Человек предсказавший антиматерию
Приветствую всех моих читателей. Возможно, вы хотя бы раз слышали о антивеществе. Что это и с чем его едят, я распишу в следующий раз. А сегодня расскажу о человеке, который предсказал существование антивещества и как он это сделал. Имя этому человеку – Поль Адриан Морис Дирак (1902-1984 гг):
К сожалению, Дирак не так известен широкой публике, несмотря на его достижения. Все знают про Шрёдингера, Эйнштейна, Бора, Ферми и многих других, но про Дирака мало кто слышал. Он был очень тихим и скромным. Он мало говорил, а если и говорил, то только рядовые слова типа «да» и «нет». Даже когда он узнал, что получит Нобелевскую премию, то подумывал отказаться от нее, не желая быть известным. На это ему сказали, что отказавшись от премии, он станет известнее, чем если просто примет ее. Родился Дирак в Англии. Его мать была британкой, а отец швейцарцем. Отец был учителем французского языка в школе, куда ходил Дирак, и строго следил за дисциплиной. Вполне возможно, что из-за отца он вырос настолько тихим, хотя есть предположение, что у него был синдром Аспергера. Кстати, также говорят, что у Ньютона тоже был синдром Аспергера. Люди с таким синдромом замкнуты, не умеют держать себя в обществе и возможно имеют выдающиеся математические способности, которыми Дирак и обладал. Вообще у Дирака с Ньютоном не мало общего, например, они оба сделали свои главные открытия в 20-х годах, оба были профессорами кафедры Лукаса в Кембридже и оба отлично знали математику. За свою жизнь Дирак сделал немало предположений на основе математических расчетов, и некоторые из них подтвердились. Я бы хотел расписать про них, но для этого нужны знания высшей математики, которых у меня нет. Поэтому пожалуй, напишу про волновое уравнение для электрона – самое главное его открытие, благодаря которому он в 1933 году получил Нобелевскую премию по физике. Это уравнение сейчас выбито на камне не далеко от могилы Ньютона:
В 1928 году Дирак опубликовал свою версию уравнения Шрёдингера. Он совместил его со специальной теорией относительности Эйнштейна и в процессе своей работы обнаружил, что общепринятая формула E=mc² не совсем правильная, так как в процессе вычислений приходится брать квадратный корень из определенной величины. При выходе из-под корня выражение получает неопределенный знак плюс или минус, а значит правильнее будет писать формулу так: E=+-mc². В этом случае приходилось допускать отрицательную энергию, которую в физике не выносят. Связано это с одной аксиомой, которая говорит, что все стремится к минимальному энергетическому состоянию. Если бы отрицательная энергия существовала, то все электроны рано или поздно провалились в состояние с бесконечно отрицательной энергией. Это означало бы, что теория Дирака нестабильна. Для решения этой проблемы Дирак ввел концепцию «Моря Дирака»(картинка сгенерирована нейросетью):
Она предполагала, что состояния с отрицательной энергией уже заняты электронами и, значит, другие электроны не могут провалиться в состояние с отрицательной энергией. Эти электроны в состояние с отрицательной энергией образовывали «Море Дирака», но когда гамма-квант сталкивается с электроном, находящимся в этом море, то выталкивает его в состояние с положительной энергией. И в море среди отрицательных электронов образуется дыра, которая ведет себя как антиэлектрон (позитрон). Через несколько лет Карл Андерсон обнаружил антиэлектрон, тем самым подтвердив предположение Дирака.
На этом сегодня все.
Материала для этого поста я взял из книги «Физика невозможного» Митио Каку, а также с этих сайтов: https://www.britannica.com/biography/Paul-Dirac
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1933/dirac/biograp...
Выходим за край Вселенной, за пределы пространства и времени, вглубь материи
Нима Аркани-Хамед
Современный физик, специалист в области теории струн Нима Аркани-Хамед дошел в своих исследованиях до такой глубины описания реальности, где пространство и время превращаются из фундаментальных начал в нечто производное и второстепенное. Он говорил:
"Понятия пространства и времени скорее всего не сохранятся в новой модели физики".
Его исследования могут помочь нам представить, что было до Большого взрыва, как выглядит мир на субатомном уровне и еще глубже.
Нима Аркани-Хамед говорил, что для того, чтобы изучать пространство на всë более мелких масштабах, нужно вкладывать всë больше энергии, и в какой-то момент мы дойдем до того, что будем направлять настолько много энергии в настолько маленькую точку пространства, что согласно уравнению А. Эйнштейна E=MC^2 (где E - это энергия, M - масса, а C - скорость света в вакууме), там просто образуется черная дыра, и мы ничего не увидим. Если добавим еще энергии, то дыра станет только больше.
Это увеличение концентрации энергии в одной точке похоже на то, как если бы мы прокручивали историю Вселенной в обратном направлении и в конце концов пришли бы к точке из которой и произошел Большой взрыв. Примерно то же самое происходит, если прыгнуть в черную дыру в космосе - мы попадаем как бы в состояние, похожее по сути на начало Вселенной и очень похожее на то, что происходит на уровне субатомных частиц. Если уменьшаться всё больше и больше или если предположить, что мы каким-то образом нашли способ увидеть, что происходит на субатомном уровне, то когда мы пройдем уровень протонов, электроном, нейтронов, атомного ядра и кварков и погрузимся еще "дальше" (то есть на еще более мелкий уровень), мы попадем в квантовую пену, то есть в некое состояние материи, где нет ничего определенного, где как будто бы из ниоткуда выплевываются частицы, многие из которых тут же исчезают, другие продолжают жить. Нима Аркани-Хамед, пытаясь объяснить что именно происходит на этом уровне, говорил в одном из своих выступлений:
"Существует мир идей, безразличный к пространству и времени, который выплевывает строительные блоки нашей реальности".
Если мы попытаемся идти еще дальше за уровень квантовой пены, то пространство и время окончательно потеряют всякое значение и фактически перестанут существовать для нас. Вне пространства и времени наше тело, как и любое тело, просто не сможет существовать, каких бы маленьких размеров оно не было. Мы словно попадаем в мир идей Платона.
Физики (как и философы) уже давно бьются над вопросом о том, как из ничего может возникать что-то. Физик Л. Краусс даже целую книгу написал "Всё из ничего: как возникла Вселенная". Согласно концепции Нимы Аркани-Хамеда получается, что всё вещественное возникает словно из ниоткуда, из ничто. Пройдет еще немало лет и мы сможем более детально погрузиться в это "ничто" без времени и пространства. Но действительно ли там, где исчезает время и пространство, остается ничто?
Вы хотите головоломок?
Их есть у нас! Красивая карта, целых три уровня и много жителей, которых надо осчастливить быстрым интернетом. Для этого придется немножко подумать, но оно того стоит: ведь тем, кто дойдет до конца, выдадим красивую награду в профиль!
Возможно пространства и времени в действительности не существует (но это решает многие научные проблемы)
Сегодня всё больше и всё чаще различные ученые заявляют о том, что пространство и время не являются фундаментальными физическими явлениями и в действительности не существуют.
Об этом, например, говорит физик Нима Аркани-Хамед, профессор Дональд Хоффман. Физики Дон Пейдж и Уильям Вуттерс еще в 1983 г. в этой статье предположили, что время является лишь возникающим явлением для внутреннего наблюдателя Вселенной, но не существует для внешнего наблюдателя. В 2013 г. эта концепция была подтверждена. Для квантовой физики, квантовых вычислений время и пространство вообще не нужны. Согласно уравнению Уилера-Девитта, времени и вовсе не существует.
Иными словами, наше обыденное восприятие пространства и времени крайне далеко от того, что происходит на уровне фундаментальной реальности. Не исключено, что пространства и времени действительно попросту не существует. И это положение может оказаться крайне важным для современной физики.
Дело в том, что ученые уже давно ищут «Теорию всего», то есть такую теорию, которая могла бы объединить Квантовую физику и Теорию относительности в рамках единой научной концепции. Почему эти две теории так сложно и так важно объединить?
Квантовая физика отлично работает на микроуровне нашего мироздания, а Теория относительности – на макроуровне. Но друг с другом они не сочетаются, они словно не могут сосуществовать в одном мире, но они сосуществуют и работают. Почему же они так непримиримы?
Квантовая физика требует дискретности мироздания (отсюда и понятие кванта – неделимой порции энергии). Теория относительности требует континуальности, то есть неделимости времени и пространства на дискретные частицы. Так каким же является наше мироздание, пространство и время: дискретными, состоящими из неделимых элементов или континуальными, то есть сплошными? Обе версии исключают друг друга, но при этом сосуществуют в реальности, и это парадокс. Получается, что пространство и делимо и неделимо одновременно, как и время, что, согласитесь, крайне странно.
Эту «странность» заметили еще древнегреческие философы, в том числе такие как Парменид и Зенон, которые логически доказывали, что фундаментальное бытие никуда не движется и не развивается, оно едино и неделимо, а пространства, времени и движения не существует, так как их существование противоречит логике (вспомните апории Зенона, например, «Ахиллес и черепаха» или «Стрела»).
Так вот если мы согласимся с Нима Аркани-Хамедом, Доном Пейджем, Уильямом Вуттерсом, Дональдом Хоффманом и рядом других ученых в том, что ни времени, ни пространства не существует, то это открывает нам прямой путь к Теории всего: если ни времени, ни пространства не существует, то это снимает противоречие между Квантовой физикой и Теорией относительности.
А где же мы тогда вообще находимся и как движемся? Ну а где находится персонаж компьютерной игры, который как бы внутри экрана вашего смартфона или ноутбука может путешествовать сквозь целые галактики, пролетая тысячи и миллионы километров, которых на самом деле нет внутри вашего гаджета. Аналогию с отсутствием времени привести сложнее, но суть будет примерно та же.
Означает ли это, что мы живем в симуляции? Совсем необязательно. Это означает лишь то, что мир на фундаментальном уровне совсем не такой, каким он представляется здравому смыслу.
В продолжение темы интересно почитать:
Ответ на пост «Несколько слов о корпускулярно-волновом дуализме»
Представь себе, что по дороге едет машина. Мы делаем фото на длинной выдержке. За это время машина успевает проехать метров 10. Зная расстояние и время (выдержки), легко посчитать скорость. Но где именно в момент съёмки была машина? Нигде конкретно и в то же время везде.
Сделаем ещё фото, на этот раз на короткой выдержке. Машина получилась чёткой и мы точно знаем, где она находилась в момент съёмки. Но как теперь посчитать, с какой скоростью она ехала? А может, она и не ехала вовсе? По фото теперь сказать невозможно.
Это и есть "принцип Гейзенберга", хотя и довольно грубо.
Несколько слов о корпускулярно-волновом дуализме
Раньше люди думали, что свет – это луч, состоящий из частиц. Потом поняли, что волна. Потом увидели, что свет проявляет свойства и частицы и волны и придумали корпускулярно-волновой дуализм. Так и что же получается, свет – это и частица и волна одновременно? Нет!
Чем вообще частицы отличается от волны с точки зрения квантовой физики? Прямым следствием корпускулярно-волнового дуализма является неопределенность Гейзенберга – принцип квантовой физики, согласно которому мы не можем в равной степени точно знать и импульс и координату квантового объекта. И дело тут не в ограниченности наших технологий, а в самом устройстве квантовой физики.
Таким образом, с определенной долей упрощения можно сказать, что частица от волны отличается тем, что у частицы координата строго определена, а импульс не определен, а у волны определен импульс, а координата нет. И чисто логически получается, что частицы и волны – это в базе своей что-то одно и то же: частица – это волна, координата которой определена, а волна – это частица, импульс которой определен. Частица – это волна, а волна – это частица. Они тождественны, но всё-таки различны. Как же так? Почему? Потому что оба они являются лишь проявлением чего-то большого.
Корпускулярно-волновой дуализм – это не механическое соединение противоположностей. Свет – это не просто соединение частицы и волны в какое-то нелепое единство. Свет проявляет свойства частицы и волны, потому что сам по себе является чем-то большим, чем-то «третьим» по отношению к частицам и волнам. Так что же такое свет?
Свет – это квантовое поле. И вот в зависимости от того, с какого «угла» мы «смотрим» на это поле, подобно слепцам из притчи про слона, мы видим то частицу, то волну, но и то и другое суть проявление одного и того же явления – квантового поля.
В продолжение темы интересно почитать:
Объясните формулировки из теории Ричарда Фейнмана-Миллера
Что такое математич. операторы мне издалека знакомо,но причём тут гамильтониан и лагранж - путаница.
>>Это привело к формулировке положений квантовой механики, используя лагранжиан и действие как исходные понятия, в отличие от гамильтониана, а именно, формулировка в терминах фейнмановских интегралов по траекториям, которые оказались полезными ещё в ранних вычислениях Фейнмана в квантовой электродинамике и квантовой теории поля. Запаздывающие и опережающие поля возникают соответственно как запаздывающий и опережающий пропагатор как и в пропагаторах Фейнмана и Дайсона. Впрочем, изображённая здесь связь между запаздывающим и опережающим потенциалами не слишком удивляет, учитывая то, что в теории поля опережающий пропагатор можно получить из запаздывающего пропагатора заменой ролей источника поля и пробной частицы (обычно в рамках формализма функций Грина). В теории поля опережающие и запаздывающие поля рассматриваются как математические решения уравнений Максвелла, комбинации которых обусловлены граничными условиями.