Бесконечность: Почему Эйнштейн и кванты не ладят

Оглавление

Сбросить всё

Английский оригинал	Перевод на русский
Сожалеем, но текст оригинала доступен только зарегистрированным пользователям.	Теория общей относительности Эйнштейна, которая объясняет гравитацию, также хорошо помогает объяснить вселенную в масштабах космоса. Eva_tj 07.05.13 в 06:47 0
	Квантовая физика проделывает великолепную работу по объяснению вселенной в масштабах атома или даже ещё меньшем. В промежутке между этими масштабами обычно правит старая добрая классическая физика. Eva_tj 07.05.13 в 06:50 0
	К сожалению, некоторые задачи, выдвигаемые общей относительностью и квантовой физикой, противоречивы и приводят к математической бесконечности в уравнениях. Eva_tj 07.05.13 в 06:59 0
	Бесконечность, по существу - абстрактное число, которое больше любых других чисел. И хотя некоторым персонажам мультфильмов нравится стремится "В бесконечность и дальше", учёные не хотели бы видеть математические уравнения, приводящие к бесконечности. Eva_tj 07.05.13 в 07:33 0
	Бесконечности возникают в квантовой физике, но физики разработали математические методы, чтобы смягчать их во многих из этих случаев, так что результаты сопоставимы с экспериментами. В некоторых случаях, однако, эти методы не применяются. Eva_tj 07.05.13 в 07:40 0
	Так как физики никогда не станут свидетелями настоящей бесконечности в природе, данные трудности мотивируют поиск квантовой гравитации. Eva_tj 07.05.13 в 07:46 0
	Каждая из теорий прекрасно работает сама по себе, но когда вы попадаете в области, где обеим есть что сказать особенного об одном и том же - таком что происходит на границе чёрной дыры - всё становится очень сложным. Eva_tj 07.05.13 в 07:52 0
	Квантовые флуктуации делают различие между внутренней и внешней стороной чёрной дыры нечётким, а общая относительность нуждается, чтобы это различие работало как следует. Теория сама по себе тоже не может полностью объяснить, что же происходит в этих конкретных случаях. Eva_tj 07.05.13 в 08:10 0
	Это суть того, почему физикам нужна теория квантовой гравитации. С современными теориями вы получаете ситуации, не имеющие смысла. Eva_tj 07.05.13 в 08:12 0
	Физики не видят бесконечности, но как вы узнаете, теория относительности и квантовая физика указывают, что она должна существовать. Eva_tj 07.05.13 в 08:13 0
	Согласование данной необычной области в трудном положении, когда даже теория не может полностью описать происходящее, является целью квантовой гравитации. Eva_tj 07.05.13 в 08:27 0 Согласование этой необычной области, находящейся меж двух огней, когда ни одна из теорий не может полностью описать происходящее, является целью квантовой гравитации. cosinus 07.05.13 в 12:46 0
	Особенности: искривление гравитации до предела прочности. Eva_tj 07.05.13 в 08:29 0 Сингулярности: искривление гравитации до предела. cosinus 07.05.13 в 12:47 0
	Так как материя вызывает искривление пространства-времени, втискивание большого количества материи в очень маленькое пространство вызывает большое искривление пространства-времени. Eva_tj 07.05.13 в 08:34 0
	По сути, некоторые решения уравнений общей относительности Эйнштейна показывают ситуации, когда пространство-время искривляется бесконечное количество раз. Это называется сингулярностью. Eva_tj 07.05.13 в 08:40 0
	В частности, пространственно-временная сингулярность появляется в математических уравнениях в двух случаях: Eva_tj 07.05.13 в 08:42 0
	* во время раннего периода большого взрыва в истории вселенной * внутри чёрных дыр Eva_tj 07.05.13 в 08:44 0
	Эти темы подробно описаны в Главе 9, но обе ситуации включают концентрацию материи (много материи в маленьком пространстве), что достаточно, чтобы вызвать проблемы с гладкой геометрией пространства-времени, от которой зависит относительность. Eva_tj 07.05.13 в 08:53 0
	Эти сингулярности обозначают места, в которых общая теория относительности полностью разрушается. Eva_tj 07.05.13 в 08:55 0
	Даже разговаривать о том, что происходит в этом месте, становится бессмысленным, поэтому физикам необходимо уточнить теорию гравитации, чтобы включить правила того, как предметно говорить об этих ситуациях. Eva_tj 07.05.13 в 09:02 0
	Некоторые считают, что проблема может быть решена при помощи изменения теории гравитации Эйнштейна (как вы увидите в Главе 19). Eva_tj 07.05.13 в 09:08 0
	Струнные теоретики обычно не хотят модифицировать гравитацию (по крайней мере на энергетические уровни учёные смотрят нормально); они только хотят создать структуру, которая позволяет гравитации работать без обращений к математическим (и физическим) бесконечностям. Eva_tj 07.05.13 в 09:14 0
	Квантовые колебания: пространство-время под квантовым микроскопом. Eva_tj 07.05.13 в 09:16 0
	Вторым типом бесконечности, предложенным Джоном Уилером в 1955 году, является квантовая пена или, как её называют струнные теоретики и автор бестселлеров Брайан Грин, квантовые колебания. Eva_tj 07.05.13 в 09:19 0
	Квантовые эффекты означают, что пространство-время при очень малых масштабах расстояния (называемых длиной Планка) является хаотичным морем виртуальных частиц, которые создаются и разрушаются. Eva_tj 07.05.13 в 09:23 0
	На этих уровнях, пространство-время определённо не гладкое, как предполагает относительность, а представляет собой запутанную паутину экстремальных и случайных энергетических флуктуаций, как показано на Рисунке 2-1. Eva_tj 07.05.13 в 09:47 0
	Рисунок 2-1: Если вы достаточно увеличите пространство-время, то хаотическая "квантовая пена" может существовать. Eva_tj 07.05.13 в 09:49 0
	Основой для квантовых колебаний является принцип неопределённости, один из ключевых (и самых необычных) черт квантовой физики. Eva_tj 07.05.13 в 09:51 0
	Это объясняется более детально в Главе 7, но ключевой компонент принципа неопределённости в том, что определённые пары величин - например, положение и скорость, или время и энергия - связаны друг с другом так, что чем более точно измеряется одна, тем неопределённее будет другая величина. Eva_tj 07.05.13 в 10:02 0
	Впрочем, это не просто формулировка об измерении, а фундаментальная неопределённость в природе! Eva_tj 07.05.13 в 10:06 0
	Другими словами, природа немного "размыта" в соответствии с квантовой физикой. Эта размытость видна только на очень маленьких расстояниях, но эта трудность создаёт квантовую пену. Eva_tj 07.05.13 в 10:10 0
	Один из примеров размытости приходит в форме виртуальных частиц. Согласно квантовой теории поля (в теории поля каждая точка в пространстве имеет определённое значение, похожее на гравитационное или электромагнитное поле), даже пустота в пространстве обладает небольшой энергией, связанной с ним. Eva_tj 07.05.13 в 10:17 0
	Эта энергия может быть использована, очень недолго, чтобы привести к появлению пары частиц - если быть точным, частицы и её античастицы. Eva_tj 07.05.13 в 10:24 0
	Частицы существуют только мгновение, а затем уничтожают друг друга. Это как если бы они заимствовали достаточно энергии у вселенной, чтобы просуществовать несколько долей секунды. Eva_tj 07.05.13 в 10:27 0
	Проблема в том, что когда вы смотрите на пространство-время в очень маленьких масштабах, воздействия этих виртуальных частиц становятся очень важными. Eva_tj 07.05.13 в 10:34 0
	Флуктуации энергии, предсказанные принципом неопределённости, принимают крупные размеры. Без квантовой теории гравитации нет никакого способа, чтобы действительно понять, что происходит, когда размеры настолько малы. Eva_tj 07.05.13 в 10:39 0