Пошук остаточних законів природи
Цей сайт присвячений великій інтелектуальній пригоді - пошуку остаточних законів природи. Мрія про остаточну теорію багато в чому надихає роботи в області фізики високих енергій. Хоча ми й не знаємо, як можуть виглядати остаточні закони або скільки років пройде, перш ніж вони будуть відкриті, все-таки ми думаємо, що вже в сучасних теоріях уловлюються проблиски контурів остаточної теорії.
Сама ідея остаточної теорії суперечлива і є в наші дні предметом інтенсивних суперечок. Це протиріччя вже досягло комітетських кабінетів конгресу США: фізика високих енергій стає усе більше дорогою наукою й обіг учених за суспільною підтримкою частково обґрунтовується історичною місією відкриття остаточних законів
Із самого початку в наміри входив виклад тих питань, які виникають у зв'язку із самою ідеєю остаточної теорії як частини інтелектуальної історії нашого часу, розраховане на людей без спеціальної підготовки по фізиці й вищій математиці. Мова йде про ключові ідеї, що лежать в основі сучасних фундаментальних досліджень по фізиці. Але це не підручник по фізиці, і Ви не зустрінете окремих глав, повністю присвячених часткам, взаємодіям, симетріям і струнам. Навпроти, тут уплетені поняття сучасної фізики в обговорення того, що таке остаточна теорія і як ми збираємося неї шукатися
Остаточна теорія
це квантовомеханическая модель із хвильовою функцією, що описує не тільки різні досліджувані системи, але і якось
враховуюча наявність свідомого спостерігача. Маючи таку модель, можна спробувати показати, що в результаті
повторюваних взаємодій спостерігача з окремими системами хвильова функція комбінованої системи з
вірогідністю еволюціонує до кінцевої хвильової функції, причому спостерігач у цьому кінцевому стані впевнений,
що ймовірності індивідуальних вимірів збігаються із пророкуваннями в рамках копенгагенской інтерпретації. Я не
переконано, що така програма досліджень успішно завершена, але думаю, що це може відбутися рано або пізно. І
тоді реалізм Скруджа здобуде повну перемогу.
Саме дивне в тім, наскільки все це не має значення. Більшість фізиків використовує квантову механіку в
повсякденній роботі, не піклуючись про фундаментальні проблеми її інтерпретації. Будучи розсудливими людьми,
имеющими дуже мало часу на те, щоб устигати стежити за новими ідеями й даними у своїй власній області,
вони зовсім не тривожаться із приводу всіх цих фундаментальних проблем. Недавно Филип Канделас (з фізичного
факультету Техаського університету) чекав разом із мною ліфт, і розмова зайшла про молодого теоретика, що подавав
надії на старших курсах і потім зниклому з виду. Я запитав Фила, що перешкодило колишньому студентові продовжувати
дослідження.
69
Фил смутно покачав головою й сказав: «Він спробував зрозуміти квантову механіку».
Філософія квантової механіки настільки не має відносини до її реального використання, що починаєш
підозрювати, що всі глибокі питання про зміст виміру насправді порожні, породжені недосконалістю нашого
мови, що створювався у світі, що практично управляється законами класичної фізики. Але я визнаю, що відчуваю
деякий дискомфорт, все життя використовуючи теорію, що ніхто толком не розуміє. Нам адже насправді
необхідно краще розуміти квантову механіку, якщо ми хочемо займатися квантовою космологією, тобто застосуванням
квантової механіки до Всесвіту в цілому, коли навіть уявити не можна, що існує якийсь зовнішній спостерігач.
Зараз Всесвіт занадто величезний для квантової механіки, щоб це мало значення, але, відповідно до теорії Великого
вибуху, у минулому були часи, коли частки перебували настільки близько друг до друга, що квантові ефекти повинні
були бути істотними. У наші дні ніхто навіть не знає правил застосування квантової механіки в подібній ситуації.
З мого погляду, ще цікавіше питання про те, чи є квантова механіка з необхідністю щирою наукою.
Квантова механіка мала феноменальний успіх при поясненні властивостей часток, атомів і молекул, так що ми впевнені,
що вона є дуже гарним наближенням до істини. Але питання полягає в тім, чи не існує інший логічно
можлива теорії, пророкування якої дуже близькі, але все-таки відрізняються від пророкувань квантової механіки. Легко
придумати способи невеликої зміни майже всіх фізичних теорій. Наприклад, ньютоновский закон тяжіння,
стверджуючий, що сила тяжіння між двома частками убуває назад пропорційно квадрату відстані між
ними, можна небагато змінити, припустивши, що сила убуває за законом, що містить інший ступінь відстані,
яка близька, але все-таки відрізняється від ступеня -2. Щоб експериментально перевірити теорію Ньютона, варто зрівняти
спостереження над тілами Сонячної системи з тими пророкуваннями, які виходять у випадку сили, що убуває по
закону з деяким невідомим ступенем відстані, і в такий спосіб установити межа того, наскільки цей закон може
відхилятися від закону зворотних квадратів. Навіть загальну теорію відносності можна небагато змінити, наприклад
включивши більше складні малі поля, що складаються в рівняння, або ввівши в теорію нові слабовзаимодействующие поля.
Разюче, що дотепер не вдалося знайти логічно несуперечливої теорії, що була б близька до квантового
механіці, але при цьому відрізнялася від її.
Кілька років тому назад я сам спробував побудувати таку теорію. У мене не було серйозних намірів запропонувати
альтернативу квантовій механіці. Я всього лише хотів побудувати хоч яку-
70
нибудь теорію, пророкування якої були б близькі, але не збігалися із пророкуваннями квантової механіки і яку
можна було б експериментально перевірити. Для цієї мети я спробував запропонувати фізикам-експериментаторам ідею
такого експерименту, що міг би служити цікавим кількісним тестом справедливості квантової механіки.
Коли мова йде про перевірку самої квантової механіки, а не якийсь конкретної квантовомеханической теорії начебто
стандартної моделі, то для того, щоб експериментально розрізнити квантову механіку й альтернативну теорію,
варто перевірити виконання якогось досить загальної властивості будь-якої конкретної квантовомеханической теорії. В
пошуках альтернативи квантовій механіці я вцепился в одна загальна властивість цієї теорії, завжди казавшееся трохи
більше довільним, чим інші, а саме у властивість лінійності.
Потрібно сказати кілька слів про зміст лінійності. Згадаємо, що значення хвильової функції будь-якої системи
міняються зі швидкостями, що залежать від цих значень, а також від природи системи й навколишнього середовища. Наприклад,
швидкість зміни значення тут хвильової функції нашої міфічної частки дорівнює деякій константі, помноженої
на значення тут, плюс інша константа, помножена на значення там. Динамічний закон такого конкретного виду
називається лінійним, тому що якщо почати міняти одне значення хвильової функції в довільний момент часу й
побудувати графік будь-якого значення хвильової функції в будь-який наступний момент залежно від мінливого
значення, то за інших рівних умов цей графік буде прямою лінією. Грубо говорячи, відгук системи на будь-яке
зміна її стану пропорційний цій зміні. Одним з дуже важливих наслідків такої лінійності, як
відзначав Скрудж, є те, що у квантовій механіці не виникає хаотичного поводження; мала зміна початкових
умов приводить тільки до малих змін значень хвильової функції в будь-який наступний момент часу.
Існує безліч класичних систем, лінійних у зазначеному змісті, але лінійність у класичній фізиці
ніколи не буває точної. Навпаки, у квантовій механіці передбачається, що вона линейна при будь-яких обставинах.
Якщо хтось збирається пошукати способи зміни квантової механіки, то естественнее всього спробувати досліджувати
можливість, що еволюція хвильової функції не точно линейна.
Після деяких зусиль я побудував злегка нелінійну альтернативу квантовій механіці, казавшуюся фізично
осмисленої й перевіряється легко з дуже високою точністю. Тестом служив загальний наслідок лінійності,
заключающееся в тім, що частоти коливань будь-якої лінійної системи не залежать від способу порушення цих коливань.
[...]
Початок
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127]