Kvantová fyzika. Smerom k teórii všetkého Čo je teória všetkého

Ako moderní teoretickí fyzici rozvíjajú nové teórie, ktoré opisujú svet? Čo pridávajú ku kvantovej mechanike a všeobecnej teórii relativity, aby vytvorili „teóriu všetkého“? O akých obmedzeniach sa diskutuje v článkoch, ktoré hovoria o absencii „novej fyziky“? Všetky tieto otázky môžu byť zodpovedané, ak rozumiete tomu, čo je akcie- objekt, ktorý je základom všetkých existujúcich fyzikálnych teórií. V tomto článku vysvetlím, čo fyzici chápu pod pojmom činnosť, a tiež ukážem, ako sa dá použiť na vytvorenie skutočnej fyzikálnej teórie, pričom použijem len niekoľko jednoduchých predpokladov o vlastnostiach uvažovaného systému.

Okamžite vás varujem: článok bude obsahovať vzorce a dokonca aj jednoduché výpočty. Dajú sa však preskočiť bez väčšej ujmy na pochopení. Vo všeobecnosti tu dávam vzorce len pre tých čitateľov, ktorí majú záujem, ktorí si určite chcú na všetko prísť sami.

Rovnice

Fyzika popisuje náš svet pomocou rovníc, ktoré spájajú rôzne fyzikálne veličiny – rýchlosť, silu, silu magnetického poľa atď. Takmer všetky takéto rovnice sú diferenciálne, to znamená, že obsahujú nielen funkcie závislé od veličín, ale aj ich derivácie. Napríklad jedna z najjednoduchších rovníc popisujúcich pohyb bodového telesa obsahuje druhú deriváciu jeho súradnice:

Tu som označil druhú deriváciu času dvoma bodmi (respektíve jeden bod bude označovať prvú deriváciu). Samozrejme, ide o druhý Newtonov zákon, ktorý objavil na konci 17. storočia. Newton bol jedným z prvých, ktorí uznali potrebu písať pohybové rovnice v tejto forme a tiež vyvinul diferenciálny a integrálny počet potrebný na ich riešenie. Samozrejme, väčšina fyzikálnych zákonov je oveľa komplikovanejšia ako druhý Newtonov zákon. Napríklad systém hydrodynamických rovníc je taký zložitý, že vedci dodnes nevedia, či je vo všeobecnosti riešiteľný alebo nie. Problém existencie a plynulosti riešení tohto systému je dokonca zaradený do zoznamu „problémov tisícročia“ a Clay Mathematical Institute udelil za jeho riešenie odmenu milión dolárov.

Ako však fyzici nájdu tieto diferenciálne rovnice? Po dlhú dobu bol jediným zdrojom nových teórií experiment. Inými slovami, najprv vedec zmeral niekoľko fyzikálnych veličín a až potom sa pokúsil určiť, ako spolu súvisia. Napríklad práve týmto spôsobom objavil Kepler tri slávne zákony nebeskej mechaniky, ktoré neskôr priviedli Newtona k jeho klasickej teórii gravitácie. Ukázalo sa, že experiment akoby „predbehol teóriu“.

V modernej fyzike sú veci usporiadané trochu inak. Samozrejme, experiment stále hrá vo fyzike veľmi dôležitú úlohu. Bez experimentálneho potvrdenia je akákoľvek teória len matematickým modelom – hračkou pre myseľ, ktorá nemá nič spoločné so skutočným svetom. Fyzici však teraz získavajú rovnice, ktoré popisujú náš svet nie empirickým zovšeobecnením experimentálnych faktov, ale odvodzujú ich „z prvých princípov“, teda na základe jednoduchých predpokladov o vlastnostiach opísaného systému (napríklad časopriestorový alebo elektromagnetický lúka). Z experimentu sa v konečnom dôsledku určujú len parametre teórie – ľubovoľné koeficienty, ktoré vstupujú do rovnice odvodenej teoretikom. Kľúčovú úlohu v teoretickej fyzike zároveň zohráva zásada najmenšej akcie, ktorý prvýkrát sformuloval Pierre Maupertuis v polovici 18. storočia a nakoniec ho zovšeobecnil William Hamilton začiatkom 19. storočia.

Akcia

čo je akcia? V najvšeobecnejšej formulácii je akcia funkcionál, ktorý spája trajektórie systému (to znamená funkcie súradníc a času) s určitým číslom. Tvrdí to zásada najmenšej akcie pravda trajektória bude minimálna. Aby ste pochopili význam týchto módnych slov, zvážte nasledujúci názorný príklad, prevzatý z Feynmanových prednášok o fyzike.

Predpokladajme, že chceme vedieť, po akej trajektórii sa bude pohybovať teleso umiestnené v gravitačnom poli. Pre jednoduchosť budeme predpokladať, že pohyb je úplne opísaný výškou X(t), to znamená, že telo sa pohybuje pozdĺž zvislej čiary. Predpokladajme, že vieme len o pohybe, ktorý telo začína v bode X 1 v čase t 1 a prichádza k bodu X 2 za okamih t 2 a celkový čas cesty je T = t 2 − t jeden . Zvážte funkciu L rovná rozdielu kinetickej energie TO a potenciálnu energiu P: L = TO − P. Predpokladáme, že potenciálna energia závisí len od súradnice častice X(t), a kinetické - iba na jeho rýchlosti ẋ (t). Tiež definujeme akcie- funkčnosť S rovná priemernej hodnote L za celú cestu: S = ∫ L(X, ẋ , t) d t.

Očividne hodnotu S bude výrazne závisieť od tvaru trajektórie X(t) - v skutočnosti to je dôvod, prečo to nazývame funkčná, nie funkcia. Ak teleso stúpa príliš vysoko (dráha 2), priemerná potenciálna energia sa zvýši a ak sa príliš často zacyklí (dráha 3), kinetická energia sa zvýši - koniec koncov sme predpokladali, že celkový čas pohybu sa presne rovná T, čo znamená, že telo potrebuje zvýšiť rýchlosť, aby stihlo prejsť všetky zákruty. V skutočnosti funkčnosť S dosiahne minimum na nejakej optimálnej trajektórii, ktorou je úsek paraboly prechádzajúci bodmi X 1 a X 2 (dráha 1). Šťastnou zhodou okolností sa táto dráha zhoduje s dráhou predpovedanou druhým Newtonovým zákonom.

Príklady ciest spájajúcich body X 1 a X 2. Šedá farba označuje trajektóriu získanú variáciou skutočnej trajektórie. Vertikálny smer zodpovedá osi X, horizontálne - osi t

Je to náhoda? Samozrejme, nie náhodou. Aby sme to ukázali, predpokladajme, že poznáme skutočnú trajektóriu a zvážime ju variácie. Variácia 5 X(t) je takýto doplnok k trajektórii X(t), ktorá mení svoj tvar, no ponecháva počiatočný a koncový bod na svojich miestach (pozri obrázok). Pozrime sa, akú hodnotu má akcia na trajektóriách, ktoré sa líšia od skutočnej trajektórie nekonečne malou variáciou. Rozširujúca funkcia L a výpočtom integrálu po častiach dostaneme zmenu Súmerné variácii δ X:

Tu skutočnosť, že variácie v bodoch X 1 a X 2 je nula – to nám umožnilo zahodiť výrazy, ktoré sa objavia po integrácii po častiach. Výsledný výraz je veľmi podobný vzorcu pre deriváciu, ktorý je napísaný v zmysle diferenciálov. Skutočne, výraz δ S/δ X niekedy nazývaný variačný derivát. Pokračovaním v tejto analógii sme dospeli k záveru, že s pridaním malej prísady δ X na skutočnú trajektóriu by sa akcia nemala meniť, to znamená δ S= 0. Keďže sčítanie môže byť prakticky ľubovoľné (upevnili sme len jeho konce), znamená to, že integrand tiež zaniká. Keď poznáme túto akciu, môžeme získať diferenciálnu rovnicu opisujúcu pohyb systému, Euler-Lagrangeovu rovnicu.

Vráťme sa k nášmu problému s telesom pohybujúcim sa v gravitačnom poli. Pripomeňme si, že sme definovali funkciu L ako rozdiel medzi kinetickou a potenciálnou energiou telesa. Nahradením tohto výrazu do Eulerovej-Lagrangeovej rovnice v skutočnosti dostaneme druhý Newtonov zákon. V skutočnosti náš odhad o forme funkcie L sa ukázalo ako veľmi úspešné:

Ukazuje sa, že pomocou akcie je možné písať pohybové rovnice vo veľmi krátkej forme, akoby „zabalili“ všetky vlastnosti systému do funkcie. L. To samo o sebe je dosť zaujímavé. Akcia však nie je len matematickou abstrakciou, má hlboký fyzikálny význam. Vo všeobecnosti moderný teoretický fyzik najprv napíše akciu a až potom odvodí pohybové rovnice a skúma ich. V mnohých prípadoch možno akciu pre systém skonštruovať tak, že sa o jeho vlastnostiach urobia len tie najjednoduchšie predpoklady. Pozrime sa, ako sa to dá urobiť na niekoľkých príkladoch.

Voľná ​​relativistická častica

Keď Einstein budoval špeciálnu teóriu relativity (STR), postuloval niekoľko jednoduchých tvrdení o vlastnostiach nášho časopriestoru. Po prvé, je homogénny a izotropný, to znamená, že sa nemení s konečnými posunmi a rotáciami. Inými slovami, bez ohľadu na to, kde sa nachádzate – na Zemi, na Jupiteri alebo v galaxii Malý Magellanov mrak – vo všetkých týchto bodoch fyzikálne zákony fungujú rovnako. Navyše nezbadáte žiadny rozdiel, ak sa budete pohybovať v rovnomernej priamke – to je Einsteinov princíp relativity. Po druhé, žiadne teleso nemôže prekročiť rýchlosť svetla. To vedie k tomu, že zaužívané pravidlá prepočítavania rýchlostí a času pri prepínaní medzi rôznymi referenčnými systémami – Galileove transformácie – je potrebné nahradiť správnejšími Lorentzovými transformáciami. Výsledkom je, že skutočne relativistickou veličinou, rovnakou vo všetkých referenčných sústavách, sa nestáva vzdialenosť, ale interval – správny čas častice. Interval s 1 − s 2 medzi dvoma danými bodmi možno nájsť pomocou nasledujúceho vzorca, kde c- rýchlosť svetla:

Ako sme videli v predchádzajúcej časti, na nájdenie jej pohybovej rovnice nám stačí zapísať dej pre voľnú časticu. Je rozumné predpokladať, že akcia je relativistický invariant, to znamená, že vyzerá rovnako v rôznych referenčných rámcoch, pretože fyzikálne zákony v nich sú rovnaké. Okrem toho by sme chceli, aby bola akcia napísaná čo najjednoduchšie (zložité výrazy si necháme na neskôr). Najjednoduchší relativistický invariant, ktorý možno spojiť s bodovou časticou, je dĺžka jej svetočiary. Výber tohto invariantu ako akcie (aby bol rozmer výrazu správny, vynásobíme ho koeficientom − mc) a jeho variáciou dostaneme nasledujúcu rovnicu:

Jednoducho povedané, 4-zrýchlenie voľnej relativistickej častice sa musí rovnať nule. 4-zrýchlenie, podobne ako 4-rýchlosť, je zovšeobecnením pojmov zrýchlenie a rýchlosť na štvorrozmerný časopriestor. Výsledkom je, že voľná častica sa môže pohybovať len po danej priamke konštantnou 4-rýchlosťou. V limite nízkych rýchlostí sa zmena intervalu prakticky zhoduje so zmenou v čase, a preto rovnica, ktorú sme získali, prechádza do druhého Newtonovho zákona, o ktorom sme už hovorili vyššie: mẍ= 0. Na druhej strane podmienka nulového 4-zrýchlenia je vo všeobecnej teórii relativity splnená aj pre voľnú časticu, len sa v nej už začína kriviť časopriestor a častica sa nemusí nutne pohybovať po priamke. aj pri absencii vonkajších síl.

Elektromagnetické pole

Ako viete, elektromagnetické pole sa prejavuje v interakcii s nabitými telami. Typicky je táto interakcia opísaná pomocou vektorov intenzity elektrického a magnetického poľa, ktoré sú spojené systémom štyroch Maxwellových rovníc. Prakticky symetrická forma Maxwellových rovníc naznačuje, že tieto polia nie sú nezávislé entity – to, čo sa nám javí ako elektrické pole v jednej referenčnej sústave, sa môže zmeniť na magnetické pole, ak prejdeme do inej sústavy.

V skutočnosti uvažujme o drôte, pozdĺž ktorého prebiehajú elektróny rovnakou a konštantnou rýchlosťou. V referenčnom rámci spojenom s elektrónmi existuje iba konštantné elektrické pole, ktoré možno nájsť pomocou Coulombovho zákona. V pôvodnej referenčnej sústave však pohyb elektrónov vytvára konštantný elektrický prúd, ktorý následne indukuje konštantné magnetické pole (Biot-Savartov zákon). Zároveň sa podľa princípu relativity v nami zvolených referenčných rámcoch musia fyzikálne zákony zhodovať. To znamená, že elektrické aj magnetické polia sú súčasťou jednej všeobecnejšej entity.

Tenzory

Predtým, ako prejdeme ku kovariantnej formulácii elektrodynamiky, stojí za to povedať pár slov o matematike špeciálnej a všeobecnej teórie relativity. Najdôležitejšiu úlohu v týchto teóriách zohráva koncept tenzora (a úprimne povedané aj v iných moderných teóriách). Zhruba povedané, tenzor poradia ( n, m) možno považovať za ( n+m)-rozmerná matica, ktorej zložky závisia od súradníc a času. Okrem toho sa pri prechode z jedného referenčného systému do druhého alebo pri zmene súradnicovej siete musí určitým prefíkaným spôsobom meniť tenzor. Ako presne, určuje počet kontravariantných a kovariantných indexov ( n a m v uvedenom poradí). Zároveň sa samotný tenzor ako fyzická entita pri takýchto transformáciách nemení, rovnako ako sa pri nich nemení 4-vektor, ktorý je špeciálnym prípadom tenzora 1. úrovne.

Komponenty tenzora sú očíslované pomocou indexov. Pre pohodlie sú rozlíšené horné a dolné indexy, aby bolo možné okamžite vidieť, ako sa tenzor transformuje pri zmene súradníc alebo referenčných systémov. Napríklad tenzorový komponent T poradie (3, 0) sa píše ako Tαβγ a tenzor U poradie (2, 1) - as Uα β γ . Podľa zavedenej tradície sú zložky štvorrozmerných tenzorov očíslované gréckymi písmenami a trojrozmerné - latinkou. Niektorí fyzici však radšej robia opak (napríklad Landau).

Okrem toho Einstein pre stručnosť navrhol nepísať znak súčtu „Σ“ pri skladaní tenzorových výrazov. Konvolúcia je súčet tenzora cez dva dané indexy, pričom jeden z nich musí byť „horný“ (kontravariantný) a druhý musí byť „dolný“ (kovariantný). Napríklad na výpočet stopy matice – tenzora poradia (1, 1) – ju musíte zbaliť cez dva dostupné indexy: Tr[ A μ ν ] = Σ A μ μ = Aμ μ . Indexy môžete zvyšovať a znižovať pomocou metrického tenzora: T αβ γ = T αβμ g μγ .

Nakoniec je vhodné zaviesť absolútne antisymetrický pseudotensor ε μνρσ - tenzor, ktorý mení znamienko pre ľubovoľnú permutáciu indexov (napr. ε μνρσ = −ε νμρσ) a ktorého zložka ε 1234 = +1. Nazýva sa aj tenzor Levi-Civita. Pri rotáciách súradnicového systému sa ε μνρσ správa ako normálny tenzor, ale pri inverziách (zmena napr. X → −X) sa prevádza inak.

V skutočnosti sú vektory elektrického a magnetického poľa spojené do štruktúry, ktorá je pri Lorentzových transformáciách invariantná - to znamená, že sa nemení počas prechodu medzi rôznymi (inerciálnymi) referenčnými sústavami. Ide o takzvaný tenzor elektromagnetického poľa Fμν . Najlepšie je napísať ho vo forme nasledujúcej matice:

Tu sú zložky elektrického poľa označené písmenom E, a zložky magnetického poľa - podľa písmena H. Je ľahké vidieť, že tenzor elektromagnetického poľa je antisymetrický, to znamená, že jeho zložky na opačných stranách uhlopriečky sú rovnaké v absolútnej hodnote a majú opačné znamienka. Ak chceme získať Maxwellove rovnice „z prvých princípov“, musíme si zapísať pôsobenie elektrodynamiky. Aby sme to dosiahli, musíme skonštruovať najjednoduchšiu skalárnu kombináciu tenzorových objektov, ktoré máme, nejakým spôsobom súvisiace s vlastnosťami poľa alebo časopriestoru.

Ak o tom premýšľate, nemáme na výber - iba tenzor poľa môže fungovať ako "stavebné kamene" Fμν , metrický tenzor gμν a absolútne antisymetrický tenzor ε μνρσ . Z nich môžete zhromaždiť iba dve skalárne kombinácie a jedna z nich je totálna derivácia, to znamená, že ju možno pri odvodzovaní Euler-Lagrangeových rovníc ignorovať - ​​po integrácii sa táto časť jednoducho zmení na nulu. Výberom zvyšnej kombinácie ako akcie a jej obmenou dostaneme dvojicu Maxwellových rovníc – polovicu systému (prvý riadok). Zdalo by sa, že nám unikli dve rovnice. V skutočnosti však nemusíme vypisovať akciu na odvodenie zostávajúcich rovníc - vyplývajú priamo z antisymetrie tenzora Fμν (druhý riadok):

Opäť sme získali správne pohybové rovnice výberom najjednoduchšej možnej kombinácie ako akcie. Pravda, keďže sme nebrali do úvahy existenciu nábojov v našom priestore, dostali sme rovnice pre voľné pole, teda pre elektromagnetické vlnenie. Pri pridávaní nábojov do teórie treba brať do úvahy aj ich vplyv. To sa dosiahne zahrnutím 4-prúdového vektora do činnosti.

gravitácia

Skutočným triumfom princípu najmenšej akcie vo svojej dobe bola konštrukcia všeobecnej teórie relativity (GR). Vďaka nemu boli najskôr odvodené pohybové zákony, ktoré vedci nedokázali získať rozborom experimentálnych dát. Alebo mohli, ale neurobili to. Namiesto toho Einstein (a Hilbert, ak chcete) odvodili rovnice z hľadiska metrík na základe predpokladov o vlastnostiach časopriestoru. Od tohto momentu začala teoretická fyzika „predbiehať“ experimentálnu.

V GR metrika prestáva byť konštantná (ako v SRT) a začína závisieť od hustoty energie v nej umiestnenej. Všimol som si, že je správnejšie hovoriť o energii a nie o hmotnosti, hoci tieto dve veličiny súvisia vzťahom E = mc 2 vo svojom vlastnom referenčnom rámci. Pripomínam, že metrika stanovuje pravidlá, podľa ktorých sa počíta vzdialenosť medzi dvoma bodmi (presne povedané, nekonečne blízkymi bodmi). Je dôležité, aby metrika nezávisela od výberu súradnicového systému. Napríklad plochý trojrozmerný priestor možno opísať pomocou karteziánskeho alebo sférického súradnicového systému, ale v oboch prípadoch bude priestorová metrika rovnaká.

Aby sme zapísali akciu gravitácie, musíme z metriky vytvoriť nejaký invariant, ktorý sa nezmení, keď sa zmení súradnicová sieť. Najjednoduchším takýmto invariantom je metrický determinant. Ak to však iba povolíme, nedostaneme diferenciál rovnice, keďže tento výraz neobsahuje derivácie metriky. A ak rovnica nie je diferenciálna, nemôže opísať situácie, v ktorých sa metrika mení v priebehu času. Preto musíme k akcii pridať najjednoduchší invariant, ktorý obsahuje deriváty gμν . Takýmto invariantom je takzvaný Ricciho skalár R, ktorý sa získa konvolúciou Riemannovho tenzora Rμνρσ , ktorý popisuje zakrivenie časopriestoru:

Robert Couse-Baker/flickr.com

Teória všetkého

Konečne je čas porozprávať sa o „teórii všetkého“. Toto je názov niekoľkých teórií, ktoré sa snažia spojiť všeobecnú teóriu relativity a štandardný model - dve hlavné fyzikálne teórie, ktoré sú v súčasnosti známe. Vedci takéto pokusy robia nielen z estetických dôvodov (čím menej teórií je potrebných na pochopenie sveta, tým lepšie), ale aj z presvedčivejších dôvodov.

GR aj štandardný model majú limity použiteľnosti, po ktorých prestanú fungovať. Napríklad všeobecná relativita predpovedá existenciu singularít - bodov, v ktorých hustota energie, a tým aj zakrivenie časopriestoru, má tendenciu k nekonečnu. Nepríjemné sú nielen nekonečno samotné – okrem tohto problému štandardný model uvádza, že energiu nemožno lokalizovať v určitom bode, ale treba ju rozložiť na nejaký, aj keď malý objem. Preto v blízkosti singularity by mali byť účinky GR aj štandardného modelu veľké. Zároveň všeobecná relativita ešte nebola kvantovaná a Štandardný model je postavený na predpoklade plochého časopriestoru. Ak chceme pochopiť, čo sa deje okolo singularít, musíme vyvinúť teóriu, ktorá zahŕňa obe tieto teórie.

Majúc na pamäti úspech princípu najmenšieho účinku v minulosti, vedci na ňom zakladajú všetky svoje pokusy vybudovať novú teóriu. Pamätáte si, že pri vytváraní akcie pre rôzne teórie sme zvažovali len tie najjednoduchšie kombinácie? Potom boli naše činy korunované úspechom, ale to vôbec neznamená, že najjednoduchšie konanie je najsprávnejšie. Všeobecne povedané, príroda nemusí upravovať svoje zákony, aby nám uľahčila život.

Preto je rozumné zahrnúť do akcie nasledujúce komplexnejšie invariantné veličiny a zistiť, kam to povedie. V niektorých ohľadoch to pripomína postupnú aproximáciu funkcie pomocou polynómov stále vyšších stupňov. Jediným problémom je, že všetky takéto korekcie vstupujú do hry s nejakými neznámymi koeficientmi, ktoré sa nedajú teoreticky vypočítať. Keďže štandardný model a všeobecná relativita stále fungujú dobre, tieto koeficienty musia byť veľmi malé – a preto je ťažké ich určiť z experimentu. Početné články uvádzajúce „obmedzenia novej fyziky“ sú rovnako zamerané na určenie koeficientov vyšších rádov teórie. Doteraz boli schopní nájsť len horné hranice.

Okrem toho existujú prístupy, ktoré zavádzajú nové, netriviálne koncepty. Napríklad teória strún naznačuje, že vlastnosti nášho sveta možno opísať pomocou vibrácií nie bodových, ale rozšírených predmetov – strún. Bohužiaľ, experimentálne potvrdenie teórie strún ešte nebolo nájdené. Napríklad predpovedala nejaké vzruchy na urýchľovačoch, ale tie sa nikdy neobjavili.

Vo všeobecnosti sa nezdá, že by sa vedci priblížili k objaveniu „teórie všetkého“. Pravdepodobne musia teoretici stále prísť s niečím zásadne novým. Niet pochýb o tom, že prvá vec, ktorú urobia, je napísanie akcie pre novú teóriu.

***

Ak sa vám všetky tieto argumenty zdali komplikované a prelistovali ste si článok bez prečítania, tu je stručný súhrn faktov, ktoré sa v ňom rozoberali. Po prvé, všetky moderné fyzikálne teórie sa tak či onak opierajú o tento pojem akcie- veličina, ktorá popisuje, ako veľmi sa systému „páči“ tá alebo oná trajektória pohybu. Po druhé, pohybové rovnice systému možno získať hľadaním trajektórie, na ktorej sa akcia odohráva najmenej význam. Po tretie, akciu možno skonštruovať s použitím iba niekoľkých základných predpokladov o vlastnostiach systému. Napríklad o tom, že fyzikálne zákony sú rovnaké v referenčných rámcoch, ktoré sa pohybujú rôznymi rýchlosťami. Po štvrté, niektorí kandidáti na „teóriu všetkého“ sa získajú jednoduchým pridaním výrazov k fungovaniu štandardného modelu a GR, ktoré porušujú niektoré z predpokladov týchto teórií. Napríklad Lorentzova invariancia. Ak si po prečítaní článku spomínate na vyššie uvedené tvrdenia, je to dobré. A ak pochopíte, odkiaľ pochádzajú - jednoducho úžasné.

Dmitrij Trunin

Spomedzi dvoch základných teórií, ktoré vysvetľujú realitu okolo nás, kvantová teória apeluje na interakciu medzi nimi najmenejčastice hmoty, zatiaľ čo všeobecná relativita sa vzťahuje na gravitáciu a najväčšíštruktúry v celom vesmíre. Od čias Einsteina sa fyzici pokúšali preklenúť priepasť medzi týmito učeniami, no so zmiešaným úspechom.

Jedným zo spôsobov, ako zosúladiť gravitáciu s kvantovou mechanikou, bolo ukázať, že gravitácia je založená na nedeliteľných časticiach hmoty, kvantách. Tento princíp možno prirovnať k tomu, ako samotné svetelné kvantá, fotóny, predstavujú elektromagnetické vlnenie. Vedci doteraz nemali dostatok údajov na potvrdenie tohto predpokladu, ale Antoine Tilloy(Antoine Tilloy) z Inštitútu kvantovej optiky. Max Planck v Garchingu v Nemecku sa pokúsil opísať gravitáciu pomocou princípov kvantovej mechaniky. Ale ako sa mu to podarilo?

kvantový svet

V kvantovej teórii je stav častice opísaný jej vlnová funkcia. Umožňuje vám napríklad vypočítať pravdepodobnosť nájdenia častice v určitom bode priestoru. Pred samotným meraním nie je jasné nielen to, kde sa častica nachádza, ale ani to, či existuje. Samotný fakt merania doslova vytvára realitu „zničením“ vlnovej funkcie. Kvantová mechanika sa však len zriedka odvoláva na merania, a preto je jednou z najkontroverznejších oblastí fyziky. Pamätaj Schrödingerov paradox: Nebudete to môcť vyriešiť, kým neurobíte meranie otvorením krabice a zistením, či je mačka nažive alebo nie.

Jedným z riešení týchto paradoxov je tzv Model GRW, ktorý bol vyvinutý koncom 80. rokov 20. storočia. Táto teória zahŕňa fenomén ako „ ohniská» sú spontánne kolapsy vlnovej funkcie kvantových systémov. Výsledok jeho aplikácie je úplne rovnaký, ako keby sa merania vykonávali bez pozorovateľov ako takých. Tilloy ho upravil, aby ukázal, ako sa dá použiť na to, aby sme sa dostali k teórii gravitácie. V jeho verzii záblesk, ktorý ničí vlnovú funkciu a tým núti časticu, aby bola na jednom mieste, vytvára v tom momente časopriestoru aj gravitačné pole. Čím väčší je kvantový systém, tým viac častíc obsahuje a tým častejšie dochádza k zábleskom, čím vzniká kolísavé gravitačné pole.

Najzaujímavejšie je, že priemerná hodnota týchto fluktuácií je rovnaké gravitačné pole, aké popisuje Newtonova teória gravitácie. Tento prístup k zjednoteniu gravitácie s kvantovou mechanikou sa nazýva semiklasický: gravitácia vzniká z kvantových procesov, ale zostáva klasickou silou. „Neexistuje žiadny skutočný dôvod ignorovať semiklasický prístup, v ktorom je gravitácia klasická na základnej úrovni,“ hovorí Tilloy.

Fenomén gravitácie

Klaus Hornberger z univerzity v Duisburg-Essen v Nemecku, ktorý sa na vývoji teórie nepodieľal, s ňou zaobchádza s veľkými sympatiami. Vedec však upozorňuje, že kým tento koncept vytvorí základ jednotnej teórie, ktorá zjednotí a vysvetlí podstatu všetkých zásadných aspektov sveta okolo nás, bude potrebné vyriešiť množstvo úloh. Napríklad Tilloyov model sa dá určite použiť na odvodenie newtonovskej gravitácie, ale jeho súlad s teóriou gravitácie je potrebné ešte overiť pomocou matematiky.

Sám vedec však súhlasí s tým, že jeho teória potrebuje dôkazovú základňu. Napríklad predpovedá, že gravitácia sa bude správať odlišne v závislosti od mierky predmetných objektov: pre atómy a pre supermasívne čierne diery môžu byť pravidlá veľmi odlišné. Nech je to akokoľvek, ak testy odhalia, že Tillroyov model skutočne odráža realitu a gravitácia je skutočne dôsledkom kvantových fluktuácií, potom to fyzikom umožní pochopiť realitu okolo nás na kvalitatívne inej úrovni.

Anglický fyzik Isaac Newton vydal knihu, v ktorej vysvetlil pohyb predmetov a princíp gravitácie. „Matematické princípy prírodnej filozofie“ dali veciam vo svete pevné miesta. Príbeh hovorí, že vo veku 23 rokov išiel Newton do záhrady a videl jablko padať zo stromu. Fyzici vtedy vedeli, že Zem nejakým spôsobom priťahuje objekty pomocou gravitácie. Newton rozvinul túto myšlienku.

Podľa Johna Conduitta, Newtonovho asistenta, keď videl, ako jablko padá na zem, Newton dostal nápad, že gravitačná sila „nie je obmedzená na určitú vzdialenosť od zeme, ale siaha oveľa ďalej, než sa zvyčajne verí“. Podľa Conduitta si Newton položil otázku: prečo nie aj na Mesiac?

Inšpirovaný svojimi poznatkami, Newton vyvinul zákon univerzálnej gravitácie, ktorý fungoval rovnako dobre pre jablká na Zemi a planéty obiehajúce okolo Slnka. Všetky tieto objekty sa napriek rozdielom riadia rovnakými zákonmi.

"Ľudia si mysleli, že vysvetlil všetko, čo bolo potrebné vysvetliť," hovorí Barrow. "Jeho úspech bol skvelý."

Problém je v tom, že Newton vedel, že v jeho práci sú diery.

Napríklad gravitácia nevysvetľuje, ako sú malé predmety držané pohromade, pretože táto sila nie je taká veľká. Aj keď Newton vedel vysvetliť, čo sa deje, nedokázal vysvetliť, ako to funguje. Teória bola neúplná.

Tam bol väčší problém. Hoci Newtonove zákony vysvetľovali najbežnejšie javy vo vesmíre, v niektorých prípadoch predmety jeho zákony porušovali. Tieto situácie boli zriedkavé a zvyčajne zahŕňali vysoké rýchlosti alebo zvýšenú gravitáciu, ale stávali sa.

Jednou z takýchto situácií bola obežná dráha Merkúra, planéty najbližšie k Slnku. Ako každá iná planéta, aj Merkúr obieha okolo Slnka. Newtonove zákony sa dali použiť na výpočet pohybov planét, ale Merkúr nechcel hrať podľa pravidiel. Zvláštnejšie je, že jeho obežná dráha nemala stred. Ukázalo sa, že univerzálny zákon univerzálnej gravitácie nie je taký univerzálny a už vôbec nie zákon.

O viac ako dve storočia neskôr prišiel na pomoc Albert Einstein so svojou teóriou relativity. Einsteinov nápad, ktorý v roku 2015 poskytol hlbšie pochopenie gravitácie.

Teória relativity

Kľúčovou myšlienkou je, že priestor a čas, ktoré sa javia ako samostatné veci, sú v skutočnosti prepojené. Priestor má tri rozmery: dĺžku, šírku a výšku. Čas je štvrtá dimenzia. Všetky štyri sú spojené vo forme obrovskej vesmírnej bunky. Ak ste už niekedy počuli slovné spojenie „časopriestorové kontinuum“, tak o tom to celé je.

Einsteinovou veľkou myšlienkou bolo, že ťažké objekty, ako sú planéty alebo rýchlo sa pohybujúce, môžu deformovať časopriestor. Trochu ako tesná trampolína: ak na látku položíte niečo ťažké, vytvorí sa ponor. Prípadné ďalšie predmety sa budú kotúľať po svahu smerom k objektu v doline. Preto podľa Einsteina gravitácia priťahuje predmety.

Myšlienka je vo svojej podstate zvláštna. Fyzici sú však presvedčení, že áno. Vysvetľuje tiež zvláštnu obežnú dráhu Merkúra. Podľa všeobecnej teórie relativity obrovská hmota Slnka ohýba priestor a čas. Merkúr, ktorý je najbližšou planétou k Slnku, zažíva oveľa väčšie zakrivenie ako iné planéty. Rovnice všeobecnej relativity popisujú, ako tento zakrivený časopriestor ovplyvňuje obežnú dráhu Merkúra a umožňuje predpovedať polohu planéty.

Teória relativity však napriek úspechu nie je teóriou všetkého, ako Newtonove teórie. Rovnako ako Newtonova teória nefunguje pre skutočne masívne objekty, Einsteinova teória nefunguje v mikromeradle. Akonáhle sa začnete pozerať na atómy a čokoľvek menšie, hmota sa začne správať veľmi zvláštne.

Až do konca 19. storočia bol atóm považovaný za najmenšiu jednotku hmoty. Atóm, ktorý sa zrodil z gréckeho slova „atomos“, čo znamená „nedeliteľný“, by sa podľa svojej definície nemal lámať na menšie častice. Ale v 70. rokoch 19. storočia vedci objavili častice, ktoré sú 2000-krát ľahšie ako atómy. Vážením lúčov svetla vo vákuovej trubici našli extrémne ľahké častice so záporným nábojom. Tak bola objavená prvá subatomárna častica: elektrón. V nasledujúcom polstoročí vedci zistili, že atóm má zložené jadro, okolo ktorého sa pohybujú elektróny. Toto jadro tvoria dva typy subatomárnych častíc: neutróny, ktoré majú neutrálny náboj, a protóny, ktoré sú nabité kladne.

To však nie je všetko. Odvtedy vedci našli spôsoby, ako rozdeliť hmotu na menšie a menšie časti, pričom naďalej zdokonaľujú naše chápanie základných častíc. Do 60. rokov 20. storočia vedci našli desiatky elementárnych častíc, ktoré tvorili dlhý zoznam takzvanej časticovej zoo.

Pokiaľ vieme, z troch zložiek atómu je jedinou základnou časticou elektrón. Neutróny a protóny sa delia na drobné kvarky. Tieto elementárne častice sa riadia úplne inými zákonmi, odlišnými od tých, ktoré poslúchajú stromy alebo planéty. A tieto nové zákony – ktoré boli oveľa menej predvídateľné – priviedli fyzikov do zlej nálady.

V kvantovej fyzike nemajú častice jednoznačné miesto: ich umiestnenie je trochu rozmazané. Akoby každá častica mala určitú pravdepodobnosť, že bude na určitom mieste. To znamená, že svet je vo svojej podstate zásadne nedefinované miesto. Kvantovej mechanike je dokonca ťažké porozumieť. Ako raz povedal Richard Feynman, odborník na kvantovú mechaniku: „Myslím, že môžem s istotou povedať, že kvantovej mechanike nikto nerozumie.

Aj Einstein bol znepokojený nejasnosťou kvantovej mechaniky. Napriek tomu, že ju v skutočnosti čiastočne vynašiel, sám Einstein nikdy kvantovej teórii neveril. Ale vo svojich komnatách - veľkých aj malých - kvantová mechanika aj kvantová mechanika preukázali právo na nerozdelenú silu, pretože boli mimoriadne presné.

Kvantová mechanika vysvetlila štruktúru a správanie atómov, vrátane toho, prečo sú niektoré z nich rádioaktívne. Základom je aj moderná elektronika. Bez nej by ste si tento článok nemohli prečítať.

Všeobecná relativita predpovedala existenciu čiernych dier. Tie masívne hviezdy, ktoré sa zrútili do seba. Ich gravitačná príťažlivosť je taká silná, že jej neunikne ani svetlo.

Problém je v tom, že tieto dve teórie sú nezlučiteľné, a preto nemôžu byť súčasne pravdivé. Všeobecná relativita hovorí, že správanie objektov možno presne predpovedať, zatiaľ čo kvantová mechanika hovorí, že môžete poznať iba pravdepodobnosť toho, čo objekty urobia. Z toho vyplýva, že existujú veci, ktoré fyzici ešte nepopísali. Napríklad čierne diery. Sú dostatočne veľké na to, aby sa na ne dala použiť teória relativity, ale zároveň dostatočne malé na to, aby sa dala použiť kvantová mechanika. Pokiaľ sa nepriblížite k čiernej diere, táto nekompatibilita neovplyvní váš každodenný život. Fyzikov to však mátlo po väčšinu minulého storočia. Práve táto nekompatibilita núti človeka hľadať teóriu všetkého.

Einstein strávil väčšinu svojho života snahou nájsť takúto teóriu. Keďže nebol fanúšikom náhodnosti kvantovej mechaniky, chcel vytvoriť teóriu, ktorá by zjednotila gravitáciu a zvyšok fyziky tak, aby kvantové zvláštnosti zostali sekundárnymi dôsledkami.

Jeho hlavným cieľom bolo, aby gravitácia fungovala s elektromagnetizmom. V roku 1800 fyzici prišli na to, že elektricky nabité častice sa môžu navzájom priťahovať alebo odpudzovať. Pretože niektoré kovy sú priťahované magnetom. Je zrejmé, že ak existujú dva druhy síl, ktorými môžu objekty na seba pôsobiť, môžu byť priťahované gravitáciou a priťahované alebo odpudzované elektromagnetizmom.

Einstein chcel spojiť tieto dve sily do „jednotnej teórie poľa“. Aby to urobil, natiahol časopriestor do piatich dimenzií. Spolu s tromi priestorovými a jednou časovou dimenziou pridal piatu dimenziu, ktorá by mala byť taká malá a zvinutá, že ju nevidíme.

Nefungovalo to a Einstein strávil 30 rokov hľadaním ničoho. Zomrel v roku 1955 a jeho jednotná teória poľa nebola vyvinutá. Ale v nasledujúcom desaťročí sa objavil vážny rival tejto teórie: teória strún.

Teória strún

Myšlienka teórie strún je celkom jednoduchá. Základné zložky nášho sveta, podobne ako elektróny, nie sú častice. Sú to drobné slučky alebo „šnúrky“. Je to len preto, že reťazce sú také malé, že vyzerajú ako bodky.

Podobne ako gitarové struny, aj tieto slučky sú pod napätím. To znamená, že vibrujú rôznymi frekvenciami v závislosti od veľkosti. Tieto vibrácie určujú, aký druh "častice" bude každá struna predstavovať. Vibrovaním struny jedným spôsobom získate elektrón. Iní, niečo iné. Všetky častice objavené v 20. storočí sú rovnaké struny, len inak vibrujú.

Je dosť ťažké okamžite pochopiť, prečo je to dobrý nápad. Platí to však pre všetky prírodné sily: gravitáciu a elektromagnetizmus plus dve ďalšie objavené v 20. storočí. Silné a slabé jadrové sily pôsobia iba v malých jadrách atómov, takže ich dlho nebolo možné odhaliť. Silná sila drží jadro pohromade. Slabá sila zvyčajne nič nerobí, ale ak nadobudne dostatočnú silu, rozbije jadro: preto sú niektoré atómy rádioaktívne.

Akákoľvek teória všetkého bude musieť vysvetliť všetky štyri. Našťastie, dve jadrové sily a elektromagnetizmus sú plne opísané kvantovou mechanikou. Každá sila je nesená špecializovanou časticou. Ale neexistuje ani jedna častica, ktorá by prenášala gravitáciu.

Niektorí fyzici si myslia, že áno. A nazývajú to „graviton“. Gravitóny nemajú žiadnu hmotnosť, majú špeciálnu rotáciu a pohybujú sa rýchlosťou svetla. Žiaľ, zatiaľ sa nenašli. Tu vstupuje do hry teória strún. Opisuje strunu, ktorá vyzerá presne ako gravitón: má správnu rotáciu, žiadnu hmotnosť a pohybuje sa rýchlosťou svetla. Prvýkrát v histórii našli teóriu relativity a kvantová mechanika spoločnú reč.

V polovici 80. rokov 20. storočia fyzikov fascinovala teória strún. „V roku 1985 sme si uvedomili, že teória strún vyriešila množstvo problémov, ktoré trápili ľudí posledných 50 rokov,“ hovorí Barrow. Mala však aj problémy.

Po prvé, "nerozumieme, čo je teória strún, do správnych detailov," hovorí Philip Candelas z Oxfordskej univerzity. "Nemáme dobrý spôsob, ako to opísať."

Navyše, niektoré predpovede vyzerajú zvláštne. Zatiaľ čo Einsteinova teória zjednoteného poľa sa spolieha na ďalšiu skrytú dimenziu, najjednoduchšie formy teórie strún potrebujú 26 dimenzií. Sú potrebné na prepojenie matematickej teórie s tým, čo už vieme o vesmíre.

Pokročilejšie verzie, známe ako „teórie superstrun“, si vystačia s desiatimi rozmermi. Ale ani to nesedí s tromi dimenziami, ktoré pozorujeme na Zemi.

"To sa dá vyriešiť predpokladom, že v našom svete sa rozšírili a zväčšili len tri dimenzie," hovorí Barrow. "Iní sú prítomní, ale zostávajú fantasticky malí."

Kvôli týmto a iným problémom mnohí fyzici nemajú radi teóriu strún. A ponúkajú ďalšiu teóriu: slučkovú kvantovú gravitáciu.

Slučková kvantová gravitácia

Táto teória si nekladie za cieľ zjednotiť a zahrnúť všetko, čo je v časticovej fyzike. Namiesto toho sa kvantová gravitácia jednoducho pokúša odvodiť kvantovú teóriu gravitácie. Je obmedzenejšia ako teória strún, ale nie je taká ťažkopádna. Slučková kvantová gravitácia predpokladá, že časopriestor je rozdelený na malé kúsky. Z diaľky sa zdá, že ide o hladký list, ale pri bližšom pohľade môžete vidieť veľa bodiek spojených čiarami alebo slučkami. Tieto malé vlákna, ktoré sa navzájom spájajú, ponúkajú vysvetlenie gravitácie. Táto myšlienka je rovnako nepochopiteľná ako teória strún a má podobné problémy: neexistujú žiadne experimentálne dôkazy.

Prečo sa o týchto teóriách stále diskutuje? Možno len nevieme dosť. Ak sa objavia veľké javy, ktoré sme nikdy nevideli, môžeme sa pokúsiť pochopiť celkový obraz a chýbajúce kúsky skladačky doplníme neskôr.

"Je lákavé myslieť si, že sme objavili všetko," hovorí Barrow. - Ale bolo by veľmi zvláštne, keby sme do roku 2015 urobili všetky potrebné pozorovania, aby sme získali teóriu o všetkom. Prečo by to tak malo byť?

Je tu ďalší problém. Tieto teórie sa ťažko testujú, z veľkej časti preto, že ich matematika je taká brutálna. Candelas sa už roky snaží nájsť spôsob, ako otestovať teóriu strún, no nikdy sa mu to nepodarilo.

„Hlavnou prekážkou pokroku v teórii strún zostáva nedostatočný rozvoj matematiky, ktorá by mala sprevádzať fyzikálny výskum,“ hovorí Barrow. "Je to v počiatočnom štádiu, stále je čo skúmať."

S týmto všetkým zostáva teória strún sľubná. „Už roky sa ľudia snažia integrovať gravitáciu so zvyškom fyziky,“ hovorí Candelas. - Mali sme teórie, ktoré dobre vysvetľovali elektromagnetizmus a iné sily, ale nie gravitáciu. S teóriou strún sa ich snažíme skombinovať.“

Skutočným problémom je, že teóriu všetkého možno jednoducho nemožno identifikovať.

Keď sa teória strún stala populárnou v 80. rokoch, v skutočnosti existovalo päť jej verzií. "Ľudia sa začali obávať," hovorí Barrow. "Ak je toto teória všetkého, prečo je ich päť?" Počas nasledujúceho desaťročia fyzici zistili, že tieto teórie možno previesť z jednej na druhú. Sú to len rôzne spôsoby videnia toho istého. Výsledkom bola M-teória predložená v roku 1995. Toto je hlboká verzia teórie strún vrátane všetkých predchádzajúcich verzií. No, aspoň sme späť pri zjednotenej teórii. M-teória vyžaduje len 11 rozmerov, čo je oveľa lepšie ako 26. M-teória však neponúka jednotnú teóriu všetkého. Ponúka ich miliardy. Celkovo nám M-teória ponúka 10^500 teórií, z ktorých všetky budú logicky konzistentné a schopné opísať vesmír.

Vyzerá to horšie ako zbytočné, no mnohí fyzici veria, že to poukazuje na hlbšiu pravdu. Možno je náš vesmír jedným z mnohých, z ktorých každý je opísaný jednou z biliónov verzií M-teórie. A táto obrovská zbierka vesmírov sa nazýva „“.

Na začiatku času bol multivesmír ako „veľká pena bublín všetkých tvarov a veľkostí,“ hovorí Barrow. Každá bublina sa potom rozrástla a stala sa vesmírom.

"Sme v jednej z tých bublín," hovorí Barrow. Ako sa bubliny rozširovali, mohli sa v nich vytvárať ďalšie bubliny, nové vesmíry. "V tomto procese sa geografia takého vesmíru vážne skomplikovala."

V každom bublinovom vesmíre fungujú rovnaké fyzikálne zákony. Pretože v našom vesmíre sa všetko správa rovnako. Ale iné vesmíry môžu mať iné zákony. To vedie k zvláštnemu záveru. Ak je teória strún skutočne najlepším spôsobom, ako zjednotiť relativitu a kvantovú mechaniku, potom obe budú a nebudú teóriou všetkého súčasne.

Na jednej strane nám teória strún môže poskytnúť dokonalý opis nášho vesmíru. Ale tiež to nevyhnutne povedie k tomu, že každý z biliónov iných vesmírov bude jedinečný. Zásadnou zmenou v myslení bude, že prestaneme čakať na jednotnú teóriu všetkého. O všetkom môže byť veľa teórií, z ktorých každá bude svojim spôsobom pravdivá.

Tento text predstavuje nové výsledky v oblasti neurológie a riešenie mnohých nevyriešených problémov fyziky. Nezaoberá sa otázkami metafyziky a vychádza z vedecky overiteľných údajov, ale dotýka sa filozofických tém súvisiacich so životom, smrťou a vznikom vesmíru.
Vzhľadom na vrstvenie a bohatosť informácií môže byť potrebné prečítať si ich niekoľkokrát, aby sme pochopili, napriek nášmu úsiliu, zjednodušiť zložité vedecké koncepty.



Kapitola 1
Boh je v neurónoch







Ľudský mozog je sieťou približne sto miliárd neurónov. Rôzne vnemy vytvárajú nervové spojenia, ktoré reprodukujú rôzne emócie. V závislosti od stimulácie neurónov sa niektoré spojenia stávajú silnejšími a účinnejšími, zatiaľ čo iné slabnú. To sa nazýva neuroplasticita.

Študent hudby vytvára silnejšie nervové spojenia medzi dvoma hemisférami mozgu s cieľom rozvíjať hudobnú kreativitu. Tréningom sa dá rozvíjať takmer každý talent alebo zručnosť.

Rudiger Gamm sa považoval za beznádejného študenta a nezvládol ani elementárnu matematiku. Začal rozvíjať svoje schopnosti a zmenil sa na ľudskú kalkulačku, schopnú mimoriadne zložitých výpočtov. Racionalita a emocionálna stabilita fungujú rovnako. Nervové spojenia môžu byť posilnené.

Keď niečo robíte, fyzicky meníte svoj mozog, aby ste dosiahli lepšie výsledky. Keďže ide o hlavný a základný mechanizmus mozgu, sebauvedomenie môže výrazne obohatiť naše životné skúsenosti.



sociálna neuroveda



Špeciálne neuróny a neurotransmitery ako norepinefrín spúšťajú obranný mechanizmus, keď cítime, že naše myšlienky treba chrániť pred vonkajšími vplyvmi. Ak sa niečí názor líši od nášho, do mozgu sa dostávajú rovnaké chemikálie, ktoré nám zaisťujú prežitie v nebezpečných situáciách.








V tomto ochrannom stave viac primitívna časť mozgu zasahuje do racionálneho myslenia a limbický systém môže blokovať našu pracovnú pamäť, čo fyzicky spôsobuje „obmedzenia myslenia“.

Vidno to pri šikanovaní, hraní pokru, alebo keď je niekto tvrdohlavý v hádke.

Bez ohľadu na to, aká je myšlienka hodnotná, v tomto stave ju mozog nie je schopný spracovať. Na neurálnej úrovni to vníma ako hrozbu, aj keď ide o neškodné názory či fakty, s ktorými by sme inak mohli súhlasiť.

Ale keď sa vyjadríme a naše názory sú ocenené, hladiny ochranných chemikálií v mozgu sa znížia a prenos dopamínu aktivuje neuróny odmeňovania a my sa cítime posilnení a sebavedomí. Naše presvedčenia výrazne ovplyvňujú chémiu nášho tela. Na tom je založený placebo efekt. Sebaúcta a sebavedomie sú spojené s neurotransmiterom serotonínom.

Ťažký nedostatok často vedie k depresii, sebadeštruktívnemu správaniu a dokonca k samovražde. Keď nás spoločnosť oceňuje, zvyšuje to hladinu dopamínu a serotonínu v mozgu a umožňuje nám uvoľniť emocionálnu fixáciu a zvýšiť úroveň nášho sebauvedomenia.



Zrkadlové neuróny a vedomie



Sociálna psychológia často rieši základnú ľudskú potrebu „nájsť si svoje miesto“ a nazýva to „normatívny sociálny vplyv“. Ako starneme, náš morálny a etický kompas je takmer úplne formovaný naším vonkajším prostredím. Naše činy teda často vychádzajú z toho, ako nás hodnotí spoločnosť.








Nové poznatky v neurovede nám však dávajú jasnejšie pochopenie kultúry a individuality. Nový neurologický výskum potvrdil existenciu empatických zrkadlových neurónov.

Keď prežívame emócie alebo vykonávame akcie, určité neuróny sa spustia. Ale keď vidíme, že to robí niekto iný alebo si to predstavujeme, mnohé z tých istých neurónov vybuchnú, ako keby sme to robili my sami. Tieto empatické neuróny nás spájajú s inými ľuďmi a umožňujú nám cítiť to, čo cítia ostatní.

Keďže tie isté neuróny reagujú na našu predstavivosť, dostávame od nich emocionálnu spätnú väzbu rovnakým spôsobom ako od inej osoby. Tento systém nám dáva možnosť introspekcie.

Zrkadlové neuróny nerozlišujú medzi sebou a ostatnými. Preto sme tak závislí na hodnotení ostatných a túžbe vyhovieť.

Neustále podliehame dualite medzi tým, ako vidíme sami seba a ako nás vnímajú ostatní. Môže to narušiť našu individualitu a sebaúctu.






Skenovanie mozgu ukazuje, že tieto negatívne emócie zažívame ešte skôr, ako si ich uvedomíme. Ale keď sme si vedomí seba, môžeme zmeniť nesprávne emócie, pretože dokážeme ovládať myšlienky, ktoré ich spôsobujú.

Toto je neurochemický dôsledok toho, ako spomienky miznú a ako sa obnovujú prostredníctvom syntézy bielkovín.

Introspekcia výrazne ovplyvňuje fungovanie mozgu. Aktivuje neokortikálne oblasti sebaregulácie, ktoré nám umožňujú jasne ovládať svoje vlastné pocity. Kedykoľvek to urobíme, naša racionalita a emocionálna stabilita sa zvýši. Bez sebakontroly je väčšina našich myšlienok a činov impulzívna a skutočnosť, že reagujeme náhodne a nerobíme vedomú voľbu,

inštinktívne nás otravuje.






Aby sme to eliminovali, mozog sa snaží ospravedlniť naše správanie a fyzicky prepisuje spomienky prostredníctvom obnovy pamäte, vďaka čomu veríme, že máme svoje činy pod kontrolou. Toto sa nazýva retrospektívna racionalizácia, ktorá necháva väčšinu našich negatívnych emócií nevyriešených a môžu kedykoľvek vzplanúť. Živia vnútorné nepohodlie, zatiaľ čo mozog naďalej ospravedlňuje naše iracionálne správanie. Celé toto zložité a takmer schizofrenické správanie podvedomia je dielom rozsiahlych paralelne distribuovaných systémov v našom mozgu.



Vedomie nemá jednoznačný stred. Zdanlivá jednota je spôsobená tým, že každý jednotlivý okruh je aktivovaný a prejavuje sa v určitom časovom okamihu. Naša skúsenosť neustále mení naše nervové spojenia, fyzicky mení paralelný systém nášho vedomia. Priame zasahovanie do toho môže mať neskutočné účinky, čo vyvoláva otázku, čo je vedomie a kde sa nachádza.



Ak je ľavá hemisféra mozgu oddelená od pravej hemisféry, ako v prípade pacientov, ktorí prešli separáciou mozgu, zachováte si schopnosť hovoriť a myslieť pomocou ľavej hemisféry, zatiaľ čo kognitívne schopnosti pravej hemisféra bude značne obmedzená. Ľavá hemisféra nebude trpieť absenciou pravej, hoci to vážne zmení vaše vnímanie.

Napríklad nebudete vedieť opísať pravú stranu niekoho tváre, no všimnete si to, nebudete to vnímať ako problém a ani si neuvedomíte, že sa niečo zmenilo. Keďže to ovplyvňuje nielen vaše vnímanie skutočného sveta, ale aj vaše mentálne obrazy, nejde len o problém vnímania, ale o zásadnú zmenu vedomia.



Boh je v neurónoch



Každý neurón má elektrické napätie, ktoré sa mení, keď sú ióny

vstúpiť alebo opustiť bunku. Keď napätie dosiahne určitú úroveň, neurón vyšle elektrický signál do iných buniek, kde sa proces opakuje.

Keď veľa neurónov vyšle signál súčasne, môžeme to merať ako vlnu.

Mozgové vlny sú zodpovedné za takmer všetko, čo sa deje v našom mozgu, vrátane pamäti, pozornosti a dokonca aj inteligencie.

Oscilácie rôznych frekvencií sú klasifikované ako alfa, beta a gama vlny. Každý typ vlny je spojený s rôznymi úlohami. Vlny umožňujú mozgovým bunkám naladiť sa na vhodnú frekvenciu pre danú úlohu, pričom ignorujú cudzie signály.

Rovnako ako rádio naladí rozhlasovú stanicu. Prenos informácií medzi neurónmi sa stáva optimálnym, keď je ich aktivita synchronizovaná.

Preto zažívame kognitívnu disonanciu – podráždenie spôsobené dvoma nezlučiteľnými predstavami. Vôľa je túžba znížiť nesúlad medzi každým z aktívnych nervových okruhov.



Evolúciu možno vnímať ako rovnaký proces, kedy sa príroda snaží prispôsobiť, teda „rezonovať“ s prostredím. Tak sa vypracovala na úroveň, kedy nadobudla sebauvedomenie a začala premýšľať o vlastnej existencii.

Keď je človek konfrontovaný s paradoxom snaženia sa o cieľ a myslenia, že existencia nemá zmysel, dochádza k kognitívnej disonancii.






Preto sa veľa ľudí obracia k duchovnu a náboženstvu, odmietajúc vedu, ktorá nie je schopná odpovedať na existenčné otázky: kto som? a načo som?



SOM...



„Zrkadlové neuróny nerobia rozdiely medzi sebou a ostatnými. „

Ľavá hemisféra je z veľkej časti zodpovedná za vytvorenie koherentného systému viery, ktorý zachováva pocit kontinuity v našich životoch.

Nová skúsenosť sa porovnáva s existujúcim systémom viery a ak do neho nezapadá, potom je jednoducho odmietnutá. Rovnováhu hrá pravá hemisféra mozgu, ktorá hrá opačnú úlohu.



Zatiaľ čo ľavá hemisféra sa snaží zachovať vzor, ​​pravá hemisféra nepretržite

spochybňuje status quo. Ak sú rozpory príliš veľké, pravá hemisféra nás núti prehodnotiť svetonázor. Ale ak sú naše presvedčenia príliš silné, správny mozog nemusí prekonať naše odmietnutie. To môže spôsobiť veľké ťažkosti pri odrážaní ostatných.

Keď nervové spojenia, ktoré určujú naše presvedčenia, nie sú vyvinuté alebo aktívne, naše vedomie, jednota všetkých aktívnych okruhov, je naplnené zrkadlovou neurónovou aktivitou, rovnako ako keď sme hladní, naše vedomie je naplnené neurónovými procesmi spojenými s výživou.



Nie je to výsledok toho, že centrálne „ja“ vydáva príkazy do rôznych oblastí mozgu.

Všetky časti mozgu môžu byť aktívne alebo neaktívne a interagovať bez centrálneho jadra. Rovnako ako pixely na obrazovke môžu vytvárať rozpoznateľný obraz, skupina nervových interakcií sa môže prejaviť ako vedomie.

Každú chvíľu sme iným obrazom. Keď odrážame ostatných, keď sme hladní, keď pozeráme tento film. Každou sekundou sa stávame inou osobou, prechádzajúc rôznymi stavmi.

Keď sa na seba pozeráme cez zrkadlové neuróny, vytvárame si predstavu individuality.

Ale keď to robíme s vedeckým chápaním, vidíme niečo úplne iné.






Neurónové interakcie, ktoré vytvárajú naše vedomie, siahajú ďaleko za naše neuróny. Sme výsledkom elektrochemických interakcií medzi hemisférami mozgu a našimi zmyslami, ktoré spájajú naše neuróny s inými neurónmi v našom prostredí. Nie je nič vonkajšie. Toto nie je hypotetická filozofia, to je základná vlastnosť zrkadlových neurónov, ktorá nám umožňuje pochopiť samých seba cez druhých.



Považovať túto nervovú aktivitu za vlastnú, s vylúčením okolia, by bolo nesprávne. Evolúcia tiež odráža našu stránku superorganizmu, kde naše prežitie ako primátov záviselo od kolektívnych schopností.

V priebehu času sa neokortikálne oblasti vyvinuli, aby umožnili inštinktívne posúvanie a potlačenie hedonistických impulzov v prospech skupiny. Naše gény začali rozvíjať vzájomné sociálne správanie v štruktúrach superorganizmu, čím sme opustili myšlienku „prežitia najschopnejších“.



Mozog funguje najefektívnejšie, keď neexistuje nesúlad medzi vyspelými oblasťami mozgu a staršími a primitívnejšími oblasťami. To, čo nazývame „sebecké sklony“, je len obmedzená interpretácia sebeckého správania, keď sú vlastnosti človeka vnímané cez nesprávnu paradigmu individuality...

... namiesto vedeckého pohľadu na to, kto sme, okamžitý, neustále sa meniaci obraz

jeden celok bez stredu.



Psychologickým dôsledkom tohto systému viery je sebauvedomenie bez odkazu na imaginárne „ja“, čo vedie k zvýšeniu mentálnej jasnosti, sociálneho uvedomenia, sebakontroly a toho, čo sa často nazýva „byť tu a teraz“.






Existuje názor, že na formovanie morálnych hodnôt potrebujeme históriu, chronologický pohľad na náš život.

Ale naše súčasné chápanie empatickej a sociálnej podstaty mozgu ukazuje, že čisto vedecký pohľad, bez odkazu na individualitu a „históriu“, poskytuje oveľa presnejší, konštruktívnejší a etický systém pojmov ako naše rozdielne hodnoty.



Je to logické, pretože naša normálna tendencia definovať sa ako imaginárnu individuálnu konštantu ženie mozog do kognitívnych porúch, ako sú rušivé stereotypy a potreba nastaviť očakávania.






Túžba po klasifikácii leží v srdci všetkých našich foriem interakcie. Ale klasifikáciou ega ako vnútorného a prostredia ako vonkajšieho obmedzujeme naše vlastné neurochemické procesy a zažívame zjavný pocit odpojenia.

Osobný rast a jeho vedľajšie účinky, ako je šťastie a spokojnosť, sú stimulované, keď nie sme v našich interakciách stereotypní.



Môžeme mať rôzne názory a navzájom nesúhlasiť, ale interakcie, ktoré nás akceptujú takých, akí sme, sa stávajú neuropsychologickými katalyzátormi, ktoré stimulujú mozog.

akceptovať iných a akceptovať racionálne dokázateľné systémy viery bez kognitívnej disonancie.

Stimulácia tejto nervovej aktivity a interakcie uvoľňuje potrebu rozptýlenia a zábavy a vytvára cykly konštruktívneho správania v našom prostredí. Sociológovia zistili, že javy ako fajčenie a prejedanie sa, emócie a nápady sú v spoločnosti distribuované rovnakým spôsobom, ako sa prenášajú elektrické signály neurónov, keď je ich činnosť synchronizovaná.






Sme globálna sieť neurochemických reakcií. Samovyvíjajúci sa cyklus ocenenia a uznania, podporovaný každodennými rozhodnutiami, je reťazovou reakciou, ktorá v konečnom dôsledku určuje našu kolektívnu schopnosť prekonať zdanlivé rozdiely a pozerať sa na život v jeho univerzálnej štruktúre.

Kapitola 2
univerzálna štruktúra



Počas Chirenovho výskumu som urobil zjednodušený, ale komplexný prehľad jeho aktuálnych výsledkov.

Toto je jeden z výkladov zjednocovacieho diela kvantová fyzika a teória relativity.

Táto téma je zložitá a môže byť ťažké jej porozumieť. Obsahuje aj niektoré filozofické závery, ktorých sa dotkneme v epilógu.



Za posledné storočie došlo k mnohým úžasným úspechom, ktoré viedli k zmene vedeckého systému chápania sveta. Einsteinova teória relativity ukázali, že čas a priestor tvoria jedinú tkaninu. A Niels Bohr odhalili základné zložky hmoty, vďaka kvantovej fyzike – pole, ktoré existuje len ako „abstraktný fyzikálny popis“.








Potom Louis de Broglie zistili, že všetka hmota, nielen fotóny a elektróny, má kvantum vlnovo-časticová dualita . Tie viedli k vzniku nových myšlienkových prúdov o povahe reality, ako aj populárnych metafyzických a pseudovedeckých teórií.

Napríklad, že ľudská myseľ dokáže ovládať vesmír prostredníctvom pozitívneho myslenia. Tieto teórie sú atraktívne, ale nie sú overiteľné a môžu brániť vedeckému pokroku.



Einsteinove zákony špeciálnej a všeobecnej relativity sa využívajú v moderných technológiách, ako sú napríklad satelity GPS, kde sa presnosť výpočtov môže odchyľovať aj o viac ako 10 km za deň, ak neberiete do úvahy efekty, ako je dilatácia času. To znamená, že pri pohyblivých hodinách plynie čas pomalšie ako pri stacionárnych.








Ďalšími účinkami relativity sú kontrakcia dĺžky pre pohybujúce sa objekty a relativita simultánnosti, čo znemožňuje s istotou povedať, že dve udalosti nastanú súčasne, ak sú oddelené v priestore.

Nič sa nepohybuje rýchlejšie ako rýchlosť svetla. To znamená, že ak sa trubica s dĺžkou 10 svetelných sekúnd zatlačí dopredu, uplynie 10 sekúnd, kým nastane akcia na druhej strane. Bez časového intervalu 10 sekúnd potrubie neexistuje ako celok.

Pointa nie je v obmedzeniach našich pozorovaní, ale v priamom dôsledku teórie relativity, kde sú čas a priestor prepojené a jedno bez druhého nemôže existovať.

Kvantová fyzika poskytuje matematický popis mnohých problémov vlnovo-časticovej duality a interakcie energie a hmoty. Od klasickej fyziky sa líši predovšetkým na atómovej a subatomárnej úrovni. Tieto matematické formulácie sú abstraktné a ich dedukcie sú často neintuitívne.



Kvantum je najmenšia jednotka akejkoľvek fyzickej entity zapojenej do interakcie. Elementárne častice sú základnými zložkami vesmíru. Sú to častice, ktoré tvoria všetky ostatné častice. V klasickej fyzike môžeme vždy rozdeliť objekt na menšie časti, v kvantovej fyzike je to nemožné.

Preto je kvantový svet súborom jedinečných javov, ktoré sú podľa klasických zákonov nevysvetliteľné. napr. kvantové zapletenie, fotoelektrický efekt , Comptonov rozptyl a mnohé ďalšie.








Kvantový svet má veľa nezvyčajných interpretácií. Medzi najuznávanejšie patria Kodanská interpretácia a Interpretácia mnohých svetov. V súčasnosti naberajú na obrátkach alternatívne interpretácie ako „holografický vesmír“.



de Broglieho rovnice



Hoci kvantová fyzika a Einsteinove zákony relativity sú rovnako dôležité pre vedecké chápanie vesmíru, existuje veľa nevyriešených vedeckých problémov a zatiaľ neexistuje žiadna zjednocujúca teória.

Niektoré zo súčasných otázok sú: Prečo je vo vesmíre viac pozorovateľnej hmoty ako antihmoty? Aký je charakter časovej osi? Aký je pôvod hmoty?

Jedným z najdôležitejších kľúčov k týmto problémom sú de Broglieho rovnice, za ktoré mu bola udelená Nobelova cena za fyziku.

Tento vzorec ukazuje, že všetka hmota má dualizmus korpuskulárnych vĺn, to znamená, že v niektorých prípadoch sa správa ako vlna av iných - ako častica. Vzorec kombinuje Einsteinovu rovnicu E = mc^2 s kvantovou povahou energie.



Experimentálne dôkazy zahŕňajú interferenciu molekúl fullerénu C60 v experimente s dvojitou štrbinou. Skutočnosť, že naše vedomie je tvorené kvantovými časticami, je predmetom mnohých mystických teórií.



A hoci vzťah medzi kvantovou mechanikou a vedomím je sotva taký magický, ako tvrdia ezoterické filmy a knihy, dôsledky sú dosť vážne.

Keďže de Broglieho rovnice platia pre všetku hmotu, môžeme povedať, že C = hf, kde C je vedomie, h je Planckova konštanta a f je frekvencia. „C“ je zodpovedné za to, čo vnímame ako „teraz“, kvantum , tj. , minimálna jednotka interakcie.

Súčet všetkých momentov „C“ až po momentálny moment je to, čo formuje našu víziu života. Toto nie je filozofické alebo teoretické tvrdenie, ale priamy dôsledok kvantovej povahy všetkej hmoty a energie.

Vzorec ukazuje, že život a smrť sú abstraktné agregáty „C“.

Ďalším dôsledkom de Broglieho rovníc je, že rýchlosť oscilácie hmoty alebo energie a jej správanie ako vlny alebo častice závisí od frekvencie referenčného rámca.

Zvyšovanie frekvencie v dôsledku rýchlosti koreluje s ostatnými a vedie k javom, ako je dilatácia času.

Dôvodom je, že vnímanie času sa nemení vzhľadom na referenčný rámec, kde priestor a čas sú vlastnosti kvánt, a nie naopak.



Antihmota a nerušený čas



Veľký hadrónový urýchľovač. Švajčiarsko

Antičastice vznikajú všade vo vesmíre, kde dochádza k vysokoenergetickým zrážkam medzi časticami. Tento proces je umelo modelovaný v urýchľovačoch častíc.

Zároveň s hmotou vzniká aj antihmota. Nedostatok antihmoty vo vesmíre je teda stále jedným z najväčších nevyriešených problémov fyziky.

Zachytením antičastíc v elektromagnetických poliach môžeme preskúmať ich vlastnosti. Kvantové stavy častíc a antičastíc sú vzájomne zameniteľné, ak sa na ne použijú operátory konjugácie náboja ©, parity (P) a časovej reverzácie (T).

To znamená, že ak fyzik, pozostávajúci z antihmoty, bude robiť experimenty v laboratóriu, tiež z antihmoty, s použitím chemických zlúčenín a látok pozostávajúcich z antičastíc, dostane presne rovnaké výsledky ako jeho „skutočný“ náprotivok. Ale ak sa spoja, dôjde k obrovskému uvoľneniu energie úmernej ich hmotnosti.

Nedávno Fermi Labs zistil, že kvantá, ako sú mezóny, sa pohybujú z hmoty do antihmoty a späť rýchlosťou tri bilióny krát za sekundu.

Vzhľadom na vesmír v kvantovej referenčnej sústave „C“ je potrebné vziať do úvahy všetky experimentálne výsledky použiteľné pre kvantá. Vrátane toho, ako sa hmota a antihmota vytvárajú v urýchľovačoch častíc a ako mezóny prechádzajú z jedného stavu do druhého.



Pre C to má vážne dôsledky. Z kvantového hľadiska má každý okamih „C“ anti-C. To vysvetľuje nedostatok symetrie, t.j. antihmoty, vo vesmíre a súvisí to aj s ľubovoľným výberom žiariča a absorbéra v teórii Wheeler-Feynmanovej absorpcie.

Nerušený čas T v princípe neurčitosti je čas alebo cyklus potrebný na existenciu kvánt.

Rovnako ako v prípade mezónov, hranicou nášho osobného vnímania času, teda rozsahom aktuálneho okamihu, je prechod „C“ na „anti-C“. Tento moment sebazničenia a jeho interpretácia „C“ je uzavretá v rámci abstraktnej osi času.



Ak definujeme interakciu a zvážime základné vlastnosti vlnovo-časticovej duality kvanta, všetky interakcie pozostávajú z interferencie a rezonancie.

Ale keďže to na vysvetlenie základných síl nestačí, je potrebné použiť rôzne modely. To zahŕňa Štandardný model, ktorý sprostredkúva dynamiku známych subatomárnych častíc prostredníctvom nosičov sily, a všeobecnú teóriu relativity, ktorá popisuje makroskopické javy, ako sú dráhy planét, ktoré sledujú elipsu v priestore a špirály v časopriestore. Ale Einsteinov model neplatí na kvantovej úrovni a štandardný model potrebuje ďalšie nosiče sily na vysvetlenie pôvodu hmoty. Spojenie dvoch modelov alebo Teória všetkého

bol predmetom mnohých zatiaľ neúspešných štúdií.



Teória všetkého



Kvantová mechanika je čisto matematický popis, ktorého praktické dôsledky sú často v rozpore s intuíciou. Klasické pojmy ako dĺžka, čas, hmotnosť a energia možno opísať podobne.

Na základe de Broglieho rovníc môžeme tieto pojmy nahradiť abstraktnými vektormi. Tento pravdepodobnostný prístup k hlavným existujúcim pojmom vo fyzike umožňuje kombinovať kvantovú mechaniku s Einsteinovou teóriou relativity.



De Broglieho rovnice ukazujú, že všetky referenčné rámce sú kvantové, vrátane všetkej hmoty a energie. Urýchľovače častíc ukázali, že hmota a antihmota vznikajú vždy súčasne.

Paradox toho, ako sa realita vynára z abstraktných komponentov, ktoré sa navzájom rušia, možno vysvetliť pomocou kvánt ako referenčného rámca.

Jednoducho povedané, musíme sa na veci pozerať očami fotónu. Referenčný rámec je vždy kvantový a určuje, ako sa kvantuje časopriestor.

Keď sa systém "zväčšuje" alebo "zmenšuje", to isté sa deje s časopriestorom. V kvantovej mechanike sa to matematicky opisuje ako amplitúda pravdepodobnosti vlnovej funkcie a v Einsteinovej teórii ako dilatácia času a kontrakcia dĺžky.

Pre kvantový referenčný rámec možno hmotnosť a energiu definovať iba ako abstraktné pravdepodobnosti alebo, aby sme boli konkrétnejší a vytvorili matematický základ, ako vektory, ktoré existujú iba vtedy, keď predpokladáme časovú os. Môžu byť definované ako interferencia alebo rezonancia s referenčným rámcom, ktorý definuje minimálnu jednotu alebo časopriestorovú konštantu "c", ekvivalentnú Planckovej konštante v kvantovej mechanike.

Experimenty ukazujú, že premena hmoty na energiu prostredníctvom antihmoty vytvára gama lúče s opačnou hybnosťou. To, čo sa javí ako transformácia, je vzťah medzi opačnými vektormi, interpretovanými ako vzdialenosť a čas, hmota a antihmota, hmota a energia alebo interferencia a rezonancia v rámci abstraktnej časovej osi „C“.

Súčet opačných vektorov je vždy nula. To je to, čo spôsobuje symetriu alebo zákony zachovania vo fyzike, alebo prečo sú pri rýchlosti "c" čas a priestor nulové v dôsledku kontrakcie dĺžky a dilatácie času. Dôsledkom toho je Heisenbergov princíp neistoty, ktorý uvádza, že niektoré dvojice fyzikálnych vlastností, ako je poloha a hybnosť, nemôžu byť známe súčasne s vysokou presnosťou.



V istom zmysle je jednotlivá častica svojim vlastným poľom. To nevysvetľuje náš zmysel pre kontinuitu, kde sa „C“ zničí v rámci vlastného požadovaného rozsahu. Ale keď sú tieto vektory exponenciálne zosilnené alebo zrýchlené okolo a v rámci časovej osi, základné matematické algoritmy, ktoré opisujú základné sily, môžu viesť k nepretržitej realite.

z abstraktných komponentov.

Preto sa rovnice harmonického pohybu používajú v mnohých oblastiach fyziky zaoberajúcich sa periodickými javmi, ako je kvantová mechanika a elektrodynamika. A tak Einsteinov princíp ekvivalencie, z ktorého je odvodený časopriestorový model, tvrdí, že nie je rozdiel medzi gravitáciou a zrýchlením.

Pretože gravitácia je sila iba vtedy, keď sa uvažuje v oscilujúcej referenčnej sústave.

Toto je znázornené logaritmickou špirálou, ktorá sa v referenčnom rámci redukuje na špirálovitú špirálu, čo spôsobuje, že objekty rotujú a pohybujú sa po obežných dráhach. Napríklad dve rastúce jablká v rastúcom referenčnom rámci vyzerajú, že sa navzájom priťahujú, pričom veľkosť sa zdá byť rovnaká.

Pri interferencii nastáva opak. Jednoducho povedané, zväčšovanie alebo zmenšovanie veľkosti objektov, keď sa približujeme alebo vzďaľujeme, je určené posunom referenčného rámca, ako napríklad rádio, ktoré sa naladí na rôzne vlny, aby zachytilo rozhlasovú stanicu.



To platí aj pre gravitáciu. V skutočnosti, bez ohľadu na akýkoľvek referenčný rámec, neexistujú žiadne základné sily. Všetky interakcie v našej abstraktnej kontinuite sa dajú matematicky opísať z hľadiska interferencie a rezonancie, ak sa vezme do úvahy neustále sa meniaca a oscilujúca minimálna jednotka alebo kvantum.

Experimentálny dôkaz zahŕňa neviditeľný efekt v štandardnom modeli, kde vidíme pôsobenie síl, ale nie nositeľov sily.



kvantová superpozícia



Kontinuita reality nevyžaduje, aby kvantá mali postupnosť v čase. Kvantum nie je predmetom žiadneho konceptu priestoru a času a môže súčasne obsadiť všetky jeho možné kvantové stavy. Toto sa nazýva kvantová superpozícia a demonštruje sa to napríklad v experimente s dvojitou štrbinou alebo kvantovej teleportácii, kde každý elektrón vo vesmíre môže byť rovnaký elektrón. Jedinou požiadavkou na abstraktnú časovú os a konzistentnú kontinuitu reality je algoritmus na popis modelu alebo abstraktnej sekvencie vektorov.

Keďže táto kontinuita určuje našu schopnosť sebauvedomenia, vystavuje nás svojim matematickým dôsledkom – základným zákonom fyziky.

Interakcia je len interpretácia abstraktného modelu. To je dôvod, prečo kvantová mechanika poskytuje iba matematické popisy - dokáže opísať vzory iba v rámci nekonečných pravdepodobností.

Keď je pravdepodobnosť vyjadrená ako "C", informácia potrebná na opis aktuálneho momentu alebo pravdepodobnostný rozsah "C" zahŕňa aj časovú os. Povaha časovej osi je jednou z najväčších nevyriešených otázok fyziky, ktorá viedla k mnohým novým populárnym interpretáciám.

Napríklad holografický princíp – súčasť kvantovej gravitácie a teórie strún – naznačuje, že celý vesmír možno považovať len za dvojrozmernú informačnú štruktúru.



čas



Pojem časovej osi si tradične spájame so sledom udalostí, ktoré prežívame prostredníctvom sledu krátkodobých a dlhodobých spomienok. Môžeme mať len spomienky na minulosť, nie na budúcnosť a vždy sme predpokladali, že to odráža plynutie času.

Vedci začali o tejto logike pochybovať, až keď objavy v kvantovej mechanike ukázali, že niektoré javy nesúvisia s naším konceptom času a že náš koncept času je len vnímaním zmien pozorovateľných parametrov.

To sa odráža aj v dilatácii času a kontrakcii dĺžky, čo je jeden z dôvodov, prečo Einstein zistil, že čas a priestor sú jedna tkanina.

V absolútnom zmysle sa pojem času nelíši od pojmu vzdialenosti.

Sekundy sa rovnajú svetelným sekundám, ale navzájom sa vylučujú. Jednoducho povedané: keďže vzdialenosť a čas sú protiklady, plynutie času možno interpretovať ako vzdialenosť, ktorú prejdú ručičky hodín, keď sa pohybujú v opačnom smere času.

Zatiaľ čo sa pohybujú vpred na diaľku, v skutočnosti sa pohybujú späť v tom, čo sa nazýva čas. Preto je každá minimálna jednotka skúsenosti okamžite absorbovaná do večného teraz.

Táto interpretácia odstraňuje nezhodu medzi kolapsom vlnovej funkcie a kvantovou dekoherenciou. Pojmy ako „život“ a „smrť“ sú čisto intelektuálne konštrukcie. A akékoľvek náboženské úvahy o posmrtnom živote odohrávajúcom sa vo svete, ktorý nepodlieha matematickým zákonom tejto reality, sú tiež vymyslené.



Ďalším dôležitým dôsledkom je, že teória veľkého tresku, kde vesmír pochádza z jedného bodu, je nedorozumenie. Tradičný pohľad na časopriestor, kde je priestor trojrozmerný a čas hrá úlohu štvrtej dimenzie, je chybný. Ak chceme študovať pôvod vesmíru, musíme sa pozerať dopredu, keďže časový vektor „C“ je opačný ako vektor vzdialenosti, z ktorého vnímame rozpínajúci sa vesmír. Hoci táto časová mapa vesmíru poskytne iba abstraktné pojmy bez toho, aby brala do úvahy jej kvantový základ.



Experimentálne dôkazy zahŕňajú zrýchlenie expanzie vesmíru, ako aj inverznú alebo regresívnu metriku čiernych dier a mnohé problémy súvisiace s

s teóriou veľkého tresku, napríklad problém horizontu.



Neurologické následky



Tieto závery môžu vyvolať otázky o slobodnej vôli, pretože sa zdá, že v našom vnímaní času je na prvom mieste akcia a až potom vedomie.

Väčšina výskumov, ktoré vrhajú svetlo na túto otázku, ukazuje, že akcia sa v skutočnosti deje skôr, ako je realizovaná. Ale deterministické hľadisko sa opiera o mylnú predstavu o čase, ako ukazujú matematické opisy pravdepodobnosti v kvantovej mechanike.



Tieto interpretácie budú dôležité pre budúci neurologický výskum, pretože ukazujú, že akýkoľvek nervový okruh je vektor, ktorý určuje kognitívnu disonanciu a interferenciu alebo rezonanciu v "C". Schopnosť chápať a vedome meniť tieto vektory, získaná v priebehu miliárd rokov evolúcie, potvrdzuje, aké dôležité sú naše systémy viery pri rozširovaní nášho vedomia a ako ovplyvňujú našu pracovnú pamäť, ktorá je zodpovedná za našu schopnosť nadväzovať spojenia. nervové procesy, ktoré tvoria význam. Vysvetľuje tiež, že umelé vedomie by si vyžadovalo sieť

nezávislé procesory, a nie lineárna postupnosť zložitých algoritmov.



Obmedzený výklad



Athene Unified Theory je riešenie, ktoré kombinuje kvantovú fyziku a teóriu relativity. Hoci odpovedá na mnohé tu uvedené otázky fyziky, toto je moja obmedzená interpretácia prvých mesiacov jeho výskumu.

Bez ohľadu na výsledok je jasné, že sme vstúpili do éry, v ktorej je veda otvorená pre všetkých. A ak ponecháme internet prístupný a neutrálny, môžeme otestovať platnosť našich myšlienok, rozvíjať svoju predstavivosť vytváraním nových vzťahov a môžeme pokračovať v rozvoji nášho porozumenia.

vesmír a myseľ.



Epilóg



V kvantovej mechanike sme sa naučili pristupovať k realite inak a všetko vnímať skôr ako pravdepodobnosti ako istoty. V matematickom zmysle je možné všetko.

Ako vo vede, tak aj v našom každodennom živote je naša schopnosť vypočítať alebo uhádnuť pravdepodobnosti určená našou intelektuálnou schopnosťou rozpoznávať vzorce.

Čím sme otvorenejší, tým jasnejšie vidíme tieto vzorce a svoje činy zakladáme na primeranej pravdepodobnosti.

Keďže je v samotnej povahe našej ľavej hemisféry odmietať myšlienky, ktoré nezapadajú do našich súčasných názorov, čím viac sme pripútaní k svojim presvedčeniam, tým menej sme schopní robiť vedomé rozhodnutia pre seba. Ale riadením tohto procesu rozširujeme naše sebauvedomenie a zvyšujeme svoju slobodnú vôľu.

Hovorí sa, že múdrosť prichádza s vekom. Ale s otvorenosťou a skepticizmom – kľúčovými vedeckými princípmi – nepotrebujeme desaťročia pokusov a omylov, aby sme určili, ktoré z našich presvedčení môžu byť nesprávne.

Otázkou nie je, či sú naše presvedčenia pravdivé alebo nie, ale či naša emocionálna náklonnosť k nim prinesie dobro alebo škodu.



Slobodná voľba neexistuje, pokiaľ sme emocionálne pripútaní k systému viery. Keď budeme mať dostatok sebauvedomenia, aby sme to pochopili, môžeme spolupracovať na pochopení pravdepodobnosti toho, čo nám v skutočnosti prinesie najväčší úžitok.

„Vývoj kvantovej mechaniky podrobil naše klasické vedecké názory bezprecedentnej kritike. Sebauvedomenie a ochota revidovať naše hypotézy, ktoré neustále testuje veda a ľudstvo, určí mieru, do akej dosiahneme hlbšie pochopenie mysle a vesmíru.

Fyzika je najzáhadnejšia zo všetkých vied. Fyzika nám umožňuje pochopiť svet okolo nás. Fyzikálne zákony sú absolútne a platia pre každého bez výnimky, bez ohľadu na osobu a sociálne postavenie.

Tento článok je určený pre osoby staršie ako 18 rokov.

Už máš viac ako 18?

Základné objavy v kvantovej fyzike

Isaac Newton, Nikola Tesla, Albert Einstein a mnohí ďalší sú veľkými sprievodcami ľudstva v nádhernom svete fyziky, ktorí ako proroci odhalili ľudstvu najväčšie tajomstvá vesmíru a schopnosť ovládať fyzikálne javy. Ich svetlé hlavy preťali temnotu nevedomosti nerozumnej väčšiny a ako vodiaca hviezda v tme noci ukazovali cestu ľudstvu. Jedným z týchto vodičov vo svete fyziky bol Max Planck, otec kvantovej fyziky.

Max Planck je nielen zakladateľom kvantovej fyziky, ale aj autorom svetoznámej kvantovej teórie. Kvantová teória je najdôležitejšou súčasťou kvantovej fyziky. Jednoducho povedané, táto teória popisuje pohyb, správanie a interakciu mikročastíc. Zakladateľ kvantovej fyziky nám priniesol aj mnohé ďalšie vedecké práce, ktoré sa stali základnými kameňmi modernej fyziky:

• teória tepelného žiarenia;
• špeciálna teória relativity;
• výskum v oblasti termodynamiky;
• výskum v oblasti optiky.

Teória kvantovej fyziky o správaní a interakcii mikročastíc sa stala základom fyziky kondenzovaných látok, fyziky elementárnych častíc a fyziky vysokých energií. Kvantová teória nám vysvetľuje podstatu mnohých javov nášho sveta – od fungovania elektronických počítačov až po štruktúru a správanie nebeských telies. Max Planck, tvorca tejto teórie, nám vďaka svojmu objavu umožnil pochopiť skutočnú podstatu mnohých vecí na úrovni elementárnych častíc. Vytvorenie tejto teórie však zďaleka nie je jedinou zásluhou vedca. Ako prvý objavil základný zákon vesmíru – zákon zachovania energie. Príspevok Maxa Plancka k vede je ťažké preceňovať. Jeho objavy sú skrátka na nezaplatenie pre fyziku, chémiu, históriu, metodológiu a filozofiu.

kvantová teória poľa

Stručne povedané, kvantová teória poľa je teória popisu mikročastíc, ako aj ich správania v priestore, vzájomnej interakcie a vzájomných premien. Táto teória študuje správanie sa kvantových systémov v rámci takzvaných stupňov voľnosti. Toto krásne a romantické meno mnohým z nás nič nehovorí. Pre figuríny sú stupne voľnosti počtom nezávislých súradníc, ktoré sú potrebné na označenie pohybu mechanického systému. Zjednodušene povedané, stupne voľnosti sú charakteristikami pohybu. Zaujímavé objavy v oblasti interakcie elementárnych častíc urobil Steven Weinberg. Objavil takzvaný neutrálny prúd – princíp interakcie medzi kvarkami a leptónmi, za čo dostal v roku 1979 Nobelovu cenu.

Kvantová teória Maxa Plancka

V deväťdesiatych rokoch osemnásteho storočia sa nemecký fyzik Max Planck pustil do štúdia tepelného žiarenia a nakoniec dostal vzorec na rozdelenie energie. Kvantová hypotéza, ktorá sa zrodila v priebehu týchto štúdií, znamenala začiatok kvantovej fyziky, ako aj kvantovej teórie poľa, objavenej v roku 1900. Planckova kvantová teória hovorí, že počas tepelného žiarenia je vyprodukovaná energia emitovaná a absorbovaná nie neustále, ale epizodicky, kvantovo. Rok 1900 sa vďaka tomuto objavu Maxa Plancka stal rokom zrodu kvantovej mechaniky. Za zmienku stojí aj Planckov vzorec. Jeho podstata je v skratke nasledovná – vychádza z pomeru telesnej teploty a jeho vyžarovania.

Kvantovo-mechanická teória štruktúry atómu

Kvantová mechanická teória štruktúry atómu je jednou zo základných teórií konceptov v kvantovej fyzike a vlastne vo fyzike všeobecne. Táto teória nám umožňuje pochopiť štruktúru všetkého hmotného a otvára závoj tajomstva nad tým, z čoho sa vlastne veci skladajú. A závery založené na tejto teórii sú veľmi neočakávané. Stručne zvážte štruktúru atómu. Z čoho je teda atóm skutočne vyrobený? Atóm pozostáva z jadra a oblaku elektrónov. Základ atómu, jeho jadro, obsahuje takmer celú hmotnosť samotného atómu – viac ako 99 percent. Jadro má vždy kladný náboj a ten určuje chemický prvok, ktorého je atóm súčasťou. Na jadre atómu je najzaujímavejšie, že obsahuje takmer celú hmotnosť atómu, no zároveň zaberá len jednu desaťtisícinu jeho objemu. Čo z toho vyplýva? A záver je veľmi nečakaný. To znamená, že hustá hmota v atóme je len jedna desaťtisícina. A čo všetko ostatné? Všetko ostatné v atóme je elektrónový oblak.

Elektrónový oblak nie je trvalá a v skutočnosti ani hmotná látka. Elektrónový oblak je len pravdepodobnosť výskytu elektrónov v atóme. To znamená, že jadro zaberá iba jednu desaťtisícinu v atóme a všetko ostatné je prázdnota. A ak vezmeme do úvahy, že všetky objekty okolo nás, od prachových častíc až po nebeské telesá, planéty a hviezdy, pozostávajú z atómov, ukáže sa, že všetko hmotné v skutočnosti pozostáva z viac ako 99 percent prázdnoty. Táto teória sa zdá byť úplne nedôveryhodná a jej autor je prinajmenšom pomätený človek, pretože veci, ktoré existujú okolo, majú pevnú konzistenciu, váhu a sú cítiť. Ako môže pozostávať z prázdnoty? Vkradla sa do tejto teórie o štruktúre hmoty chyba? Ale tu nie je žiadna chyba.

Všetky hmotné veci sa javia ako husté len vďaka interakcii medzi atómami. Veci majú pevnú a hustú konzistenciu iba vďaka priťahovaniu alebo odpudzovaniu medzi atómami. To zaisťuje hustotu a tvrdosť kryštálovej mriežky chemikálií, z ktorých pozostáva všetok materiál. Zaujímavosťou však je, že keď sa napríklad zmenia teplotné podmienky prostredia, väzby medzi atómami, to znamená ich príťažlivosť a odpudzovanie, sa môžu oslabiť, čo vedie k oslabeniu kryštálovej mriežky a dokonca k jej zničeniu. To vysvetľuje zmenu fyzikálnych vlastností látok pri zahrievaní. Napríklad, keď sa železo zahreje, stane sa tekutým a dá sa tvarovať do akéhokoľvek tvaru. A keď sa ľad topí, deštrukcia kryštálovej mriežky vedie k zmene skupenstva hmoty a tá sa mení z pevnej látky na tekutú. Toto sú jasné príklady oslabenia väzieb medzi atómami a v dôsledku toho oslabenia alebo zničenia kryštálovej mriežky a umožňujú, aby sa látka stala amorfnou. A dôvodom takýchto záhadných metamorfóz je práve to, že látky pozostávajú z hustej hmoty len z jednej desaťtisíciny a všetko ostatné je prázdnota.

A látky sa zdajú byť pevné len vďaka silným väzbám medzi atómami, ktorých oslabením sa látka mení. Kvantová teória štruktúry atómu nám teda umožňuje úplne iný pohľad na svet okolo nás.

Zakladateľ teórie atómu Niels Bohr predložil zaujímavý koncept, že elektróny v atóme nevyžarujú energiu neustále, ale iba v momente prechodu medzi trajektóriami svojho pohybu. Bohrova teória pomohla vysvetliť mnohé vnútroatómové procesy a tiež urobila prelom vo vede chémie, keď vysvetlila hranicu tabuľky, ktorú vytvoril Mendelejev. Podľa , posledný prvok, ktorý môže existovať v čase a priestore, má poradové číslo sto tridsaťsedem a prvky začínajúce od stotridsiateho ôsmeho nemôžu existovať, pretože ich existencia je v rozpore s teóriou relativity. Bohrova teória tiež vysvetlila povahu takého fyzikálneho javu, akým sú atómové spektrá.

Ide o interakčné spektrá voľných atómov, ktoré vznikajú, keď sa medzi nimi vyžaruje energia. Takéto javy sú typické pre plynné, parné látky a látky v plazmovom stave. Kvantová teória teda urobila revolúciu vo svete fyziky a umožnila vedcom napredovať nielen v oblasti tejto vedy, ale aj v oblasti mnohých príbuzných vied: chémie, termodynamiky, optiky a filozofie. A tiež umožnil ľudstvu preniknúť do tajomstiev podstaty vecí.

Ľudstvo musí vo svojom vedomí ešte veľa urobiť, aby si uvedomilo podstatu atómov, pochopilo princípy ich správania a vzájomného pôsobenia. Keď to pochopíme, budeme schopní pochopiť povahu sveta okolo nás, pretože všetko, čo nás obklopuje, počnúc prachovými časticami a končiac samotným slnkom, a my sami - všetko pozostáva z atómov, ktorých povaha je tajomná. a úžasné a plné tajomstiev.