на главную
Главная » Наука » Мир как вакуум

ТЗ-4: Алло! Вот у меня такой вопрос. Добрый вечер! Меня Пётр зовут. Сейчас многие физики занимаются квантовой телепортацией. Это что – просто софизм, основанный на неправильной трактовке постулатов или реальность? И еще второй вопрос. Насколько я знаю, загадка "темной" [ненаблюдаемая, но дающая вклад в расчетную массу Вселенной] материи... попытка ее объяснить через нейтрино себя не оправдала. И какие новые идеи по этому поводу существуют? Спасибо.

РП: Ну на самом деле квантовой телепортации нет. Мы не можем передавать на расстояния объекты как таковые. Так называются обычные квантово-механические эффекты, когда протон "расщепляется" на части, можно регистрировать поведение для одной части, можно для другой.. Это только модный термин. Какой реальный смысл у этого термина? Засчет топологии мы можем делать "кротовые норы" в пространстве-времени для квантовых частиц: снаружи можно двигаться очень долго, а через нору гораздо быстрее. Но для макроскопических объектов существование таких нор не доказано. Микроскопические черные дыры могут быстро схлопываться и рождаться, давать такие кротовые норы, и имеют положительную энергию, которая позволяет объяснить наличие "темной" материи. Но поскольку черные дыры отвечают за гравитацию, то я немного скажу и про черные дыры.

Если мы подбросим сейчас какое-то тело вверх со скоростью 11,2 (или более) километров в секунду, то оно никогда не вернется обратно. Если мы сожмем Землю до радиуса 1 сантиметр, так называемый гравитационные радиус, то даже свет не сможет вырваться за ее пределы [дело не в том, что свет притягивается Землей, поскольку фотоны не имеют массы, – а притягиваются только массиные тела, – а в том, что пространство само искривляется в окрестности массивных тел за счет гравитации так, что прямолинейное движение света превращается в круговые орбиты или сходящиеся спирали], свет упадет внутрь. Если мы для Солнца сделаем то же самое, то потребуется сжать его в шарик радиусом 3 километра. При этом если мы представим себе кубик из пыли нулевого давления – Солнце ведь не схлопывается, у него внутри очень сильное распирающее давление, а через 5 миллиардов лет, оно прогорит изнутри, взорвется, расширится и Земля сгорит внутри этого Солнца, – а для кубика из пыли давления нет, он бы сколлапсировал [сжался засчет гравитационного притяжения – если давление изнутри не может ему противостоять], углы бы высветились, а внутри все равно получилась бы сферическая черная дыра. Так вот, этот радиус, при котором начинается коллапс, гравитационный радиус, – он является горизонтом событий, потому что все что происходит внутри него снаружи никак не зафиксировать. Если частица падает в черную дыру, то с точки зрения внешнего наблюдателя ее масса и энергия меняется на противоположный знак. И если вблизи гравитационного радиуса [пограничной сферы этого радиуса] рождается пара частица-античастица, то частица с отрицательной массой может упасть на черную дыру и уменьшить ее массу, а другая частица пойдет наружу. Это выглядит так, как если бы черная дыра сжималась и излучала частицу. Это открыл Хокинг, называется "квантовое испарение черных дыр". Потеря информации черной дырой означает, что у черной дыры есть энтропия – мера хаоса, но она компенсируется этим излучением. При этом, чем меньше дыра, тем больше радиус кривизны ее горизонта событий, тем легче она захватывает частицы, и у нее, можно сказать, больше температура – она больше излучает.

АГ: То есть, какова же должна быть скорость у частиц в этом излучении?

РП: Ну, она может быть произвольной.

ВШ: От массы зависит.

АГ: Но если это черная дыра, то даже фотоны не могут оторваться от нее..

РП: Нет, нет. Если они попали внутрь горизонта событий, то они никогда не появятся. А речь идет о паре частица-античастица вне этого горизонта, откуда можно таки убежать. Т.е. она как бы "кипит", она не такая уж и черная, она раскалена добела..

ВШ: ... на поверхности...

РП: ... и может даже в какой-то момент взорваться. Вот те остатки от первичных черных дыр как раз и могут отвечать за "темную" материю, кроме того есть еще проблема космологического члена, которая не решена до сих пор: то ли он равен нулю, то ли он раньше был большой и сейчас только уменьшился... Вот тут говорилось о нерешенных проблемах. И квантование гравитации – нерешенная проблема, и проблема "темной" материи тоже не решена, потому что оказывается что вся видимая материя – лишь несколько процентов от массы, которая определяется по гравитации. Например черная дыра, она создает только поле тяготения (что там внутри неизвестно), но так мы можем оценить полную массу.

ВШ: Я здесь хочу прокомментировать. Космологический член, – если не все наши слушатели и зрители знают, что это такое, – это искусственно введенный параметр в уравнение Эйнштейна, описывающее некую систему, Вселенную в том числе, и в зависимости от того, какова величина, знак этого космологического члена, Вселенная может быть бесконечно плоской [неискривленной], либо она может быть схлопнутой [замкнутой из-за кривизны], либо она может бесконечно расширяться [но так и не замкнуться]. Вопрос о том, что может иметь вклад в этот космологический член, это тот же вопрос темной материи. Т.е. мы до конца не знаем из чего состоит наша Вселенная. Экспериментальные данные показывают, что с точностью до некой ошибки может быть либо так, либо эдак, либо точно равен нулю этот параметр, который позволяет Вселенной быть бесконечно плоской, статичной. Мы не знаем этого, космологический член может повлиять на это. Наличие темной материи безусловно может внести вклад в космологический член. Что входит в темную материю? Да, нейтрино, по-видимому, полностью не описывает, как полагалось, те параметры космологического члена, которые в ряде моделей применялись. Но существуют другие виды материи, они постоянно возникают в процессе развития физики высоких энергий: ну тяжелые лептоны, скажем...

РП: ...хиггсовские бозоны [теоретически предсказанные частицы, выполняющие роль своего рода "проявителя" вещества. грубо говоря, как свет делает вещи видимыми, так бозоны Хиггса наделяют кварки и лептоны качеством массы] ...

ВШ: да, хиггсовские бозоны, совершенно верно, которые могут вносить дополнительный вклад. Поэтому, утверждение о том, что чисто нейтринная модель описания темной материи неадекватна – справедливо. Но все время новооткрытые частицы, новые поколения объектов-частиц, они подпитывают эту "темную" материю, которая так или иначе сказывается на судьбе нашей Вселенной, что с ней произойдет в конце концов: вернется ли она в первоначальное состояние – до Большого взрыва, либо будет бесконечно расширяться и т.д.

РП: Ну, есть так называемая критическая плотность – 1029 грамма на сантиметр кубический. Если плотность материи больше, то Вселенная замыкается. Если вы прогибаете плоскость, постоянный радиус кривизны превращает ее в сферу. Если плотность меньше, то она открытая, будет псевдосфера, отрицательная кривизна. Если в точности [плотность совпадает с критической], то пространство "плоское" [радиус кривизны бесконечный]. Эти открытые и закрытые модели до сих пор рассматриваются в космологии, между тем как Гильберт еще в 30-м году в статье "Природа познания и логика" сказал: "актуальной бесконечности нигде не существует в природе, и астрономы это нам скоро скажут: сколько километров в длину ширину и высоту занимает наша Вселенная [если взять аналогию с замкнутым плоским миром – сферой, это ее площадь, 4 пи эр квадрат]". Этот вопрос тоже пока не решен: конечен мир или бесконечен. Но если он конечный, то он может сжаться: Большой взрыв закончится Большим хлопком [схлопыванием], и тогда можно представить... Атомы вводят идею дискретизации, мы можем представить что основная структура вообще дискретна, а непрерывность – это только результат осреднения. И тогда можно представить мир как ИЕРАРХИЮ МГНОВЕНИЙ. Космос существует одно "космическое мгновение" – ну, допустим, 100 миллиардов лет, мы существуем 15 миллиардов лет. Вот мы возникли, наше вещество, в недрах сверхновых звезд, которые взорвались. Солнце – это звезда второго поколения, потому что там ... Планеты состоят только из тяжелых элементов, а Солнце только водород и гелий пережигает, ему 5 миллиардов лет, поэтому это звезда не первого поколения.

ВШ: Простенькая, довольно примитивная звезда.

РП: Да, и многообразие мира объясняется тем, что у нас есть тяжелые элементы. Можно посчитать.. Если представлять мир как иерархию мгновений, откуда возникают представления о непрерывности, о вечности. У индусов есть красивый образ: что такое вечность? Вот есть алмазная гора километровой высоты, а ворон раз в тысячу лет прилетает, точит клюв о вершину горы. И когда он сточит всю гору, вот тогда и пройдет вечность. Это все глупости.

ВШ: Все равно это конечная величина.

РП: На самом деле мир динамичен и мы живем между двумя фазовыми переходами этого вакуума, который ... Большой взрыв заканчивается Большим хлопком ["пена вакуума" вскипает и опадает], значит если вакуум флуктуирует, вещество перевозникает ["кипит"], со скоростью 10 в 43-й циклов в секунду, у Большого космоса цикл другой [100 миллиардов лет], то все промежуточные циклы [ступеньки иерархии] занимают промежуточные масштабы, тогда дискретная структура будет превалировать. Тут уже нужно менять саму исходную интуицию и представления. Пока этого нет.

АГ: Т.е. в данном случае под бесконечностью надо понимать не бесконечность расширения нашей видимой Вселенной и не бесконечность нашего существования во времени, а бесконечность таких пульсаций с частотой пока не определенной – вы назвали 100 миллиардов лет, ну может плюс-минус 20-30 миллиардов...

РП: Да, Вселенная может... Вот черная дыра образует сингулярность в классическом смысле в классической общей теории относительности, может с другой ее стороны – другое классическое пространство-время "пришито". Может быть. И вообще таких Вселенных может быть много, могут возникать дочерние Вселенные. Пока это только фантазии, о которых не хотелось бы говорить. Но на самом деле логика научных исследований приводит к таким радикальным выводам.

ВШ: Это подход, который не противоречит логике существующих теорий.

АГ: Т.е. вполне математический подход.

ВШ: Да, несомненно.

АГ: Все таки, о фантазиях математики и физики. За 20 лет произошло заметное замедление самого процессе открытий в этой сфере. Чего вы ждете нового в этой области?

РП: Значит здесь у нас энергетическая пустыня. Для того чтобы узнать, как устроено вещество в своем фундаменте, в квантовом мире а не классическом, нужно очень сильно столкнуть частицы, чтобы преодолеть [энергетический барьер]... Ну вот если яйца сталкивать, они могут сохранить целостность, а могут разбиться [по крайней мере можно узнать из чего они состоят, что у них внутри:)]. Если мы сожмем вещество до какого-то предела, электроны не будут нас пускать дальше, потому что они фермионы, а фермионы нельзя сдвигать сколь угодно близко. Но может произойти фазовый переход и они "вдавятся" в протоны и получатся нейтроны, нейтронная звезда. Так звезда массы Солнца сожмется в шар диаметром 10 километров [с ядерной плотностью]. Если мы и дальше будем сжимать, будут размазаны-разрушены нуклоны, и получится кварк-глюонная плазма, о которой говорил Виталий Петрович. Что там дальше получится, ... Вот энергетический предел, наши ускорители имеют недостаточную энергию для того чтобы достигнуть, скажем, барьера в 100 ГэВ, который характеризует вот эти ... ["предел прочности" кварк-глюонных связей, например, обнаружение хиггсовских бозонов] Наши масштабы просто не позволяют...

АГ: Тут есть логический предел?

РП: ...Эти огромные масштабы... Мы же говорили, что вакуум [плотность структуры составляет] – 80 порядков от ядерной [плотности]. Значит просто ускорители такие трудно построить. Ускоритель – это международная, дорогостоящая конструкция...

ВШ: Тут Стива упомянул важные для понимания структуры Вселенной объекты, так называемые хиггсовские бозоны. Ну, кто знает, тот знает, а входит в детали не стоит. Можно сказать, что это некие частицы, которые отвечают за то, что флуктуация вакуума преобретает качество массы, проявляется виде обычных частиц с массой покоя в нашем видимом мире. Очень примитивное объяснение, но где-то в таком духе. Хиггсовские бозоны по разным оценкам проявятся даже не при нынешнем поколении ускорителей, и даже не при следующем – в 10 раз с большей мощностью. По-видимому, да, другие какие-то физические принципы [строительства ускорителей] должны быть, или другие принципы расчета и извлечения косвенных данных. Ибо на ускорителях, как вы уже наверное знаете, и наши телезрители тоже должны знать, что напрямую почти ничего не наблюдается, все расчитывается по косвенным следствиям первого поколения: отклонения, частицы, соударения, способы распада вторичных частиц, все это очень косвенно, но достаточно хорошо можно оценить – да-да, нет-нет, – в большинстве случаев. Так вот, хиггсовские бозоны в ближайшее время не просматриваются [не будут экспериментально обнаружены], хотя кто его знает.

Назад Вперед
наверх

  Copyright © surat0 & taras 2002