Эволюция квантовой физики: дискретная структура Времени и физического Пространства Вселенной Текст научной статьи по специальности «Физика»

ФИ1ИКО-МАТІМАІИЧЕСКИІ НАУКИ

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

удк 621.318 в. К. ФЁДОРОВ

Омский государственный технический университет

ЭВОЛЮЦИЯ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ: ДИСКРЕТНАЯ СТРУКТУРА ВРЕМЕНИ И ФИЗИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ВСЕЛЕННОЙ

В предлагаемой работе вводится в рассмотрение теоретическая гипотеза о дискретности Времени и физического Пространства. Анализируются следствия, вытекающие из предсказания квантовой природы Времени и физического Пространства.

В создании и эволюции физической теории существенную роль играют основополагающие идеи. Началом физической теории является идея, а не математическое обоснование создаваемой теории. Идея, как показывает развитие науки, позднее принимает математическую форму количественной теории и затем проходят экспериментальную проверку.

В предлагаемой работе автор вводит в рассмотрение теоретическую гипотезу о дискретности Времени и физического Пространства Вселенной. Основополагающая идея гипотезы состоит в том, что частота излучения энергии имеет предельную величину уп>ах Для всей Вселенной и эту величину утах никогда не удастся превзойти.

Рассмотрим рассуждения, лежащие в основе доказательства высказанной гипотезы в логической после-

довательности. В качестве важного аргумеїгга, который убеждает в состоятельности предъявляемого доказательства, укажем на ограничение скорости V материальных объектов Вселенной. Почему скорость материальных объектов Вселенной ограничена некоторой предельной величиной Упьи? Это происходит по следующей причине. Выражение для кинетической энергии материальных объектов имеет вид

Еции -

т\^

где т — масса материального объекта,

V — скорость материального объекта.

Кинетическая энергия ограничена и не может быть бесконечно большой, в противном случае имеет-

ся противоречие с фундаментальным законом сохранения и превращения энергии. Отсюда следует, что скорость V материального объекта также должна быть ограничена некоторой величиной У11ИК,

Заметим, что аналогичное? рассуждение относится и к массе т материального объекта.

Конкретная численная величина для Вселенной в существующей физической теории определена как

I

МО

где с0.Мо “ характеристики физического Пространства (вакуума), и идентифицирована как скорость

8 М

света в вакууме (с = 3-10 —).

Как видим, этот ранее известный важный научный факт в данном случае установлен вышеприведенным теоретическим рассуждением и не содержит логического противоречия.

В квантовой физике определена энергия е светового кванта в виде

е = Ъ-у.

где И - постоянная Планка,

V - частота колебаний.

Поскольку е ограничена по величине некоторым предельным значением г.тах, и е1П11Х не может быть бесконечно большой величиной, а иначе будет нарушен фундаментальный закон сохранения и превращения энергии, то отсюда следует, что частота колебаний V ограничена величиной ''тах. Величина Утах есть предельная величина для Вселенной. О конкретном числовом значении \'т;1Х говорить преждевременно, но важно осознать, что величина утлх объективно существует, так же как объективно существует величина Утк.

Отсюда следует, ч то

1 max

_ gmax.

Время Tm(n между гребнями двух соседних колебаний, характеризуемых величинами етах и vmax,определяется как

Т _ » _ *

m,n“v ~Е •

' max bmax

Следовательно, любой временной интервал во Вселенной не может быть меньше, чем Т

ПИП

т > т .

^ пип

Отсюда, Tmiri иден тифицируется как квант Времени, иначе говоря как временной интервал, уменьшит!, который принципиально невозможно.

Далее, в физическом Пространстве существует минимальная длина Lniin между гребнями двух соседних колебаний, характеризуемых величинами г.тдх И vmax • которую можно определить как путь, пройденный за время Tm|n со скоростью V

^-rnln — V'

Следова тельно, любой пространственный интервал L во Вселенной не может быть меньше, чем L

L>L,

‘nil и*

Отсюда, Ьт1п идентифицируется как квант длины, иначе говоря, как пространственный интервал, который уменьшить принципиально невозможно.

Кванты Времени и кванты физического Пространства характеризуют зернистую структуру Вселенной в целом.

В Генезисе Вселенной не могло быть заложено совмещение дискретного и непрерывного начал. То г сценарий возникновения и развития Вселенной, который реализовался и реализуется, требует дискретного состояния материальных объектов (элементарные частицы), дискретного состояния зарядов (электрон, протон), дискретного состояния энергии (фотоны, кванты излучения и поглощения).

Вполне возможно, что изначальная дискретность Времени и физического Пространства обусловила дискретность вещества, заряда, энергии. Другими словами, кванты вещества, заряда, энергии не могут сосуществовать в непрерывном Времени и в непрерывном физическом Пространстве.

Время позволяет упорядочить череду событий, установить, что одно событие предшествует другому. Но связать каждый момен т времени с числом, рассматривать Время какконтиниум — это математическое изобретение.

Аналогично, физическое Пространство позволяет упорядочить череду материальных объектов, установить местоположение одного материального объекта относительно другого материального объекта. Но связать каждую точку физического Пространства с набором чисел, рассматривать физическое Пространство как континиум — это также математическое изобретение.

Однако физическая реальность указывает на то, что математические изобретения — временной континиум и пространственный континиум — ошибочны. В научном знании создан прецедент, когда физика своим законом сохранения и превращения энергии указала на ошибочность фундаментальных математических изобретений.

Закон сохранения и превращения энергии не может выполняться во временном и пространственном континиумах. Этот закон выполняется только в дискретном по структуре Времени и в дискретном по структуре физическом Пространстве. Континиум Времени и континиум физического Пространства не имеет места, имеет место их дискретность. Прерывность стала на место непрерывности.

Необратимость во времени эволюции Вселенной напрямую следует из-за наличия квантов Времени ТПШ| и отсутствия непрерывности временного контини-ума. Наличие кванта длины Ц11т указывает на то, что физическое Пространство не может обладать кривизной, ибо оно перестало быть непрерывным.

Основная идея, изложенная в работе, достаточно глубока и имеет далеко идущие следствия. Изучение физического Пространства в масштабах меньших, чем ЬП1|п, объективно невозможно, измерение временного интервала в масштабах меньших, чем Т объек-

пип

тивно невозможно, поэтому имеется принципиальная неопределенность временных и пространственных координат материальных объектов.

Разрешающая способность научных экспериментов не может быть меньше ЬП11П, ТП1|1>, и, следовательно, разрешающая способность научного знания принципиально ограничена этими двумя величинами. Здесь уместна аналогия с разрешающей способностью оптических приборов. Объективная реальность, изучаемая квантовой физикой, лежит вне временного интервала ТПШ1 и вне пространственного интервала Ь .

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК WJ <М> 2007

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 <5«> 200?

Теоретическая гипотеза о существовании квантов Времени и квантов физического Пространства и введение их в физическую реальность является шагом вперед в развитии квантовой физики.

Тщательное аналитическое исследование следствий, вытекающих из предсказания квантовой природы Времени и физического Пространства, предстоит в дальнейшем. В работе предпринята попытка анализа лишь основных из них, влияющих на эволюцию Вселенной. Численные значения Тт1п и Ьш1п будут определены на основе теоретических и экспериментальных исследований космогонии, космологии, физики элементарных частиц, ядерной физики и физики высоких энергий, включая аннигиляцию частиц и античастиц.

Приводится оценка возможных значений ТПШ1 и ЦП1П на основе существующей теории возникновения Вселенной, а именно теории (модели) Большого Взрыва. Согласно сценарию Большого Взрыва на начальной стадии имелось равновесие между процессом образования элементарных частиц (протонов, антипротонов) из энергичных квантов и процессом аннигиляции частиц и античастиц и образования энергичных квантов.

Тогда

2 о

Стах = тр с я 1836т,.-с .

где тр, т(. — соответственно массы протона и электрона,

1836 -9.1-10

6.62-10-34

а; 2.5-1023 ГЦ,

Т..

*0.4-10-23 сек,

тт ^ 3 10Я 0.4 10-23 «= 1.2-10"15

ЧОМ. ГУШРГТППНЛЫИР кнлнтои Р

м.

Таким образом, существование квантов Времени и физического пространства с необходимостью приводит к тому, что любая реальная физическая система, в том числе и Вселенная в целом, не может быть абсолютно и исчерпывающе детализирована во Времени и Пространств в силу существования конечных областей неопределенности Ттт и Цтп.

Более того, любая имеющая физический смысл система разложима на множество элементов либо в физическом Пространстве и Времени, либо в конфигурационных пространствах и Времени, но ни в одном из этих пространств и Времени это разложение не может быть абсолютным и исчерпывающим в силу обч>ективного существования конечных и неделимых порций длины 1п.п, времени Т1ШП и действия И, влекущего за собой появления соотношения неопределенностей для сопряженных величин.

Важно понять, что область неопределенности Б, появившаяся благодаря объективному существованию Цп(п, Тшш, Ь есть естественное ограничение всякой возможности абсолютно детализировать состояния реальных физических систем не только в физическом Пространстве и Времени, но и в математических пространствах (например, в пространстве импульсов) и Времени.

Поскольку математическим языком нельзя описывать реальные физические системы никак иначе, как только лишь в терминах состояний и их множеств и, с другой стороны, физические системы не помаются исчерпывающей детализации разложения на множества элементов, то часть состояний и их множеств реальных физических систем приобретает статус потенциально возможных состояний. В связи с этим само понятие и понимание реальности должно быть расширено до включения в нее наряду с реализовавшимися, осуществившимися состояниями и потенциально возможных состояний и представляющих их вероятностей. Это дает естественное объяснение объективного статуса индетерминизма и хаоса на микро-, макро- и мегауровнях рассмотрения реальных физических систем.

Внешнее либо внутреннее воздействие на реальную физическую систему изменяет потенциально возможные состояния и отображающие их прогнозы (вероятности), причем это изменение прогнозов не есть физический процесс. Относящиеся к физическим системам потенциально возможные состояния и прогнозы их реализации связаны логически и новый факт, меняющий прогноз реализации для одной подсистемы, автоматически меняет прогноз реализации и для другой подсистемы.

Все присущие физической системе потенциально возможные состояния должны быть взаимосогласованными, что математически выражается условием нормировки распределения вероятностей состояний. Перераспределение потенциально возможных состояний и отображающих их вероятностей в зависимости от реализовавшихся состояний физической системы носит объективный характер и математически выражается формулой Бейеса.

Описание максимально детализированной физической системы представляется распределением вероятностей обнаружения ее состояний с набором корреляционных связей между состояниями. По существу, речь идет о деабсолютизации и релятивизации исходного понятия — отыскание единственно возможного состояния физической системы и переходе к объективно присущему физической системам индетерминизму с его такими характерными проявлениями, как асимметрия (необратимость и неравновес-иость), диссипативные структуры (детерминированный хаос, фракталы, бифуркации, фазовые переходы).

Библиографически!*! СПИСОК

1. Цехмистро. И.З. Парадокс Эйнштейна-Подольского -Розена и концепция целостности// Вопросы философии. - 1985. - №4. - С. 84-94.

2. Федоров, В.К. Фактор неопределенности в задачах моделирования и оптимизации электрических систем // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. — 1986. - №6. - С. 153-156.

ФЁДОРОВ Владимир Кузьмич, доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий».

Статья поступила и редакцию 18.07.07 г.

© В. К. Фёдоров