Fizyka kwantowa. W stronę teorii wszystkiego Czym jest teoria wszystkiego

Jak współcześni fizycy teoretyczni opracowują nowe teorie opisujące świat? Co dodają do mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności, aby zbudować „teorię wszystkiego”? Jakie ograniczenia są omawiane w artykułach, które mówią o braku „nowej fizyki”? Na wszystkie te pytania można odpowiedzieć, jeśli rozumiesz, co to jest akcja- obiekt leżący u podstaw wszystkich istniejących teorii fizycznych. W tym artykule wyjaśnię, co fizycy rozumieją przez działanie, a także pokażę, jak można to wykorzystać do zbudowania prawdziwej teorii fizycznej, wykorzystując zaledwie kilka prostych założeń dotyczących właściwości rozważanego systemu.

Od razu ostrzegam: artykuł będzie zawierał formuły, a nawet proste obliczenia. Można je jednak pominąć bez większego uszczerbku dla zrozumienia. Ogólnie biorąc formuły podaję tutaj tylko dla tych zainteresowanych czytelników, którzy z pewnością chcą wszystko rozgryźć samodzielnie.

Równania

Fizyka opisuje nasz świat za pomocą równań, które łączą ze sobą różne wielkości fizyczne - prędkość, siłę, natężenie pola magnetycznego i tak dalej. Prawie wszystkie takie równania są różniczkowe, to znaczy zawierają nie tylko funkcje zależne od wielkości, ale także ich pochodne. Na przykład jedno z najprostszych równań opisujących ruch ciała punktowego zawiera drugą pochodną jego współrzędnej:

Tutaj oznaczyłem drugą pochodną z dwoma punktami (odpowiednio jeden punkt będzie oznaczał pierwszą pochodną). Oczywiście jest to drugie prawo Newtona, odkryte przez niego pod koniec XVII wieku. Newton był jednym z pierwszych, którzy dostrzegli potrzebę napisania równań ruchu w tej postaci, a także rozwinął rachunek różniczkowy i całkowy potrzebny do ich rozwiązania. Oczywiście większość praw fizycznych jest znacznie bardziej skomplikowana niż drugie prawo Newtona. Na przykład układ równań hydrodynamicznych jest tak złożony, że naukowcy nadal nie wiedzą, czy jest on ogólnie rozwiązywalny, czy nie. Problem istnienia i płynności rozwiązań tego systemu jest nawet wpisany na listę „problemów milenijnych”, a Instytut Matematyczny Claya przyznał za jego rozwiązanie nagrodę w wysokości miliona dolarów.

Ale jak fizycy znajdują te równania różniczkowe? Przez długi czas jedynym źródłem nowych teorii był eksperyment. Innymi słowy, naukowiec najpierw zmierzył kilka wielkości fizycznych, a dopiero potem próbował ustalić, w jaki sposób są ze sobą powiązane. Na przykład w ten sposób Kepler odkrył trzy słynne prawa mechaniki nieba, które później doprowadziły Newtona do jego klasycznej teorii grawitacji. Okazało się, że eksperyment wydawał się „wyprzedzić teorię”.

We współczesnej fizyce sprawy układają się nieco inaczej. Oczywiście eksperyment nadal odgrywa bardzo ważną rolę w fizyce. Bez eksperymentalnego potwierdzenia każda teoria jest tylko modelem matematycznym - zabawką dla umysłu, która nie ma nic wspólnego ze światem rzeczywistym. Jednak fizycy uzyskują teraz równania opisujące nasz świat nie przez empiryczne uogólnienie faktów doświadczalnych, ale wyprowadzają je „z pierwszych zasad”, czyli w oparciu o proste założenia dotyczące właściwości opisywanego układu (na przykład czasoprzestrzeń lub elektromagnetyczna). pole). Ostatecznie z eksperymentu wyznaczane są tylko parametry teorii - dowolne współczynniki, które wchodzą w równanie wyprowadzone przez teoretyka. Jednocześnie kluczową rolę w fizyce teoretycznej odgrywają: zasada najmniejszego działania, po raz pierwszy sformułowany przez Pierre'a Maupertuisa w połowie XVIII wieku, a ostatecznie uogólniony przez Williama Hamiltona na początku XIX wieku.

Akcja

Czym jest akcja? W najogólniejszym ujęciu akcja to funkcjonał, który wiąże trajektorie układu (czyli funkcje współrzędnych i czasu) z określoną liczbą. Zasada najmniejszego działania głosi, że: prawda działanie trajektorii będzie minimalne. Aby zrozumieć znaczenie tych modnych słów, rozważmy następujący przykład ilustrujący, zaczerpnięty z Feynman Lectures on Physics.

Załóżmy, że chcemy wiedzieć, jaką trajektorią będzie poruszało się ciało umieszczone w polu grawitacyjnym. Dla uproszczenia przyjmiemy, że ruch jest całkowicie opisany przez wysokość x(T), czyli ciało porusza się wzdłuż linii pionowej. Załóżmy, że wiemy tylko o ruchu, w którym ciało zaczyna się w punkcie x 1 na raz T 1 i dochodzi do punktu x 2 na chwilę T 2 , a całkowity czas podróży wynosi T = T 2 − T jeden . Rozważ funkcję L równa różnicy energii kinetycznej DO i energia potencjalna P: L = DO − P. Zakładamy, że energia potencjalna zależy tylko od współrzędnej cząstki x(T) i kinetyczny - tylko na jego prędkości ẋ (T). Definiujemy również akcja- funkcjonalność S, równa średniej wartości L przez całą podróż: S = ∫ L(x, ẋ , T) D T.

Oczywiście wartość S będzie w znacznym stopniu zależeć od kształtu trajektorii x(T) - właściwie dlatego nazywamy to funkcjonałem, a nie funkcją. Jeśli ciało unosi się zbyt wysoko (trajektoria 2), średnia energia potencjalna wzrośnie, a jeśli zbyt często się zapętli (trajektoria 3), wzrośnie energia kinetyczna – w końcu założyliśmy, że całkowity czas ruchu jest dokładnie równy T, co oznacza, że ​​organizm musi zwiększyć prędkość, aby mieć czas na pokonanie wszystkich zakrętów. W rzeczywistości funkcjonalność S osiąga minimum na pewnej optymalnej trajektorii, czyli odcinku paraboli przechodzącym przez punkty x 1 i x 2 (trajektoria 1). Szczęśliwym zbiegiem okoliczności ta trajektoria pokrywa się z trajektorią przewidzianą przez drugie prawo Newtona.

Przykłady ścieżek łączących punkty x 1 i x 2. Szary oznacza trajektorię uzyskaną przez zmianę rzeczywistej trajektorii. Kierunek pionowy odpowiada osi x, poziome - osie T

Czy to przypadek? Oczywiście nie przez przypadek. Aby to pokazać, załóżmy, że znamy prawdziwą trajektorię i rozważymy ją wariacje. Odmiana δ x(T) jest takim dodatkiem do trajektorii x(T), która zmienia swój kształt, ale punkty początkowe i końcowe pozostawiają na swoich miejscach (patrz rysunek). Zobaczmy, jaką wartość przybiera akcja na trajektoriach, które różnią się od prawdziwej trajektorii o nieskończenie małą zmianę. Rozszerzenie funkcji L i obliczając całkę przez części, otrzymujemy, że zmiana S proporcjonalna do zmienności δ x:

Tutaj fakt, że zmienność w punktach x 1 i x 2 to zero - to pozwoliło nam odrzucić terminy, które pojawiają się po scałkowaniu przez części. Otrzymane wyrażenie jest bardzo podobne do wzoru na pochodną, ​​zapisanego jako różniczki. Rzeczywiście, wyrażenie δ S/δ x czasami nazywany pochodną wariacyjną. Kontynuując tę ​​analogię dochodzimy do wniosku, że po dodaniu małego dodatku δ x do prawdziwej trajektorii akcja nie powinna się zmieniać, czyli δ S= 0. Ponieważ dodawanie może być praktycznie dowolne (ustaliliśmy tylko jego końce), oznacza to, że całka również znika. Znając więc działanie, można otrzymać równanie różniczkowe opisujące ruch układu, równanie Eulera-Lagrange'a.

Wróćmy do naszego problemu z ciałem poruszającym się w polu grawitacyjnym. Przypomnij sobie, że zdefiniowaliśmy funkcję L jako różnica między energią kinetyczną i potencjalną ciała. Podstawiając to wyrażenie do równania Eulera-Lagrange'a, otrzymujemy drugie prawo Newtona. Rzeczywiście, nasze przypuszczenia dotyczące postaci funkcji L okazał się bardzo udany:

Okazuje się, że za pomocą akcji można zapisać równania ruchu w bardzo krótkiej formie, jakby „upakowanie” wszystkich cech układu wewnątrz funkcji L. To samo w sobie jest wystarczająco interesujące. Jednak akcja nie jest tylko abstrakcją matematyczną, ma głęboki sens fizyczny. Ogólnie rzecz biorąc, współczesny fizyk teoretyczny najpierw spisuje działanie, a dopiero potem wyprowadza równania ruchu i bada je. W wielu przypadkach działanie dla systemu można skonstruować, przyjmując tylko najprostsze założenia dotyczące jego właściwości. Zobaczmy, jak można to zrobić na kilku przykładach.

Wolna cząstka relatywistyczna

Kiedy Einstein budował specjalną teorię względności (STR), postulował kilka prostych stwierdzeń na temat właściwości naszej czasoprzestrzeni. Po pierwsze, jest jednorodna i izotropowa, to znaczy nie zmienia się przy skończonych przemieszczeniach i obrotach. Innymi słowy, bez względu na to, gdzie jesteś – na Ziemi, na Jowiszu czy w galaktyce Małego Obłoku Magellana – we wszystkich tych punktach prawa fizyki działają w ten sam sposób. Ponadto nie zauważysz żadnej różnicy, jeśli poruszasz się po jednolitej linii prostej - jest to zasada względności Einsteina. Po drugie, żadne ciało nie może przekroczyć prędkości światła. Prowadzi to do tego, że zwykłe zasady przeliczania prędkości i czasu podczas przełączania między różnymi systemami odniesienia – transformacje Galileusza – należy zastąpić bardziej poprawnymi transformacjami Lorentza. W efekcie wielkością prawdziwie relatywistyczną, taką samą we wszystkich układach odniesienia, staje się nie odległość, ale interwał – właściwy czas cząstki. Interwał s 1 − s 2 pomiędzy dwoma podanymi punktami można znaleźć za pomocą następującego wzoru, gdzie C- prędkość światła:

Jak widzieliśmy w poprzedniej części, wystarczy nam zapisać działanie cząstki swobodnej, aby znaleźć jej równanie ruchu. Rozsądnie jest przyjąć, że działanie jest niezmiennikiem relatywistycznym, to znaczy wygląda tak samo w różnych układach odniesienia, ponieważ prawa fizyczne w nich są takie same. Dodatkowo chcielibyśmy, aby akcja została napisana jak najprościej (złożone wyrażenia zostawimy na później). Najprostszym niezmiennikiem relatywistycznym, który można powiązać z cząstką punktową, jest długość jej linii świata. Wybierając ten niezmiennik jako akcję (aby wymiar wyrażenia był poprawny mnożymy go przez współczynnik − mc) i zmieniając go, otrzymujemy następujące równanie:

Mówiąc najprościej, przyspieszenie 4 swobodnej cząstki relatywistycznej musi być równe zeru. 4-przyspieszenie, podobnie jak 4-prędkość, jest uogólnieniem pojęć przyspieszenia i prędkości do czterowymiarowej czasoprzestrzeni. W rezultacie wolna cząstka może poruszać się tylko po danej linii prostej ze stałą prędkością 4 . W granicy małych prędkości zmiana przedziału praktycznie pokrywa się ze zmianą czasu, a zatem otrzymane przez nas równanie przechodzi do drugiego prawa Newtona, omówionego powyżej: m= 0. Z drugiej strony warunek zerowego 4-przyspieszenia jest również spełniony dla cząstki swobodnej w ogólnej teorii względności, tylko w niej czasoprzestrzeń już zaczyna się zakrzywiać i cząstka niekoniecznie będzie poruszać się po linii prostej nawet przy braku sił zewnętrznych.

Pole elektromagnetyczne

Jak wiecie, pole elektromagnetyczne przejawia się w interakcji z naładowanymi ciałami. Zazwyczaj to oddziaływanie jest opisane za pomocą wektorów natężenia pola elektrycznego i magnetycznego, które są powiązane układem czterech równań Maxwella. Praktycznie symetryczna postać równań Maxwella sugeruje, że pola te nie są niezależnymi bytami - to, co wydaje nam się, że pole elektryczne w jednym układzie odniesienia może zamienić się w pole magnetyczne, jeśli przejdziemy do innego układu.

Rzeczywiście, rozważmy przewód, wzdłuż którego elektrony biegną z tą samą i stałą prędkością. W układzie odniesienia związanym z elektronami istnieje tylko stałe pole elektryczne, które można znaleźć za pomocą prawa Coulomba. Jednak w pierwotnym układzie odniesienia ruch elektronów wytwarza stały prąd elektryczny, który z kolei indukuje stałe pole magnetyczne (prawo Biota-Savarta). Jednocześnie, zgodnie z zasadą względności, w wybranych przez nas układach odniesienia prawa fizyki muszą się pokrywać. Oznacza to, że zarówno pola elektryczne, jak i magnetyczne są częścią jednego, bardziej ogólnego bytu.

Tensory

Zanim przejdziemy do kowariantnego sformułowania elektrodynamiki, warto powiedzieć kilka słów o matematyce szczególnej i ogólnej teorii względności. Najważniejszą rolę w tych teoriach odgrywa pojęcie tensora (a szczerze mówiąc, także w innych współczesnych teoriach). Z grubsza rzecz biorąc, tensor rzędowy ( n, m) można traktować jako ( n+m)-wymiarowa macierz, której składowe zależą od współrzędnych i czasu. Oprócz tego tensor musi się zmieniać w pewien sprytny sposób podczas przechodzenia z jednego układu odniesienia do drugiego lub gdy zmienia się siatka współrzędnych. Jak dokładnie, określa liczbę indeksów kontrawariantnych i kowariantnych ( n I m odpowiednio). Jednocześnie sam tensor, jako byt fizyczny, nie zmienia się pod wpływem takich przekształceń, podobnie jak 4-wektor, który jest szczególnym przypadkiem tensora rzędu 1, nie zmienia się pod nimi.

Składowe tensorowe są ponumerowane za pomocą indeksów. Dla wygody rozróżnia się indeksy górne i dolne, aby natychmiast zobaczyć, jak tensor przekształca się podczas zmiany współrzędnych lub systemów odniesienia. Na przykład składnik tensorowy T ranga (3, 0) zapisywana jest jako Tαβγ i tensor U ranga (2, 1) - as Uαβγ . Zgodnie z ustaloną tradycją, składowe czterowymiarowych tensorów są ponumerowane literami greckimi, a trójwymiarowe - po łacinie. Jednak niektórzy fizycy wolą robić coś przeciwnego (na przykład Landau).

Ponadto, dla zwięzłości, Einstein zasugerował, aby nie pisać znaku sumy „Σ” podczas składania wyrażeń tensorowych. Splot jest sumą tensora nad dwoma danymi indeksami, z których jeden musi być „górny” (kontrawariant), a drugi „dolny” (kowariantny). Na przykład, aby obliczyć ślad macierzy - tensor rang (1, 1) - należy go zwinąć na dwa dostępne wskaźniki: Tr[ A μ ν ] = Σ A μ μ = Aμ μ . Możesz podnosić i obniżać indeksy za pomocą tensora metrycznego: T αβ γ = T αβμ g μγ .

Wreszcie wygodnie jest wprowadzić absolutnie antysymetryczny pseudotensor ε μνρσ - tensor, który zmienia znak dla dowolnej permutacji indeksów (np. ε μνρσ = −ε νμρσ) i którego składowa ε 1234 = +1. Jest również nazywany tensorem Levi-Civita. Przy obrotach układu współrzędnych ε μνρσ zachowuje się jak normalny tensor, ale przy inwersjach (zmiana typu x → −x) jest konwertowany w inny sposób.

Rzeczywiście, wektory pola elektrycznego i magnetycznego są połączone w strukturę, która jest niezmienna w transformacjach Lorentza - to znaczy nie zmienia się podczas przejścia między różnymi (inercyjnymi) układami odniesienia. Jest to tak zwany tensor pola elektromagnetycznego Fμν . Najlepiej zapisać to w postaci poniższej macierzy:

Tutaj składowe pola elektrycznego są oznaczone literą mi, a składowe pola magnetycznego - literami h. Łatwo zauważyć, że tensor pola elektromagnetycznego jest antysymetryczny, tzn. jego składowe po przeciwnych stronach przekątnej są równe w wartościach bezwzględnych i mają przeciwne znaki. Chcąc otrzymać równania Maxwella „z pierwszych zasad”, musimy zapisać działanie elektrodynamiki. Aby to zrobić, musimy skonstruować najprostszą kombinację skalarną obiektów tensorowych, jaką mamy, w jakiś sposób powiązaną z właściwościami pola lub czasoprzestrzeni.

Jeśli się nad tym zastanowić, nie mamy wielkiego wyboru – tylko tensor pola może pełnić rolę „cegiełek” Fμν , tensor metryczny gμν i absolutnie antysymetryczny tensor ε μνρσ . Spośród nich można zebrać tylko dwie kombinacje skalarne, a jedna z nich jest pochodną całkowitą, to znaczy można ją zignorować przy wyprowadzaniu równań Eulera-Lagrange'a - po scałkowaniu ta część po prostu zmieni się na zero. Wybierając pozostałą kombinację jako akcję i zmieniając ją, otrzymujemy parę równań Maxwella - połowę układu (pierwszy wiersz). Wydawałoby się, że przeoczyliśmy dwa równania. Jednak tak naprawdę nie musimy wypisywać akcji, aby wyprowadzić pozostałe równania - wynikają one bezpośrednio z antysymetrii tensora Fμν (druga linia):

Po raz kolejny uzyskaliśmy poprawne równania ruchu, wybierając jako działanie najprostszą możliwą kombinację. To prawda, ponieważ nie wzięliśmy pod uwagę istnienia ładunków w naszej przestrzeni, otrzymaliśmy równania dla pola swobodnego, czyli dla fali elektromagnetycznej. Dodając zarzuty do teorii, należy również wziąć pod uwagę ich wpływ. Odbywa się to poprzez włączenie 4-prądowego wektora w działaniu.

powaga

Prawdziwym triumfem zasady najmniejszego działania w swoim czasie była konstrukcja ogólnej teorii względności (GR). Dzięki niemu najpierw wyprowadzono prawa ruchu, których naukowcy nie mogli uzyskać, analizując dane eksperymentalne. Albo mogli, ale nie zrobili. Zamiast tego Einstein (i Hilbert, jeśli wolisz) wyprowadzili równania w kategoriach metryk opartych na założeniach dotyczących właściwości czasoprzestrzeni. Od tego momentu fizyka teoretyczna zaczęła „wyprzedzić” eksperymentalną.

W GR metryka przestaje być stała (jak w SRT) i zaczyna zależeć od gęstości umieszczonej w niej energii. Zaznaczam, że słuszniej jest mówić o energii, a nie o masie, chociaż te dwie wielkości są powiązane relacją mi = mc 2 we własnym układzie odniesienia. Przypomnę, że metryka wyznacza zasady, według których obliczana jest odległość między dwoma punktami (ściśle mówiąc, nieskończenie zbliżonymi punktami). Ważne jest, aby metryka nie zależała od wyboru układu współrzędnych. Na przykład płaską przestrzeń trójwymiarową można opisać za pomocą kartezjańskiego lub sferycznego układu współrzędnych, ale w obu przypadkach metryka przestrzeni będzie taka sama.

Aby zapisać działanie grawitacji, musimy z metryki zbudować jakiś niezmiennik, który nie zmieni się, gdy zmieni się siatka współrzędnych. Najprostszym takim niezmiennikiem jest wyznacznik metryki. Jeśli jednak tylko go włączymy, nie dostaniemy mechanizm różnicowy równanie, ponieważ to wyrażenie nie zawiera pochodnych metryki. A jeśli równanie nie jest różniczkowe, nie może opisywać sytuacji, w których metryka zmienia się w czasie. Dlatego musimy dodać do akcji najprostszy niezmiennik, który zawiera pochodne gμν . Takim niezmiennikiem jest tzw. skalar Ricciego r, który otrzymujemy przez splot tensora Riemanna rμνρσ , który opisuje krzywiznę czasoprzestrzeni:

Robert Couse-Baker/flickr.com

Teoria wszystkiego

Wreszcie pora porozmawiać o „teorii wszystkiego”. Tak nazywa się kilka teorii, które próbują połączyć ogólną teorię względności i model standardowy - dwie główne znane obecnie teorie fizyczne. Naukowcy podejmują takie próby nie tylko ze względów estetycznych (im mniej teorii potrzebnych do zrozumienia świata, tym lepiej), ale także z bardziej przekonujących powodów.

Zarówno GR, jak i Model Standardowy mają granice zastosowania, po których przestają działać. Na przykład ogólna teoria względności przewiduje istnienie osobliwości – punktów, w których gęstość energii, a tym samym krzywizna czasoprzestrzeni, dąży do nieskończoności. Nieskończoności same w sobie są nieprzyjemne - oprócz tego problemu Model Standardowy stwierdza, że ​​energii nie można zlokalizować w punkcie, musi ona być rozłożona na pewną, choć niewielką objętość. Dlatego w pobliżu osobliwości efekty zarówno GR, jak i Modelu Standardowego powinny być duże. Jednocześnie ogólna teoria względności nie została jeszcze skwantowana, a Model Standardowy jest zbudowany na założeniu płaskiej czasoprzestrzeni. Jeśli chcemy zrozumieć, co dzieje się wokół osobliwości, musimy opracować teorię obejmującą obie te teorie.

Mając na uwadze sukces zasady najmniejszego efektu w przeszłości, naukowcy opierają na niej wszelkie próby budowania nowej teorii. Pamiętasz, że budując akcję dla różnych teorii rozważaliśmy tylko najprostsze kombinacje? Wtedy nasze działania zostały ukoronowane sukcesem, ale to wcale nie znaczy, że najprostsze działanie jest najbardziej poprawne. Ogólnie rzecz biorąc, natura nie musi dostosowywać swoich praw, aby ułatwić nam życie.

Dlatego rozsądne jest uwzględnienie w działaniu następujących, bardziej złożonych, niezmiennych wielkości i zobaczenie, do czego to prowadzi. Pod pewnymi względami przypomina to kolejne przybliżanie funkcji przez wielomiany o coraz wyższych stopniach. Jedynym problemem jest to, że wszystkie takie poprawki wchodzą w grę z pewnymi nieznanymi współczynnikami, których nie można obliczyć teoretycznie. Ponadto, ponieważ Model Standardowy i ogólna teoria względności nadal dobrze działają, współczynniki te muszą być bardzo małe - stąd trudne do ustalenia na podstawie eksperymentu. Liczne artykuły donoszące o „ograniczeniach nowej fizyki” dotyczą właśnie wyznaczania współczynników wyższych rzędów teorii. Do tej pory udało im się znaleźć tylko górne granice.

Ponadto istnieją podejścia, które wprowadzają nowe, nietrywialne koncepcje. Na przykład teoria strun sugeruje, że właściwości naszego świata można opisać za pomocą drgań nie punktowych, ale rozciągniętych obiektów - strun. Niestety nie znaleziono jeszcze eksperymentalnego potwierdzenia teorii strun. Na przykład przewidziała pewne wzbudzenia przy akceleratorach, ale one nigdy się nie pojawiły.

Ogólnie rzecz biorąc, nie wydaje się, aby naukowcy zbliżyli się do odkrycia „teorii wszystkiego”. Prawdopodobnie teoretycy nadal muszą wymyślić coś zasadniczo nowego. Jednak nie ma wątpliwości, że pierwszą rzeczą, jaką robią, jest napisanie działania dla nowej teorii.

***

Jeśli wszystkie te argumenty wydawały ci się skomplikowane i przewijałeś artykuł bez czytania, oto krótkie podsumowanie faktów, które zostały w nim omówione. Po pierwsze, wszystkie współczesne teorie fizyczne w taki czy inny sposób opierają się na pojęciu: działania- wielkość, która opisuje, jak bardzo system „lubi” tę lub inną trajektorię ruchu. Po drugie, równania ruchu układu można uzyskać, szukając trajektorii, po której przebiega akcja najmniej oznaczający. Po trzecie, działanie można skonstruować, wykorzystując tylko kilka elementarnych założeń dotyczących właściwości systemu. Na przykład o tym, że prawa fizyki są takie same w układach odniesienia poruszających się z różnymi prędkościami. Po czwarte, niektórych kandydatów na „teorię wszystkiego” uzyskuje się przez proste dodanie do działania Modelu Standardowego i GR warunków, które naruszają niektóre założenia tych teorii. Na przykład niezmienność Lorentza. Jeśli po przeczytaniu artykułu pamiętasz powyższe stwierdzenia, to dobrze. A jeśli również rozumiesz, skąd się biorą – po prostu cudownie.

Dmitrij Trunin

Wśród dwóch fundamentalnych teorii wyjaśniających otaczającą nas rzeczywistość teoria kwantów odwołuje się do interakcji między najmniej cząstki materii, podczas gdy ogólna teoria względności odnosi się do grawitacji i Największa struktury w całym wszechświecie. Od czasów Einsteina fizycy próbowali wypełnić lukę między tymi naukami, ale z mieszanym sukcesem.

Jednym ze sposobów pogodzenia grawitacji z mechaniką kwantową było wykazanie, że grawitacja opiera się na niepodzielnych cząstkach materii, kwantach. Zasadę tę można porównać do tego, jak same kwanty światła, fotony, reprezentują falę elektromagnetyczną. Do tej pory naukowcy nie mieli wystarczających danych, aby potwierdzić to założenie, ale Antoine Tilloy(Antoine Tilloy) z Instytutu Optyki Kwantowej. Max Planck w Garching w Niemczech próbował opisać grawitację za pomocą zasad mechaniki kwantowej. Ale jak to zrobił?

świat kwantowy

W teorii kwantowej stan cząstki jest opisany przez jej funkcja falowa. Pozwala na przykład obliczyć prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w określonym punkcie przestrzeni. Przed samym pomiarem nie jest jasne nie tylko, gdzie znajduje się cząsteczka, ale także czy istnieje. Sam fakt pomiaru dosłownie kreuje rzeczywistość „niszcząc” funkcję falową. Ale mechanika kwantowa rzadko odwołuje się do pomiarów, dlatego jest jedną z najbardziej kontrowersyjnych dziedzin fizyki. Pamiętać Paradoks Schrödingera: Nie będziesz w stanie go rozwiązać, dopóki nie dokonasz pomiaru, otwierając pudełko i sprawdzając, czy kot żyje, czy nie.

Jednym z rozwiązań tych paradoksów jest tzw Model GRW, który powstał pod koniec lat 80-tych. Ta teoria obejmuje takie zjawisko jak „ epidemie» to spontaniczne załamania funkcji falowej układów kwantowych. Wynik jego zastosowania jest dokładnie taki sam, jak gdyby pomiary były prowadzone bez obserwatorów jako takich. Tilloy zmodyfikował go, aby pokazać, jak można go wykorzystać do dotarcia do teorii grawitacji. W jego wersji błysk, który niszczy funkcję falową, a tym samym zmusza cząstkę do przebywania w jednym miejscu, również tworzy w tym momencie w czasoprzestrzeni pole grawitacyjne. Im większy układ kwantowy, tym więcej zawiera cząstek i tym częściej pojawiają się błyski, tworząc w ten sposób zmienne pole grawitacyjne.

Najciekawsze jest to, że średnia wartość tych fluktuacji jest tym samym polem grawitacyjnym, które opisuje teoria grawitacji Newtona. Takie podejście do ujednolicenia grawitacji z mechaniką kwantową nazywa się semiklasyczną: grawitacja powstaje w wyniku procesów kwantowych, ale pozostaje siłą klasyczną. „Nie ma prawdziwego powodu, aby ignorować podejście półklasyczne, w którym grawitacja jest klasyczna na podstawowym poziomie”, mówi Tilloy.

Zjawisko grawitacji

Klaus Hornberger z Uniwersytetu Duisburg-Essen w Niemczech, który nie brał udziału w rozwoju teorii, traktuje ją z wielką sympatią. Naukowiec zwraca jednak uwagę, że zanim ta koncepcja stanie się podstawą ujednoliconej teorii, która jednoczy i wyjaśnia naturę wszystkich fundamentalnych aspektów otaczającego nas świata, konieczne będzie rozwiązanie szeregu zadań. Na przykład model Tilloya z pewnością można wykorzystać do wyprowadzenia siły grawitacji Newtona, ale jego zgodność z teorią grawitacji nadal wymaga weryfikacji matematycznej.

Jednak sam naukowiec zgadza się, że jego teoria potrzebuje podstawy dowodowej. Na przykład przewiduje, że grawitacja będzie się zachowywać różnie w zależności od skali obiektów, o których mowa: dla atomów i supermasywnych czarnych dziur zasady mogą być bardzo różne. Tak czy inaczej, jeśli testy ujawnią, że model Tillroya rzeczywiście odzwierciedla rzeczywistość, a grawitacja jest rzeczywiście konsekwencją fluktuacji kwantowych, to pozwoli to fizykom zrozumieć otaczającą nas rzeczywistość na jakościowo innym poziomie.

Angielski fizyk Isaac Newton opublikował książkę, w której wyjaśnił ruch obiektów i zasadę grawitacji. „Matematyczne zasady filozofii naturalnej” nadały rzeczom w świecie stałe miejsca. Historia mówi, że w wieku 23 lat Newton poszedł do ogrodu i zobaczył jabłko spadające z drzewa. W tamtym czasie fizycy wiedzieli, że Ziemia w jakiś sposób przyciąga obiekty za pomocą grawitacji. Newton rozwinął ten pomysł.

Według Johna Conduitta, asystenta Newtona, widząc jabłko spadające na ziemię, Newton wpadł na pomysł, że siła grawitacji „nie jest ograniczona do pewnej odległości od ziemi, ale rozciąga się znacznie dalej, niż się zwykle uważa”. Według Conduitta Newton zadał pytanie: dlaczego nie nawet na Księżyc?

Zainspirowany swoimi spostrzeżeniami Newton opracował prawo powszechnego ciążenia, które działało równie dobrze w przypadku jabłek na Ziemi, jak i planet krążących wokół Słońca. Wszystkie te przedmioty, pomimo różnic, podlegają tym samym prawom.

„Ludzie myśleli, że wyjaśnił wszystko, co należało wyjaśnić” — mówi Barrow. „Jego osiągnięcie było wspaniałe”.

Problem polega na tym, że Newton wiedział, że w jego pracy są dziury.

Na przykład grawitacja nie wyjaśnia, w jaki sposób małe przedmioty są trzymane razem, ponieważ siła ta nie jest tak duża. Poza tym, chociaż Newton potrafił wyjaśnić, co się dzieje, nie potrafił wyjaśnić, jak to działa. Teoria była niekompletna.

Był większy problem. Chociaż prawa Newtona wyjaśniały najczęstsze zjawiska we wszechświecie, w niektórych przypadkach obiekty naruszały jego prawa. Takie sytuacje były rzadkie i zwykle wiązały się z dużymi prędkościami lub zwiększoną grawitacją, ale się zdarzały.

Jedną z takich sytuacji była orbita Merkurego, planety najbliższej Słońcu. Jak każda inna planeta, Merkury krąży wokół Słońca. Prawa Newtona można było zastosować do obliczenia ruchów planet, ale Merkury nie chciał grać według reguł. Co dziwniejsze, jego orbita nie miała środka. Stało się jasne, że uniwersalne prawo powszechnego ciążenia nie jest tak uniwersalne i wcale nie jest prawem.

Ponad dwa wieki później Albert Einstein przyszedł na ratunek ze swoją teorią względności. Pomysł Einsteina, który w 2015 roku zapewnił głębsze zrozumienie grawitacji.

Teoria względności

Kluczową ideą jest to, że przestrzeń i czas, które wydają się być odrębnymi rzeczami, w rzeczywistości są ze sobą splecione. Przestrzeń ma trzy wymiary: długość, szerokość i wysokość. Czas to czwarty wymiar. Wszystkie cztery są połączone w formie gigantycznej komórki kosmicznej. Jeśli kiedykolwiek słyszałeś wyrażenie „kontinuum czasoprzestrzenne”, o to właśnie chodzi.

Wielkim pomysłem Einsteina było to, że ciężkie obiekty, takie jak planety lub szybko poruszające się, mogą zakrzywiać czasoprzestrzeń. Trochę jak ciasna trampolina: jeśli nałożysz coś ciężkiego na materiał, utworzy się dip. Wszelkie inne obiekty stoczą się po zboczu w kierunku obiektu w dolinie. Dlatego według Einsteina grawitacja przyciąga obiekty.

Pomysł jest w swej istocie dziwny. Ale fizycy są przekonani, że tak. Wyjaśnia również dziwną orbitę Merkurego. Zgodnie z ogólną teorią względności, gigantyczna masa Słońca zakrzywia czas i przestrzeń wokół siebie. Będąc planetą najbliższą Słońcu, Merkury doświadcza znacznie większej krzywizny niż inne planety. Równania ogólnej teorii względności opisują, w jaki sposób zakrzywiona czasoprzestrzeń wpływa na orbitę Merkurego i pozwala przewidzieć położenie planety.

Jednak mimo swojego sukcesu teoria względności nie jest teorią wszystkiego, jak teorie Newtona. Tak jak teoria Newtona nie sprawdza się w przypadku naprawdę masywnych obiektów, teoria Einsteina nie działa w mikroskali. Gdy tylko zaczniesz patrzeć na atomy i cokolwiek mniejszego, materia zaczyna zachowywać się bardzo dziwnie.

Do końca XIX wieku atom uważano za najmniejszą jednostkę materii. Zrodzony z greckiego słowa „atomos”, co oznacza „niepodzielny”, atom z definicji nie powinien być rozbijany na mniejsze cząstki. Ale w latach 70. XIX wieku naukowcy odkryli cząstki 2000 razy lżejsze od atomów. Ważąc wiązki światła w rurze próżniowej, znaleźli niezwykle lekkie cząstki z ładunkiem ujemnym. W ten sposób odkryto pierwszą cząstkę subatomową: elektron. W następnym półwieczu naukowcy odkryli, że atom ma złożone jądro, wokół którego biegną elektrony. To jądro składa się z dwóch rodzajów cząstek subatomowych: neutronów, które mają ładunek neutralny, i protonów, które są naładowane dodatnio.

Ale to nie wszystko. Od tego czasu naukowcy znaleźli sposoby na dzielenie materii na coraz mniejsze części, jednocześnie kontynuując udoskonalanie naszego rozumienia cząstek elementarnych. Do lat sześćdziesiątych naukowcy odkryli dziesiątki cząstek elementarnych, tworząc długą listę tak zwanego zoo cząstek.

O ile nam wiadomo, z trzech składników atomu jedyną podstawową cząstką jest elektron. Neutrony i protony dzielą się na maleńkie kwarki. Te cząstki elementarne podlegają zupełnie innym prawom, innym niż te, którym podlegają drzewa czy planety. A te nowe prawa - które były znacznie mniej przewidywalne - wprawiły fizyków w zły humor.

W fizyce kwantowej cząstki nie mają określonego miejsca: ich lokalizacja jest nieco rozmyta. Jakby każda cząstka miała pewne prawdopodobieństwo bycia w określonym miejscu. Oznacza to, że świat jest z natury niezdefiniowanym miejscem. Mechanika kwantowa jest nawet trudna do zrozumienia. Jak powiedział kiedyś Richard Feynman, ekspert w dziedzinie mechaniki kwantowej: „Myślę, że mogę śmiało powiedzieć, że nikt nie rozumie mechaniki kwantowej”.

Einstein również był zaniepokojony niejasnością mechaniki kwantowej. Pomimo tego, że w rzeczywistości częściowo ją wymyślił, sam Einstein nigdy nie wierzył w teorię kwantową. Ale w swoich komorach - dużych i małych - zarówno mechanika kwantowa, jak i mechanika kwantowa udowodniły, że mają prawo do niepodzielnej mocy, będąc niezwykle dokładnymi.

Mechanika kwantowa wyjaśniła strukturę i zachowanie atomów, w tym dlaczego niektóre z nich są radioaktywne. To także podstawa nowoczesnej elektroniki. Nie mógłbyś przeczytać tego artykułu bez niej.

Ogólna teoria względności przewidywała istnienie czarnych dziur. Te masywne gwiazdy, które zapadły się w siebie. Ich przyciąganie grawitacyjne jest tak silne, że nawet światło nie może z niego uciec.

Problem polega na tym, że te dwie teorie są niezgodne i dlatego nie mogą być jednocześnie prawdziwe. Ogólna teoria względności mówi, że zachowanie obiektów można dokładnie przewidzieć, podczas gdy mechanika kwantowa mówi, że można poznać tylko prawdopodobieństwo tego, co zrobią obiekty. Wynika z tego, że jest kilka rzeczy, których fizycy jeszcze nie opisali. Na przykład czarne dziury. Są na tyle masywne, że można do nich zastosować teorię względności, ale także na tyle małe, że można zastosować mechanikę kwantową. Jeśli nie zbliżysz się do czarnej dziury, ta niekompatybilność nie wpłynie na twoje codzienne życie. Ale przez większość minionego stulecia intrygowała fizyków. To właśnie ta niezgodność skłania do poszukiwania teorii wszystkiego.

Einstein spędził większość swojego życia próbując znaleźć taką teorię. Nie będąc fanem losowości mechaniki kwantowej, chciał stworzyć teorię, która zjednoczyłaby grawitację i resztę fizyki, tak aby osobliwości kwantowe pozostały drugorzędnymi konsekwencjami.

Jego głównym celem było sprawienie, by grawitacja działała z elektromagnetyzmem. W XIX wieku fizycy odkryli, że naładowane elektrycznie cząstki mogą się wzajemnie przyciągać lub odpychać. Ponieważ niektóre metale przyciąga magnes. Oczywiście, jeśli istnieją dwa rodzaje sił, które obiekty mogą wywierać na siebie, mogą być przyciągane przez grawitację i przyciągane lub odpychane przez elektromagnetyzm.

Einstein chciał połączyć te dwie siły w „ujednoliconą teorię pola”. Aby to zrobić, rozciągnął czasoprzestrzeń na pięć wymiarów. Wraz z trzema wymiarami przestrzennymi i jednym czasowym dodał piąty wymiar, który powinien być tak mały i zwinięty, że nie możemy go zobaczyć.

To nie zadziałało, a Einstein spędził 30 lat na szukaniu niczego. Zmarł w 1955 roku, a jego ujednolicona teoria pola nie została opracowana. Ale w następnej dekadzie pojawił się poważny rywal dla tej teorii: teoria strun.

Teoria strun

Idea stojąca za teorią strun jest dość prosta. Podstawowe składniki naszego świata, takie jak elektrony, nie są cząsteczkami. Są to malutkie pętle lub „struny”. Po prostu dlatego, że struny są tak małe, że wyglądają jak kropki.

Podobnie jak struny gitarowe, te pętle są napięte. Oznacza to, że w zależności od rozmiaru wibrują one z różnymi częstotliwościami. Te wibracje określają, jaki rodzaj „cząstki” będzie reprezentować każda struna. Wibrowanie struny w jeden sposób da ci elektron. Inni, coś innego. Wszystkie cząstki odkryte w XX wieku to ten sam rodzaj struny, tylko w inny sposób wibrujący.

Trudno od razu zrozumieć, dlaczego to dobry pomysł. Ale dotyczy wszystkich sił występujących w naturze: grawitacji i elektromagnetyzmu oraz dwóch innych odkrytych w XX wieku. Silne i słabe siły jądrowe działają tylko w maleńkich jądrach atomów, więc przez długi czas nie można ich było wykryć. Silna siła trzyma rdzeń razem. Siła słaba zwykle nic nie robi, ale jeśli nabierze wystarczającej siły, rozbija jądro: dlatego niektóre atomy są radioaktywne.

Każda teoria wszystkiego będzie musiała wyjaśnić wszystkie cztery. Na szczęście te dwie siły jądrowe i elektromagnetyzm są w pełni opisane przez mechanikę kwantową. Każda siła jest przenoszona przez wyspecjalizowaną cząstkę. Ale nie ma ani jednej cząstki, która przenosiłaby grawitację.

Niektórzy fizycy uważają, że tak. I nazywają to „grawitonem”. Grawitony nie mają masy, mają specjalny spin i poruszają się z prędkością światła. Niestety nie zostały jeszcze odnalezione. W tym miejscu w grę wchodzi teoria strun. Opisuje strunę, która wygląda dokładnie jak grawiton: ma prawidłowy spin, nie ma masy i porusza się z prędkością światła. Po raz pierwszy w historii teoria względności i mechanika kwantowa znalazły wspólny język.

W połowie lat 80. fizycy byli zafascynowani teorią strun. „W 1985 roku zdaliśmy sobie sprawę, że teoria strun rozwiązała wiele problemów, które nękały ludzi przez ostatnie 50 lat”, mówi Barrow. Ale miała też problemy.

Po pierwsze, „nie rozumiemy dokładnie, czym jest teoria strun”, mówi Philip Candelas z Uniwersytetu Oksfordzkiego. „Nie mamy dobrego sposobu na opisanie tego”.

Ponadto niektóre prognozy wyglądają dziwnie. Podczas gdy zunifikowana teoria pola Einsteina opiera się na dodatkowym ukrytym wymiarze, najprostsze formy teorii strun wymagają 26 wymiarów. Są potrzebne, aby połączyć teorię matematyki z tym, co już wiemy o wszechświecie.

Bardziej zaawansowane wersje, znane jako „teorie superstrun”, radzą sobie z dziesięcioma wymiarami. Ale nawet to nie pasuje do trzech wymiarów, które obserwujemy na Ziemi.

„Można sobie z tym poradzić, zakładając, że tylko trzy wymiary rozszerzyły się w naszym świecie i stały się duże”, mówi Barrow. „Inni są obecni, ale pozostają fantastycznie mali”.

Z powodu tych i innych problemów wielu fizyków nie lubi teorii strun. I proponują inną teorię: pętlę grawitacji kwantowej.

Pętla grawitacji kwantowej

Teoria ta nie ma na celu ujednolicenia i włączenia wszystkiego, co jest w fizyce cząstek elementarnych. Zamiast tego, pętla grawitacji kwantowej po prostu próbuje wydedukować kwantową teorię grawitacji. Jest bardziej ograniczona niż teoria strun, ale nie tak uciążliwa. Pętla grawitacji kwantowej zakłada, że ​​czasoprzestrzeń jest podzielona na małe kawałki. Z daleka wydaje się, że jest to gładki arkusz, ale po bliższym przyjrzeniu się widać kilka kropek połączonych liniami lub pętlami. Te małe włókna, które splatają się razem, wyjaśniają działanie grawitacji. Ta idea jest równie niezrozumiała jak teoria strun i ma podobne problemy: nie ma dowodów eksperymentalnych.

Dlaczego te teorie są wciąż dyskutowane? Może po prostu za mało wiemy. Jeśli zostaną odkryte wielkie zjawiska, których nigdy nie widzieliśmy, możemy spróbować zrozumieć duży obraz, a brakujące elementy układanki uzupełnimy później.

„Kuszę myśleć, że odkryliśmy wszystko” — mówi Barrow. - Ale byłoby bardzo dziwne, gdybyśmy do 2015 roku przeprowadzili wszystkie niezbędne obserwacje, aby uzyskać teorię wszystkiego. Dlaczego tak powinno być?

Jest jeszcze jeden problem. Te teorie są trudne do sprawdzenia, w dużej mierze dlatego, że ich matematyka jest tak brutalna. Candelas od lat próbuje znaleźć sposób na przetestowanie teorii strun, ale nigdy nie był w stanie.

„Główną przeszkodą w rozwoju teorii strun pozostaje brak rozwoju matematyki, która powinna towarzyszyć badaniom fizycznym” – mówi Barrow. „Jest na wczesnym etapie, wciąż jest wiele do odkrycia”.

Biorąc to wszystko pod uwagę, teoria strun pozostaje obiecująca. „Od lat ludzie próbują zintegrować grawitację z resztą fizyki”, mówi Candelas. - Mieliśmy teorie, które dobrze wyjaśniały elektromagnetyzm i inne siły, ale nie grawitację. W przypadku teorii strun próbujemy je połączyć”.

Prawdziwy problem polega na tym, że teoria wszystkiego może być po prostu niemożliwa do zidentyfikowania.

Kiedy teoria strun stała się popularna w latach 80., istniało właściwie pięć jej wersji. „Ludzie zaczęli się martwić” — mówi Barrow. „Jeśli taka jest teoria wszystkiego, dlaczego jest ich pięć?” W ciągu następnej dekady fizycy odkryli, że te teorie można przekonwertować z jednej na drugą. Są po prostu różnymi sposobami widzenia tej samej rzeczy. Rezultatem była teoria M przedstawiona w 1995 roku. Jest to głęboka wersja teorii strun, obejmująca wszystkie wcześniejsze wersje. Cóż, przynajmniej wracamy do zunifikowanej teorii. M-teoria wymaga tylko 11 wymiarów, czyli znacznie lepiej niż 26. Jednak M-teoria nie oferuje zunifikowanej teorii wszystkiego. Oferuje ich miliardy. W sumie M-teoria oferuje nam 10^500 teorii, z których wszystkie będą logicznie spójne i zdolne do opisania wszechświata.

Wygląda gorzej niż bezużytecznie, ale wielu fizyków uważa, że ​​wskazuje na głębszą prawdę. Być może nasz wszechświat jest jednym z wielu, z których każdy jest opisany przez jedną z bilionów wersji M-teorii. A ta gigantyczna kolekcja wszechświatów nazywa się „”.

Na początku wieloświat był jak „wielka piana bąbelków wszelkich kształtów i rozmiarów” – mówi Barrow. Każda bańka następnie rozszerzyła się i stała się wszechświatem.

„Jesteśmy w jednej z tych baniek” – mówi Barrow. Gdy bąbelki się rozszerzyły, w ich wnętrzu mogły powstać inne bąbelki, nowe wszechświaty. „W tym procesie geografia takiego wszechświata stała się poważnie skomplikowana”.

W każdym wszechświecie bąbelkowym działają te same prawa fizyczne. Ponieważ w naszym wszechświecie wszystko zachowuje się tak samo. Ale inne wszechświaty mogą mieć inne prawa. Prowadzi to do dziwnego wniosku. Jeśli teoria strun jest rzeczywiście najlepszym sposobem na ujednolicenie teorii względności i mechaniki kwantowej, to obie będą i nie będą jednocześnie teorią wszystkiego.

Z jednej strony teoria strun może dać nam doskonały opis naszego wszechświata. Ale nieuchronnie doprowadzi to również do tego, że każdy z bilionów innych wszechświatów będzie wyjątkowy. Główną zmianą w myśleniu będzie to, że przestaniemy czekać na ujednoliconą teorię wszystkiego. Teorii wszystkiego może być wiele, z których każda będzie prawdziwa na swój sposób.

Niniejszy tekst przedstawia nowe wyniki w dziedzinie neurologii oraz rozwiązanie wielu nierozwiązanych problemów fizyki. Nie zajmuje się zagadnieniami metafizyki i opiera się na naukowo weryfikowalnych danych, ale porusza tematy filozoficzne związane z życiem, śmiercią i pochodzeniem wszechświata.
Biorąc pod uwagę wielowarstwowość i bogactwo informacji, konieczne może być jej kilkakrotne przeczytanie, aby mimo naszych wysiłków zrozumieć, uprościć złożone pojęcia naukowe.



Rozdział 1
Bóg jest w neuronach







Ludzki mózg to sieć około stu miliardów neuronów. Różne wrażenia tworzą połączenia nerwowe, które odtwarzają różne emocje. W zależności od pobudzenia neuronów, niektóre połączenia stają się silniejsze i bardziej efektywne, a inne słabną. Nazywa się to neuroplastyczność.

Student muzyki tworzy silniejsze połączenia neuronowe między dwiema półkulami mózgu w celu rozwijania kreatywności muzycznej. Prawie każdy talent lub umiejętność można rozwinąć poprzez szkolenie.

Rudiger Gamm uważał się za beznadziejnego ucznia i nie radził sobie nawet z podstawową matematyką. Zaczął rozwijać swoje umiejętności i zamienił się w ludzki kalkulator, zdolny do niezwykle skomplikowanych obliczeń. Racjonalność i stabilność emocjonalna działają w ten sam sposób. Połączenia nerwowe można wzmocnić.

Kiedy coś robisz, fizycznie zmieniasz swój mózg, aby osiągnąć lepsze wyniki. Ponieważ jest to główny i podstawowy mechanizm mózgu, samoświadomość może znacznie wzbogacić nasze doświadczenia życiowe.



neuronauka społeczna



Specjalne neurony i neuroprzekaźniki, takie jak noradrenalina, uruchamiają mechanizm obronny, gdy czujemy, że nasze myśli muszą być chronione przed wpływami zewnętrznymi. Jeśli czyjaś opinia różni się od naszej, do mózgu dostają się te same substancje chemiczne, które zapewniają nam przetrwanie w niebezpiecznych sytuacjach.








W tym stanie ochronnym więcej prymitywna część mózgu koliduje z racjonalnym myśleniem i układ limbiczny może blokować naszą pamięć roboczą, fizycznie powodując „ograniczone myślenie”.

Można to zaobserwować, gdy ktoś jest zastraszany, gra w pokera lub gdy ktoś jest uparty w kłótni.

Bez względu na wartość pomysłu, w tym stanie mózg nie jest w stanie go przetworzyć. Na poziomie neuronowym postrzega to jako zagrożenie, nawet jeśli są to nieszkodliwe opinie lub fakty, z którymi inaczej moglibyśmy się zgodzić.

Ale kiedy wyrażamy siebie i nasze poglądy są doceniane, poziom substancji ochronnych w mózgu spada, a transfer dopaminy aktywuje neurony nagrody, a my czujemy naszą siłę i pewność siebie. Nasze przekonania znacząco wpływają na chemię naszego ciała. Na tym właśnie opiera się efekt placebo. Poczucie własnej wartości i pewność siebie są powiązane z neuroprzekaźnikiem serotoniny.

Poważny niedobór często prowadzi do depresji, zachowań autodestrukcyjnych, a nawet samobójstwa. Kiedy społeczeństwo nas docenia, zwiększa poziom dopaminy i serotoniny w mózgu i pozwala nam uwolnić fiksację emocjonalną i zwiększyć poziom samoświadomości.



Neurony lustrzane i świadomość



Psychologia społeczna często zajmuje się podstawową ludzką potrzebą „znalezienia swojego miejsca” i nazywa to „normatywnym wpływem społecznym”. Wraz z wiekiem nasz kompas moralny i etyczny jest prawie całkowicie kształtowany przez nasze środowisko zewnętrzne. Dlatego nasze działania często opierają się na tym, jak ocenia nas społeczeństwo.








Ale nowe odkrycia w neuronauce dają nam lepsze zrozumienie kultury i indywidualności. Nowe badania neurologiczne potwierdziły istnienie empatycznych neuronów lustrzanych.

Kiedy doświadczamy emocji lub wykonujemy działania, niektóre neurony się uruchamiają. Ale kiedy widzimy, że ktoś inny to robi lub to sobie wyobrażamy, wiele takich samych neuronów działa tak, jakbyśmy robili to sami. Te empatyczne neurony łączą nas z innymi ludźmi i pozwalają nam odczuwać to, co czują inni.

Ponieważ te same neurony reagują na naszą wyobraźnię, otrzymujemy od nich emocjonalną informację zwrotną w taki sam sposób, jak od innej osoby. System ten daje nam możliwość introspekcji.

Neurony lustrzane nie rozróżniają między sobą a innymi. Dlatego jesteśmy tak zależni od oceny innych i chęci podporządkowania się.

Nieustannie podlegamy dwoistości między tym, jak siebie postrzegamy, a tym, jak postrzegają nas inni. Może kolidować z naszą indywidualnością i poczuciem własnej wartości.






Skany mózgu pokazują, że doświadczamy tych negatywnych emocji, zanim jeszcze zdajemy sobie z nich sprawę. Ale kiedy jesteśmy świadomi siebie, możemy zmienić złe emocje, ponieważ możemy kontrolować myśli, które je wywołują.

Jest to neurochemiczna konsekwencja zanikania wspomnień i przywracania ich poprzez syntezę białek.

Introspekcja ma duży wpływ na pracę mózgu, aktywuje obszary samoregulacji kory nowej, które pozwalają nam wyraźnie kontrolować własne uczucia. Za każdym razem, gdy to robimy, wzmacniamy naszą racjonalność i stabilność emocjonalną. Bez samokontroli większość naszych myśli i działań jest impulsywna, a fakt, że reagujemy losowo i nie dokonujemy świadomego wyboru,

instynktownie nas denerwuje.






Aby to wyeliminować, mózg stara się uzasadnić nasze zachowanie i fizycznie przepisuje wspomnienia poprzez konsolidację pamięci, sprawiając, że wierzymy, że kontrolujemy nasze działania. Nazywa się to racjonalizacją retrospektywną, która pozostawia większość naszych negatywnych emocji nierozwiązanych i mogą one wybuchnąć w dowolnym momencie. Karmią wewnętrzny dyskomfort, podczas gdy mózg nadal uzasadnia nasze irracjonalne zachowanie. Całe to złożone i niemal schizofreniczne zachowanie podświadomości jest dziełem rozległych, równoległych systemów w naszym mózgu.



Świadomość nie ma określonego centrum. Pozorna jedność wynika z faktu, że każdy pojedynczy obwód jest aktywowany i manifestuje się w określonym momencie. Nasze doświadczenie nieustannie zmienia nasze połączenia nerwowe, fizycznie zmieniając równoległy system naszej świadomości. Bezpośrednia ingerencja w to może mieć surrealistyczne skutki, co rodzi pytanie, czym jest świadomość i gdzie się znajduje.



Jeśli lewa półkula mózgu zostanie oddzielona od prawej półkuli, jak w przypadku pacjentów, u których doszło do rozszczepienia mózgu, zachowasz zdolność mówienia i myślenia za pomocą lewej półkuli, podczas gdy zdolności poznawcze prawa półkula będzie poważnie ograniczona. Lewa półkula nie ucierpi z powodu braku prawej, chociaż poważnie zmieni to twoje postrzeganie.

Na przykład nie będziesz w stanie opisać prawej strony czyjejś twarzy, ale zauważysz to, nie zobaczysz w tym problemu i nawet nie zdasz sobie sprawy, że coś się zmieniło. Ponieważ wpływa to nie tylko na postrzeganie realnego świata, ale także na obrazy mentalne, nie jest to tylko problem percepcji, ale fundamentalna zmiana świadomości.



Bóg jest w neuronach



Każdy neuron ma napięcie elektryczne, które zmienia się, gdy jony

wejść lub wyjść z komórki. Gdy napięcie osiągnie określony poziom, neuron wysyła sygnał elektryczny do innych komórek, gdzie proces się powtarza.

Kiedy wiele neuronów emituje sygnał w tym samym czasie, możemy go zmierzyć jako falę.

Fale mózgowe są odpowiedzialne za prawie wszystko, co dzieje się w naszym mózgu, w tym za pamięć, uwagę, a nawet inteligencję.

Oscylacje o różnych częstotliwościach są klasyfikowane jako fale alfa, beta i gamma. Każdy typ fali jest powiązany z różnymi zadaniami. Fale pozwalają komórkom mózgowym dostroić się do częstotliwości odpowiedniej do zadania, ignorując obce sygnały.

Tak jak radio dostraja się do stacji radiowej. Transfer informacji między neuronami staje się optymalny, gdy ich aktywność jest zsynchronizowana.

Dlatego doświadczamy dysonansu poznawczego – irytacji spowodowanej dwoma niekompatybilnymi pomysłami. Wola jest pragnieniem zmniejszenia dysonansu między każdym z aktywnych obwodów neuronowych.



Ewolucję można postrzegać jako ten sam proces, w którym natura próbuje się przystosować, to znaczy „rezonować” ze środowiskiem. Rozwinęła się więc do poziomu, w którym zyskała samoświadomość i zaczęła myśleć o swoim istnieniu.

Kiedy człowiek staje w obliczu paradoksu dążenia do celu i myślenia, że ​​istnienie nie ma sensu, pojawia się dysonans poznawczy.






Dlatego wiele osób zwraca się ku duchowości i religii, odrzucając naukę, która nie jest w stanie odpowiedzieć na pytania egzystencjalne: kim jestem? i po co ja?



I...



„Neurony lustrzane nie rozróżniają między sobą a innymi. „

Lewa półkula jest w dużej mierze odpowiedzialna za tworzenie spójnego systemu wierzeń, który utrzymuje poczucie ciągłości w naszym życiu.

Nowe doświadczenie jest porównywane z istniejącym systemem wierzeń, a jeśli nie pasuje do niego, to jest po prostu odrzucane. Równowagę odgrywa prawa półkula mózgu, która pełni przeciwną rolę.



Podczas gdy lewa półkula stara się utrzymać wzór, prawa półkula stale

kwestionuje status quo. Jeśli rozbieżności są zbyt duże, prawa półkula zmusza nas do ponownego przemyślenia naszego światopoglądu. Ale jeśli nasze przekonania są zbyt silne, prawy mózg może nie przezwyciężyć naszego odrzucenia. Może to powodować duże trudności w odzwierciedlaniu innych.

Kiedy połączenia nerwowe, które determinują nasze przekonania, nie są rozwinięte lub aktywne, nasza świadomość, jedność wszystkich aktywnych obwodów, jest wypełniona aktywnością neuronów lustrzanych, tak jak wtedy, gdy jesteśmy głodni, nasza świadomość jest wypełniona procesami neuronalnymi związanymi z odżywianiem.



Nie jest to wynikiem tego, że centralne „ja” wydaje polecenia różnym obszarom mózgu.

Wszystkie części mózgu mogą być aktywne lub nieaktywne i oddziaływać bez centralnego jądra. Tak jak piksele na ekranie mogą tworzyć rozpoznawalny obraz, grupa interakcji neuronowych może wyrażać się jako świadomość.

W każdej chwili jesteśmy innym obrazem. Kiedy zastanawiamy się nad innymi, kiedy jesteśmy głodni, kiedy oglądamy ten film. W każdej sekundzie stajemy się inną osobą, przechodząc przez różne stany.

Kiedy patrzymy na siebie przez neurony lustrzane, tworzymy ideę indywidualności.

Ale kiedy robimy to z naukowym zrozumieniem, widzimy coś zupełnie innego.






Interakcje neuronowe, które tworzą naszą świadomość, wykraczają daleko poza nasze neurony. Jesteśmy wynikiem oddziaływań elektrochemicznych między półkulami mózgu a naszymi zmysłami, łącząc nasze neurony z innymi neuronami w naszym otoczeniu. Nie ma nic zewnętrznego. To nie jest hipotetyczna filozofia, to podstawowa właściwość neuronów lustrzanych, która pozwala nam rozumieć siebie przez innych.



Uważanie tej aktywności neuronowej za własną, z wyłączeniem środowiska, byłoby błędem. Ewolucja odzwierciedla również naszą stronę superorganizmu, gdzie nasze przetrwanie, jako naczelnych, zależało od kolektywnych zdolności.

Z biegiem czasu regiony kory nowej ewoluowały, aby umożliwić instynktowne przesuwanie i tłumienie hedonistycznych impulsów z korzyścią dla grupy. Nasze geny zaczęły rozwijać wzajemne zachowania społeczne w strukturach superorganizmu, porzucając tym samym ideę „przetrwania najsilniejszych”.



Mózg działa najefektywniej, gdy nie ma dysonansu między zaawansowanymi obszarami mózgu a starszymi i prymitywniejszymi. To, co nazywamy „skłonnościami egoistycznymi”, jest tylko ograniczoną interpretacją zachowania egoistycznego, gdy cechy osoby postrzegane są przez błędny paradygmat indywidualności…

…zamiast naukowego poglądu na to, kim jesteśmy, natychmiastowy, ciągle zmieniający się obraz

pojedyncza całość bez środka.



Konsekwencją psychologiczną tego systemu wierzeń jest samoświadomość bez odniesienia do wyobrażonego „ja”, co prowadzi do zwiększonej jasności umysłu, świadomości społecznej, samokontroli i tego, co często nazywa się „byciem tu i teraz”.






Istnieje opinia, że ​​do kształtowania wartości moralnych potrzebna jest historia, chronologiczny pogląd na nasze życie.

Ale nasze obecne rozumienie empatycznej i społecznej natury mózgu pokazuje, że pogląd czysto naukowy, bez odniesienia do indywidualności i „historii”, dostarcza znacznie dokładniejszego, konstruktywnego i etycznego systemu pojęć niż nasze odmienne wartości.



Jest to logiczne, ponieważ nasza normalna tendencja do definiowania siebie jako wyimaginowanej jednostki stałej prowadzi mózg do zaburzeń poznawczych, takich jak natrętne stereotypy i potrzeba ustalania oczekiwań.






Pragnienie klasyfikacji leży u podstaw wszystkich naszych form interakcji. Ale klasyfikując ego jako wewnętrzne, a środowisko jako zewnętrzne, ograniczamy nasze własne procesy neurochemiczne i doświadczamy pozornego poczucia rozłączenia.

Rozwój osobisty i jego skutki uboczne, takie jak szczęście i satysfakcja, są stymulowane, gdy nie jesteśmy stereotypowi w naszych interakcjach.



Możemy mieć różne poglądy i nie zgadzać się ze sobą, ale interakcje, które akceptują nas takimi, jakimi jesteśmy bez osądu, stają się neuropsychologicznymi katalizatorami stymulującymi mózg.

akceptuj innych i akceptuj racjonalnie udowodnione systemy przekonań bez dysonansu poznawczego.

Stymulowanie tej neuronowej aktywności i interakcji uwalnia potrzebę rozpraszania uwagi i rozrywki oraz tworzy cykle konstruktywnych zachowań w naszym środowisku. Socjologowie odkryli, że zjawiska takie jak palenie i przejadanie się, emocje i idee są dystrybuowane w społeczeństwie w taki sam sposób, jak sygnały elektryczne neuronów są przekazywane, gdy ich aktywność jest zsynchronizowana.






Jesteśmy globalną siecią reakcji neurochemicznych. Samorozwijający się cykl uznania i uznania, podtrzymywany przez codzienne decyzje, jest reakcją łańcuchową, która ostatecznie determinuje naszą zbiorową zdolność do przezwyciężania widocznych podziałów i patrzenia na życie w jego uniwersalnej strukturze.

Rozdział 2
uniwersalna struktura



Podczas badań Chirena dokonałem uproszczonego, ale wyczerpującego przeglądu jego aktualnych wyników.

To jedna z interpretacji dzieła unifikacyjnego fizyka kwantowa i teoria względności.

Ten temat jest złożony i może być trudny do zrozumienia. Zawiera również pewne wnioski filozoficzne, które zostaną poruszone w epilogu.



W ciągu ostatniego stulecia dokonano wielu niesamowitych osiągnięć, które doprowadziły do ​​zmiany naukowego systemu rozumienia świata. Teoria względności Einsteina pokazał, że czas i przestrzeń tworzą jedną tkaninę. ALE Niels Bohr ujawniła podstawowe składniki materii, dzięki fizyce kwantowej - dziedzinie, która istnieje tylko jako "abstrakcyjny opis fizyczny".








Potem Louis de Broglie odkrył, że cała materia, nie tylko fotony i elektrony, ma kwant dualizm falowo-cząsteczkowy . Doprowadziły one do powstania nowych szkół myślenia o naturze rzeczywistości, a także popularnych teorii metafizycznych i pseudonaukowych.

Na przykład, że ludzki umysł może kontrolować wszechświat poprzez pozytywne myślenie. Teorie te są atrakcyjne, ale nie są weryfikowalne i mogą hamować postęp naukowy.



Prawa szczególnej i ogólnej teorii względności Einsteina są wykorzystywane w nowoczesnych technologiach, takich jak satelity GPS, gdzie dokładność obliczeń może odbiegać o więcej niż 10 km dziennie, jeśli nie zostaną uwzględnione takie efekty, jak dylatacja czasu. Oznacza to, że dla zegarów ruchomych czas płynie wolniej niż dla zegarów stacjonarnych.








Innymi efektami względności są skrócenie długości poruszających się obiektów oraz względność jednoczesności, co uniemożliwia stwierdzenie z całą pewnością, że dwa zdarzenia zachodzą w tym samym czasie, jeśli są rozdzielone w przestrzeni.

Nic nie porusza się szybciej niż prędkość światła. Oznacza to, że jeśli rura o długości 10 sekund świetlnych zostanie przesunięta do przodu, upłynie 10 sekund, zanim nastąpi akcja po drugiej stronie. Bez odstępu czasu 10 sekund rura nie istnieje w całości.

Nie chodzi o ograniczenia naszych obserwacji, ale o bezpośrednią konsekwencję teorii względności, gdzie czas i przestrzeń są ze sobą powiązane i jedno nie może istnieć bez drugiego.

Fizyka kwantowa dostarcza matematycznego opisu wielu zagadnień dualizmu falowo-cząsteczkowego oraz interakcji energii i materii. Różni się od fizyki klasycznej przede wszystkim na poziomie atomowym i subatomowym. Te sformułowania matematyczne są abstrakcyjne, a ich dedukcje często nie są intuicyjne.



Kwant to najmniejsza jednostka dowolnej jednostki fizycznej zaangażowanej w interakcję. Cząstki elementarne są podstawowymi składnikami wszechświata. Są to cząstki, które tworzą wszystkie inne cząstki. W fizyce klasycznej zawsze możemy podzielić obiekt na mniejsze części, w fizyce kwantowej jest to niemożliwe.

Dlatego świat kwantowy to zbiór unikalnych zjawisk, niewytłumaczalnych zgodnie z prawami klasycznymi. Na przykład, splątanie kwantowe, efekt fotoelektryczny , rozpraszanie Comptona i wiele więcej.








Świat kwantowy ma wiele niezwykłych interpretacji. Do najbardziej znanych należą Interpretacja Kopenhaska i Interpretacja Wielu Światów. Obecnie rozpędu nabierają alternatywne interpretacje, takie jak „holograficzny wszechświat”.



równania de Broglie



Chociaż fizyka kwantowa i prawa względności Einsteina są równie istotne dla naukowego zrozumienia wszechświata, istnieje wiele nierozwiązanych problemów naukowych i nie ma jeszcze jednoczącej teorii.

Niektóre z aktualnych pytań to: Dlaczego we wszechświecie jest więcej materii, którą można zaobserwować niż antymaterii? Jaka jest natura osi czasu? Jakie jest pochodzenie masy?

Jedną z najważniejszych wskazówek dotyczących tych problemów są równania de Brogliego, za które otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Ta formuła pokazuje, że cała materia ma dualizm korpuskularno-falowy, to znaczy w niektórych przypadkach zachowuje się jak fala, aw innych - jak cząstka. Wzór łączy równanie Einsteina E = mc^2 z kwantową naturą energii.



Dowody eksperymentalne obejmują interferencję cząsteczek fulerenu C60 w eksperymencie z podwójną szczeliną. Fakt, że nasza świadomość składa się z cząstek kwantowych, jest przedmiotem wielu teorii mistycznych.



I chociaż związek między mechaniką kwantową a świadomością nie jest tak magiczny, jak twierdzą filmy i książki ezoteryczne, konsekwencje są dość poważne.

Ponieważ równania de Brogliego odnoszą się do całej materii, możemy powiedzieć, że C = hf, gdzie C to świadomość, h to stała Plancka, a f to częstotliwość. „C” odpowiada za to, co postrzegamy jako „teraz”, kwant, czyli , minimalna jednostka interakcji.

Suma wszystkich momentów „C” do chwili obecnej kształtuje naszą wizję życia. Nie jest to stwierdzenie filozoficzne czy teoretyczne, ale bezpośrednia konsekwencja kwantowej natury wszelkiej materii i energii.

Z wzoru wynika, że ​​życie i śmierć są abstrakcyjnymi agregatami „C”.

Inną konsekwencją równań de Broglie jest to, że szybkość oscylacji materii lub energii i jej zachowanie jako fali lub cząstki zależy od częstotliwości układu odniesienia.

Wzrost częstotliwości ze względu na prędkość koreluje z innymi i prowadzi do zjawisk takich jak dylatacja czasu.

Powodem tego jest to, że percepcja czasu nie zmienia się względem układu odniesienia, gdzie przestrzeń i czas są właściwościami kwantów, a nie odwrotnie.



Antymateria i niezakłócony czas



Wielki Zderzacz Hadronów. Szwajcaria

Antycząstki powstają wszędzie we wszechświecie, gdzie dochodzi do wysokoenergetycznych zderzeń między cząstkami. Proces ten jest sztucznie modelowany w akceleratorach cząstek.

W tym samym czasie, co materia, powstaje również antymateria. Tak więc brak antymaterii we wszechświecie jest nadal jednym z największych nierozwiązanych problemów fizyki.

Dzięki uwięzieniu antycząstek w polach elektromagnetycznych możemy zbadać ich właściwości. Stany kwantowe cząstek i antycząstek są wzajemnie wymienne, jeśli zastosuje się do nich operatory sprzężenia ładunków ©, parzystości (P) i odwrócenia czasu (T).

Oznacza to, że jeśli fizyk składający się z antymaterii przeprowadzi eksperymenty w laboratorium, także z antymaterii, używając związków chemicznych i substancji składających się z antycząstek, uzyska dokładnie takie same wyniki, jak jego „prawdziwy” odpowiednik. Ale jeśli się połączą, nastąpi ogromne uwolnienie energii proporcjonalnej do ich masy.

Niedawno Fermi Labs odkrył, że kwanty, takie jak mezony, przemieszczają się z materii do antymaterii iz powrotem w tempie trzy biliony razy na sekundę.

Rozpatrując wszechświat w kwantowym układzie odniesienia „C”, konieczne jest uwzględnienie wszystkich wyników eksperymentalnych mających zastosowanie do kwantów. W tym, w jaki sposób w akceleratorach cząstek powstaje materia i antymateria oraz jak mezony przechodzą z jednego stanu do drugiego.



Dla C ma to poważne konsekwencje. Z kwantowego punktu widzenia, każda chwila „C” ma anty-C. Wyjaśnia to brak symetrii, tj. antymaterii we wszechświecie, a także jest związane z arbitralnym wyborem emitera i pochłaniacza w teorii absorpcji Wheelera-Feynmana.

Niezakłócony czas T w zasadzie nieoznaczoności to czas lub cykl wymagany do zaistnienia kwantów.

Podobnie jak w przypadku mezonów, granicą naszej osobistej percepcji czasu, czyli zasięgu chwili bieżącej, jest przejście z „C” na „anty-C”. Ten moment samounicestwienia i jego interpretacja „C” zamyka się w abstrakcyjnej osi czasu.



Jeśli zdefiniujemy oddziaływanie i rozważymy podstawowe właściwości dualizmu falowo-cząsteczkowego kwantu, wszystkie oddziaływania składają się z interferencji i rezonansu.

Ale ponieważ to nie wystarcza do wyjaśnienia podstawowych sił, należy zastosować różne modele. Obejmuje to Model Standardowy, który pośredniczy między dynamiką znanych cząstek subatomowych za pośrednictwem nośników siły, a ogólną teorią względności, która opisuje zjawiska makroskopowe, takie jak orbity planet, które podążają za elipsą w przestrzeni i spirale w czasoprzestrzeni. Ale model Einsteina nie ma zastosowania na poziomie kwantowym, a Model Standardowy potrzebuje dodatkowych nośników siły, aby wyjaśnić pochodzenie masy. Łączenie dwóch modeli czyli teoria wszystkiego

był przedmiotem wielu dotychczas nieudanych badań.



Teoria wszystkiego



Mechanika kwantowa to czysto matematyczne opisy, których praktyczne implikacje często zaprzeczają intuicji. Podobnie można opisać klasyczne pojęcia, takie jak długość, czas, masa i energia.

Bazując na równaniach de Broglie, możemy zastąpić te pojęcia wektorami abstrakcyjnymi. To probabilistyczne podejście do głównych istniejących pojęć w fizyce umożliwia połączenie mechaniki kwantowej z teorią względności Einsteina.



Równania De Broglie pokazują, że wszystkie układy odniesienia są kwantowe, w tym cała materia i energia. Akceleratory cząstek pokazały, że materia i antymateria powstają zawsze w tym samym czasie.

Paradoks wyłaniania się rzeczywistości z abstrakcyjnych składników, które wzajemnie się znoszą, można wyjaśnić za pomocą kwantów jako układu odniesienia.

Mówiąc najprościej, musimy patrzeć na rzeczy oczami fotonu. Układ odniesienia jest zawsze kwantowy i określa sposób kwantyzacji czasoprzestrzeni.

Kiedy system „rośnie” lub „zmniejsza”, to samo dzieje się z czasoprzestrzenią. W mechanice kwantowej jest to matematycznie opisywane jako amplituda prawdopodobieństwa funkcji falowej, aw teorii Einsteina jako dylatacja czasu i skrócenie długości.

W przypadku kwantowego układu odniesienia masę i energię można zdefiniować jedynie jako abstrakcyjne prawdopodobieństwa lub, by być bardziej szczegółowym i stworzyć matematyczną podstawę, jako wektory, które istnieją tylko wtedy, gdy założymy oś czasu. Można je zdefiniować jako interferencję lub rezonans z układem odniesienia, który określa minimalną jedność lub stałą czasoprzestrzenną „c”, równoważną stałej Plancka w mechanice kwantowej.

Eksperymenty pokazują, że przemiana materii w energię przez antymaterię generuje promienie gamma o przeciwnym pędzie. To, co wydaje się być transformacją, to związek między przeciwnymi wektorami, interpretowanymi jako odległość i czas, materia i antymateria, masa i energia lub interferencja i rezonans w ramach abstrakcyjnej osi czasu „C”.

Suma przeciwnych wektorów jest zawsze równa zeru. To jest to, co powoduje symetrię lub prawa zachowania w fizyce, lub dlaczego przy prędkości „c” czas i przestrzeń są zerowe z powodu skrócenia długości i dylatacji czasu. Konsekwencją tego jest zasada nieoznaczoności Heisenberga, która mówi, że niektórych par właściwości fizycznych, takich jak położenie i pęd, nie można poznać jednocześnie z dużą dokładnością.



W pewnym sensie pojedyncza cząsteczka jest własnym polem. Nie wyjaśnia to naszego poczucia ciągłości, gdzie „C” niszczy się we własnym wymaganym zakresie. Ale kiedy te wektory są wykładniczo przyspieszane lub przyspieszane wokół osi czasu, leżące u ich podstaw algorytmy matematyczne, które opisują podstawowe siły, mogą dać początek ciągłej rzeczywistości.

z abstrakcyjnych komponentów.

Dlatego równania ruchu harmonicznego są wykorzystywane w wielu dziedzinach fizyki zajmujących się zjawiskami okresowymi, takich jak mechanika kwantowa i elektrodynamika. I tak zasada równoważności Einsteina, z której wywodzi się model czasoprzestrzenny, stwierdza, że ​​nie ma różnicy między grawitacją a przyspieszeniem.

Ponieważ grawitacja jest siłą tylko wtedy, gdy rozważa się ją w oscylującym układzie odniesienia.

Ilustruje to spirala logarytmiczna, która redukuje się do spirali helikalnej w układzie odniesienia, powodując, że obiekty obracają się i poruszają po orbitach. Na przykład, dwa rosnące jabłka w rosnącym układzie odniesienia wyglądają tak, jakby się przyciągały, podczas gdy rozmiar wydaje się być taki sam.

W przeciwieństwie do interferencji. Mówiąc prościej, zwiększanie lub zmniejszanie rozmiarów obiektów w miarę zbliżania się lub oddalania jest określane przez przesunięcie układu odniesienia, podobnie jak radio, które dostraja się do różnych fal, aby odebrać stację radiową.



Dotyczy to również grawitacji. W rzeczywistości, niezależnie od jakiegokolwiek układu odniesienia, nie ma fundamentalnych sił. Wszystkie interakcje w naszej abstrakcyjnej ciągłości można matematycznie opisać w kategoriach interferencji i rezonansu, jeśli wziąć pod uwagę ciągle zmieniającą się i oscylującą minimalną jednostkę lub kwant.

Dowód eksperymentalny obejmuje niewidzialny efekt w Modelu Standardowym, w którym widzimy działanie sił, ale nie widzimy nośników siły.



superpozycja kwantowa



Ciągłość rzeczywistości nie wymaga, aby kwanty miały sekwencję w czasie. Kwant nie jest przedmiotem żadnej koncepcji przestrzeni i czasu i może jednocześnie zajmować wszystkie swoje możliwe stany kwantowe. Nazywa się to superpozycją kwantową i jest demonstrowane na przykład w eksperymencie z podwójną szczeliną lub teleportacji kwantowej, gdzie każdy elektron we wszechświecie może być tym samym elektronem. Jedynym warunkiem abstrakcyjnej osi czasu i spójnej ciągłości rzeczywistości jest algorytm opisu modelu lub abstrakcyjnej sekwencji wektorów.

Ponieważ ciągłość ta określa naszą zdolność do samoświadomości, podporządkowuje nas jej matematycznym konsekwencjom – podstawowym prawom fizyki.

Interakcja to tylko interpretacja abstrakcyjnego modelu. Dlatego mechanika kwantowa podaje tylko opisy matematyczne - może opisywać tylko wzorce z nieskończonym prawdopodobieństwem.

Gdy prawdopodobieństwo jest wyrażone jako „C”, informacja potrzebna do opisania aktualnego momentu lub przedział probabilistyczny „C” zawiera również oś czasu. Natura osi czasu jest jednym z największych nierozwiązanych pytań fizyki, co doprowadziło do wielu nowych popularnych interpretacji.

Na przykład zasada holograficzna – część grawitacji kwantowej i teorii strun – sugeruje, że cały wszechświat można postrzegać jako dwuwymiarową strukturę informacyjną.



Czas



Tradycyjnie kojarzymy pojęcie osi czasu z sekwencją zdarzeń, których doświadczamy poprzez sekwencję wspomnień krótko- i długoterminowych. Możemy mieć tylko wspomnienia z przeszłości, a nie z przyszłości, i zawsze zakładaliśmy, że odzwierciedla to upływ czasu.

Naukowcy zaczęli wątpić w tę logikę dopiero wtedy, gdy odkrycia w mechanice kwantowej wykazały, że niektóre zjawiska nie są związane z naszym pojęciem czasu i że nasze pojęcie czasu jest tylko percepcją zmian obserwowalnych parametrów.

Znajduje to również odzwierciedlenie w dylatacji czasu i skróceniu długości, co jest jednym z powodów, dla których Einstein ustalił, że czas i przestrzeń to jedna tkanka.

W sensie absolutnym pojęcie czasu nie różni się od pojęcia odległości.

Sekundy są równe sekundom świetlnym, ale wzajemnie się wykluczają. Mówiąc prościej: ponieważ odległość i czas są przeciwieństwami, upływ czasu można interpretować jako odległość przebytą przez wskazówki zegara, ponieważ poruszają się w przeciwnym kierunku czasu.

Poruszając się do przodu na odległość, w rzeczywistości cofają się w tak zwanym czasie. Dlatego każda minimalna jednostka doświadczenia jest natychmiast wchłaniana do wiecznego teraz.

Ta interpretacja eliminuje niezgodność między załamaniem się funkcji falowej a dekoherencją kwantową. Pojęcia takie jak „życie” i „śmierć” są konstruktami czysto intelektualnymi. I wszelkie religijne rozumowanie o życiu pozagrobowym w świecie, który nie podlega matematycznym prawom tej rzeczywistości, jest również fikcyjne.



Inną ważną konsekwencją jest to, że teoria Wielkiego Wybuchu, w której wszechświat pochodzi z jednego punktu, jest nieporozumieniem. Tradycyjny pogląd na czasoprzestrzeń, gdzie przestrzeń jest trójwymiarowa, a czas pełni rolę czwartego wymiaru, jest błędny. Jeśli chcemy zbadać pochodzenie wszechświata, musimy patrzeć w przyszłość, ponieważ wektor czasu „C” jest przeciwny do wektora odległości, z którego postrzegamy rozszerzający się wszechświat. Chociaż ta czasowa mapa wszechświata da tylko abstrakcyjne pojęcia bez uwzględnienia jego podstawy kwantowej.



Dowody eksperymentalne obejmują przyspieszenie ekspansji wszechświata, a także odwrotną lub regresywną metrykę czarnych dziur oraz wiele problemów związanych z

z teorią Wielkiego Wybuchu, na przykład problem horyzontu.



Konsekwencje neurologiczne



Wnioski te mogą rodzić pytania o wolną wolę, ponieważ wydaje się, że w naszym postrzeganiu czasu najpierw jest działanie, a potem świadomość.

Większość badań, które rzucają światło na to pytanie, pokazuje, że działanie faktycznie ma miejsce, zanim zostanie zrealizowane. Ale deterministyczny punkt widzenia opiera się na błędnym pojmowaniu czasu, jak pokazują matematyczne opisy prawdopodobieństwa w mechanice kwantowej.



Interpretacje te będą ważne dla przyszłych badań neurologicznych, ponieważ pokazują, że każdy obwód neuronowy jest wektorem, który determinuje dysonans poznawczy i interferencję lub rezonans w „C”. Zdolność do zrozumienia i świadomej zmiany tych wektorów, nabyta przez miliardy lat ewolucji, potwierdza, jak ważne są nasze systemy wierzeń w poszerzaniu naszej świadomości i jak wpływają one na naszą pamięć roboczą, która jest odpowiedzialna za naszą zdolność do nawiązywania połączeń i za procesy neuronalne, które tworzą znaczenie. Wyjaśnia również, że sztuczna świadomość wymagałaby sieci

niezależnych procesorów, a nie liniowej sekwencji złożonych algorytmów.



Ograniczona interpretacja



Athene Unified Theory to rozwiązanie łączące fizykę kwantową i teorię względności. Chociaż odpowiada na wiele z wymienionych tutaj pytań fizycznych, jest to moja ograniczona interpretacja pierwszych miesięcy jego badań naukowych.

Niezależnie od wyniku, jasne jest, że wkroczyliśmy w erę, w której nauka jest otwarta dla wszystkich. A jeśli utrzymamy internet dostępny i neutralny, możemy sprawdzić słuszność naszych pomysłów, rozwijać naszą wyobraźnię poprzez tworzenie nowych relacji i możemy dalej rozwijać nasze zrozumienie.

wszechświat i umysł.



Epilog



W mechanice kwantowej nauczyliśmy się inaczej podchodzić do rzeczywistości i postrzegać wszystko jako prawdopodobieństwo, a nie pewniki. W sensie matematycznym wszystko jest możliwe.

Zarówno w nauce, jak iw naszym codziennym życiu, nasza zdolność obliczania lub odgadywania prawdopodobieństw jest zdeterminowana naszą intelektualną zdolnością rozpoznawania wzorców.

Im bardziej jesteśmy otwarci, tym wyraźniej widzimy te wzorce i opieramy nasze działania na rozsądnym prawdopodobieństwie.

Ponieważ w samej naturze naszej lewej półkuli leży odrzucanie idei, które nie pasują do naszych obecnych poglądów, im bardziej jesteśmy przywiązani do naszych przekonań, tym mniej jesteśmy w stanie dokonywać świadomych wyborów dla siebie. Ale kontrolując ten proces, poszerzamy naszą samoświadomość i zwiększamy naszą wolną wolę.

Mówią, że mądrość przychodzi wraz z wiekiem. Ale z otwartością i sceptycyzmem - kluczowymi zasadami naukowymi - nie potrzebujemy dziesięcioleci prób i błędów, aby ustalić, które z naszych przekonań mogą być błędne.

Nie chodzi o to, czy nasze przekonania są prawdziwe, czy nie, ale o to, czy nasze emocjonalne przywiązanie do nich wyrządzi dobro, czy szkodę.



Wolny wybór nie istnieje, dopóki jesteśmy emocjonalnie przywiązani do systemu wierzeń. Kiedy już mamy wystarczającą samoświadomość, aby to zrozumieć, możemy współpracować, aby zrozumieć prawdopodobieństwo tego, co przyniesie nam największe korzyści.

„Rozwój mechaniki kwantowej poddał nasze klasyczne poglądy naukowe bezprecedensowej krytyce. Samoświadomość i chęć rewizji naszych hipotez, które są nieustannie testowane przez naukę i ludzkość, określą stopień, w jakim osiągniemy głębsze zrozumienie umysłu i wszechświata.

Fizyka jest najbardziej tajemniczą ze wszystkich nauk. Fizyka daje nam zrozumienie otaczającego nas świata. Prawa fizyki są absolutne i obowiązują wszystkich bez wyjątku, niezależnie od osoby i statusu społecznego.

Ten artykuł jest przeznaczony dla osób powyżej 18 roku życia.

Masz już ukończone 18 lat?

Podstawowe odkrycia w fizyce kwantowej

Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein i wielu innych to wielcy przewodnicy ludzkości we wspaniałym świecie fizyki, którzy niczym prorocy odkrywali przed ludzkością największe tajemnice wszechświata i umiejętność kontrolowania zjawisk fizycznych. Ich jasne głowy przebijały się przez ciemność ignorancji nierozsądnej większości i niczym gwiazda przewodnia wskazywały drogę ludzkości w ciemności nocy. Jednym z tych dyrygentów w świecie fizyki był Max Planck, ojciec fizyki kwantowej.

Max Planck jest nie tylko twórcą fizyki kwantowej, ale także autorem słynnej na całym świecie teorii kwantowej. Teoria kwantów jest najważniejszym elementem fizyki kwantowej. W prostych słowach teoria ta opisuje ruch, zachowanie i interakcję mikrocząstek. Założyciel fizyki kwantowej przyniósł nam także wiele innych prac naukowych, które stały się kamieniami węgielnymi współczesnej fizyki:

• teoria promieniowania cieplnego;
• szczególna teoria względności;
• badania z zakresu termodynamiki;
• badania w dziedzinie optyki.

Teoria fizyki kwantowej o zachowaniu i interakcji mikrocząstek stała się podstawą fizyki materii skondensowanej, fizyki cząstek elementarnych i fizyki wysokich energii. Teoria kwantów wyjaśnia nam istotę wielu zjawisk naszego świata - od funkcjonowania komputerów elektronicznych po budowę i zachowanie ciał niebieskich. Max Planck, twórca tej teorii, dzięki swojemu odkryciu pozwolił zrozumieć prawdziwą istotę wielu rzeczy na poziomie cząstek elementarnych. Ale stworzenie tej teorii nie jest jedyną zasługą naukowca. Jako pierwszy odkrył podstawowe prawo wszechświata – prawo zachowania energii. Trudno przecenić wkład Maxa Plancka w naukę. Krótko mówiąc, jego odkrycia są bezcenne dla fizyki, chemii, historii, metodologii i filozofii.

kwantowa teoria pola

Krótko mówiąc, kwantowa teoria pola to teoria opisu mikrocząstek, ich zachowania w przestrzeni, wzajemnego oddziaływania i wzajemnych przekształceń. Teoria ta bada zachowanie systemów kwantowych w tak zwanych stopniach swobody. Ta piękna i romantyczna nazwa wielu z nas nie mówi nic. W przypadku manekinów stopnie swobody to liczba niezależnych współrzędnych potrzebnych do wskazania ruchu układu mechanicznego. Mówiąc prościej, stopnie swobody są cechami ruchu. Ciekawych odkryć w dziedzinie oddziaływania cząstek elementarnych dokonał Steven Weinberg. Odkrył tzw. prąd neutralny – zasadę oddziaływania kwarków i leptonów, za co w 1979 roku otrzymał Nagrodę Nobla.

Teoria kwantowa Maxa Plancka

W latach dziewięćdziesiątych XVIII wieku niemiecki fizyk Max Planck zajął się badaniem promieniowania cieplnego i ostatecznie otrzymał wzór na rozkład energii. Hipoteza kwantowa, która zrodziła się w trakcie tych badań, zapoczątkowała fizykę kwantową, a także kwantową teorię pola odkrytą w 1900 roku. Teoria kwantowa Plancka głosi, że podczas promieniowania cieplnego wytworzona energia jest emitowana i pochłaniana nie w sposób ciągły, ale epizodycznie, kwantowo. Rok 1900, dzięki temu odkryciu Maxa Plancka, stał się rokiem narodzin mechaniki kwantowej. Warto również wspomnieć o formule Plancka. Krótko mówiąc, jego istota jest następująca – opiera się na stosunku temperatury ciała do jego promieniowania.

Kwantowo-mechaniczna teoria budowy atomu

Teoria mechaniki kwantowej budowy atomu jest jedną z podstawowych teorii pojęć w fizyce kwantowej, a także w fizyce w ogóle. Ta teoria pozwala nam zrozumieć strukturę wszystkiego, co materialne, i otwiera zasłonę tajemnicy nad tym, z czego faktycznie składają się rzeczy. A wnioski oparte na tej teorii są bardzo nieoczekiwane. Rozważ krótko strukturę atomu. Więc z czego tak naprawdę zbudowany jest atom? Atom składa się z jądra i chmury elektronów. Podstawa atomu, jego jądro, zawiera prawie całą masę samego atomu - ponad 99 procent. Jądro zawsze ma ładunek dodatni i to on określa pierwiastek chemiczny, którego częścią jest atom. Najciekawsze w jądrze atomu jest to, że zawiera prawie całą masę atomu, ale jednocześnie zajmuje tylko jedną dziesięciotysięczną jego objętości. Co z tego wynika? A wniosek jest bardzo nieoczekiwany. Oznacza to, że gęsta materia w atomie to tylko jedna dziesięciotysięczna. A co ze wszystkim innym? Wszystko inne w atomie to chmura elektronów.

Chmura elektronów nie jest trwałą, a nawet nie materialną substancją. Chmura elektronów to po prostu prawdopodobieństwo pojawienia się elektronów w atomie. Oznacza to, że jądro zajmuje tylko jedną dziesięciotysięczną w atomie, a wszystko inne jest pustką. A jeśli weźmiemy pod uwagę, że wszystkie otaczające nas obiekty, od cząstek pyłu po ciała niebieskie, planety i gwiazdy, składają się z atomów, to okaże się, że wszystko, co materialne, składa się w ponad 99 procentach z pustki. Teoria ta wydaje się całkowicie niewiarygodna, a jej autor przynajmniej łudzi się, bo rzeczy, które istnieją wokół mają solidną konsystencję, mają wagę i dają się odczuć. Jak może składać się z pustki? Czy do tej teorii budowy materii wkradł się błąd? Ale tutaj nie ma błędu.

Wszystkie rzeczy materialne wydają się gęste tylko dzięki interakcji między atomami. Rzeczy mają stałą i gęstą konsystencję tylko dzięki przyciąganiu lub odpychaniu między atomami. Zapewnia to gęstość i twardość sieci krystalicznej chemikaliów, z których składa się cały materiał. Ale ciekawy punkt, kiedy np. zmieniają się warunki temperaturowe środowiska, wiązania między atomami, czyli ich przyciąganie i odpychanie, mogą słabnąć, co prowadzi do osłabienia sieci krystalicznej, a nawet do jej zniszczenia. Wyjaśnia to zmianę właściwości fizycznych substancji po podgrzaniu. Na przykład, gdy żelazo jest podgrzewane, staje się płynne i można je ukształtować w dowolny kształt. A kiedy lód topi się, zniszczenie sieci krystalicznej prowadzi do zmiany stanu materii i zmienia się ze stałego w ciekły. Są to wyraźne przykłady osłabienia wiązań między atomami, aw rezultacie osłabienia lub zniszczenia sieci krystalicznej, co pozwala substancji stać się amorficzną. A powodem tak tajemniczych metamorfoz jest właśnie to, że substancje składają się z gęstej materii tylko w jednej dziesięciotysięcznej, a wszystko inne jest pustką.

A substancje wydają się być stałe tylko dzięki silnym wiązaniom między atomami, których osłabienie zmienia się. Tym samym kwantowa teoria budowy atomu pozwala na zupełnie inne spojrzenie na otaczający nas świat.

Twórca teorii atomu, Niels Bohr, wysunął ciekawą koncepcję, że elektrony w atomie nie promieniują stale energią, a jedynie w momencie przejścia między trajektoriami ich ruchu. Teoria Bohra pomogła wyjaśnić wiele procesów wewnątrzatomowych, a także dokonała przełomu w nauce chemii, wyjaśniając granice stołu stworzonego przez Mendelejewa. Według , ostatni element, który może istnieć w czasie i przestrzeni, ma numer seryjny sto trzydzieści siedem, a elementy zaczynające się od sto trzydziestego ósmego nie mogą istnieć, ponieważ ich istnienie jest sprzeczne z teorią względności. Również teoria Bohra wyjaśniała naturę takiego zjawiska fizycznego jak widma atomowe.

Są to widma interakcji wolnych atomów, które powstają, gdy energia jest emitowana między nimi. Zjawiska takie są typowe dla substancji gazowych, parowych oraz substancji w stanie plazmy. Tym samym teoria kwantów dokonała rewolucji w świecie fizyki i pozwoliła naukowcom na postęp nie tylko w dziedzinie tej nauki, ale także w dziedzinie wielu nauk pokrewnych: chemii, termodynamiki, optyki i filozofii. A także pozwolił ludzkości wniknąć w tajemnice natury rzeczy.

Ludzkość musi jeszcze wiele zrobić w swojej świadomości, aby uświadomić sobie naturę atomów, zrozumieć zasady ich zachowania i interakcji. Rozumiejąc to, będziemy w stanie zrozumieć naturę otaczającego nas świata, ponieważ wszystko, co nas otacza, począwszy od cząsteczek kurzu, a skończywszy na samym słońcu, a my sami - wszystko składa się z atomów, których natura jest tajemnicza i niesamowite i najeżone mnóstwem tajemnic.