Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время: От кризиса в физике к будущему вселенной
Имеются альтернативные взгляды на квантовую теорию, в соответствии с которыми она может быть применена ко вселенной. По поводу оснований, почему я считаю это неверным, см. онлайн-приложения.
Импульс для обычных частиц есть их масса, умноженная на их скорость. Другое выражение несовместимых измерений есть принцип неопределенности, который говорит, что чем более точно измеряется положение, тем менее точно мы можем измерить импульс, и наоборот.
Для объяснения на более техническом уровне см. Lee Smolin, "Precedence and Freedom in Quantum Physics" <Прецедент и Свобода в Квантовой Физике>, arXiv:1205.3707v1 [quant-ph] (2012).
Charles Sanders Peirce, "A Guess at the Riddle" <Догадка на Загадку>, in The Essential Pierce, Selected Philosophical Writings <Основной Пирс, Избранные Философские Записки>, ed. Nathan Houser & Christian Kloesel (Bloomington IN: Indiana University Press, 1992), p.277. Записки Пирса редко ясны, так что ниже приводится обобщение из Стэнфордской Энциклопедии Философии (http://plato.stanford.edu/entries/peirce/#anti):
к оглавлению Один из возможных путей, вдоль которых природа развивается и приобретает свои характерные черты, был исследован Пирсом с использованием статистического анализа в ситуациях экспериментальных проб, в которых вероятности исходов в более поздних пробах не были независимы от реальных исходов в более ранних пробах, ситуациях так называемых 'не-Бернуллиевских проб'. Пирс показал, что если мы постулируем определенную первоначальную особенность в природе, а именно, даже самую незначительную тенденцию приобрести даже самую крошечную особенность, то результат в конечном счете имеет высокую степень регулярности и большую макроскопическую точность. По этой причине Пирс предположил, что в удаленном прошлом природа была заметно более стихийной, чем она стала сейчас, и что в общем случае и в общей массе все черты, которые демонстрирует природа, эволюционировали. Так же, как и идеи, геологические формации и биологические виды эволюционировали, естественные особенности развивались.
John Conway & Simon Kochen, "The Free Will Theorem" <Теорема о Свободе Воли>, Found. Phys., 36:10, 1441 (2006).
Для полноты я должен заметить, что некоторые физики отвечают на этот аргумент, отстаивая сильную форму детерминизма, в соответствии с которой наблюдатели не могут рассматриваться как свободные при выборе, что измерять. С этой 'супердетерминистической' точки зрения мы можем представить, что имеются корреляции между выборами, которые делают наблюдатели, и выборами, которые делают атомы, установленными далеко в прошлом эксперимента. Учитывая это предположение, мы можем отвергнуть заключения теорем Конвея и Кочена, так же как и теоремы Белла.
Lucien Hardy, "Quantum Theory from Five Reasonable Axioms" <Квантовая Теория из Пяти Разумных Аксиом>, arXiv:quant-ph/0101012v4 (2001).
Lluis Masanes & Markus P. Mueller, "A Derivation of Quantum Theory from Physical Requirements" <Вывод Квантовой Теории из Физических Требований>, arXiv:1004.1483v4 [quant-ph] (2011). Связанная работа была сделана Borivoje Dakic & Caslav Brukner, "Quantum Theory and Beyond: Is Entanglement Special?" <Квантовая Теория и За Ее Пределами: Является ли Запутывание Особенным?>, arXiv:0911.0695v4 [quant-ph] (2009).
Маркус Мюллер выполняет в настоящее время интересную работу, имеющую отношение к этому вопросу.
13. Битва относительности и квантов
Исчерпывающее обсуждение труда де Бройля и английский перевод его статьи 1927 года см. в Guido Bacciagaluppi & Antony Valentini, Quantum Theory at the Crossroads: Reconsidering the 1927 Solvay Conference <Квантовая Теория на Перепутье: Пересмотр Сольвеевского Конгресса 1927 Года> (New York: Cambrige University Press, 2009), доступно на arXiv:quant-ph/0609184v2 (2009).
См. John S. Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics: Collected Papers on Quantum Philosophy <Произносимое и Непроизносимое в Квантовой Механике: Собрание Статей по Квантовой Философии> (New York: Cambrige University Press, 2004).
John von Neumann, Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik <Математические Основы Квантовой Механики> (Berlin, Julius Springer Verlag, 1932) pp. 167 и далее или Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, R.T. Beyer, перевод (Princeton, NJ: Princeton University Press, 1996).
Grete Herrmann, "Die Naturphilosophischen Grundlagen der Quantenmechanik" <Натурфилософские Основы Квантовой Механики>, Abhandlungen der Fries'schen Schule (1935).
David Bohm, Quantum Theory <Квантовая Теория> (New York: Prentice Hall, 1951).
--------------, "A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Therms of "Hidden" Variables. II" <Предлагаемая Интерпретация Квантовой Теории в Терминах "Скрытых" Переменных. II>, Phys. Rev., 85:2, 180-93 (1952).
Antony Valentiny, "Hidden Variables and the Large-scale Structures of Space-Time" <Скрытые Переменные и Крупномасштабные Структуры Пространства-Времени>
к оглавлению в Einstein, Relativity and Absolute Simultaneity <Эйнштейн, Относительность и Абсолютная Одновременность>, eds. W.I. Craig & Q Smith (London: Routledge, 2008), pp. 125-55.
Lee Smolin, "Could Quantum Mechanics Be an Approximation to Another Theory?" <Может ли Квантовая Механика Быть Приближением к Другой Теории?> arXiv:quant-ph/ 0609109v1 (2006).
Albert Einstein, "Remarks to the Essays Appearing in This Collective Volume" <Замечания к Очеркам, Появившимся в Этой Коллективной Книге>, в Albert Einstein: Philosopher-Scientist, ed. P.A. Schlipp (New York: Tudor, 1951), p. 671.
Для объяснений на более техническом уровне см. Lee Smolin, "A Real Ensemble Interpretation of Quantum Mechanics" <Интерпретация Реального Ансамбля для Квантовой Механики>, arXiv:1104.2822v1 [quant-ph] (2011).
14. Время, возрожденное из относительности
Чтобы быть уверенным, картина монолитной вселенной могла бы включать в себя идею, что законы изменяются во времени, но мое утверждение в том, что она не могла бы объяснить, как и почему они изменяются.
Можно было бы подумать, что эфир был уничтожен экспериментом Майкельсона-Морли, но никто до Эйнштейна в 1905 не проявил проницательность, чтобы осознать это.
Обоснование этого содержит простую геометрию, но я не буду обременять ею читателя. Ее можно найти в любом учебнике по ОТО.
Предположим, вы двигаетесь на север по отношению к этому специальному наблюдателю. Вы увидите, что излучение КМФ, приходящее к вам с севера, будет иметь синее смещение вследствие эффекта Доплера, который сдвигает выше энергию каждого фотона и увеличивает температуру фотонов, приходящих к вам с севера. Фотоны КМФ, приходящие с юга, испытывают противоположный эффект; их частоты сдвигаются в красную сторону спектра, а их температура понижается. Так что вы можете заключить, что вы двигаетесь по отношению к космическому микроволновому фону. И наоборот, наблюдатель, который видит, что температура та же самая во всех направлениях, может заключить, что он покоится по отношению к КМФ.
В последние годы эксперименты проверили справедливость принципа относительности в экстремальных обстоятельствах, в которых наблюдались протоны, путешествующие со скоростью 0,99999 от скорости света. При этой немыслимой скорости эффекты относительности настолько важны, что переносимая протонами энергия в 10 миллиардов раз превышает энергию, связанную с их массой. Я не был бы удивлен, если бы эти наблюдения обнаружили нарушение принципа относительности, такое нарушение предсказывалось некоторыми подходами к квантовой гравитации примерно при этих энергиях. Другие недавние наблюдения проверили - и подтвердили - принцип, что все фотоны имеют одинаковую скорость, с такой точностью, что наблюдения смогли бы обнаружить, если бы один фотон опередил другого на секунду после того, как эта пара путешествовала вместе миллиард лет. Эти результаты разочаровали тех теоретиков, которые ожидали, что эффекты квантовой гравитации будут менять скорость света на фактор, который зависит от энергии фотонов. Другая серия наблюдений подтвердила с высокой степенью точности, что нейтрино имеют тот же предел скорости, что и свет (при всем уважении к преждевременным сообщениям о сверхсветовых нейтрино, которые обошли заголовки по всему миру в 2011).
Предлагались и другие определения привилегированного понятия времени в ОТО. Какое из них корректно - это, в конечном счете, научный вопрос, который должен быть решен дальнейшими исследованиями, а, возможно, даже экспериментами. Так что мы можем предположить, что имеется привилегированное понятие времени, хотя остается открытым вопрос, какое именно. Среди других предложений: Chopin Soo & Hoi-Lai-Yu, "General Relativity Without Paradigm of Space-Time Covariance: Sensible Quantum Gravity and Resolution of the Problem of Time" <ОТО Без Парадигмы Пространственно-Временной Ковариантности: Здравая Квантовая Гравитация и Решение Проблемы Времени>, arXiv:1201.3164v2 [gr-qc] (2012); Niall O'Murchadha,
