ИНФОРМАЦИОННОЕ РОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ Текст научной статьи по специальности «Математика»

PHYSICAL SCIENCES

THE INFORMATIONAL BIRTH OF THE WORLD

Dmitriev V.F.

Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher, JSC NPO SPLAV named after Ganichev, RF, Tula

ИНФОРМАЦИОННОЕ РОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

Дмитриев В.Ф.

доктор технических наук, главный научный сотрудник, ОАО «НПО «СПЛАВ» им. Ганичева, РФ, г. Тула

Abstract

A solution is given to the system of equations for the creation of fundamental particles from the information of the physical vacuum based on the equations of the expanding Friedman Universe and quantum teleportation according to the Planck dependence for "black radiation".

Аннотация

Приводится решение системы уравнений рождения фундаментальных частиц из информации физического вакуума исходя из уравнений расширяющейся Вселенной Фридмана и квантовой телепортации по зависимости Планка для «черного излучения».

Keywords: mathematical operators; mathematical representations; mathematical functors; quantum information, elementary particles, theory of relativity, decoherence, "black radiation", "big bang", quantum teleporta-tion

Ключевые слова: математические операторы; математические представления; математические функторы; квантовая информация, элементарные частицы, теория относительности, декогеренция, «черное излучение», «большой взрыв», квантовая телепортация.

По совремённым научным воззрениям наша Вселённая с момента возникновения 13,77±0,059 миллиардов лет назад из объёма размером 0,003-0,004м непрерывно расширяется во все стороны равномерно. Начальное состояние Вселённой (пер-воначалная сфера Вселенной), характеризующееся сверхплотностью, называется сингулярностью, а расширение Вселённой называют «большим взрывом». Теорию расширения Вселённой разработал Фридман [22] на основе общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна [3]. Экспериментально теория расширения Вселенной подтверждается наличием красного смещения далёких галактик, открытого Хабблом. Красное смещение объясняется большой скоростью удаления далёких галактик, вызванных расширением Вселённой. Другим подтверждением сингулярного состояния Вселённой в начале расширения является обнаружение Гамо-вым [5] реликтового радиоизлучения, которое в первом приближении изотропно и соответствует температуре 3К. Дальнейшее исследования де Сит-тером большого взрыва привело к выводу, что до момента времени /=10_28с происходило раздувание физического вакуума (состояния с большой плотностью энергии - «пузырь»), в ходе которого размер Вселённой составил 10100м. Во время раздувания квантовые флюктуации бозонного поля, неизбежно присутствующие в вакууме, растягиваются вместе с расширением Вселенной, что порождает неоднородности плотности, порождающие в даль-

нейшем метагалактики. Затем из физического вакуума путём фазового перехода образовались реальные фундаментальные частицы (ФЧ): фотоны, гравитоны, нейтрино, кварки, а также путем фазового перехода образовались «черные дыры»[15],[9],[18].

С другой стороны, согласно квантовой космологической концепции по теории декогеренции [16], [11], [13 ]весь классический мир со всеми объектами и взаимодействиями между ними возник из нелокального источника реальности, и согласно квантовой теории, не является основой реальности. Совокупная квантовая реальность гораздо богаче и шире: включает в себя как массу, так и энергию, и информацию [10]. Классический мир — это лишь внешнее проявление одной из сторон квантовой реальности (в которой наш мир содержится в потенциальном виде). Нелокальный источник реальности, из которого «проецируется» наш плотный мир — это довольно глубокое понятие. Квантовая нелокальность [16], [11], [8] вообще не может быть описана классической физикой. Нелокальный квантовый источник реальности — это мир, в котором вообще нет никакой массы и потоков энергии. Это пустота, которая, тем не менее, содержит в себе всю полноту классических (тварных - возникающих из информации) энергий и масс в нелокальной суперпозиции (в потенциальном виде).

Все тварные энергии (в том числе на тонких уровнях) компенсируют друг друга и в своей совокупности образуют Всеобъемлющую Пустоту-Универсум. Пустоту лишь в том смысле, что этот

мир невидим в своей целостности. На уровне Универсума остается только одна возможность — оперировать квантовой информацией, кроме которой там ничего больше и нет. Можно назвать его единым информационным полем, которое содержит в себе информацию о внутренней структуре Универсума, а декогеренция — это проявление этой информации в виде той или иной классической реальности (проекции), которое сопровождается потоками тварных энергий и масс (в том числе на тонких уровнях, где выше мера квантовой запутанности) [11].

Таким образом, в Универсуме масса, энергия, информация находятся в неразделенном виде. При декогеренции вследствие появления времени и пространства информация, энергия и масса разделяются.

Подтверждением нелокальных свойств Универсума является существование «черных дыр», в которых время под действием гравитации больших масс останавливается, а пространство превращается в точку (т. е. в Миниуниверсум). Другим подтверждением нелокальных свойств Универсума является нулевое собственное время и нулевое собственное пространство фотона.

Физический вакуум представляет собой информационное поле. Поэтому до 10-33с во Вселен-

ной происходили лишь информационные процессы. В соответствие с квантовой физикой в конце этого периода произошла квантовая телепортация информационного состояния материи за пределы гравитационного радиуса Вселенной с образованием реальных фундаментальных частиц, а затем из ФЧ образовались элементарные частицы (ЭЧ).

Программа, записанная в информационном поле в начальный момент образования Вселенной, определила весь ход дальнейших событий: образование галактик, звезд, планет.

Данная статья использует переработанные и дополненные материалы статьи[14] с учетом результатов, полученных в работе [2].

Для исследования информационных процессов [20], происходящих в «пузыре», необходимо использовать математический аппарат вторичного квантования, изложенный в работе [20]. Полную информацию о процессах рождения ЭЧ, их рассеяния и аннигиляции во внешнем поле содержит в себе оператор преобразования, связывающий состояния поля в отдалённом прошлом и будущем (ин-и аут-состояния) и получившем название £-матрицы. Рассмотрим кратко разложение волнового уравнения для скалярных ЭЧ (мезонов и др.)[20]

(Б + т2а )р = 0, Vтl<т0, 0 < хр <ю, р = 1,2,3

Б = -д— - а2Л; Л = У2

дг2

в метрике Керра по сфероидальным волновым функциям

РШ<Р

Ты(в,р) = —Зт(со8в), ы2ж

где - нормированные на интервале[-1,1] собственные функции оператора, данного в [20]

(1)

d_ dz

// 2 \ d

(1 - z )~Т dz

-®2a2(1 - z2) -

m

1 - z

О m / \ im om

(z) = -Л, ^ ,

(2)

удовлетворяющих условию нормировки

1

1^^^ (г)& = 8и,.

-1

Используя метод вторичного квантования, поле Рр рассматривается как операторное решение уравнения (1). Раскладывая по базисным решениям

(ид(х),Ыд(х)), имеем

Pa =

Y\a uA(x)+a(+ujx)]

(3)

Постоянные операторы а,а(+) ,называемые

операторами уничтожения и рождения ЭЧ, удовлетворяют следующим коммутационным соотношениям:

а,о?;]=|а(+),а«]=0,а,а«]=8^

Состояние 111,..., 1п), в котором имеется п ЭЧ. получается из вакуума в результате действия на

ра = Qa ехр[ыа - аа)р(:}ра ] = Ърппп'а

него соответствующего числа операторов рождения: |i ,...,in) = а<+>,...,^ >\0).

Эти базисные многочастичные состояния являются собственными для оператора Пг = а(+ числа частиц в моде i. Ход решения заключается в нахождении пакета волн в далёком будущем vaout исходя из знания пакета в далёком прошлом vain, падающем на «пузырь» с помощью оператора преобразования S.

Связь операторов Si и n определяется уравнением

S = У |ii,...,in;n-1(i'i,...,in;out\ (4)

n nr

Пусть -состояние, когда имеется na ЭЧ в моде a Матрица плотности р, содержащая информацию в системе [19] , может быть найдена по

соотношению

?(+).

n

№

(5)

n„,n

а'—а

a= (1 —w2j(1 —w2aRa )

(11)

Здесь ¡¡а ,/3(а+* - операторы уничтожения и

рождения частиц в состоянии и а

Таким образом, уравнение (5) ставит в соответствие оператору рождения (уничтожения) частиц

¡¡а, ¡а + * оператор плотности р^) и является

по определению представлением [2], [21],

Энтропия по Нейману, являющейся мерой квантовой информации для запутанных систем, определится по формуле

Н (р) = -Тг(р1ов2р) (6)

Матрица плотности р изменяется по уравнению эволюции[19] др(з)

íh-

dt

(t Цн )(t), p(S )(t)]

^ )(t = to )=P 0

(7)

(S)

с начальным условием р

Это уравнение более общее, чем уравнение Шре-дингера для чистого состояния. Оно носит название уравнения фон Неймана для матрицы плотности

[7].

Разработанные методы решения [20] приведенных уравнений (1 -7) позволяют найти число частиц, телепортируемых во время «большого взрыва». Для этого необходимо знание коэффициентов отражения R а и поглощения Та волновых пакетов «пузырем». Для их нахождения необходимо

W 0 =

Г„

exp(coa/вх) - 1

Г„ = а„ \Т

Т k

где: 0Х = f/ 2ж = ^ h

хокинговая тем-

пература «чёрного излучения», Тх - температура по Кельвину; е-заряд электрона; Tа - коэффициент поглощения волновых пакетов vа «пузырем»; О1, Ф1-угловая скорость вращения и электрический потенциал ; Ца=+-1\

= - тО.н).

/ = с ъ/4кгЫ;

- напряжённость гравитационного поля вблизи поверхности; а - частота волновой функции; М -масса Вселенной; к- гравитационная постоянная; кв -постоянная Больцмана.

Результаты расчёта по зависимости (9) показывают, что состав излучаемых частиц зависит от массы М. Положим также 0н=0.и Фн=0.

Исходя из информационной теории «большого взрыва», полученный результат можно интерпретировать как квантовую телепортацию ФЧ изнутри «пузыря» наружу горизонта событий.

В дальнейшем из ФЧ (кварк-глюонной плазмы) образовались ЭЧ, атомы и молекулы.

Возможность квантовой телепортации была рассмотрена в работе[6] и подтверждена экспериментально в работе [1]. Возможность информационного строения материи не противоречит массо-энергетическому, но дополняет его, так как любая

получить решение уравнения (1) в метрике Керра; для одномерной задачи решения могут быть записаны в виде

1

1

где нению ~

VAno 4r2 + a2

e -l°wodn (r)Y ы (0,?),

Woln (r)

удовлетворяет радиальному урав-

d2

*2 wo m ^ Uo mw o in

dr

и следующим граничным условиям:

+ Romeh

1 / 2

T e ~íor

oln

r ^ <X),

r ^ —<x>.

В соответствии с квантовой физикой среднее значение числа частиц определится по формуле

= Тг (раП а). (8)

Пс

Решения этого уравнения определяется формулой Планка для «черного излучения» . [20], [17].

Пусть первоначально система находилась в вакуумном состоянии. В соответствии с решением уравнений (1 -7) после возникновения «пузыря» она становится источником излучения, со средним числом частиц, излучаемым в моде а=а1т и регистрируемых отдалённым наблюдателем, равным по формуле Планка[20]

— naQ H — qa \e\Ф1

(9)

ФЧ обладает определенной информоемкостью и может рассматриваться как сложная система, состоящая из энергетических структур, находящихся во взаимодействии.

Расчет по формуле (9) требует знание массы Вселенной М. Для нахождения массы Вселенной решим уравнения ее расширения по теории Эйнштейна [22].

Необходимая для вычисления излучения ФЧ величина метрического тензора в произвольный момент времени определяется через значение радиуса кривизны Вселенной, который может быть найден из формулы [17]

(10)

a = a0(1 — cosy),

где ] находится из уравнения a

t = -0(г~ sinг). (11)

c

Максимальное значение а=2а0 достигается

при t =-— . Длина lr в момент времени t выра-

c

жается через сферическую координату r по формуле

1 r r . lr

lr = a.arcsin—. Откуда — = sin— .

a a a

Примем, что размер расширяющейся Вселенной определяется в соответствии с общей теорией

1

— or

e

wOn

<

2

<° a = <° a

относительности по формуле 1Г=&, где: / время от начала большого взрыва, с - скорость света. При

Г=13*109лет=4,1П*1017с получим I=

3.108м/с. 13.109.366.24.60.60с= 123,3.1024м. Имеем

[17]

2кМ

ao =■

2 3

Зле1

M = / • 2л a

(12)

где: ке=6,67*Шим3/(кг.с2) - гравитационная постоянная; с - скорость света в вакууме; ¡1=3*10 28плотность материи во Вселенной в настоящее время. Из (12) получаем М

3ж2ап

М =--0- , (13)

2kg

Подставляя (10), получаем

Зле2

m=о^ле 2k„

a

1 - cos г 2k

=/2л2a3. (14)

Из (10) и (11) находим a =

et( 1 - cos г) Т - sin г

Тогда из(14) получаем при известной плотности ^ в настоящий момент

3

(1 - cost)3 _ (г- sin г )2 4к //М2

(15)

dx = -V- goodt.

В зависимости от точки «пузыря», из которой телепортируется ФЧ, метрический тензор будет равен

goo е

( 2 2kgM Л

(17)

J

Ч

Тогда dx = ^ ~ - 1dt, (18) 2Mk„

~ r где r = —, r

rg =

Найдя из этого уравнения ц, вычисляем из (12) а0 и М. Уравнение (15) имеет решение при минимальном значении 1=4,705.10-27 кг/м3. Что на порядок превышает опытное значение, полученное из астрономических наблюдений, и свидетельствует о наличии во Вселенной ненаблюдаемой - черной -материи. Подставляя найденное значение 1=4,705.10-27 кг/м3 получаем массу Вселенной равную М=2,496.1053кг (в работе [12] приводится значение радиуса Вселенной Лу=1.235752*1026м и массы Вселенной Мц=1.66408*1053кг ).

Система уравнений (1) - (15) есть по определе-нию[2], [23] функтор, ставящий в соответствие представлению матрицы плотности по уравнению (5) представление количества телепортируемых ФЧ по уравнению (8).

Аналогично теории представлений в физике под функтором[23], заданном на некотором множестве представлений, можно понимать соответствие каждому представлению из этого множества определенное представление (вообще говоря, не из этого множества).

«Черное излучение» ФЧ происходит как излучение с температурой Хокинга вх.

Время испарения, определённое в результате решения уравнений(1-9) равно [20]

^ Д000М 1

Т < 9.10 с.(-) (16)

1кг

Данное время дано в системе координат стороннего наблюдателя. Так как в начальный момент стороннего пространства и стороннего наблюдателя нет, то собственное время ФЧ и , образованной из ФЧ Вселенной, определится по формуле

гравитационный радиус «пузыря».

Так как энергия, уносимая массой частицы

равна Е = Но, а о = ^ — о0, то основная

энергия с учетом (18), уносится частицами, теле-портируемыми из сферы, определяемой по соотно-Но

шению (при р =-) неопределенности Гейзен-

с

берга и, принимая, что разброс значений Лг = Г, Ло = 2о0, находим

Лг_ Н _ Нс _ Нс _ с _ Ар НЛо Но 2 о0 2 Решая, получаем

r =--

2 • 2kMon

Интегрируя (18), имеем

Подставляя Г

(19)

(20)

значения

2mk„

r =

r.

rg =

и Т1, находим время

g

Тс,с телепортации частицы с энергией Е = Но0 .

При исходных данных М=2,496.1053кг; а>0 =0,40463596314823357551.10-18 рад/с, получаем время испарения для стороннего наблюдателя

Т=9.10-27.1000М=1. 8972.1030с; массу телепорНо

тируемой частицы т = —г-

= 0,474.10-69 кг.

с

Приближенно вычисляем минимальное собственное время телепортирующихся частиц, из которых образовалась Вселенная и, соответственно, минимальное собственное время Вселенной

м

4kgM®o

-1 Т = 10-33 е.

Т ^1 — 1 'Т1

Также получаем ТХ=0,19425*10-28К.

Данный результат согласуется с данными по времени образования Вселенной из «пузыря», полученными другими авторами [12].

Столь малое значение циклической частоты ю0 =0,4046.10-181/с и массы т= 0,469.10-69кг свидетельствует о том, что телепортируются частицы, имеющие нулевую массу покоя типа нейтрино.

r

2

е

3

е

2

е

Выводы.

Первоначальная сфера Вселенной содержала информацию о строении Вселенной, записанной в матрице плотности чистого состояния, находящейся в когерентном (несеперабельном) состоянии.

Уравнения(1)-(9) суть функтор, описывающий превращение информации, записанной в матрице плотности по уравнению (5), в реальные фундаментальные частицы по уравнению (9)

В момент возникновения Вселенной материя находилась в виде информации в сфере размером 0,003м. В дальнейшем в результате квантовой теле-портации произошел переход информационного состояния материи в массо-энергетическое. Это положение конкретизирует положение теории Де Ситтера о фазовом переходе физического вакуума в момент возникновения Вселенной в реальные фундаментальные частицы.

Обнаружение на опыте таких частиц (реликтовых ФЧ) было бы подтверждением разработанной теории «большого взрыва».

References

1. Bennet C.H., Brassard G., Crepeau C. Tele-porting an unknoun quantum State via dual classikal and Einstein-Podolsky-Rosen Channel // Phys. Rev. lett. - 1999. -V.70. - P.1895-1999.

2. Dmitriev V.F. Development of the mathematical apparatus of physics information// German International Journal of Modern Science . - 2020 . - No2 . - S.10-14.

3. Einstein A. Die Grundlage der allgemeinen Relativitatstheorie. - Annalen der Physik, 1916. -Bd.49. - №7.

4. Einstein А., B. Podolsky, and N. Rosen. "Can quantum mechanical description of physical reality be considered complete?", Phys. Rev.47, p.777 (1935).

5. Gamov G. // Phys. Rev., 1946. - V.10. - P.-

572.

6. Gottesman D., Chuang I.. Demonstrating the viability of universal quantum computation using tele-portation and singl-qubit operation // Nature. - 1999. -v.402. - #6760. - p.390-399

7. Neumann Johann von: Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik Berlin. Springer. 1932. 238 s._

8. Quantum Mechanics on the Large Scale, Banff Center, Canada, Peter Wall Institute at UBC. A 5-day conference (April 12-17, 2003) and a 10-day workshop (April 17-27, 2003). http://www.pims.math.ca/birs/work-shops/2003/03w5096/.

9. Schwarzschild, Karl . "Uber das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie". Sitzungsber. - 1916. - Preuss. Akad. D. Wiss.: 189- 196.

10. Shannon C., A mathematical theory of com-munikation // Bell System tech. J. - 1948. (27). - №3. -p. 379-423, 1948. (29). - №4. - p. 623-656.

11. Zurek W. H. Decoherence, einselection and the quantum origins of the classical, Rev. Mod. Phys. 75, 715 (2003).

12. Большие числа Дирака/ http://ru.wikipedia.org/wiki/[ 12. Large Dirac numbers]

13. Дмитриев В.Ф. Изменение парадигмы физики // Материалы региональной научно-практической конференции . - Тула: ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 2005. - С.25-27. . [ 13. Dmitriev V.F. Changing the paradigm of physics // Materials of the regional scientific and practical conference. - Tula: TSPU them. L.N. Tolstoy, 2005. - pp. 25-27.]

14. Дмитриев В.Ф. Исследование системным методом мифологии и космологии // Многомасштабное моделирование и нанотехнологии: материалы Международной научно - практической конференция им. Чебышева. - Тула, ТГПУ им. Л.Н. Толстого, 3-5 октября. - 2011.[ 14. Dmitriev V.F. Investigation by the systemic method of mythology and cosmology // Multiscale modeling and nanotechnol-ogy: materials of the International Scientific and Practical Conference named after V.I. Chebyshev. - Tula, TSPU them. L.N. Tolstoy, 3-5 October. - 2011.]

15. Дмитриев В.Ф. Физика информационной космологии. -Тула, 2020 . - 1000с. . [ 15. Dmitriev V.F. Physics of information cosmology. -Tula, 2020. -1000p.]

16. Доронин С.И. Квантовая магия, 2006. -https ://www.litmir. me/br/?b= 149212&p=1[18. Doronin S.I. Quantum magic, 2006.]

17. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. -М. : Наука, Теория поля,1988.- Т.2 -509с. - Статистическая физика, 1964 . - т.5 . -567с. [17. Landau L.D., Lifshits E.M. Theoretical physics. -M. : Science, Field Theory, 1988.- Vol. 2 - 509s. -Statistical Physics, 1964. - v. 5. -567s.]

18. Линде А.Д. Раздувающаяся Вселенная // Успехи физ. наук. 1984.- Т. 144. -Вып. 2.- С. 177-214.[ 18. Linde A.D. Swelling Universe // Uspekhi fiz. sciences. 1984.- T. 144.-Iss. 2.- P. 177-214.]

19. Никитин Н. В. Матрица плотности/Курс лекций - М. : Кафедра физики атомного ядра и квантовой теории столкновений. Физический факультет МГУ, 2015 . - htth://matrica-plotn...n (2)[ 19. Nikitin N.V. Density Matrix / Course of lectures - M.: Department of Nuclear Physics and Quantum Collision Theory. Faculty of Physics, Moscow State University, 2015.]

20. Новиков И.Д., Фролов В.П. Физика «чёрных дыр». - М. :Наука,1986. - 328с.[ 20. Novikov I.D., Frolov V.P. Physics of "black holes" .- M.: Nauka, 1986. - 328p.]

21. Представлений теория // Математическая энциклопедия. - М. : Советская энциклопедия, 1984. - т.4. - C.591 - 598.[ 21. Representation theory // Mathematical encyclopedia. - M.: Soviet Encyclopedia, 1984 .-- v.4. - P. 591 - 598.]

22. Фридман А.А. О кривизне пространства // Zeitschrift fur Fhysik , 1928 . # 10 . - S. 379 - 386.[ 22. Fridman A.A. On the curvature of space]

23. Функторы // Математическая энциклопедия. - М. : Советская энциклопедия, 1985.- т.6. -

C.685.[ 23. Functors // Mathematical encyclopedia. -M.: Soviet Encyclopedia, 1985.- vol.6. - P.685. ]

METHOD FOR FINDING CONJUGATE POINTS IN A SYSTEM OF STEREOMETRIC

MEASUREMENTS

Kukel S.

Bachelor of Science Tomsk State University street of the 19th Guards Division, 19

МЕТОД ПОИСКА СОПРЯЖЕННЫХ ТОЧЕК В СИСТЕМЕ СТЕРЕОМЕТРИЧЕСКИХ

ИЗМЕРЕНИЙ

Кукель С.

Бакалавр

Томский Государственный Университет улица 19-й Гвардейской Дивизии, 19

Abstract

The paper considers a solution to the problem of image depth estimation that arises in a wide class of applications.

Аннотация

В работе рассматривается вариант решения возникающей в широком классе приложений задачи оценки глубины изображений.

Keywords: stereometry, conjugate points, image depth detection algorithm.

Ключевые слова: стереометрия, стереоскопический базис, сопряженные точки, параллакс, диспа-рантность.

Потребность в решении задачи оценки глубины изображения возникает во множестве прикладных областях, таких как: беспилотное управление, биометрические данные, метеорологические данные и др. И необходимая точность варьируется в зависимости от поставленных задач и используемых, для вычисления глубины, методов.

Одним из таких является стереоскопический метод. Суть метода заключается в следующем: для каждой точки на одном изображении выполняется поиск парной ей точки на другом изображении; по

паре соответствующих точек можно выполнить триангуляцию и определить координаты их прообраза в трехмерном пространстве; зная трехмерные координаты прообраза, глубина вычисляется как расстояние до плоскости камеры. Для каждого пикселя левого изображения с координатами (х" у') выполняется поиск пикселя на правом изображении. (х" , у") (Рис.1). По этим параметрам оценивается глубины изображения [1].

Рис. 1 Проективная модель фотокамеры и стереоскопической системы