хвастаюсь
Как хвастливый заец, могу написать, что в году 2000 нарисовал я похожую картину с точками в вершинах квадрата, и верхние 2 точки означали, что остается наверху частица, "петлится сама в себя" либо 0 либо 1, а нижние 2 точки обозначают переход, после попадания туда, частица прыгает вверх либо в 0 либо в 1
подобная схема позволяет упаковывать длинные цепочки 0 или 1, однако остается вопрос синхронизации, т.е нужен внешний метроном, который отсчитывает переход или "петление в себя"
wampus-999.livejournal.com
Тайные лаборатории Природы - 2
Think
wampus_999
September 21st, 14:14
На самом деле все нужные для ответов факты давно в науке известны. Вот только каким образом увязать эти факты друг с другом, а затем привлечь их для разрешения застарелых проблем - тут понимания пока нет. А когда нет понимания, то и собственно факты обычно игнорируются. Как несущественные.
Дабы несущественные факты вокруг загадок УрДир стали не просто значимыми, но и принципиально важными для понимания собственно феномена, удобно еще раз взглянуть на хорошо известную историю рождения квантовой механики. И по порядку выделить особо там такие моменты, которые обычно принято упоминать мимоходом или же вообще опускать полностью.
Начать пересмотр естественно с Луи де Бройля, первым выдвинувшим идею о том, что эксперименты квантовой физики указывают нам на волновые свойства частиц материи. А если это так, то, по мнению де Бройля, у каждой такой частицы должен быть и какой-то механизм внутренних часов, обеспечивающий стабильность этих волновых осцилляций…
Эрвин Шрёдингер заинтересовался идеями де Бройля - и вскоре не без помощи Германа Вейля сумел вывести своё знаменитое волновое уравнение. Работая с частицей как с волной, это уравнение замечательно описывало многие из уже известных свойств частиц и атомов, а также давало хорошие предсказания для ожидаемых итогов опытов.
Сильно же озадачило всех то, что волновая функция Шрёдингера математически оперирует комплексными числами, или иначе, парами из действительных и мнимых чисел. А результаты опытов в физике, именуемые наблюдаемыми величинами, могут быть зафиксированы только одним числом - действительным, то есть по самой природе своей одно-компонентным.
О том, как преодолело эту проблему сообщество ученых, трактуя наблюдаемые величины с сугубо формальных математических позиций - как «квадрат амплитуды вероятности» - написано во всех учебниках физики. Ибо это общепринятая трактовка. Куда меньше известно, что Луи де Бройль для решения этой же принципиальной проблемы выдвинул существенно другую интерпретацию - в терминах естественной физики волн.
Ныне эта идея носит название «двойное решение» де Бройля. Суть которого в том, что пара чисел в волновой функции Шрёдингера - это единое описание для двух колебаний, частицы и волны, постоянно осциллирующих во взаимно-согласованном друг с другом режиме. С точки зрения наглядности и здравого смысла, решение де Бройля явно выглядит намного более привлекательным, однако научное сообщество его проигнорировало.
Практически одновременно с началом дискуссий об интерпретациях волновой функции Шредингера, квантовая физика обнаружила очередной важнейший феномен, получивший название спин частицы. Учет этого феномена потребовал усложнения базовой математики описания, а с подачи Вольфганга Паули удобной и общепринятой стала 2-компонентная версия уравнения Шредингера. Где одна волновая функция отвечает за состояние «спин вверх», а вторая такая же компонента - за состояние «спин вниз».
Вскоре после этого происходит и самое главное событие - открытие релятивистского уравнения Дирака, имеющего структуру 4-компонентного волнового уравнения Шредингера. Спиновые компоненты частиц по Паули обнаружились в УрДир естественным математическим образом, но при этом каждая из них раскладывается еще на две - с положительной и отрицательной энергией…
Важнейшая идея о том, как понимать это загадочное размножение компонентов у одной частицы, со временем таки пришла к Дираку, но произошло это спустя десяток с лишним лет. В самое неудачное для подобных открытий время. Летом 1941 года, то есть в самый разгар второй мировой войны, теоретик сформулировал и публично представил коллегам свою концепцию «гипотетического мира». Суть идеи П.А.М. Дирака сводилась к тому, что у вселенной имеется еще один лист пространства, параллельный нашему, а все частицы материи одновременно существуют в обоих мирах - одной своей половиной в мире наблюдаемом, другой половиной в мире гипотетическом. [pd]
С математической точки зрения концепция выглядела весьма элегантно и привлекательно, позволяя избавить квантовую теорию от быстро нараставших добавок-усложнений и сохраняя исходную простоту квантовой механики. Но несмотря на достоинства гипотезы, среди коллег и светил того периода идеей Дирака о раздвоении пространства вселенной не заинтересовался практически никто - за исключением Вольфганга Паули. Ныне же об этом открытии П.А.М. предпочитают вообще не вспоминать.
Аналогично остается забытым и еще один критично важный цикл работ Дирака, проведенных им в начале 1950-х. Крайне неудовлетворенный тем направлением развития, которым двинулась квантовая теория в послевоенный период, П.А.М. пытался вернуть теорию к естественно-научным корням и здравому смыслу, возвратив в физику концепцию эфира по Максвеллу. Эфира как материальной гидродинамической основы для электромагнетизма, для всех квантово-волновых и прочих природных феноменов. [ad]
Главным итогом этой работы является то, что согласно выкладкам Дирака концепция динамического эфира не только не противоречит уравнениям специальной теории относительности, но и напротив, делает релятивистскую квантовую физику более простой, внятной и наглядной. Среди прочего, в частности, представления Дирака о динамическом эфире как об очень подвижном тонком флюиде, всюду заполняющем пространство, позволили ему корректно вернуть в физику XX века две идеи, чрезвычайно важные для здравого смысла в науке, - об абсолютном отсчете времени и об абсолютной одновременности событий.
Здесь полезно напомнить еще раз очевидно близкие идеи де Бройля о внутренних часах, задающих режим квантовых осцилляций, и о постоянно сцепленной паре из волны и частицы в основе этих колебаний. И наконец, непременно должна быть упомянута еще одна идея, критично важная для понимания феномена в основе уравнения Дирака. Идея от Вольфганга Паули - «О структуре танца» четырех компонентов частицы, обитающих на параллельных листах раздвоенного пространства. Суть этой структуры наглядно передает поясняющий рисунок из письма Паули, в виде квадрата с двумя диагоналями отображающий, как верхние компоненты меняются местами с нижними, а правые компоненты меняются местами с левыми.
Схема «танца»
На столь простой и очень важной схеме рассказ неожиданно приходится прервать, к сожалению. Ибо к концу 1950-х годов оборвалась собственно цепь фактов и документов из малоизвестного сюжета в истории науки, который должен был бы называться примерно так: «О выходе квантовой теории к своему величайшему открытию - о раздвоении мира и асимметрии раздвоенных частиц». Ибо Вольфганг Паули, ближе всех подошедший к этому рубежу, решил ничего на данный счет не публиковать и вскоре умер [wp]. А Поль Дирак, не найдя поддержки среди остальных коллег, по сути убил свои открытия сам, полностью прекратив их дальнейшую разработку.
Примерно та же судьба постигла и быстро забытые идеи Луи де Бройля, хотя в послевоенный период кое-что из них самостоятельно переоткрыл и под названием «пилот-волна» начал развивать Дэвид Бом. Однако это уже существенно другая история - «история знаменитых ересей» в современной науке как посюсторонней религии. [dh]
Нас же интересует весьма особенный комплекс очерченных здесь идей от «отцов-основателей» квантовой механики. Таких идей, которые научное сообщество предпочло отвергнуть и фактически игнорировало на протяжении всего XX столетия. Когда же на рубеже веков и тысячелетий физики-экспериментаторы обнаружили простые и наглядные опыты, красиво подтверждающие именно этот комплекс забытых теоретических новаций, то в мире официальной науки не поняли даже сути открытых взаимосвязей. Не говоря уже об их фундаментальной важности.
Не исключено, что мудрейшие из ученых лишь сделали вид, будто ничего не поняли. В терминах тотального НЕ-освоения новых Открытий абсолютно без разницы, однако, реальная тут у теоретиков импотенция или же её старательная имитация.
# # # #
Особо важных для истории Открытий, сделанных экспериментаторами на рубеже веков, было три - в 1995, в 2001 и в 2005. Дабы стали понятнее теснейшие взаимосвязи не только между ними всеми, но и с комплексом забытых идей от Дирака, Паули и де Бройля, удобнее начать «с краев», то есть с первого и последнего открытий тройки. Ну а результат 2001 года, оказавшийся посередине, эффектно выступает в роли ключа к постижению наиболее хитрого трюка природы, «объединяющего здесь всё»…
Открытие 1995 года - это осциллон или феномен осциллирующей уединенной волны-солитона, о котором рассказывалось в предыдущем слое «Дискретная классика». Родственное открытие года 2005 - это еще один сугубо классический феномен «прыгающей капли», предоставивший массу наглядных аналогий для загадочных прежде явлений квантового мира и подробно разбираемый в материале «Квантовая физика как она есть» [qp].
Вполне очевидное близкое родство осциллона и прыгающей капли - как принципиальной значимости момент для всей этой истории - заключается в следующем. Оба этих феномена были открыты в простых условиях фактически одной и той же настольной экспериментальной установки. Где неглубокий контейнер с широким плоским дном заполняют слоем гранулированного материала, раствора суспензии/коллоида или вязкой жидкости вроде силиконового масла, и затем подвергают контейнер регулярным вертикальным колебаниям типа встряхиваний.
При определенных параметрах эксперимента в результате этих встряхиваний на поверхности материала могут образовываться исключительно стабильные динамические объекты - осциллоны в грануляте/жидкости или прыгающие капли в масле. Как индивидуально, так и в коллективном поведении эти объекты демонстрируют великое множество разнообразных эффектов, предоставляющих наглядные аналогии для физических феноменов и форм взаимодействий, давно известных науке в существенно иных контекстах. Начиная от аналогий для электромагнетизма по Максвеллу и заканчивая аналогами особо загадочных квантовых феноменов типа волновой интерференции одной частицы на двух щелях или туннельных переходов сквозь потенциальный барьер.
На редкость богатая в своих проявлениях, физика осциллонов и прыгающей капли на сегодняшний день не только надежно подтверждена во многих лабораториях мира, но и разнообразно изучается научным сообществом. Поразительная особенность всех этих исследований, однако, заключается в следующем. Ни на сайте препринтов Arxiv.org, ни где-либо еще в научной литературе, доступной для поисковиков интернета, не обнаруживается НИ ОДНОЙ работы, посвященной сравнительному анализу двух этих близко родственных феноменов - в общем контексте и при взаимном сопоставлении.
Иначе говоря, для нынешней физической науки феномены осциллона и прыгающей капли существуют полностью отдельно друг от друга и как бы не имеют ничего общего. Почему так происходит, как объяснить столь странную слепую зону ученых, никто вам не расскажет… Но каковы бы тут ни были причины, это по-любому гигантская ошибка науки. Которую явно пора исправлять.
Делать же это удобно и естественно в прямом сопоставлении с давно забытыми идеями отцов-основателей квантовой механики. Тогда сразу становится понятнее и фундаментальная важность всех тех вещей, которые здесь наукой упускаются.
Когда эксперименты, порождающие осциллоны и прыгающие капли, сопоставляются с идеей Поля Дирака о динамическом эфире, порождающем элементарные электрические заряды и эффекты релятивистской квантовой физики, то первым делом несложно увидеть такое соответствие. В опытах с вибрирующим контейнером роль «пространства» как среды динамического эфира Дирака играют гранулированный материал или жидкость, подвергаемые регулярным встряхиваниям.
Эти же колебания регулярных вибраций контейнера играют в данной системе роль «абсолютного отсчета времени» по Дираку и, соответственно, обеспечивают естественные условия для «абсолютной одновременности» событий, происходящих с вибрирующим материалом «пространства». При этом аналоги «квантово-релятивистских» феноменов на его поверхности - прыгающие капли и волны, холмы и ямы осциллонов - в своих движениях постоянно искривляют и деформируют «в среднем плоское» пространство материала.
Поскольку собственная частота колебаний осциллона или прыгающей капли вполне очевидно и напрямую связана с частотой колебаний контейнера в целом, здесь же мы можем видеть еще две важные аналогии. Во-первых, это общее устройство для механизма «внутренних часов» частицы - согласно идее Луи де Бройля. Во-вторых, этот же механизм обеспечивает и постоянный «циттербевегунг», то есть дрожащее движение частицы по Шрёдингеру.
Наконец, еще одна важнейшая особенность в картине аналогий - это различия взаимодействий квазичастиц в зависимости от фазы их колебаний. Эксперименты как с осциллонами, так и с прыгающими каплями показывают, что такие объекты взаимно-притягиваются в противоположных фазах колебаний и взаимно-отталкиваются при фазах одинаковых. Эта наглядная физика не только позволяет квазичастицам образовывать устойчивые динамические структуры типа кристаллических решеток, но и предоставляет внятные подсказки для решения наиболее трудных загадок в основах «феномена УрДир».
Особо полезна для прояснения картины физика осциллона, поскольку его противоположные фазы «пика» и «кратера» (либо «холма» и «ямы», в зависимости от свойств материала среды) радикально отличаются друг от друга по внешнему виду. И при этом дают наглядный ответ для вопросов Вейля и Гейзенберга, ломавших голову над тем, как же вообще может выглядеть единая физика протона и электрона, если уравнение Дирака указывает на одновременное присутствие противоположных зарядов внутри одной и той же частицы.
Прыгающая капля также имеет хорошо различимые противоположные фазы в своих колебаниях - нижнюю в контакте с волной и верхнюю фазу на максимальном удалении от поверхности жидкости. Особенности физики этого объекта, однако, значительно лучше подходят в качестве наглядной аналогии для «двойного решения» от Луи де Бройля. То есть для идеи о том, что квантовая частица материи представляет собой неразрывную пару из «волны и точки», постоянно осциллирующих во взаимном согласии друг с другом.
В качестве же самой точной - или идеальной - гидродинамической аналогии для раздвоенной квантовой частицы-дживана может служить комбинация из осциллона и прыгающей капли. Где конус осциллона выступает в роли «волны», а оторвавшаяся от его вершины капля - в роли «точки» двойного решения. Эта конструкция неслучайно, конечно же, напоминает «связное двоеточие Александрова» из математических глубин топологии, где неразрывно сцепленные «точка с областью» и «просто точка» в своей комбинации превращают обычное непрерывное пространство в нечто куда более интересное и неожиданное…
Но сколь бы хороши и наглядны ни были аналогии с осциллоном и прыгающей каплей, лишь их одних далеко не достаточно для полного решения загадок квантовой физики вообще и УрДир в частности. Ибо совершенно ясно, что в экспериментах с вибрирующим контейнером все квазичастицы, там образующиеся, в своих аналогиях демонстрируют попеременно то свойства протонов, то электронов. Однако в реальном мире мы видим нечто совершенно иное: протоны тут всегда остаются протонами, а электроны, соответственно, всегда электронами. У науки нет свидетельств тому, что одно постоянно превращается в другое.
В подобных условиях особенно ценным и выдающимся открытием оказываются забытые идеи П.А.М. Дирака и Вольфганга Паули - о раздвоении пространства вселенной на пару соседних миров и о непрерывных перескоках половинок частиц с одного мирового листа на другой. Именно из-за этого танца раздвоенных частиц два мира вселенной постоянно и с огромной частотой меняются друг с другом местами.
Наука же наша, представленная армией физиков как наблюдателей своего мирового листа, не может увидеть этих дискретных скачков и всегда сосредоточена лишь на одной половине вселенной, по сути игнорируя половину вторую, дополняющую наблюдаемый мир словно зеркало. Но зеркало, надо подчеркнуть, весьма своеобразное - ибо в корне асимметричное…
# # # # #
С одной стороны - на взгляд любого человека неподготовленного - мы имеем здесь совершенно поразительный, почти невероятный факт природы. Сегодня людям в массе своей крайне трудно принять как истину то, что мир нашей реальности на самом деле живет одновременно на паре соседних листов раздвоенного пространства. А мы - включая и всю нашу науку - совершенно этого не замечаем. И оттого не пользуемся богатейшими возможностями природы, к сожалению.
Глядя со стороны другой - с высот современной физико-математической теории - эта истина имеет почти всё, чтобы стать красивым и замечательно простым объяснением для множества фундаментальных и очень трудных проблем науки. И наверняка данная идея в том или ином виде не раз приходила в голову многим из мудрейших умов человечества. Но есть, однако, в этом красивом решении одна очень серьезная проблема, которая делает всю сопутствующую физику невозможной в принципе - при любых попытках прямого и бесхитростного воплощения идеи.
Проблема в том, что пространство нашего мира является ориентируемым. Эту важную концепцию можно пояснять разными способами. Тем, что правая перчатка не совмещается с левой при их наложении. Что солнце всегда восходит на востоке, а заходит на западе. Тем, что вращение жидкости в вихре или движение стрелок на циферблате часов всегда должно происходить в одну и ту же сторону.
Так вот, если идею о постоянных перескоках частиц - вместе со всеми их спинами и орбитальными вращениями вокруг друг друга - приложить к двум листам пространства просто и без затей, то ничего хорошего из этого не получится. Такой придуманный нами мир сразу же оказывается неориентируемым. Правое здесь перестает отличаться от левого, а направление обхода круга «по стрелке часов» для одного листа пространства означает в точности противоположное для листа второго. Иначе говоря, такая геометрия и механика раздвоения совершенно не похожи на тот мир, который мы наблюдаем в действительности.
*
Формулируя то же самое по-другому, можно сказать так. Если Раздвоение пространства - это идея достоверно правильная, тогда у природы для её воплощения непременно должна быть какая-то хитрость, то ли науке неизвестная, то ли пока в расчет не принимаемая. И вряд ли случайность, что именно этот хитрый феномен был обнаружен-опубликован в экспериментальной физике на рубеже тысячелетий - в 2001 году под названием «динамический переворот топологического заряда у вихря» [tc].
В отличие от несложных опытов с вибрирующим контейнером, порождающим осциллоны и прыгающие капли, для демонстрации трюка с переворотом направления вращения у вихря требуется оборудование посложнее. С другой стороны, и здесь речь по-прежнему идет о сравнительно недорогих «настольных» экспериментах. Теперь - с использованием лазерной техники, стандартной при изучении феноменов нелинейной оптики.
Область нелинейной оптики особо интересна по причине отчетливых признаков гидродинамической и жидкокристаллической физики в её основах. Поэтому есть возможность трактовать когерентный лазерный свет как квантовый феномен жидкого флюида, доступного нам для непосредственных наблюдений. Важно и то, что феномены нелинейной оптики описываются по сути теми же самыми «гидродинамическими» уравнениями, которые описывают феномены квантовых жидкостей типа конденсата Бозе-Эйнштейна, еще одной очень плодотворной области для непосредственного изучения квантовых феноменов, наблюдаемых в макромасштабе.
Новые экспериментальные факты свидетельствуют вот о чем. Вплоть до конца XX века не только физики, но и математики были уверены, что динамический переворот вихря - это вещь, невозможная в принципе. Ибо всем казалось самоочевидным, что вихрь можно заставить вращаться в другую сторону лишь после того, как исходное вращение остановлено. Или иначе, когда вихря по сути не стало. Однако опыты со светом лазера, фокусируемым в цилиндрической линзе, продемонстрировали, что на самом деле трюк с динамическим переворотом вполне в природе возможен.
Процесс переворота топологического заряда
Спирально закрученный пучок света, в сечении представляющий собой вихревое движение энергии, на входе линзы вращается в одну сторону, а на выходе преобразования - после прохождения фокусной «точки сжатия» - вращается в сторону противоположную. Специально изготовленное оборудование экспериментаторов позволило сделать и последовательные снимки с фазами этого переворота. Снимки показывают, как круговой вихрь начинает сжиматься в узкий эллипс, сплющивается в отрезок прямой линии, а после прохождения фокусной точки эта линия через эллипс вновь возвращается к виду кругового вихря - но теперь уже вращающегося в противоположную сторону…
*
Главная ценность экспериментального результата заключается в том, что именно здесь - в динамическом перевороте топологического заряда вихря - содержится ключ к пониманию того, каким образом раздвоенный мир всегда остается ориентируемым. И это же - ключ к пониманию подлинной ценности уравнения Дирака. Как базового уравнения для фундаментально важного феномена природы, лежащего в основе пары протон-электрон и играющего роль «генератора реальности». А можно сказать и другими словами: базового уравнения в основах всего живого - от «вечного дыхания дживана» до процесса дыхания всей вселенной в целом…
Суть функционирования дживана - как самого элементарного среди процессов дыхания пространства и материи - в общих чертах уже известна по схеме Паули для танца четырех компонентов частицы. Там, можно напомнить, пара верхних компонентов «положительной энергии» меняется местами с нижней парой «отрицательной энергии», а пара «левых» компонентов одновременно меняется с парой «правых». Теперь же, опираясь на важные аналогии с физикой осциллона, прыгающей капли и переворота вихря, есть возможность отобразить существенно более аккуратную версию схемы для того же самого «танца четырех».
Наглядности ради сделать это удобнее по частям - разбив одну простую схему на две более замысловатых.
Для начала рассмотрим в динамике картину того, как комплекс из осциллона-волны и капли-точки двумя своими концами - верхом и низом - живет на двух листах пространства одновременно. Несложно увидеть, что физика осциллона при каждом схождении листов (выдохе) меняет местами основание и вершину конуса. Или иными словами, верхние компоненты регулярно меняются местами с нижними. Для этой сугубо качественной картины в теории струн имеется строгое математическое описание, здесь же достаточно ухватить собственно принцип.
Вторая часть той же картины - о сути регулярной перемены мест у правых и левых компонентов дживана - может показаться несколько более сложной. Однако в действительности она столь же проста, как и картинка первая, только люди еще не привыкли в повседневной жизни оперировать понятиями киральности, спиральности и их отличиями друг от друга. Здесь же именно эти вещи являются существенными.
Для понимания сути процесса, впрочем, вовсе не обязательно углубляться в тонкости определений. Достаточно лишь знать, что в квантовой физике для частиц с массой нельзя однозначно определить киральность, поскольку право- или лево-рукость вращения зависит от выбора системы отсчета. А вот для частиц безмассовых и движущихся со скоростью света направление вращения в привязке к направлению движения есть вещь постоянная. Поэтому такое инвариантное свойство киральности называют особым термином спиральность.
Праворукий и леворукий компоненты дживана - как известно науке еще со времен Германа Вейля - в своих осцилляциях движутся со скоростью света по оси времени. А вся частица в целом обретает свою массу в моменты того, когда правое меняется на левое и наоборот. На представленной здесь схеме нельзя увидеть, как рождается эффект массы (об этом рассказ отдельный), но вот картину того, как раздвоение пространства на два листа вместе с феноменом динамического переворота вихря «на выдохе» обеспечивает все остальное, при вдумчивом рассмотрении увидеть несложно.
Самый важный трюк этого танца - когда видишь всегда лишь одну половину мира - заключается в полной идентичности картины исходной и картины перевернутой. Из-за чего ни электрон, ни протон никак не способны «почувствовать», что перескочили в пространство другой половины мира…
* *
Существенно, что этот же фокус «выдоха» в танце компонентов дживана позволяет наглядно отобразить еще один невидимый для нас, но очень важный феномен природы - процесс дыхания всего пространства вселенной в целом. Для этого надо рассмотреть, как та же самая биомеханика сдвоенных частиц работает коллективно - когда встроена в структуру пространства лестницы Мёбиуса.
Для лестницы Мёбиуса, как известно, существует два разных, но топологически эквивалентных представления. Одно самоочевидное - в виде перекрученной лестницы с перекладинами и направляющими, замкнутыми в кольцо «раздвоенной односторонней бесконечности». А есть еще представление другое - не столь очевидное - в виде «колеса закона» или Дхарма-чакры, как называют эту конфигурацию среди индуистов и буддистов. Несложно увидеть, что правила топологии как «резиновой геометрии» без проблем позволяют растягивать, сжимать и без разрывов-склеек деформировать одну фигуру в другую.
Если же процесс дыхания дживанов - как «перекладин» лестницы - отобразить по фазам вдоха-выдоха для обоих вариантов этой конфигурации в их взаимном сопоставлении, то можно увидеть еще одну очень важную вещь. Увидеть полную синхронность и тождественность этих процессов - дыхания каждого микроскопического дживана и гигантской вселенной во всей её совокупности. Вся материя и всё пространство в своих вдохах-выдохах сжимаются и расширяются как единое неразрывное целое.
Процессы локального и глобального дыхания мира идут не просто синхронно, а по самой природе своей являются разными сторонами или проекциями одного и того же… [ps]
# # #
Ссылки + комментарии ПипРу (популярно и по-русски)
[fw] Уравнения Дирака ни в явном виде, ни даже в принципе - как базиса - нет в Стандартной Модели частиц. Также об этом уравнении нет ничего в знаменитых учебниках Ричарда Фейнмана: ни в особо популярном вводном курсе «Фейнмановские лекции по физике», ни в лекциях по продвинутой квантовой теории «Интегралы по траекториям». Среди более современных курсов - абсолютно ничего об уравнении Дирака нет в широко известном учебнике от нобелевского лауреата Стивена Вайнберга «Лекции по квантовой механике»: Steven Weinberg, Lectures on Quantum Mechanics, Cambridge Univ.Press, 2013. С другой стороны, имеются весьма содержательные работы о фундаментальной важности УрДир не только для основ физики, но и основ математики. См. в частности, обзорную лекцию Майкла Атьи «Уравнение Дирака и геометрия»: Michael Atiyah, «Dirac equation and geometry«, в сборнике «Paul Dirac. The Man and His Work», Cambridge Univ.Press, 1998.
[hw] Hermann Weyl, «Elektron und Gravitation» (1929), Zeitschrift fur Physik, 56, 330-352. Русский перевод: «Электрон и гравитация«, в сборнике «Герман Вейль. Математика. Теоретическая физика. Избранные труды«. Наука, 1985.
[es] E. Schroedinger, «Uber die Kraftfreie Bewegung in der Relativistischen Quantenmechanik» (1930), Sitzungb. Preuss. Akad. Wiss. Phys.-Math. Kl. 24: 418. Русский перевод: «О свободном движении в релятивистской квантовой механике«, в сборнике «Эрвин Шредингер. Избранные труды по квантовой механике«. Наука, 1976.
[pd] P.A.M. Dirac, «The Physical Interpretation of Quantum Mechanics» (Bakerian Lecture 1941) // Proc. Roy. Soc, London. A. 1942. V. 180. P. 1-40. Русский перевод: «Физическая интерпретация квантовой механики» в 4-томнике «ДИРАК П. А. М. Собрание научных трудов«. (Том II, Квантовая теория, статьи 1924-1947) ФИЗМАТЛИТ, 2003. стр 587-625.
[ad] P.A.M. Dirac, Is there an Aether? // Nature. 1951. №168. P. 906-907; 1952. №169. P. 146; №169. P. 702. P.A.M. Dirac, The Lorentz Transformation and Absolute Time // Physica. 1953. V. 19. P. 888-896. P.A.M. Dirac, Die Stellung des Athers in der Physik // Naturwiss. Rdsch. 1953. Jg. 6. S. 441-446. Русские переводы см. в 4-томнике «ДИРАК П. А. М. Собрание научных трудов«. (Том III, Квантовая теория, статьи 1948-1984) ФИЗМАТЛИТ, 2004: «Существует ли эфир?« стр 99; «Преобразование Лоренца и абсолютное время«, стр 104; «Место эфира в физике«, стр 112.
См. материал kniganews «Cны Вольфганга П.», разделы «Мировая формула» и «Что-то случилось«.
[dh] См. цикл kniganews: «Догмы и ереси«.
[qp] kn: «Квантовая физика как она есть«.
[tc] Gabriel Molina-Terriza, Jaume Recolons, Juan P. Torres, Lluis Torner, and Ewan M. Wright. «Observation of the Dynamical Inversion of the Topological Charge of an Optical Vortex», Physical Review Letters, vol 87, 023902 (Issue 2 - June 2001). ПипРу об этом важном, но далеко не знаментиом открытии см. в тексте kn: «Спин на ленте Мебиуса«.
[ps] В качестве завершения данного текста планировалась еще одна часть, описывающая пару механизмов стабилизации для «4-компонентного танца дживана». В современной физике оба этих механизма хорошо известны в несколько ином контексте - как по сию пору не находящие своего решения проблемы с загадочными асимметриями вселенной. Одна асимметричная проблема носит название «отсутствие антиматерии», проблема вторая - «магнитный монополь Дирака» (и стабильные неудачи с его экспериментальным отысканием). Намерение включить сюда эту часть, однако, оказалось принципиальным препятствием для публикации всего текста. Одно за другим стали возникать бесконечные «форс-мажорные обстоятельства» - от сугубо бытовых осложнений до серьезных проблем со здоровьем. По мере того, как публикация готового в целом материала затягивалась всё больше и больше, стала ясной, наконец, простая вещь. Либо надо публиковать без финальной части, либо череда бедствий будет продолжаться до бесконечности, а до публикации дело не дойдет просто никогда… Для людей же, предпочитающих сугубо рациональные объяснения происходящему, тут и объяснений в общем-то не требуется. Ибо краткость изложения яснее доносит главное - и оставляет пространство для собственных размышлений читателей…
подобная схема позволяет упаковывать длинные цепочки 0 или 1, однако остается вопрос синхронизации, т.е нужен внешний метроном, который отсчитывает переход или "петление в себя"
wampus-999.livejournal.com
Тайные лаборатории Природы - 2
Think
wampus_999
September 21st, 14:14
На самом деле все нужные для ответов факты давно в науке известны. Вот только каким образом увязать эти факты друг с другом, а затем привлечь их для разрешения застарелых проблем - тут понимания пока нет. А когда нет понимания, то и собственно факты обычно игнорируются. Как несущественные.
Дабы несущественные факты вокруг загадок УрДир стали не просто значимыми, но и принципиально важными для понимания собственно феномена, удобно еще раз взглянуть на хорошо известную историю рождения квантовой механики. И по порядку выделить особо там такие моменты, которые обычно принято упоминать мимоходом или же вообще опускать полностью.
Начать пересмотр естественно с Луи де Бройля, первым выдвинувшим идею о том, что эксперименты квантовой физики указывают нам на волновые свойства частиц материи. А если это так, то, по мнению де Бройля, у каждой такой частицы должен быть и какой-то механизм внутренних часов, обеспечивающий стабильность этих волновых осцилляций…
Эрвин Шрёдингер заинтересовался идеями де Бройля - и вскоре не без помощи Германа Вейля сумел вывести своё знаменитое волновое уравнение. Работая с частицей как с волной, это уравнение замечательно описывало многие из уже известных свойств частиц и атомов, а также давало хорошие предсказания для ожидаемых итогов опытов.
Сильно же озадачило всех то, что волновая функция Шрёдингера математически оперирует комплексными числами, или иначе, парами из действительных и мнимых чисел. А результаты опытов в физике, именуемые наблюдаемыми величинами, могут быть зафиксированы только одним числом - действительным, то есть по самой природе своей одно-компонентным.
О том, как преодолело эту проблему сообщество ученых, трактуя наблюдаемые величины с сугубо формальных математических позиций - как «квадрат амплитуды вероятности» - написано во всех учебниках физики. Ибо это общепринятая трактовка. Куда меньше известно, что Луи де Бройль для решения этой же принципиальной проблемы выдвинул существенно другую интерпретацию - в терминах естественной физики волн.
Ныне эта идея носит название «двойное решение» де Бройля. Суть которого в том, что пара чисел в волновой функции Шрёдингера - это единое описание для двух колебаний, частицы и волны, постоянно осциллирующих во взаимно-согласованном друг с другом режиме. С точки зрения наглядности и здравого смысла, решение де Бройля явно выглядит намного более привлекательным, однако научное сообщество его проигнорировало.
Практически одновременно с началом дискуссий об интерпретациях волновой функции Шредингера, квантовая физика обнаружила очередной важнейший феномен, получивший название спин частицы. Учет этого феномена потребовал усложнения базовой математики описания, а с подачи Вольфганга Паули удобной и общепринятой стала 2-компонентная версия уравнения Шредингера. Где одна волновая функция отвечает за состояние «спин вверх», а вторая такая же компонента - за состояние «спин вниз».
Вскоре после этого происходит и самое главное событие - открытие релятивистского уравнения Дирака, имеющего структуру 4-компонентного волнового уравнения Шредингера. Спиновые компоненты частиц по Паули обнаружились в УрДир естественным математическим образом, но при этом каждая из них раскладывается еще на две - с положительной и отрицательной энергией…
Важнейшая идея о том, как понимать это загадочное размножение компонентов у одной частицы, со временем таки пришла к Дираку, но произошло это спустя десяток с лишним лет. В самое неудачное для подобных открытий время. Летом 1941 года, то есть в самый разгар второй мировой войны, теоретик сформулировал и публично представил коллегам свою концепцию «гипотетического мира». Суть идеи П.А.М. Дирака сводилась к тому, что у вселенной имеется еще один лист пространства, параллельный нашему, а все частицы материи одновременно существуют в обоих мирах - одной своей половиной в мире наблюдаемом, другой половиной в мире гипотетическом. [pd]
С математической точки зрения концепция выглядела весьма элегантно и привлекательно, позволяя избавить квантовую теорию от быстро нараставших добавок-усложнений и сохраняя исходную простоту квантовой механики. Но несмотря на достоинства гипотезы, среди коллег и светил того периода идеей Дирака о раздвоении пространства вселенной не заинтересовался практически никто - за исключением Вольфганга Паули. Ныне же об этом открытии П.А.М. предпочитают вообще не вспоминать.
Аналогично остается забытым и еще один критично важный цикл работ Дирака, проведенных им в начале 1950-х. Крайне неудовлетворенный тем направлением развития, которым двинулась квантовая теория в послевоенный период, П.А.М. пытался вернуть теорию к естественно-научным корням и здравому смыслу, возвратив в физику концепцию эфира по Максвеллу. Эфира как материальной гидродинамической основы для электромагнетизма, для всех квантово-волновых и прочих природных феноменов. [ad]
Главным итогом этой работы является то, что согласно выкладкам Дирака концепция динамического эфира не только не противоречит уравнениям специальной теории относительности, но и напротив, делает релятивистскую квантовую физику более простой, внятной и наглядной. Среди прочего, в частности, представления Дирака о динамическом эфире как об очень подвижном тонком флюиде, всюду заполняющем пространство, позволили ему корректно вернуть в физику XX века две идеи, чрезвычайно важные для здравого смысла в науке, - об абсолютном отсчете времени и об абсолютной одновременности событий.
Здесь полезно напомнить еще раз очевидно близкие идеи де Бройля о внутренних часах, задающих режим квантовых осцилляций, и о постоянно сцепленной паре из волны и частицы в основе этих колебаний. И наконец, непременно должна быть упомянута еще одна идея, критично важная для понимания феномена в основе уравнения Дирака. Идея от Вольфганга Паули - «О структуре танца» четырех компонентов частицы, обитающих на параллельных листах раздвоенного пространства. Суть этой структуры наглядно передает поясняющий рисунок из письма Паули, в виде квадрата с двумя диагоналями отображающий, как верхние компоненты меняются местами с нижними, а правые компоненты меняются местами с левыми.
Схема «танца»
На столь простой и очень важной схеме рассказ неожиданно приходится прервать, к сожалению. Ибо к концу 1950-х годов оборвалась собственно цепь фактов и документов из малоизвестного сюжета в истории науки, который должен был бы называться примерно так: «О выходе квантовой теории к своему величайшему открытию - о раздвоении мира и асимметрии раздвоенных частиц». Ибо Вольфганг Паули, ближе всех подошедший к этому рубежу, решил ничего на данный счет не публиковать и вскоре умер [wp]. А Поль Дирак, не найдя поддержки среди остальных коллег, по сути убил свои открытия сам, полностью прекратив их дальнейшую разработку.
Примерно та же судьба постигла и быстро забытые идеи Луи де Бройля, хотя в послевоенный период кое-что из них самостоятельно переоткрыл и под названием «пилот-волна» начал развивать Дэвид Бом. Однако это уже существенно другая история - «история знаменитых ересей» в современной науке как посюсторонней религии. [dh]
Нас же интересует весьма особенный комплекс очерченных здесь идей от «отцов-основателей» квантовой механики. Таких идей, которые научное сообщество предпочло отвергнуть и фактически игнорировало на протяжении всего XX столетия. Когда же на рубеже веков и тысячелетий физики-экспериментаторы обнаружили простые и наглядные опыты, красиво подтверждающие именно этот комплекс забытых теоретических новаций, то в мире официальной науки не поняли даже сути открытых взаимосвязей. Не говоря уже об их фундаментальной важности.
Не исключено, что мудрейшие из ученых лишь сделали вид, будто ничего не поняли. В терминах тотального НЕ-освоения новых Открытий абсолютно без разницы, однако, реальная тут у теоретиков импотенция или же её старательная имитация.
# # # #
Особо важных для истории Открытий, сделанных экспериментаторами на рубеже веков, было три - в 1995, в 2001 и в 2005. Дабы стали понятнее теснейшие взаимосвязи не только между ними всеми, но и с комплексом забытых идей от Дирака, Паули и де Бройля, удобнее начать «с краев», то есть с первого и последнего открытий тройки. Ну а результат 2001 года, оказавшийся посередине, эффектно выступает в роли ключа к постижению наиболее хитрого трюка природы, «объединяющего здесь всё»…
Открытие 1995 года - это осциллон или феномен осциллирующей уединенной волны-солитона, о котором рассказывалось в предыдущем слое «Дискретная классика». Родственное открытие года 2005 - это еще один сугубо классический феномен «прыгающей капли», предоставивший массу наглядных аналогий для загадочных прежде явлений квантового мира и подробно разбираемый в материале «Квантовая физика как она есть» [qp].
Вполне очевидное близкое родство осциллона и прыгающей капли - как принципиальной значимости момент для всей этой истории - заключается в следующем. Оба этих феномена были открыты в простых условиях фактически одной и той же настольной экспериментальной установки. Где неглубокий контейнер с широким плоским дном заполняют слоем гранулированного материала, раствора суспензии/коллоида или вязкой жидкости вроде силиконового масла, и затем подвергают контейнер регулярным вертикальным колебаниям типа встряхиваний.
При определенных параметрах эксперимента в результате этих встряхиваний на поверхности материала могут образовываться исключительно стабильные динамические объекты - осциллоны в грануляте/жидкости или прыгающие капли в масле. Как индивидуально, так и в коллективном поведении эти объекты демонстрируют великое множество разнообразных эффектов, предоставляющих наглядные аналогии для физических феноменов и форм взаимодействий, давно известных науке в существенно иных контекстах. Начиная от аналогий для электромагнетизма по Максвеллу и заканчивая аналогами особо загадочных квантовых феноменов типа волновой интерференции одной частицы на двух щелях или туннельных переходов сквозь потенциальный барьер.
На редкость богатая в своих проявлениях, физика осциллонов и прыгающей капли на сегодняшний день не только надежно подтверждена во многих лабораториях мира, но и разнообразно изучается научным сообществом. Поразительная особенность всех этих исследований, однако, заключается в следующем. Ни на сайте препринтов Arxiv.org, ни где-либо еще в научной литературе, доступной для поисковиков интернета, не обнаруживается НИ ОДНОЙ работы, посвященной сравнительному анализу двух этих близко родственных феноменов - в общем контексте и при взаимном сопоставлении.
Иначе говоря, для нынешней физической науки феномены осциллона и прыгающей капли существуют полностью отдельно друг от друга и как бы не имеют ничего общего. Почему так происходит, как объяснить столь странную слепую зону ученых, никто вам не расскажет… Но каковы бы тут ни были причины, это по-любому гигантская ошибка науки. Которую явно пора исправлять.
Делать же это удобно и естественно в прямом сопоставлении с давно забытыми идеями отцов-основателей квантовой механики. Тогда сразу становится понятнее и фундаментальная важность всех тех вещей, которые здесь наукой упускаются.
Когда эксперименты, порождающие осциллоны и прыгающие капли, сопоставляются с идеей Поля Дирака о динамическом эфире, порождающем элементарные электрические заряды и эффекты релятивистской квантовой физики, то первым делом несложно увидеть такое соответствие. В опытах с вибрирующим контейнером роль «пространства» как среды динамического эфира Дирака играют гранулированный материал или жидкость, подвергаемые регулярным встряхиваниям.
Эти же колебания регулярных вибраций контейнера играют в данной системе роль «абсолютного отсчета времени» по Дираку и, соответственно, обеспечивают естественные условия для «абсолютной одновременности» событий, происходящих с вибрирующим материалом «пространства». При этом аналоги «квантово-релятивистских» феноменов на его поверхности - прыгающие капли и волны, холмы и ямы осциллонов - в своих движениях постоянно искривляют и деформируют «в среднем плоское» пространство материала.
Поскольку собственная частота колебаний осциллона или прыгающей капли вполне очевидно и напрямую связана с частотой колебаний контейнера в целом, здесь же мы можем видеть еще две важные аналогии. Во-первых, это общее устройство для механизма «внутренних часов» частицы - согласно идее Луи де Бройля. Во-вторых, этот же механизм обеспечивает и постоянный «циттербевегунг», то есть дрожащее движение частицы по Шрёдингеру.
Наконец, еще одна важнейшая особенность в картине аналогий - это различия взаимодействий квазичастиц в зависимости от фазы их колебаний. Эксперименты как с осциллонами, так и с прыгающими каплями показывают, что такие объекты взаимно-притягиваются в противоположных фазах колебаний и взаимно-отталкиваются при фазах одинаковых. Эта наглядная физика не только позволяет квазичастицам образовывать устойчивые динамические структуры типа кристаллических решеток, но и предоставляет внятные подсказки для решения наиболее трудных загадок в основах «феномена УрДир».
Особо полезна для прояснения картины физика осциллона, поскольку его противоположные фазы «пика» и «кратера» (либо «холма» и «ямы», в зависимости от свойств материала среды) радикально отличаются друг от друга по внешнему виду. И при этом дают наглядный ответ для вопросов Вейля и Гейзенберга, ломавших голову над тем, как же вообще может выглядеть единая физика протона и электрона, если уравнение Дирака указывает на одновременное присутствие противоположных зарядов внутри одной и той же частицы.
Прыгающая капля также имеет хорошо различимые противоположные фазы в своих колебаниях - нижнюю в контакте с волной и верхнюю фазу на максимальном удалении от поверхности жидкости. Особенности физики этого объекта, однако, значительно лучше подходят в качестве наглядной аналогии для «двойного решения» от Луи де Бройля. То есть для идеи о том, что квантовая частица материи представляет собой неразрывную пару из «волны и точки», постоянно осциллирующих во взаимном согласии друг с другом.
В качестве же самой точной - или идеальной - гидродинамической аналогии для раздвоенной квантовой частицы-дживана может служить комбинация из осциллона и прыгающей капли. Где конус осциллона выступает в роли «волны», а оторвавшаяся от его вершины капля - в роли «точки» двойного решения. Эта конструкция неслучайно, конечно же, напоминает «связное двоеточие Александрова» из математических глубин топологии, где неразрывно сцепленные «точка с областью» и «просто точка» в своей комбинации превращают обычное непрерывное пространство в нечто куда более интересное и неожиданное…
Но сколь бы хороши и наглядны ни были аналогии с осциллоном и прыгающей каплей, лишь их одних далеко не достаточно для полного решения загадок квантовой физики вообще и УрДир в частности. Ибо совершенно ясно, что в экспериментах с вибрирующим контейнером все квазичастицы, там образующиеся, в своих аналогиях демонстрируют попеременно то свойства протонов, то электронов. Однако в реальном мире мы видим нечто совершенно иное: протоны тут всегда остаются протонами, а электроны, соответственно, всегда электронами. У науки нет свидетельств тому, что одно постоянно превращается в другое.
В подобных условиях особенно ценным и выдающимся открытием оказываются забытые идеи П.А.М. Дирака и Вольфганга Паули - о раздвоении пространства вселенной на пару соседних миров и о непрерывных перескоках половинок частиц с одного мирового листа на другой. Именно из-за этого танца раздвоенных частиц два мира вселенной постоянно и с огромной частотой меняются друг с другом местами.
Наука же наша, представленная армией физиков как наблюдателей своего мирового листа, не может увидеть этих дискретных скачков и всегда сосредоточена лишь на одной половине вселенной, по сути игнорируя половину вторую, дополняющую наблюдаемый мир словно зеркало. Но зеркало, надо подчеркнуть, весьма своеобразное - ибо в корне асимметричное…
# # # # #
С одной стороны - на взгляд любого человека неподготовленного - мы имеем здесь совершенно поразительный, почти невероятный факт природы. Сегодня людям в массе своей крайне трудно принять как истину то, что мир нашей реальности на самом деле живет одновременно на паре соседних листов раздвоенного пространства. А мы - включая и всю нашу науку - совершенно этого не замечаем. И оттого не пользуемся богатейшими возможностями природы, к сожалению.
Глядя со стороны другой - с высот современной физико-математической теории - эта истина имеет почти всё, чтобы стать красивым и замечательно простым объяснением для множества фундаментальных и очень трудных проблем науки. И наверняка данная идея в том или ином виде не раз приходила в голову многим из мудрейших умов человечества. Но есть, однако, в этом красивом решении одна очень серьезная проблема, которая делает всю сопутствующую физику невозможной в принципе - при любых попытках прямого и бесхитростного воплощения идеи.
Проблема в том, что пространство нашего мира является ориентируемым. Эту важную концепцию можно пояснять разными способами. Тем, что правая перчатка не совмещается с левой при их наложении. Что солнце всегда восходит на востоке, а заходит на западе. Тем, что вращение жидкости в вихре или движение стрелок на циферблате часов всегда должно происходить в одну и ту же сторону.
Так вот, если идею о постоянных перескоках частиц - вместе со всеми их спинами и орбитальными вращениями вокруг друг друга - приложить к двум листам пространства просто и без затей, то ничего хорошего из этого не получится. Такой придуманный нами мир сразу же оказывается неориентируемым. Правое здесь перестает отличаться от левого, а направление обхода круга «по стрелке часов» для одного листа пространства означает в точности противоположное для листа второго. Иначе говоря, такая геометрия и механика раздвоения совершенно не похожи на тот мир, который мы наблюдаем в действительности.
*
Формулируя то же самое по-другому, можно сказать так. Если Раздвоение пространства - это идея достоверно правильная, тогда у природы для её воплощения непременно должна быть какая-то хитрость, то ли науке неизвестная, то ли пока в расчет не принимаемая. И вряд ли случайность, что именно этот хитрый феномен был обнаружен-опубликован в экспериментальной физике на рубеже тысячелетий - в 2001 году под названием «динамический переворот топологического заряда у вихря» [tc].
В отличие от несложных опытов с вибрирующим контейнером, порождающим осциллоны и прыгающие капли, для демонстрации трюка с переворотом направления вращения у вихря требуется оборудование посложнее. С другой стороны, и здесь речь по-прежнему идет о сравнительно недорогих «настольных» экспериментах. Теперь - с использованием лазерной техники, стандартной при изучении феноменов нелинейной оптики.
Область нелинейной оптики особо интересна по причине отчетливых признаков гидродинамической и жидкокристаллической физики в её основах. Поэтому есть возможность трактовать когерентный лазерный свет как квантовый феномен жидкого флюида, доступного нам для непосредственных наблюдений. Важно и то, что феномены нелинейной оптики описываются по сути теми же самыми «гидродинамическими» уравнениями, которые описывают феномены квантовых жидкостей типа конденсата Бозе-Эйнштейна, еще одной очень плодотворной области для непосредственного изучения квантовых феноменов, наблюдаемых в макромасштабе.
Новые экспериментальные факты свидетельствуют вот о чем. Вплоть до конца XX века не только физики, но и математики были уверены, что динамический переворот вихря - это вещь, невозможная в принципе. Ибо всем казалось самоочевидным, что вихрь можно заставить вращаться в другую сторону лишь после того, как исходное вращение остановлено. Или иначе, когда вихря по сути не стало. Однако опыты со светом лазера, фокусируемым в цилиндрической линзе, продемонстрировали, что на самом деле трюк с динамическим переворотом вполне в природе возможен.
Процесс переворота топологического заряда
Спирально закрученный пучок света, в сечении представляющий собой вихревое движение энергии, на входе линзы вращается в одну сторону, а на выходе преобразования - после прохождения фокусной «точки сжатия» - вращается в сторону противоположную. Специально изготовленное оборудование экспериментаторов позволило сделать и последовательные снимки с фазами этого переворота. Снимки показывают, как круговой вихрь начинает сжиматься в узкий эллипс, сплющивается в отрезок прямой линии, а после прохождения фокусной точки эта линия через эллипс вновь возвращается к виду кругового вихря - но теперь уже вращающегося в противоположную сторону…
*
Главная ценность экспериментального результата заключается в том, что именно здесь - в динамическом перевороте топологического заряда вихря - содержится ключ к пониманию того, каким образом раздвоенный мир всегда остается ориентируемым. И это же - ключ к пониманию подлинной ценности уравнения Дирака. Как базового уравнения для фундаментально важного феномена природы, лежащего в основе пары протон-электрон и играющего роль «генератора реальности». А можно сказать и другими словами: базового уравнения в основах всего живого - от «вечного дыхания дживана» до процесса дыхания всей вселенной в целом…
Суть функционирования дживана - как самого элементарного среди процессов дыхания пространства и материи - в общих чертах уже известна по схеме Паули для танца четырех компонентов частицы. Там, можно напомнить, пара верхних компонентов «положительной энергии» меняется местами с нижней парой «отрицательной энергии», а пара «левых» компонентов одновременно меняется с парой «правых». Теперь же, опираясь на важные аналогии с физикой осциллона, прыгающей капли и переворота вихря, есть возможность отобразить существенно более аккуратную версию схемы для того же самого «танца четырех».
Наглядности ради сделать это удобнее по частям - разбив одну простую схему на две более замысловатых.
Для начала рассмотрим в динамике картину того, как комплекс из осциллона-волны и капли-точки двумя своими концами - верхом и низом - живет на двух листах пространства одновременно. Несложно увидеть, что физика осциллона при каждом схождении листов (выдохе) меняет местами основание и вершину конуса. Или иными словами, верхние компоненты регулярно меняются местами с нижними. Для этой сугубо качественной картины в теории струн имеется строгое математическое описание, здесь же достаточно ухватить собственно принцип.
Вторая часть той же картины - о сути регулярной перемены мест у правых и левых компонентов дживана - может показаться несколько более сложной. Однако в действительности она столь же проста, как и картинка первая, только люди еще не привыкли в повседневной жизни оперировать понятиями киральности, спиральности и их отличиями друг от друга. Здесь же именно эти вещи являются существенными.
Для понимания сути процесса, впрочем, вовсе не обязательно углубляться в тонкости определений. Достаточно лишь знать, что в квантовой физике для частиц с массой нельзя однозначно определить киральность, поскольку право- или лево-рукость вращения зависит от выбора системы отсчета. А вот для частиц безмассовых и движущихся со скоростью света направление вращения в привязке к направлению движения есть вещь постоянная. Поэтому такое инвариантное свойство киральности называют особым термином спиральность.
Праворукий и леворукий компоненты дживана - как известно науке еще со времен Германа Вейля - в своих осцилляциях движутся со скоростью света по оси времени. А вся частица в целом обретает свою массу в моменты того, когда правое меняется на левое и наоборот. На представленной здесь схеме нельзя увидеть, как рождается эффект массы (об этом рассказ отдельный), но вот картину того, как раздвоение пространства на два листа вместе с феноменом динамического переворота вихря «на выдохе» обеспечивает все остальное, при вдумчивом рассмотрении увидеть несложно.
Самый важный трюк этого танца - когда видишь всегда лишь одну половину мира - заключается в полной идентичности картины исходной и картины перевернутой. Из-за чего ни электрон, ни протон никак не способны «почувствовать», что перескочили в пространство другой половины мира…
* *
Существенно, что этот же фокус «выдоха» в танце компонентов дживана позволяет наглядно отобразить еще один невидимый для нас, но очень важный феномен природы - процесс дыхания всего пространства вселенной в целом. Для этого надо рассмотреть, как та же самая биомеханика сдвоенных частиц работает коллективно - когда встроена в структуру пространства лестницы Мёбиуса.
Для лестницы Мёбиуса, как известно, существует два разных, но топологически эквивалентных представления. Одно самоочевидное - в виде перекрученной лестницы с перекладинами и направляющими, замкнутыми в кольцо «раздвоенной односторонней бесконечности». А есть еще представление другое - не столь очевидное - в виде «колеса закона» или Дхарма-чакры, как называют эту конфигурацию среди индуистов и буддистов. Несложно увидеть, что правила топологии как «резиновой геометрии» без проблем позволяют растягивать, сжимать и без разрывов-склеек деформировать одну фигуру в другую.
Если же процесс дыхания дживанов - как «перекладин» лестницы - отобразить по фазам вдоха-выдоха для обоих вариантов этой конфигурации в их взаимном сопоставлении, то можно увидеть еще одну очень важную вещь. Увидеть полную синхронность и тождественность этих процессов - дыхания каждого микроскопического дживана и гигантской вселенной во всей её совокупности. Вся материя и всё пространство в своих вдохах-выдохах сжимаются и расширяются как единое неразрывное целое.
Процессы локального и глобального дыхания мира идут не просто синхронно, а по самой природе своей являются разными сторонами или проекциями одного и того же… [ps]
# # #
Ссылки + комментарии ПипРу (популярно и по-русски)
[fw] Уравнения Дирака ни в явном виде, ни даже в принципе - как базиса - нет в Стандартной Модели частиц. Также об этом уравнении нет ничего в знаменитых учебниках Ричарда Фейнмана: ни в особо популярном вводном курсе «Фейнмановские лекции по физике», ни в лекциях по продвинутой квантовой теории «Интегралы по траекториям». Среди более современных курсов - абсолютно ничего об уравнении Дирака нет в широко известном учебнике от нобелевского лауреата Стивена Вайнберга «Лекции по квантовой механике»: Steven Weinberg, Lectures on Quantum Mechanics, Cambridge Univ.Press, 2013. С другой стороны, имеются весьма содержательные работы о фундаментальной важности УрДир не только для основ физики, но и основ математики. См. в частности, обзорную лекцию Майкла Атьи «Уравнение Дирака и геометрия»: Michael Atiyah, «Dirac equation and geometry«, в сборнике «Paul Dirac. The Man and His Work», Cambridge Univ.Press, 1998.
[hw] Hermann Weyl, «Elektron und Gravitation» (1929), Zeitschrift fur Physik, 56, 330-352. Русский перевод: «Электрон и гравитация«, в сборнике «Герман Вейль. Математика. Теоретическая физика. Избранные труды«. Наука, 1985.
[es] E. Schroedinger, «Uber die Kraftfreie Bewegung in der Relativistischen Quantenmechanik» (1930), Sitzungb. Preuss. Akad. Wiss. Phys.-Math. Kl. 24: 418. Русский перевод: «О свободном движении в релятивистской квантовой механике«, в сборнике «Эрвин Шредингер. Избранные труды по квантовой механике«. Наука, 1976.
[pd] P.A.M. Dirac, «The Physical Interpretation of Quantum Mechanics» (Bakerian Lecture 1941) // Proc. Roy. Soc, London. A. 1942. V. 180. P. 1-40. Русский перевод: «Физическая интерпретация квантовой механики» в 4-томнике «ДИРАК П. А. М. Собрание научных трудов«. (Том II, Квантовая теория, статьи 1924-1947) ФИЗМАТЛИТ, 2003. стр 587-625.
[ad] P.A.M. Dirac, Is there an Aether? // Nature. 1951. №168. P. 906-907; 1952. №169. P. 146; №169. P. 702. P.A.M. Dirac, The Lorentz Transformation and Absolute Time // Physica. 1953. V. 19. P. 888-896. P.A.M. Dirac, Die Stellung des Athers in der Physik // Naturwiss. Rdsch. 1953. Jg. 6. S. 441-446. Русские переводы см. в 4-томнике «ДИРАК П. А. М. Собрание научных трудов«. (Том III, Квантовая теория, статьи 1948-1984) ФИЗМАТЛИТ, 2004: «Существует ли эфир?« стр 99; «Преобразование Лоренца и абсолютное время«, стр 104; «Место эфира в физике«, стр 112.
См. материал kniganews «Cны Вольфганга П.», разделы «Мировая формула» и «Что-то случилось«.
[dh] См. цикл kniganews: «Догмы и ереси«.
[qp] kn: «Квантовая физика как она есть«.
[tc] Gabriel Molina-Terriza, Jaume Recolons, Juan P. Torres, Lluis Torner, and Ewan M. Wright. «Observation of the Dynamical Inversion of the Topological Charge of an Optical Vortex», Physical Review Letters, vol 87, 023902 (Issue 2 - June 2001). ПипРу об этом важном, но далеко не знаментиом открытии см. в тексте kn: «Спин на ленте Мебиуса«.
[ps] В качестве завершения данного текста планировалась еще одна часть, описывающая пару механизмов стабилизации для «4-компонентного танца дживана». В современной физике оба этих механизма хорошо известны в несколько ином контексте - как по сию пору не находящие своего решения проблемы с загадочными асимметриями вселенной. Одна асимметричная проблема носит название «отсутствие антиматерии», проблема вторая - «магнитный монополь Дирака» (и стабильные неудачи с его экспериментальным отысканием). Намерение включить сюда эту часть, однако, оказалось принципиальным препятствием для публикации всего текста. Одно за другим стали возникать бесконечные «форс-мажорные обстоятельства» - от сугубо бытовых осложнений до серьезных проблем со здоровьем. По мере того, как публикация готового в целом материала затягивалась всё больше и больше, стала ясной, наконец, простая вещь. Либо надо публиковать без финальной части, либо череда бедствий будет продолжаться до бесконечности, а до публикации дело не дойдет просто никогда… Для людей же, предпочитающих сугубо рациональные объяснения происходящему, тут и объяснений в общем-то не требуется. Ибо краткость изложения яснее доносит главное - и оставляет пространство для собственных размышлений читателей…