaanika kui ka kvantmehaanika õigust jagamatule võimule, olles äärmiselt täpsed.

Kvantmehaanika on selgitanud aatomite struktuuri ja käitumist, sealhulgas seda, miks mõned neist on radioaktiivsed. See on ka kaasaegse elektroonika aluseks. Ilma temata ei saaks te seda artiklit lugeda.

Üldrelatiivsusteooria ennustas mustade aukude olemasolu. Need massiivsed tähed, mis on endasse varisenud. Nende gravitatsiooniline külgetõmme on nii võimas, et isegi valgus ei suuda sealt lahkuda.

Probleem on selles, et need kaks teooriat on kokkusobimatud, mistõttu nad ei saa olla samal ajal tõesed. Üldrelatiivsusteooria ütleb, et objektide käitumist saab täpselt ennustada, samas kui kvantmehaanika ütleb, et saate teada ainult tõenäosust, mida objektid teevad. Sellest järeldub, et mõned asjad on jäänud, mida füüsikud pole veel kirjeldanud. Mustad augud näiteks. Need on piisavalt massiivsed, et neid saaks rakendada relatiivsusteoorias, kuid piisavalt väikesed, et rakendada kvantmehaanikat. Kui te ei leia end musta augu lähedal, ei mõjuta see kokkusobimatus teie igapäevaelu. Kuid see valmistab füüsikutele hämmingut suurema osa eelmisest sajandist. Just selline kokkusobimatus paneb otsima teooriat kõige kohta.

Einstein veetis suurema osa oma elust sellise teooria leidmiseks. Kuna ta ei fänna kvantmehaanika juhuslikkust, soovis ta luua teooria, mis ühendaks gravitatsiooni ja ülejäänud füüsika nii, et kvantveidrused jääksid teisejärgulisteks tagajärgedeks.

Tema peamine eesmärk oli panna gravitatsioon tööle elektromagnetismiga. 1800. aastatel leidsid füüsikud, et elektriliselt laetud osakesed võivad meelitada või tõrjuda. Seetõttu tõmbab mõningaid metalle magnet. Ilmselgelt, kui kahte tüüpi jõude, mida objektid võivad üksteisele avaldada, võib neid tõmmata gravitatsioon ja tõmmata või tõrjuda elektromagnetism.

Einstein soovis ühendada need kaks jõudu "ühtse välja teooriaks". Selleks venitas ta aegruumi viieks mõõtmeks. Koos kolme ruumilise ja ühe ajalise mõõtmega lisas ta viienda mõõtme, mis pidi olema nii väike ja kokkuvarisenud, et me ei näinud seda.

See ei töötanud ja Einstein raiskas 30 aastat otsimisele. Ta suri 1955. aastal ja tema ühtset väljateooriat ei avaldatud kunagi. Kuid järgmisel kümnendil tekkis sellele teooriale tõsine kandidaat: stringiteooria.

Stringiteooria

Stringiteooria idee on üsna lihtne. Meie maailma põhikomponendid, nagu elektronid, ei ole osakesed. Need on pisikesed aasad või "nöörid". Kuna stringid on nii väikesed, tunduvad need olevat täpid.

Nagu kitarri keeled, on need silmused pingestatud. See tähendab, et nad vibreerivad olenevalt suurusest erinevatel sagedustel. Need vibratsioonid määravad, millist "osakest" iga string esindab. Nööri ühel viisil vibreerimine annab teile elektroni. Teised – midagi muud. Kõik 20. sajandil avastatud osakesed on sama tüüpi nöörid, mis lihtsalt vibreerivad erineval viisil.

Üsna raske on kohe aru saada, miks see hea mõte on. Kuid see sobib kõigile looduses mõjuvatele jõududele: gravitatsioonile ja elektromagnetismile, pluss veel kahele, mis avastati 20. sajandil. Tugevad ja nõrgad tuumajõud toimivad ainult aatomite tillukestes tuumades, mistõttu neid ei olnud võimalik pikka aega tuvastada. Tugev jõud hoiab südamikku koos. Nõrk jõud ei tee tavaliselt midagi, kuid kui ta saab piisavalt jõudu, purustab see tuuma tükkideks: seetõttu on mõned aatomid radioaktiivsed.

Iga teooria kõike peab selgitama kõiki nelja. Õnneks kirjeldab kvantmehaanika kahte tuumajõudu ja elektromagnetismi täielikult. Iga jõudu kannab spetsiaalne osake. Kuid pole ühtegi osakest, mis kannaks gravitatsiooni.

Mõned füüsikud arvavad, et see on olemas. Ja nad kutsuvad seda "gravitoniks". Gravitonitel pole massi, neil on spetsiaalne spin ja nad liiguvad valguse kiirusel. Kahjuks pole neid veel leitud. Ja siin tuleb sisse stringiteooria. See kirjeldab nööri, mis näeb välja täpselt nagu graviton: sellel on õige pöörlemine, sellel puudub mass ja see liigub valguse kiirusel. Esimest korda ajaloos on relatiivsusteooria ja kvantmehaanika leidnud ühise keele.

1980. aastate keskel paelus füüsikuid stringiteooria. "1985. aastal mõistsime, et stringiteooria lahendab hunniku probleeme, mis on inimesi vaevanud viimased 50 aastat," ütleb Barrow. Kuid tal oli ka probleeme.

Esiteks, "me ei mõista täpselt, mis on stringiteooria, " ütleb Philip Candelas Oxfordi ülikoolist. "Me ei oska teda hästi kirjeldada."

Lisaks näivad mõned prognoosid veidrad. Kui Einsteini ühtne väljateooria tugineb täiendavale peidetud dimensioonile, siis stringiteooria lihtsamad vormid nõuavad 26 mõõdet. Neid on vaja selleks, et ühendada matemaatika teooria sellega, mida me universumist juba teame.

Täiustatud versioonid, mida tuntakse kui "superstringiteooriaid", saavad hakkama kümne mõõtmega. Kuid isegi see ei sobi kokku kolme mõõtmega, mida me Maal jälgime.

"Sellega saab hakkama, eeldades, et ainult kolm mõõdet on meie maailmas laienenud ja muutunud suuremaks," ütleb Barrow. "Teised on kohal, kuid jäävad fantastiliselt väikeseks."

Nende ja muude probleemide tõttu ei meeldi paljudele füüsikutele stringiteooria. Ja nad pakuvad veel ühte teooriat: ahela kvantgravitatsiooni.

Loop kvantgravitatsioon

See teooria ei sea endale ülesandeks ühendada ja kaasata kõike, mis on osakeste füüsikas. Selle asemel püüab ahela kvantgravitatsioon lihtsalt tuletada gravitatsiooni kvantteooriat. See on piiratum kui stringiteooria, kuid mitte nii tülikas. Silmuskvantgravitatsioon eeldab, et aegruum jaguneb väikesteks tükkideks. Eemalt näeb see välja nagu sile leht, kuid lähemal vaatlusel on näha hunnikut joonte või silmustega ühendatud punkte. Need väikesed kiud, mis on kokku kootud, selgitavad gravitatsiooni. See idee on sama arusaamatu kui stringiteooria ja sellel on sarnased probleemid: puuduvad eksperimentaalsed tõendid.

Miks nende teooriate üle ikka veel vaieldakse? Võib-olla me lihtsalt ei tea piisavalt. Kui on suuri nähtusi, mida me pole kunagi näinud, siis saame püüda aru saada suurest pildist ja hiljem saame puuduolevad pusletükid kätte.

"On ahvatlev arvata, et oleme kõik leidnud," ütleb Barrow. - Aga oleks väga kummaline, kui me 2015. aastaks teeksime kõik vajalikud vaatlused, et saada kõige kohta teooria. Miks see peab nii olema?"

On ka teine ​​probleem. Neid teooriaid on raske testida, suuresti seetõttu, et neil on äärmiselt jõhker matemaatika. Candelas püüdis aastate jooksul leida viisi stringiteooria testimiseks, kuid ta ei suutnud seda kunagi teha.

"Peamine takistus stringiteooria edendamisel on matemaatika väheareng, mis peaks kaasnema füüsikauuringutega," ütleb Barrow. "See on varajases staadiumis, veel on palju uurida."

See tähendab, et stringiteooria on endiselt paljulubav. "Aastate jooksul on inimesed püüdnud integreerida gravitatsiooni ülejäänud füüsikaga, " ütleb Candelas. "Meil oli teooriaid, mis selgitasid hästi elektromagnetismi ja muid jõude, kuid mitte gravitatsiooni. Püüame neid ühendada stringiteooriaga.

Tegelik probleem on selles, et kõige teooriat võib olla lihtsalt võimatu tuvastada.

Kui stringiteooria 1980. aastatel populaarseks sai, oli sellest tegelikult viis versiooni. "Inimesed hakkasid muretsema," ütleb Barrow. "Kui see on kõige teooria, siis miks on neid viis?" Järgmise kümnendi jooksul avastasid füüsikud, et neid teooriaid saab üksteiseks muuta. Need on lihtsalt erinevad viisid sama asja nägemiseks. Tulemuseks oli M-teooria, mis esitati 1995. aastal. See on stringiteooria süvaversioon, mis sisaldab kõiki varasemaid versioone. Noh, me oleme vähemalt tagasi ühtse teooria juurde. M-teooria nõuab ainult 11 dimensiooni, mis on palju parem kui 26. M-teooria ei paku aga ühtset teooriat kõige kohta. Ta pakub neid miljardeid. Kokku pakub M-teooria meile 10 ^ 500 teooriat, mis kõik on loogiliselt järjekindlad ja suudavad universumit kirjeldada.

See tundub hullem kui kasutu, kuid paljud füüsikud usuvad, et see viitab sügavamale tõele. Võib-olla on meie universum üks paljudest, millest igaüht kirjeldab üks triljonitest M-teooria versioonidest. Ja seda hiiglaslikku universumite kogumit nimetatakse "".

Algusaegadel oli multiversum nagu "suur vaht, mis koosneb igasuguse kuju ja suurusega mullidest," ütleb Barrow. Seejärel iga mull laienes ja sellest sai universum.

"Me oleme ühes neist mullidest," ütleb Barrow. Kui mullid laienesid, võis nende sees tekkida teisi mullikesi, uusi universumeid. "Selle käigus on sellise universumi geograafia muutunud tõsiselt keeruliseks."

Igas mulliuniversumis kehtivad samad füüsikalised seadused. Seetõttu käitub meie universumis kõik ühtemoodi. Kuid teistel universumitel võivad olla erinevad seadused. Sellest sünnib kummaline järeldus. Kui stringiteooria on tõepoolest parim viis relatiivsusteooria ja kvantmehaanika ühendamiseks, siis mõlemad on ja ei saa olema kõige teooria.

Ühest küljest võib stringiteooria anda meile meie universumi täiusliku kirjelduse. Kuid see viib paratamatult ka selleni, et kõik triljonid teistest universumitest on ainulaadsed. Suureks muutuseks mõtlemises on see, et me ei oota enam kõike ühtset teooriat. Kõige kohta võib olla palju teooriaid, millest igaüks on omal moel tõsi.

See tekst tutvustab uusi tulemusi neuroteaduse valdkonnas ja lahendusi paljudele lahendamata füüsikaprobleemidele. See ei käsitle metafüüsilisi küsimusi ja põhineb teaduslikult kontrollitavatel andmetel, vaid puudutab elu, surma ja universumi tekkega seotud filosoofilisi teemasid.
Võttes arvesse teabe keerukust ja rikkalikkust, võib osutuda vajalikuks seda mitu korda lugeda, et mõista, vaatamata meie pingutustele, et lihtsustada keerulisi teaduslikke mõisteid.



1. peatükk
Jumal on neuronites







Inimese aju on ligikaudu saja miljardi neuroni võrgustik. Erinevad aistingud moodustavad närviühendusi, mis taastoodavad erinevaid emotsioone. Sõltuvalt neuronite stimulatsioonist muutuvad mõned ühendused tugevamaks ja tõhusamaks, teised aga nõrgenevad. Seda nimetatakse neuroplastilisus.

Muusikatudeng loob muusikalise loovuse arendamiseks tugevamaid närvisidemeid kahe ajupoolkera vahel. Peaaegu iga annet või oskust saab treenides arendada.

Rudiger Gamm pidas end lootusetuks õpilaseks ega saanud hakkama isegi elementaarse matemaatikaga. Ta hakkas arendama oma võimeid ja temast sai inimkalkulaator, mis on võimeline tegema äärmiselt keerulisi arvutusi. Ratsionaalsus ja emotsionaalne vastupidavus toimivad samamoodi. Närviühendusi saab tugevdada.

Kui sa midagi teed, muudad sa füüsiliselt oma aju, et saavutada paremaid tulemusi. Kuna see on aju peamine ja põhimehhanism, võib eneseteadvus meie elukogemust oluliselt rikastada.



Sotsiaalne neuroloogia



Spetsiaalsed neuronid ja neurotransmitterid, nagu norepinefriin, käivitavad kaitsemehhanismi, kui tunneme, et meie mõtteid tuleb välismõjude eest kaitsta. Kui kellegi arvamus erineb meie omast, siis satuvad ajju samad kemikaalid, mis tagavad meie ellujäämise ohtlikes olukordades.








Selles kaitsvas olekus rohkem aju primitiivne osa segab ratsionaalset mõtlemist ja Limbiline süsteem võib blokeerida meie töömälu, põhjustades füüsiliselt "piiratud mõtlemist".

Seda võib näha hirmutamisel või pokkerit mängides või kui keegi on vaidluses kangekaelne.

Nii väärtuslik kui idee on, ei suuda aju sellises olekus seda töödelda. Neuraalsel tasandil tajub ta seda ohuna, isegi kui need on kahjutud arvamused või faktid, millega me muidu nõustuksime.

Kui aga väljendame end ja meie seisukohti hinnatakse, siis kaitseainete tase ajus langeb ning dopamiini ülekanne aktiveerib tasu neuroneid ning tunneme oma jõudu ja enesekindlust. Meie uskumused mõjutavad oluliselt meie keha keemiat. See on koht, kus platseeboefekt põhineb. Enesehinnang ja enesekindlus on seotud neurotransmitteri serotoniiniga.

Selle tõsine puudumine põhjustab sageli depressiooni, ennasthävitavat käitumist ja isegi enesetappu. Kui ühiskond meid väärtustab, tõstab see ajus dopamiini ja serotoniini taset ning võimaldab vabastada end emotsionaalsest fikseerimisest ja tõsta eneseteadvuse taset.



Peegelneuronid ja teadvus



Sotsiaalpsühholoogia viitab sageli inimese põhivajadusele "leida oma koht" ja nimetab seda "normatiivseks sotsiaalseks mõjutamiseks". Vananedes kujundab meie moraalset ja eetilist kompassi peaaegu täielikult väliskeskkond. Seega põhineb meie tegevus sageli sellel, kuidas ühiskond meid hindab.








Kuid neuroteaduste uued tõendid annavad meile selgema arusaama kultuurist ja isiksusest. Uued neuroloogilised uuringud on kinnitanud empaatiliste peegelneuronite olemasolu.

Kui kogeme emotsioone või sooritame tegevusi, süttivad teatud neuronid. Kuid kui näeme kedagi teist seda tegemas või kujutame ette, süttivad paljud samad neuronid, nagu teeksime seda ise. Need empaatilised neuronid ühendavad meid teiste inimestega ja võimaldavad meil tunda, mida teised tunnevad.

Kuna need samad neuronid reageerivad meie kujutlusvõimele, saame neilt emotsionaalset tagasisidet samamoodi nagu teiselt inimeselt. See süsteem annab meile võimaluse enesevaatluseks.

Peegelneuronid ei tee vahet enda ja teiste vahel. Seetõttu oleme nii sõltuvad teiste hinnangust ja soovist kohaneda.

Oleme pidevalt allutatud duaalsusele selle vahel, kuidas me ennast näeme ja kuidas teised meid tajuvad. See võib häirida meie isiksust ja enesehinnangut.






Ajuskaneeringud näitavad, et me kogeme neid negatiivseid emotsioone enne, kui me neid isegi mõistame. Kuid kui oleme eneseteadlikud, saame muuta valesid emotsioone, sest suudame kontrollida neid käivitavaid mõtteid.

See on neurokeemiline tagajärg sellele, kuidas mälestused tuhmuvad ja kuidas need valgusünteesi kaudu taastatakse.

Introspektsioon mõjutab tugevalt aju tööd, aktiveerides neokortikaalseid eneseregulatsiooni piirkondi, mis võimaldavad meil oma tunnete üle tugevat kontrolli. Kui me seda teeme, suureneb meie ratsionaalsus ja emotsionaalne stabiilsus. Ilma enesekontrollita on suurem osa meie mõtetest ja tegudest impulsiivsed ning asjaolu, et me reageerime juhuslikult ega tee teadlikku valikut,

ärritab meid instinktiivselt.






Selle kõrvaldamiseks püüab aju õigustada meie käitumist ja kirjutab mälestusi füüsiliselt ümber mälu taastamise abil, pannes meid uskuma, et me kontrollisime oma tegevust. Seda nimetatakse retrospektiivseks ratsionaliseerimiseks, mis jätab enamiku meie negatiivsetest emotsioonidest lahendamata ja need võivad igal ajal lahvatada. Nad toidavad sisemist ebamugavust, samal ajal kui aju õigustab jätkuvalt meie irratsionaalset käitumist. Kogu see alateadvuse keeruline ja peaaegu skisofreeniline käitumine on meie aju tohutute paralleelselt hajutatud süsteemide töö.



Teadvusel pole kindlat keset. Nähtav ühtsus on seotud sellega, et iga individuaalne ahel aktiveerub ja avaldub konkreetsel ajahetkel. Meie kogemused muudavad pidevalt meie närviühendusi, muutes füüsiliselt meie teadvuse paralleelset süsteemi. Sellesse otsesel sekkumisel võivad olla sürreaalsed mõjud, mis tekitab küsimusi selle kohta, mis on teadvus ja kus see asub.



Kui vasak ajupoolkera on paremast eraldatud, nagu lõhestunud ajuga patsientide puhul, säilib teil vasaku poolkeraga rääkimise ja mõtlemise võime, samas kui parema ajupoolkera kognitiivsed võimed on tugevalt piiratud. Vasak poolkera ei kannata parema puudumise tõttu, kuigi see muudab teie arusaama tõsiselt.

Näiteks ei pruugi sa kirjeldada kellegi paremat näopoolt, kuid sa märkad seda, sa ei näe selles probleemi ega saa isegi aru, et midagi on muutunud. Kuna see ei mõjuta mitte ainult teie ettekujutust reaalsest maailmast, vaid ka teie vaimseid kujutluspilte, pole see ainult tajuprobleem, vaid teadvuse põhimõtteline muutus.



Jumal on neuronites



Igal neuronil on elektripinge, mis muutub ioonide mõjul

puuri siseneda või sealt lahkuda. Kui pinge jõuab teatud tasemeni, saadab neuron elektrilise signaali teistele rakkudele, kus protsess kordub.

Kui paljud neuronid kiirgavad signaali samal ajal, saame seda mõõta lainekujuna.

Ajulained vastutavad peaaegu kõige eest, mis meie ajus toimub, sealhulgas mälu, tähelepanu ja isegi intelligentsuse eest.

Erineva sagedusega võnkumisi klassifitseeritakse alfa-, beeta- ja gamma-laineteks. Iga lainetüüp on seotud erineva ülesandega. Lained võimaldavad ajurakkudel häälestuda ülesandele sobivale sagedusele, ignoreerides kõrvalisi signaale.

Samamoodi nagu raadio häälestatakse raadiojaama lainele. Informatsiooni edastamine neuronite vahel muutub optimaalseks, kui nende tegevus on sünkroniseeritud.

Seetõttu kogeme kognitiivset dissonantsi – ärritust, mille põhjustavad kaks kokkusobimatut ideed. Tahe on soov vähendada dissonantsi iga aktiivse närviahela vahel.



Evolutsiooni võib vaadelda kui sama protsessi, kus loodus püüab kohaneda ehk keskkonnaga "resoneerida". Nii arenes ta tasemele, kus ta saavutas eneseteadvuse ja hakkas mõtlema enda olemasolule.

Kui inimene seisab silmitsi eesmärgi poole püüdlemise paradoksi ja mõttega, et olemasolu on mõttetu, tekib kognitiivne dissonants.






Seetõttu pöörduvad paljud inimesed vaimsuse ja religiooni poole, tõrjudes teadust, mis ei suuda anda vastust eksistentsiaalsetele küsimustele: kes ma olen? ja milleks ma olen?



MA OLEN...



«Peegelneuronid ei tee vahet enda ja teiste vahel. „

Vasak ajupoolkera vastutab suures osas sidusate uskumussüsteemide loomise eest, mis säilitavad meie elus järjepidevuse tunde.

Uut kogemust võrreldakse olemasoleva uskumussüsteemiga ja kui see sinna ei sobi, siis lükatakse see lihtsalt tagasi. Tasakaaluks on parem ajupoolkera, mis mängib vastupidist rolli.



Kui vasak poolkera kipub mustrit säilitama, siis parem poolkera pidevalt

seab status quo kahtluse alla. Kui erinevused on liiga suured, sunnib parem ajupoolkera oma maailmavaadet ümber vaatama. Kuid kui meie veendumused on liiga tugevad, ei pruugi parem aju meie tagasilükkamisest jagu saada. See võib muuta teiste peegeldamise väga keeruliseks.

Kui meie uskumusi määravad närviühendused ei ole arenenud või ei ole aktiivsed, täitub meie teadvus, kõigi aktiivsete ahelate ühtsus peegelneuronite tegevusega, täpselt nagu siis, kui oleme näljased, täitub meie teadvus närviprotsessidega, mis on seotud toitumine.



See ei tulene sellest, et keskne ise annab aju eri piirkondadele käske.

Kõik ajuosad võivad olla aktiivsed ja passiivsed ning suhelda ilma keskse tuumata. Nii nagu ekraanil olevad pikslid võivad voltida äratuntavateks kujutisteks, võib närviliste interaktsioonide rühm väljendada end teadvusena.

Iga hetk oleme teistsugune pilt. Kui me peegeldame teisi, kui oleme näljased, kui vaatame seda filmi. Iga sekund muutume erinevaks inimeseks, läbides erinevaid seisundeid.

Kui vaatame end läbi peegelneuronite, loome idee individuaalsusest.

Kuid kui teeme seda teadusliku arusaamaga, näeme midagi täiesti erinevat.






Neuraalsed interaktsioonid, mis loovad meie teadvuse, ulatuvad meie neuronitest palju kaugemale. Oleme ajupoolkerade ja meie meelte vahelise elektrokeemilise interaktsiooni tulemus, ühendades meie neuroneid teiste meie keskkonna neuronitega. Midagi välist pole. See ei ole hüpoteetiline filosoofia, see on peegelneuronite põhiomadus, mis võimaldab meil mõista ennast läbi teiste.



Oleks vale pidada seda närvitegevust omaks, välistades keskkonda. Evolutsioon peegeldab ka meie superorganismi külgi, kus meie kui primaatide ellujäämine sõltus kollektiivsetest võimetest.

Aja jooksul on välja kujunenud neokortikaalsed piirkonnad, mis võimaldavad grupi hüvanguks instinktiivseid muutusi ja hedooniliste impulsside mahasurumist. Meie geenid hakkasid superorganismi struktuurides arendama vastastikust sotsiaalset käitumist, loobudes sellega "kõige tugevama ellujäämise" ideest.



Aju töötab kõige tõhusamalt siis, kui aju arenenud piirkondade ja vanemate ja primitiivsemate piirkondade vahel puudub dissonants. See, mida me nimetame "isekateks kalduvusteks", on vaid piiratud tõlgendus isekast käitumisest, kus inimese omadusi tajutakse läbi vale individuaalsuse paradigma ...

... teadusliku pilgu asemel, kes me oleme – hetkeline, pidevalt muutuv pilt

ühtne tervik ilma keskmeta.



Selle uskumussüsteemi psühholoogiline tagajärg on eneseteadlikkus ilma kujuteldava "minaga" sidumiseta, mis suurendab vaimset selgust, sotsiaalset teadvust, enesekontrolli ja seda, mida sageli nimetatakse "siin ja praegu olemiseks".






On arvamus, et moraalsete väärtuste kujundamiseks vajame ajalugu, kronoloogilist vaadet oma elule.

Kuid meie kaasaegne arusaam aju empaatilisest ja sotsiaalsest olemusest näitab, et puhtalt teaduslik vaade, viitamata individuaalsusele ja "ajaloole", annab palju täpsema, konstruktiivsema ja eetilisema mõistesüsteemi kui meie erinevad väärtused.



See on mõistlik, sest meie tavapärane kalduvus määratleda end kujuteldava indiviidi konstantina surub aju kognitiivsete häirete poole, nagu obsessiivsed stereotüübid ja vajadus seada ootusi.






Kogu meie suhtluse keskmes on tung klassifitseerida. Kuid liigitades ego sisemiseks ja keskkonna väliseks, piirame omaenda neurokeemilisi protsesse ja kogeme kujuteldavat sideme katkemise tunnet.

Isiklikku kasvu ja selle kõrvalmõjusid, nagu õnn ja rahulolu, stimuleeritakse, kui me ei ole oma suhtluses stereotüüpsed.



Meil võivad olla erinevad vaated ja me ei nõustu üksteisega, kuid vastastikmõjud, mis aktsepteerivad meid sellistena, nagu me oleme, ilma hinnanguteta, muutuvad neuropsühholoogilisteks katalüsaatoriteks, mis stimuleerivad aju.

aktsepteerima teisi ja aktsepteerima ratsionaalselt demonstreeritavaid uskumussüsteeme ilma kognitiivse dissonantsita.

Selle närvitegevuse ja interaktsiooni stimuleerimine eemaldab vajaduse segajate ja meelelahutuse järele ning loob meie keskkonnas konstruktiivse käitumise tsüklid. Sotsioloogid on leidnud, et sellised nähtused nagu suitsetamine ja ülesöömine, emotsioonid ja ideed levivad kogu ühiskonnas samamoodi nagu neuronite elektrilised signaalid edastatakse nende tegevuse sünkroniseerimisel.






Oleme ülemaailmne neurokeemiliste reaktsioonide võrgustik. Ise arenev tunnustamise ja tunnustamise tsükkel, mida toetavad igapäevased otsused, on ahelreaktsioon, mis lõpuks määrab meie kollektiivse võime ületada tajutud erinevusi ja vaadata elu selle universaalses struktuuris.

2. peatükk
Universumi struktuur



Chireni uurimistöö käigus olen esitanud lihtsustatud, kuid põhjaliku ülevaate tema praegustest tulemustest.

See on üks ühendamistöö tõlgendusi kvantfüüsika ja relatiivsusteooria.

See teema on keeruline ja võib olla raskesti mõistetav. See sisaldab ka mõningaid filosoofilisi tagajärgi, mida epiloogis puudutatakse.



Viimase sajandi jooksul on toimunud palju hämmastavaid edusamme, mis on viinud maailma mõistmise teadussüsteemi muutumiseni. Einsteini relatiivsusteooria näitas, et aeg ja ruum moodustavad ühtse kanga. A Niels Bohr paljastas mateeria põhikomponendid tänu kvantfüüsikale – väljale, mis eksisteerib vaid "abstraktse füüsikalise kirjeldusena".








Pärast seda Louis de Broglie avastas, et igal ainel, mitte ainult footonitel ja elektronidel, on kvant laine-osakeste duaalsus ... Need viisid uute reaalsuse olemust käsitlevate koolkondade, aga ka populaarsete metafüüsiliste ja pseudoteaduslike teooriate tekkimiseni.

Näiteks see, et inimmõistus saab positiivse mõtlemise kaudu universumit valitseda. Need teooriad on atraktiivsed, kuid neid ei saa kontrollida ja need võivad takistada teaduse arengut.



Einsteini eri- ja üldrelatiivsusteooria seadusi kasutatakse tänapäevastes tehnoloogiates, näiteks GPS-satelliitides, kus arvutuste täpsus võib hälbida rohkem kui 10 km päevas, kui mitte arvestada selliseid tagajärgi nagu aja dilatatsioon. See tähendab, et liikuva kella puhul möödub aeg aeglasemalt kui seisva kella puhul.








Teised relatiivsusteooria mõjud on liikuvate objektide pikkuse lühenemine ja samaaegsuse relatiivsus, mistõttu ei saa kindlalt väita, et kaks sündmust toimuvad korraga, kui need on ruumis eraldatud.

Miski ei liigu valguse kiirusest kiiremini. See tähendab, et kui 10 valgussekundi pikkune toru lükatakse ette, kulub 10 sekundit, et tegevus toimuks teisel pool. Ilma 10-sekundilise ajaintervallita ei eksisteeri toru tervikuna.

Asi ei ole meie vaatluste piiratuses, vaid relatiivsusteooria otseses tagajärjes, kus aeg ja ruum on omavahel seotud ning üks ei saa eksisteerida ilma teiseta.

Kvantfüüsika annab matemaatilise kirjelduse paljudest laine-osakeste duaalsuse ning energia ja aine vastastikusest mõjust. See erineb klassikalisest füüsikast eeskätt aatomi- ja subatomilisel tasandil. Need matemaatilised sõnastused on abstraktsed ja nende järeldused on sageli ebaintuitiivsed.



Kvant on interaktsioonis osaleva mis tahes füüsilise olemi minimaalne ühik. Elementaarosakesed - universumi põhikomponendid. Need on osakesed, millest kõik teised osakesed koosnevad. Klassikalises füüsikas saame objekti alati väiksemateks osadeks jagada, kvantfüüsikas on see võimatu.

Seetõttu on kvantmaailm suur hulk ainulaadseid nähtusi, mida ei saa seletada klassikaliste seadustega. Näiteks, kvantpõimumine, fotoelektriline efekt , Comptoni hajumine ja palju muud.








Kvantmaailmal on palju ebatavalisi tõlgendusi. Kõige laialdasemalt aktsepteeritud on Kopenhaageni tõlgendus ja Paljude maailmade tõlgendus. Alternatiivsed tõlgendused, nagu "holograafiline universum", koguvad hoogu.



De Broglie võrrandid



Kuigi kvantfüüsika ja Einsteini relatiivsusseadused on universumi teaduslikuks mõistmiseks võrdselt olulised, on palju lahendamata teaduslikke probleeme ja veel ühtki ühendavat teooriat.

Mõned praegustest küsimustest on järgmised: Miks on universumis rohkem jälgitavat ainet kui antiainet? Mis on ajatelje olemus? Mis on massi päritolu?

Mõned kõige olulisemad vihjed nendele probleemidele on de Broglie võrrandid, mille eest ta pälvis Nobeli füüsikaauhinna.

See valem näitab, et kogu ainel on laine-osakeste duaalsus, see tähendab, et mõnel juhul käitub see nagu laine ja teistel - nagu osake. Valem ühendab Einsteini võrrandi E = mc ^ 2 energia kvantloomusega.



Eksperimentaalsed tõendid hõlmavad C60 fullereeni molekulide sekkumist kahe piluga katses. Asjaolu, et meie teadvus koosneb kvantosakestest, on olnud paljude müstiliste teooriate teema.



Ja kuigi kvantmehaanika ja teadvuse suhe on vaevalt nii maagiline, kui esoteerilised filmid ja raamatud väidavad, on tagajärjed tõsised.

Kuna de Broglie võrrandid kehtivad kogu mateeria kohta, võime väita, et C = hf, kus C on teadvus, h on Plancki konstant ja f on sagedus. "C" vastutab selle eest, mida me tajume kui "praegu", kvant, st. , interaktsiooni miinimum, ühik.

Kõikide C-hetkede summa kuni praeguse hetkeni on see, mis kujundab meie nägemuse elust. See ei ole filosoofiline ega teoreetiline väide, vaid kogu mateeria ja energia kvantloomuse otsene tagajärg.

Valem näitab, et elu ja surm on abstraktsed "C" agregaadid.

Teine de Broglie võrrandite tagajärg on see, et aine või energia võnkekiirus ja selle käitumine laine või osakesena sõltub tugiraamistiku sagedusest.

Kiirusest tingitud sageduse suurenemine korreleerub teistega ja põhjustab selliseid nähtusi nagu aja dilatatsioon.

Selle põhjuseks on asjaolu, et aja tajumine ei muutu võrdlusraamistiku suhtes, kus ruum ja aeg on kvantide omadus, mitte vastupidi.



Antiaine ja häirimatu aeg



Suur hadronite põrkur. Šveits

Antiosakesi luuakse kõikjal universumis, kus toimuvad suure energiaga kokkupõrked osakeste vahel. Seda protsessi simuleeritakse kunstlikult osakeste kiirendites.

Samaaegselt ainega tekib ka antiaine. Seega on antiaine puudumine universumis endiselt üks suurimaid lahendamata probleeme füüsikas.

Püüdes antiosakesi elektromagnetväljade abil, saame uurida nende omadusi. Osakeste ja antiosakeste kvantolekud on vastastikku vahetatavad, kui rakendada neile laengukonjugatsiooni ©, pariteedi (P) ja aja tagasipööramise (T) operaatoreid.

See tähendab, et kui teatud antiainest koosnev füüsik teeb laboris katseid, ka antiainest, kasutades keemilisi ühendeid ja antiosakestest koosnevaid aineid, saab ta täpselt samad tulemused, mis tema “materiaalne” kolleeg. Kuid kui need ühinevad, tekib tohutu energiapuhang, mis on võrdeline nende massiga.

Hiljuti avastati Fermi laboris, et sellised kvantid nagu mesonid liiguvad ainest antiainesse ja tagasi kiirusega kolm triljonit korda sekundis.

Arvestades universumit kvantide võrdlusraamis "C", on vaja arvesse võtta kõiki kvantide suhtes kohaldatavaid katsetulemusi. Sealhulgas see, kuidas aine ja antiaine tekib osakeste kiirendites ning kuidas mesonid liiguvad ühest olekust teise.



Sellel on C jaoks tõsine mõju. Kvanti vaatenurgast on igal "C" momendil anti-C. See seletab sümmeetria ehk antiaine puudumist universumis ning on seotud ka emitteri ja neelduja meelevaldse valikuga Wheeler-Feynmani neeldumisteoorias.

Häirimatu aeg T on määramatuse põhimõttes aeg või tsükkel, mis on vajalik kvantide eksisteerimiseks.

Nii nagu mesonite puhul, on meie isikliku ajataju ehk praeguse hetke ulatuse piiriks üleminek "C"-lt "anti-C-le". See enesehävitamise hetk ja selle "C" tõlgendus on suletud abstraktse ajatelje raamidesse.



Kui defineerida interaktsioon ja arvestada kvanti osakeste-laine dualismi põhiomadusi, koosnevad kõik interaktsioonid interferentsist ja resonantsist.

Kuid kuna sellest ei piisa põhijõudude selgitamiseks, on vaja kasutada erinevaid mudeleid. See hõlmab standardmudelit, mis vahendab teadaolevate subatomaarsete osakeste dünaamikat jõukandjate kaudu, ja üldrelatiivsusteooriat, mis kirjeldab selliseid makroskoopilisi nähtusi nagu planeetide orbiidid, mis järgivad ruumis ellipsit ja spiraalid aegruumis. Kuid Einsteini mudel ei ole kvanttasandil rakendatav ja standardmudel vajab massi päritolu selgitamiseks täiendavaid jõukandjaid. Kahe mudeli ühendamine või kõige teooria

on paljude seni ebaõnnestunud uuringute teema.



Kõige teooria



Kvantmehaanika on puhtalt matemaatilised kirjeldused, mille praktilised järeldused on sageli intuitsiooniga vastuolus. Klassikalisi mõisteid nagu pikkus, aeg, mass ja energia saab kirjeldada sarnaselt.

De Broglie võrrandite põhjal saame need mõisted asendada abstraktsete vektoritega. Selline tõenäosuslik lähenemine olemasolevatele füüsika põhikontseptsioonidele võimaldab ühendada kvantmehaanikat Einsteini relatiivsusteooriaga.



De Broglie võrrandid näitavad, et kõik võrdlusraamid on kvant, sealhulgas kogu aine ja energia. Osakeste kiirendid on näidanud, et aine ja antiaine tekivad alati samal ajal.

Paradoks, kuidas tegelikkus tekib abstraktsetest vastastikku hävitatud komponentidest, saab seletada kvantide kui võrdlusraamistiku abil.

Lihtsamalt öeldes peame vaatama asju läbi footoni silmade. Võrdlusraam on alati kvant ja määrab, kuidas aegruumi kvanteeritakse.

Kui süsteem "suureneb" või "väheneb", juhtub sama asi aegruumiga. Kvantmehaanikas kirjeldatakse seda matemaatiliselt lainefunktsiooni tõenäosuse amplituudina ning Einsteini teoorias aja dilatatsiooni ja pikkuse kontraktsioonina.

Kvanti tugiraamistiku jaoks saab massi ja energiat defineerida ainult abstraktsete tõenäosustena või, et olla täpsem ja luua matemaatiline alus, vektoritena, mis eksisteerivad ainult siis, kui eeldame ajatelge. Neid saab määratleda kui interferentsi või resonantsi tugiraamistikuga, mis määratleb minimaalse ühiku või aegruumi konstandi "c", mis on samaväärne Plancki konstandiga kvantmehaanikas.

Katsed näitavad, et aine muundamine energiaks läbi antiaine tekitab vastupidise hooga gammakiirgust. See, mis näib olevat transformatsioon, on suhe vastandvektorite vahel, mida tõlgendatakse kui kaugust ja aega, ainet ja antiainet, massi ja energiat või interferentsi ja resonantsi abstraktsel "C" ajateljel.

Vastandvektorite summa on alati null. Just sellest tulenevad füüsikas sümmeetria ehk jäävusseadused ehk miks kiirusel "c" on aeg ja ruum pikkuse lühenemise ja aja aeglustumise tõttu võrduvad nulliga. Selle tagajärjeks on Heisenbergi määramatuse printsiip, mis väidab, et teatud füüsikaliste omaduste paare, nagu asend ja impulss, ei saa üheaegselt suure täpsusega teada.



Teatud mõttes on üksikosake oma väli. See ei seleta meie järjepidevuse tunnet, kus C hävitab end oma nõutavas vahemikus. Kuid kui neid vektoreid eksponentsiaalselt võimendatakse või kiirendatakse ajatelje suhtes ja sees, võivad põhijõude kirjeldavad põhilised matemaatilised algoritmid genereerida pidevat reaalsust.

abstraktsetest komponentidest.

Seetõttu kasutatakse harmoonilise liikumise võrrandeid paljudes perioodiliste nähtustega seotud füüsikavaldkondades, näiteks kvantmehaanikas ja elektrodünaamikas. Ja nii väidab Einsteini samaväärsuse printsiip, millest tuleneb aegruumi mudel, et gravitatsioonil ja kiirendusel pole vahet.

Sest gravitatsioon on jõud vaid siis, kui seda vaadelda võnkuvas tugiraamistikus.

Seda illustreerib logaritmiline spiraal, mis taandub spiraalseks spiraaliks võrdlusraamis, mis põhjustab objektide pöörlemist ja liikumist orbiitidel. Näiteks kaks kasvavat õuna kasvavas võrdlusraamistikus näevad välja nagu nad tõmbaksid teineteist, samas kui suurus näib olevat sama.

Häiretega ilmneb vastupidine. Lihtsamalt öeldes määrab objektide suuruse suurenemise või vähenemise, kui me läheneme või kaugeneme, tugiraamistiku nihkumine, nagu raadio, mis häälestub erinevatele lainetele, et raadiojaama üles võtta.



See kehtib ka gravitatsiooni kohta. Tegelikult, olenemata mis tahes võrdlusraamistikust, pole fundamentaalseid jõude. Kõik interaktsioonid meie abstraktses järjepidevuses on matemaatiliselt kirjeldatavad interferentsi ja resonantsi kaudu, kui võtta arvesse pidevalt muutuvat ja kõikuvat miinimumühikut ehk kvanti.

Eksperimentaalsed tõendid sisaldavad standardmudelis nähtamatut efekti, kus me näeme mõjuvaid jõude, kuid mitte jõukandjaid.



Kvantsuperpositsioon



Reaalsuse järjepidevus ei nõua, et kvantid oleksid ajas järjepidevad. Kvant ei ole ühegi ruumi ja aja mõiste subjekt ning võib samaaegselt hõivata kõik oma võimalikud kvantseisundid. Seda nimetatakse kvantsuperpositsiooniks ja seda on demonstreeritud näiteks topeltpilu eksperimendis või kvantteleportatsioonis, kus iga elektron universumis võib olla sama elektron. Ainus nõue abstraktsele ajateljele ja reaalsuse järjekindlale järjepidevusele on mudeli või abstraktse vektorite jada kirjeldamise algoritm.

Kuna see järjepidevus määrab meie eneseteadvuse võime, allutab see meid oma matemaatilistele tagajärgedele – füüsika põhiseadustele.

Interaktsioon on lihtsalt abstraktse mudeli tõlgendamine. Seetõttu annab kvantmehaanika ainult matemaatilisi kirjeldusi – ta suudab kirjeldada ainult lõpmatute tõenäosuste piires mudeleid.

Kui tõenäosust väljendatakse kui "C", kehastab hetkemomendi või tõenäosusvahemiku "C" kirjeldamiseks vajalik teave ka ajatelge. Ajatelje olemus on üks suuremaid lahendamata küsimusi füüsikas, mis toob kaasa palju uusi populaarseid tõlgendusi.

Näiteks holograafiline printsiip – osa kvantgravitatsioonist ja stringiteooriast – viitab sellele, et kogu universumit võib vaadelda kui lihtsalt kahemõõtmelist infostruktuuri.



Aeg



Traditsiooniliselt seostame ajatelje mõiste sündmuste jadaga, mida kogeme lühi- ja pikaajaliste mälestuste jada kaudu. Meil võivad olla ainult mälestused minevikust, mitte tulevikust, ja oleme alati eeldanud, et see peegeldab aja möödumist.

Teadlased hakkasid selles loogikas kahtluse alla seadma alles siis, kui kvantmehaanika avastused näitasid, et mõned nähtused ei ole seotud meie ajakontseptsiooniga ja et meie arusaam ajast on lihtsalt vaadeldavate parameetrite muutuste tajumine.

See kajastub ka aja dilatatsioonis ja pikkuse kokkutõmbumises, mis on üks põhjusi, miks Einstein kehtestas, et aeg ja ruum on üks kangas.

Absoluutses mõttes aja mõiste ei erine kauguse mõistest.

Sekundid on võrdsed kergete sekunditega, kuid välistavad üksteist. Lihtsamalt öeldes: kuna vahemaa ja aeg on vastandlikud, võib aja kulgu tõlgendada kui kella osutite läbitud vahemaad, kuna need liiguvad ajale vastupidises suunas.

Kauguses edasi liikudes liiguvad nad tegelikult nn ajas tagasi. Seetõttu neelab iga minimaalne kogemuse ühik kohe igavesesse praegu.

See tõlgendus kõrvaldab lahkarvamused lainefunktsiooni kokkuvarisemise ja kvantdekoherentsi vahel. Sellised mõisted nagu "elu" ja "surm" on puhtalt intellektuaalsed konstruktsioonid. Ja igasugune religioosne arutluskäik surmajärgse elu kohta maailmas, mis ei allu selle reaalsuse matemaatikaseadustele, on samuti väljamõeldud.



Teine oluline tagajärg on see, et Suure Paugu teooria, kus universum pärineb ühest punktist, on arusaamatus. Traditsiooniline nägemus aegruumist, kus ruum on kolmemõõtmeline ja aeg mängib neljanda dimensiooni rolli, on vale. Kui tahame uurida universumi päritolu, peame vaatama ettepoole, kuna ajavektor "C" on vastupidine selle kauguse vektorile, millest me paisuvat universumit tajume. Kuigi see universumi ajakaart annab ainult abstraktsed mõisted, võtmata arvesse selle kvantalust.



Eksperimentaalsed tõendid hõlmavad universumi paisumise kiirenemist, samuti mustade aukude pöörd- või regressiivset mõõdikut ja paljusid sellega seotud probleeme

Suure Paugu teooriaga, näiteks horisondi probleem.



Neuroloogilised tagajärjed



Need järeldused võivad tekitada küsimusi vaba tahte kohta, sest tundub, et meie ajataju puhul toimub esmalt tegevus ja seejärel teadlikkus.

Enamik uuringuid, mis seda küsimust valgustavad, näitavad, et tegevus toimub tegelikult enne, kui see teoks saab. Kuid deterministlik vaatenurk tugineb väärarusaamale aja kohta, nagu näitavad kvantmehaanika tõenäosuse matemaatilised kirjeldused.



Need tõlgendused on tulevaste neuroloogiliste uuringute jaoks olulised, kuna need näitavad, et iga närviahel on vektor, mis määrab kognitiivse dissonantsi ja interferentsi või resonantsi "C-s". Võime mõista ja teadlikult muuta neid vektoreid, mis on omandatud miljardite aastate jooksul evolutsiooni käigus, kinnitab, kui olulised on meie uskumussüsteemid meie teadlikkuse suurendamisel ja kuidas need mõjutavad meie töömälu, mis vastutab meie võime eest luua seoseid ja närviprotsessid, mis moodustavad tähenduse. See seletab ka seda, et tehisteadvus vajaks võrku.

sõltumatud protsessorid, mitte keeruliste algoritmide lineaarne jada.



Piiratud tõlgendus



Ühtne teooria Athene on lahendus, mis ühendab kvantfüüsika ja relatiivsusteooria. Kuigi see vastab paljudele siin loetletud füüsikaküsimustele, on see minu piiratud tõlgendus tema teadusliku uurimistöö esimestest kuudest.

Olenemata tulemusest on selge, et oleme jõudnud ajastusse, kus teadus on avatud kõigile. Ja kui hoiame interneti kättesaadavana ja neutraalsena, saame kinnitada oma ideid, arendada kujutlusvõimet, luua uusi sidemeid ja jätkata oma arusaama arendamist.

universum ja mõistus.



Epiloog



Kvantmehaanikas oleme õppinud reaalsusele teistmoodi lähenema ja käsitlema kõike tõenäosuste, mitte määratlustena. Matemaatilises mõttes on kõik võimalik.

Nii teaduses kui ka igapäevaelus määrab meie võime tõenäosusi arvutada või arvata meie intellektuaalsest võimest mustreid ära tunda.

Mida avatumad me oleme, seda selgemalt näeme neid mustreid ja lähtume oma tegevuses mõistlikust tõenäosusest.

Kuna meie vasaku ajupoolkera loomuses on tagasi lükata ideid, mis meie praeguste vaadetega ei sobi, siis mida rohkem oleme oma tõekspidamistega seotud, seda vähem suudame enda jaoks teadliku valiku teha. Kuid seda protsessi kontrollides avardame oma eneseteadvust ja suurendame vaba tahet.

Nad ütlevad, et tarkus tuleb vanusega. Kuid avatuse ja skepsisega – peamised teaduslikud põhimõtted – ei ole meil vaja aastakümneid katse-eksitusi, et teha kindlaks, millised meie uskumused võivad olla valed.

Küsimus ei ole selles, kas meie uskumused on tõesed või mitte, vaid selles, kas meie emotsionaalne seotus nendega on kasulik või kahjulik.



Vaba valikut ei eksisteeri seni, kuni oleme emotsionaalselt seotud uskumuste süsteemiga. Kui meil on selle mõistmiseks piisavalt eneseteadlikkust, saame koos töötada, et mõista tõenäosusi, mis meile tegelikult kõige rohkem kasu toovad.

"Kvantmehaanika areng on allutanud meie klassikalised teaduslikud vaated enneolematule kriitikale. Eneseteadvus ja valmisolek revideerida meie hüpoteese, mida teadus ja inimkond pidevalt kontrollivad, määravad kindlaks, mil määral saavutame mõistuse ja universumi sügavama mõistmise.

Füüsika on kõigist teadustest kõige salapärasem. Füüsika annab meile arusaamise ümbritsevast maailmast. Füüsikaseadused on absoluutsed ja kehtivad eranditult kõigile, sõltumata isikutest ja sotsiaalsest staatusest.

See artikkel on mõeldud üle 18-aastastele inimestele.

Kas olete juba 18-aastaseks saanud?

Kvantfüüsika fundamentaalsed avastused

Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein ja paljud teised on inimkonna suured teejuhid imelises füüsikamaailmas, kes nagu prohvetid paljastasid inimkonnale universumi suurimad saladused ja füüsikaliste nähtuste kontrollimise võimaluse. Nende heledad pead lõikasid läbi ebamõistliku enamuse teadmatuse pimeduse ja näitasid nagu juhttäht ööpimeduses teed inimkonnale. Üks neist füüsikamaailma teejuhtidest oli kvantfüüsika isa Max Planck.

Max Planck pole mitte ainult kvantfüüsika rajaja, vaid ka maailmakuulsa kvantteooria autor. Kvantteooria on kvantfüüsika kõige olulisem komponent. Lihtsamalt öeldes kirjeldab see teooria mikroosakeste liikumist, käitumist ja vastastikmõju. Kvantfüüsika rajaja tõi meieni ka palju teisi teadustöid, millest on saanud kaasaegse füüsika nurgakivid:

• soojuskiirguse teooria;
• erirelatiivsusteooria;
• termodünaamika alased uuringud;
• uuringud optika valdkonnas.

Kvantfüüsika teooria mikroosakeste käitumise ja vastasmõju kohta on saanud aluseks kondenseerunud aine füüsikale, elementaarosakeste füüsikale ja kõrgenergiafüüsikale. Kvantteooria selgitab meile paljude meie maailmas toimuvate nähtuste olemust – alates elektrooniliste arvutite toimimisest kuni taevakehade ehituse ja käitumiseni. Selle teooria looja Max Planck võimaldas tänu oma avastusele mõista paljude asjade tõelist olemust elementaarosakeste tasandil. Kuid selle teooria loomine pole kaugeltki teadlase ainus teene. Temast sai esimene, kes avastas universumi põhiseaduse – energia jäävuse seaduse. Max Plancki panust teadusesse saab vaevalt ülehinnata. Lühidalt öeldes on tema avastused hindamatud füüsika, keemia, ajaloo, metoodika ja filosoofia jaoks.

Kvantvälja teooria

Lühidalt öeldes on kvantväljateooria teooria, mis kirjeldab mikroosakesi, samuti nende käitumist ruumis, omavahelist interaktsiooni ja vastastikust muundumist. See teooria uurib kvantsüsteemide käitumist niinimetatud vabadusastmete piires. See ilus ja romantiline nimi ei ütle paljudele meist tegelikult midagi. Mannekeenide puhul on vabadusastmed sõltumatute koordinaatide arv, mis on vajalikud mehaanilise süsteemi liikumise näitamiseks. Lihtsamalt öeldes on vabadusastmed liikumise omadused. Huvitavad avastused elementaarosakeste interaktsiooni valdkonnas tegi Steven Weinberg. Ta avastas nn neutraalse voolu – kvarkide ja leptonite vastasmõju põhimõtte, mille eest sai 1979. aastal Nobeli preemia.

Max Plancki kvantteooria

Kaheksateistkümnenda sajandi üheksakümnendatel asus saksa füüsik Max Planck uurima soojuskiirgust ja sai lõpuks energiajaotuse valemi. Nende uuringute käigus sündinud kvanthüpotees pani aluse 1900. aastal avastatud kvantfüüsikale ja ka kvantväljateooriale. Plancki kvantteooria on see, et soojuskiirgusega toodetud energia kiirgatakse ja neeldub mitte pidevalt, vaid episoodiliselt kvant. Tänu Max Plancki avastusele oli 1900. aasta kvantmehaanika sünniaasta. Mainimist väärib ka Plancki valem. Lühidalt on selle olemus järgmine – see põhineb kehatemperatuuri ja selle kiirguse suhtel.

Aatomi ehituse kvantmehaaniline teooria

Aatomi ehituse kvantmehaaniline teooria on kvantfüüsika ja üldse füüsika üks põhimõistete teooriaid. See teooria võimaldab meil mõista kõige materiaalse struktuuri ja avab saladuseloori selle üle, millest asjad tegelikult koosnevad. Ja selle teooria põhjal tehtud järeldused on üsna ootamatud. Vaatleme lühidalt aatomi ehitust. Millest siis aatom tegelikult koosneb? Aatom koosneb tuumast ja elektronide pilvest. Aatomi alus, selle tuum, sisaldab peaaegu kogu aatomi enda massi - rohkem kui 99 protsenti. Tuumal on alati positiivne laeng ja see määrab keemilise elemendi, mille osa aatom on. Aatomituuma juures on kõige huvitavam see, et see sisaldab peaaegu kogu aatomi massi, kuid võtab samal ajal enda alla vaid kümnetuhandiku selle mahust. Mis sellest järeldub? Ja järeldus on üsna ootamatu. See tähendab, et tihe aine aatomis on vaid üks kümnetuhandik. Ja mis hõivab ülejäänud? Ja kõik muu aatomis on elektronipilv.

Elektrooniline pilv ei ole püsiv ja isegi tegelikult mitte materiaalne aine. Elektronipilv on ainult elektronide ilmumise tõenäosus aatomis. See tähendab, et tuum hõivab aatomis vaid ühe kümnetuhandiku ja kõik muu on tühjus. Ja kui võtta arvesse, et kõik meid ümbritsevad objektid tolmuteradest taevakehade, planeetide ja tähtedeni koosnevad aatomitest, siis selgub, et kõik materiaalne koosneb tegelikult enam kui 99 protsendi ulatuses tühjusest. See teooria tundub täiesti uskumatu ja selle autor vähemalt petlik inimene, sest ümberringi eksisteerivad asjad on kindla konsistentsiga, kaaluga ja puudutatavad. Kuidas saab see tühjusest koosneda? Kas sellesse aine struktuuri teooriasse on sisse pugenud viga? Kuid siin pole viga.

Kõik materiaalsed asjad tunduvad olevat tihedad ainult tänu aatomite vastastikmõjule. Asjadel on kõva ja tihe konsistents ainult aatomitevahelise tõmbe- või tõukejõu tõttu. See tagab kemikaalide kristallvõre tiheduse ja kõvaduse, millest kõik materjal koosneb. Kuid huvitav punkt, näiteks keskkonna temperatuuritingimuste muutmisel võivad aatomitevahelised sidemed, st nende külgetõmbe- ja tõrjumine nõrgeneda, mis viib kristallvõre nõrgenemiseni ja isegi selle hävimiseni. See seletab ainete füüsikaliste omaduste muutumist kuumutamisel. Näiteks raua kuumutamisel muutub see vedelaks ja sellele võib anda mis tahes kuju. Ja kui jää sulab, viib kristallvõre hävimine aine oleku muutumiseni ja tahkest ainest muutub see vedelaks. Need on silmatorkavad näited aatomitevaheliste sidemete nõrgenemisest ja selle tulemusena kristallvõre nõrgenemisest või hävimisest ning võimaldavad ainel muutuda amorfseks. Ja selliste salapäraste metamorfooside põhjus on just selles, et ainult üks kümnetuhandik ainest koosneb tihedast ainest ja kõik muu on tühjus.

Ja ained tunduvad tahked ainult aatomitevaheliste tugevate sidemete tõttu, nõrgendamisel aine muudetakse. Seega võimaldab aatomi ehituse kvantteooria vaadata meid ümbritsevat maailma hoopis teistmoodi.

Aatomiteooria rajaja Niels Bohr pakkus välja huvitava kontseptsiooni, et aatomis olevad elektronid ei eralda energiat pidevalt, vaid ainult nende liikumistrajektooride vahelise ülemineku hetkel. Bohri teooria aitas selgitada paljusid aatomisiseseid protsesse ning tegi läbimurde ka sellistes teadusvaldkondades nagu keemia, selgitades Mendelejevi loodud tabeli piiri. Vastavalt viimasele ajas ja ruumis eksisteerida võivale elemendile on järjekorranumber sada kolmkümmend seitse ja elemendid, mis algavad saja kolmekümne kaheksandast, ei saa eksisteerida, kuna nende olemasolu on vastuolus relatiivsusteooriaga. Samuti selgitas Bohri teooria sellise füüsikalise nähtuse nagu aatomispektrid olemust.

Need on vabade aatomite vastasmõju spektrid, mis tekivad nendevahelisest energiakiirgusest. Sellised nähtused on tüüpilised gaasilistele, aurulistele ja plasma olekus olevatele ainetele. Seega tegi kvantteooria füüsikamaailmas revolutsiooni ja võimaldas teadlastel edeneda mitte ainult selle teaduse, vaid ka paljude sellega seotud teaduste valdkonnas: keemia, termodünaamika, optika ja filosoofia. Ja võimaldas ka inimkonnal tungida asjade olemuse saladustesse.

Aatomite olemuse mõistmiseks, nende käitumise ja vastastikmõju põhimõtete mõistmiseks tuleb inimkonna teadvuses veel palju üle anda. Olles seda mõistnud, suudame mõista meid ümbritseva maailma olemust, sest kõik, mis meid ümbritseb, alustades tolmuosakestest ja lõpetades päikese endaga, ja meie ise - kõik koosneb aatomitest, mille olemus on salapärane ja hämmastav ning peidab endas palju saladusi.