ТЕОРИЯ ДЕМОНА ЛАПЛАСА В СОВРЕМЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ Текст научной статьи по специальности «Естественные и точные науки»

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ

УДК 621.824.33 статья поступила 29.05.2023

А.В. Дмитриев, студент, ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень; научный руководитель В.А. Антропов, кандидат биологических наук, доцент кафедры математики и информатики, ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень

ТЕОРИЯ ДЕМОНА ЛАПЛАСА В СОВРЕМЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ

Работа посвящена изучению последних научных исследований и открытий в квантовой физике, связанных с демоном Лапласа, оценкой его потенциального влияния на различные области науки и технологий, а также обсуждению возможностей и потенциального применения на практике этой концепции в различных областях. Например, могут быть рассмотрены возможности использования этой теории Лапласа в качестве механизма сортировки молекул в термодинамических системах с повышенной эффективностью, как пример была использована работа холодильной установки.

Ключевые слова: Лаплас, квант, технология, тунелирование, физика.

A.V. Dmitriev, V.A. Antropov

Northern Trans-Ural State Agricultural

THE THEORY OF DEMON LAPLACE IN MODERN REALITY

The work is devoted to the study of the latest scientific research related to the Laplace demon and discoveries in quantum physics related to this theory, as well as an assessment of its potential impact on various fields of science and technology, as well as a discussion of the possibilities of its application in practice. As well as potential applications of the demon concept in various fields. For example, the possibilities of using this Laplace theory as a mechanism for sorting molecules in thermodynamic systems with increased efficiency can be considered, as an example, the operation of a refrigeration unit was used.

Key words: Laplace, Quantum, technology, tunneling, physics.

Демон Лапласа является концептуальным инструментом теории термодинамики, который используется для изучения границ возможного управления микроскопическими событиями в термодинамической системе с целью улучшения ее эффективности.

Целью настоящих исследований было узнать возможность реализации концепта демона Лапласа с помощью современного знания и дальнейшее его применение в обычной жизни.

Материалы и методы исследований. П. С. Лаплас. Опыт философии теории вероятностей, вероятность и математическая статистика. Екимов, А. И. Онущенко. Квантовый размерный эффект в оптических спектрах полупроводниковых микрокристаллов.

Результаты исследований. Лапласовский детерминизм выражает идею абсолютного детерминизма - уверенность в том, что все происходящее имеет причину в человеческом понятии и есть непознанная разумом необходимость. Суть его можно понять из высказывания Лапласа: «Современные события имеют с событиями предшествующими связь, основанную на очевидном принципе, что никакой предмет не может начать быть без причины, которая его произвела... Воля, сколь угодно свободная, не может без определенного мотива породить действия, даже такие, которые считаются нейтральными...

Мы должны рассматривать современное состояние Вселенной как результат ее предшествующего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во Вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами... Кривая, описываемая молекулой воздуха или пара, управляется столь же строго и определенно, как и планетные орбиты: между ними лишь та разница, что налагается нашим неведением». С этими словами перекликается убеждение А. Пуанкаре: «Наука детерминистична, она является таковой a priori (изначально), она постулирует детерминизм, так как она без него не могла бы существовать. Она является таковой и a posteriori (из опыта): если она постулировала его с самого начала как необходимое условие своего существования, то она затем строго доказывает его своим существованием, и каждая из ее побед является победой детерминизма.

Дальнейшее развитие физики показало, что в природе могут происходить процессы, причину которых трудно определить. Например, процесс радиоактивного распада возникает случайно. Подобные процессы происходят объективно случайно, а не потому, что мы не можем указать их причину из-за недостатка наших знаний. И наука при этом не перестала развиваться, а обогатилась новыми законами, принципами и концепциями, которые показывают ограниченность классического принципа - лапласовского детерминизма. Абсолютно точное описание всего прошедшего и предсказание будущего для колоссального многообразия материальных объектов, явлений и процессов - задача сложная и лишенная объективной необходимости, но если рассмотреть более современную науку, можно понять, как скоро мы сможем использовать теорию Лапласа в нашем физическом мире.

Квантовая физика предоставляет новые возможности для управления и контроля скорости движения молекул в замкнутой системе, в том числе и для создания демона Лапласа. Одним из примеров может быть использование эффекта связанных состояний, когда две или более квантовых систем могут быть связаны друг с другом, чтобы создать более сложную систему. Это может быть применено для управления движением молекул в замкнутой системе и, в конечном итоге, воссоздание этого теоретического существа.

Другим интересным явлением в физике может являться квантовое туннелирова-ние. Под туннельным эффектом в физике понимается возможность подбарьерного прохождения микрообъекта. Классическая частица, полная механическая энергия которой меньше высоты потенциального барьера, не сможет оказаться справа от барьера, если не получает дополнительную энергию извне. Область под барьером в этом случае принято называть классически запрещенной. Для квантовой частицы этот барьер снимается соотношением неопределенностей А - А > E t До встречи с потенциальным барьером квантовая частица могла сколь угодно долго находиться в состоянии свободного движения, а значит, в состоянии с определенной энергией. Также существуют и другие квантовые явления, которые возможно использовать для создания этой модели, в частности, свойство квантового скручивания. За пример квантового скручивания можно взять эффект блокировки электрона внутри наночастицы. Это когда размер частицы уменьшается до нано-размерного, электрон может быть «заперт» внутри благодаря квантовому эффекту. В связи с тем, что электроны имеют волновую природу, они могут существовать только в определенных состояниях, которые определяются размером объекта. Если размер становится меньше длины волны электрона, то в этом случае он не может распространяться за пределы объекта и «заперт» внутри него.

Это состояние может привести к изменению уровней энергии электрона и повлиять на качество проводимости материала. Как пример, возьмём нано-частицу, где электроны захвачены, проводимость может быть крайне высокой, потому что электроны не могут свободно перемещаться и сталкиваться с препятствиями. Это в свою очередь дела-

ет наночастицы очень интересными для использования в наноэлектронике и иных технологиях.

Кроме этого, свойство скручивания может привести к изменению оптических свойств материала. Например, когда что-то уменьшается до наноразмеров, его видимые свойства способны измениться, что может привести к появлению новых свойств, таких как флуоресценция или плазменный резонанс.

В основном, эффект скручивания квантов является одним из главных явлений в нанонауке. Он позволяет создавать новые вещества и устройства с исключительными свойствами, которые невозможно получить обычными методами, в свою очередь использование квантового измерения в замкнутой системе может привести к созданию квантового скручивания. При взаимодействии квантовой частицы с барьером (или теми объектами, которые сформировали потенциальный барьер) время этого взаимодействия оказывается конечным Д! В соответствии с соотношением неопределенности энергия квантовой частицы уже не будет определенной, а будет характеризоваться неравенством Д> Д Е 1 Если эта неопределенность будет порядка или больше высоты потенциального барьера, то квантовая частица с некоторой вероятностью окажется справа от барьера, т.е. «про-туннелирует».

Есть несколько интересных идей, которые благодаря современным знаниям квантовой физики могут быть реализованы. Рассмотрим, как использование демона Лапласа могло бы применяться на практике.

Одно из бесконечного множества вариантов использования заключается в том, что демона можно использоваться в качестве механизма сортировки молекул в термодинамических системах с максимальной эффективностью. К примеру, можно использовать в холодильных машинах, для переноса тепла из более холодной среды в более теплую, что увеличит эффективность работы холодильной машины.

Кроме охлаждающих машин, эта модель также может иметь широкое применение в микро- и нанотехнологиях, где выборочная сортировка молекул является крайне важной. К примеру, демон Лапласа можно использовать для изготовления полупроводниковых материалов и крошечных предметов с высокой точностью.

Одно из предположений также заключается в том, что демон Лапласа можно использовать для создания эффективных и экологически чистых энергосистем. Его можно использоваться для разделения молекул в газовых и жидких топливах, что позволит создавать более качественные и удобные двигатели и генераторы. Также эта модель может иметь применение в иных областях, таких как медицина, биоинженерия. Например, эту концепцию можно использоваться для создания более точных методов диагностики заболеваний или изготовления новых материалов с уникальными свойствами.

В общем и целом, концепция Пьера-Симона Лапласа может иметь огромное множество применений, а его существование помочь в создании новых технологий и продуктов, которые на данный момент пока еще не существуют.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы: квантовая физика дает новую вероятность для воссоздания демона Лапласа и может помочь в использовании молекул в замкнутой системе и квантовом закручивании. Однако, к сожалению, на данный момент, практическая реализация создания демона Лапласа, используя современное познание мира, остается невозможной задачей.

Библиографический список

1. Антипина, А. А. Теория вероятностей в сельском хозяйстве и агрономии / А. А. Антипина, В. А. Антропов. - Текст : непосредственный // Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения. Сборник материалов LГV студенческой научно-практической конференции, посвящённой 75-летию Победы в Великой Отечественной войне, Тюмень, 19-20 марта 2020 года. - Тюмень : ГАУ Северного Зауралья, 2020 . - С. 230-234.

2. Екимов, А. И. Квантовый размерный эффект в оптических спектрах полупроводниковых микрокристаллов / А. И. Екимов, А. А. Онущенко. - Текст : непосредственный // Физика и техника полупроводников. - 1982. - С. 337-340.

3. Лаплас, П. С. Опыт философии теории вероятностей / П. С. Лаплас. - Москва : Либроком, 2010. - 206 с. - Текст : непосредственный.

4. Сивухин, Д. В. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика : учебное пособие / Д. В. Сивухин. - Москва : Физматлит, 2006. - 544 с. - Текст : непосредственный.

5. Флянц, Д. В. Роль математики в садоводстве / Д. В. Флянц, В. А. Антропов. -Текст : непосредственный // Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения. Сборник материалов LIV студенческой научно-практической конференции, по-свящённой 75-летию Победы в Великой Отечественной войне. - 2020. - С. 265-270.

References

1. Antipina, A. A. Teoriya veroyatnostej v sel'skom hozyajstve i agronomii / A. A. Antipina, V. A. Antropov. - Tekst : neposredstvennyj // Aktual'nye voprosy nauki i hozyajstva: novye vyzovy i resheniya. Sbornik materialov LIV studencheskoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashchyonnoj 75-letiyu Pobedy v Velikoj Otechestvennoj vojne, Tyumen', 1920 marta 2020 goda. - Tyumen' : GAU Severnogo Zaural'ya, 2020 . - S. 230-234.

2. Ekimov, A. I. Kvantovyj razmernyj effekt v opticheskih spektrah poluprovodnikovyh mikrokristallov / A. I. Ekimov, A. A. Onushchenko. - Tekst : neposredstvennyj // Fizika i tekhnika poluprovodnikov. - 1982. - S. 337-340.

3. Laplas, P. S. Opyt filosofii teorii veroyatnostej / P. S. Laplas. - Moskva : Libro-kom, 2010. - 206 s. - Tekst : neposredstvennyj.

4. Sivuhin, D. V. Obshchij kurs fiziki. Termodinamika i molekulyarnaya fizika : uchebnoe posobie / D. V. Sivuhin. - Moskva : Fizmatlit, 2006. - 544 s. - Tekst : neposredstvennyj .

5. Flyanc, D. V. Rol' matematiki v sadovodstve / D. V. Flyanc, V. A. Antropov. -Tekst : neposredstvennyj // Aktual'nye voprosy nauki i hozyajstva: novye vyzovy i resheniya. Sbornik materialov LIV studencheskoj nauchno-prakticheskoj konferencii, posvyashchyonnoj 75-letiyu Pobedy v Velikoj Otechestvennoj vojne. - 2020. - S. 265-270.

Контактная информация:

Дмитриев Андрей Владимирович. E-mail: dmitriev.av.b23@ati.gausz.ru Антропов Валерий Анатольевич. E-mail: antropovva@gausz.ru