[краткий путеводитель «там за облаками»]

1_погода
2.1_темно | 2.2_неясно
3.1_хью | 3.2_вольф | 3.3_клод
4.1_базис | 4.2_двумир | 4.3_с___ | 4.4_г___

4.2_двумир

(19)

Теоретическая конструкция мультиверса в диссертации Хью Эверетта была выстроена на основе волнового уравнения Шредингера. Иначе говоря, в его концепции не затрагивались эффекты теории относительности, существенно влияющие на поведение квантовых частиц и учтенные в фундаментальном релятивистском уравнении Дирака. Понятно, что для развития эвереттовых идей до полной картины необходимо брать в учет и результаты П.А.М. Дирака.

Одна из примечательных особенностей дираковского уравнения в том, что его можно записать в своеобразном виде, который иногда называют зигзаг-представлением спинора.^]44[ При таком описании всякий электрон (или другой массивный фермион со спином 1/2) оказывается частицей, движущейся по зигзагообразной траектории и находящейся в состоянии непрерывных осцилляций между фазой леворукого вращения «зиг» и праворукой фазой «заг». Причем каждое из этих попеременных состояний само по себе является безмассовым, а масса возникает лишь при совокупном рассмотрении картины.

В этом же описании имеется константа взаимодействия, которая у Дирака управляет скоростью перебросов между «зиг» и «заг» частями дираковского спинора. В более поздней теории Хиггса, появившейся в 1960-е годы, эта константа превращается в особое – хиггсовское – поле, которое входит в уравнения как еще одно взаимодействие, порождающее у фермионов массу…

Описывая это поле чуть иначе, зигзаг-осцилляции частиц происходят в некой всепроникающей субстанции типа сверхтекучей жидкости, которая равномерно заполняет собой все пространство вселенной. И если вдуматься в суть этой концепции, то получается, что общепринятый на сегодня механизм Хиггса в неявном виде вернул в описание природы как необходимость особый флюид, прежде именовавшийся у физиков термином эфир. ^[40]

(20)

Доминировавшая в физике XIX века, идея эфира была необходима ученым для объяснения света и прочих электромагнитных взаимодействий. В XX веке, отринув эфир, физики открыли еще два совершенно других фундаментальных взаимодействия, сильное и слабое ядерные. Однако общая математическая структура этих механизмов определенно направляет теоретиков к поиску единой конструкции, способной объединить в себе все три (в идеале конечно четыре, вместе с гравитацией) взаимодействия. Но при этом отчетливо обозначилась модель осцилляций частиц в некой очень специфической среде – именуемой «поле с ненулевой энергией вакуума» и обладающей свойствами сверхтекучего флюида.

Подчеркнуть отчетливую параллель между полем Хиггса и эфиром полезно сразу по нескольким причинам. Во-первых, чтобы вспомнить о давно забытых исследованиях норвежского ученого Карла Бьеркнеса. В конце XIX века он строго математически, на основе уравнений гидродинамики и концепции эфира как всепроникающей среды выстроил «теорию пульсирующих сфер», с помощью которой объяснил практически все известные в ту пору эффекты электромагнетизма. Более того, общую верность модели Бьеркнеса наглядно подтверждали его остроумные эксперименты с жидкостями и погруженными в них колебательными системами. ^[44][45]

Один из наиболее эффектных результатов теории, в частности, выглядел так. Периодически изменяющие свой размер сферы при пульсациях в одной фазе порождают волны, приводящие к их взаимному отталкиванию, а при колебаниях в противофазе – к притяжению. Причем сила этого взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между «зарядами» – как в законе Кулона.

Также необходимо отметить, что пульсирующие сферы Бьеркнеса были прямым механическим воплощением абстрактной идеи Максвелла о «токе смещения». То есть идеи, на основе которой он выстроил свои фундаментальные уравнения электромагнетизма, успешно перекочевавшие и в физику XX века. С тем лишь отличием, что в новой физике старомодный «ток смещения», сопровождающий осцилляции частиц в эфире, стали именовать «релятивистской поправкой». Иными словами, Максвелл, сам того не ведая, предсказал в своих уравнениях эффекты теории относительности за много десятилетий до ее рождения…^[5D]

(21)

Еще одна важная причина для единого взгляда на классическую и квантовую физику – это совсем недавнее, сделанное в середине 1990-х годов, открытие осциллонов или осциллирующих солитонов. Открыли этот примечательный феномен физики-экспериментаторы, работающие с гранулированными материалами в состоянии периодической вибрации. ^[43]

По сию пору плохо изученная физика гранулированных сред ^[4B] – песка, порошков, суспензий, коллоидов – особо интересна тем, что эти материалы в состоянии вибрации могут демонстрировать взаимно исключающие, казалось бы, свойства твердых тел-кристаллов, подвижных жидкостей и всепроникающих газов. Примерно такой же озадачивающий набор свойств, можно напомнить, в старину приходилось предполагать для эфира. Причем математически наиболее продвинутой, последней моделью эфира, что любопытно, была концепция гранулированной среды под названием «вихревая губка» Кельвина. ^[51]

Если же говорить конкретнее об осциллонах, то главная особенность данной разновидности волн в гранулированной среде – их редкостная стабильность. Однажды возникнув, эта уединенная волна может вздыматься и опадать, сохраняя свою идентичность, сколь угодно долго – пока длится эксперимент.

Другая, не менее важная особенность осциллонов – это специфика их взаимодействия, явно отсылающая к давней теории пульсаций Бьеркнеса. Находясь в одинаковой фазе колебаний, осциллоны взаимно отталкиваются, а будучи в противоположных фазах – притягиваются друг к другу.

Формулируя факты чуть иначе, вместе с новым открытием обозначились замечательные возможности. Через объединение осциллонов с теорией Бьеркнеса видится доходчивое и внятное объяснение не только общеизвестных явлений (объясняемых в учебниках крайне неуклюже), но также и поныне загадочных тайн электричества и магнетизма.

Вроде красивого и естественного разрешения загадки о строгом равенстве зарядов у таких разных по своим свойствам электрона и протона. Или тайны полного соответствия количества электронов количеству протонов во вселенной.^[40]

Загадки подобного рода разрешались бы легко и просто, если бы удалось показать, что протон и электрон – это на самом деле противоположные фазы колебаний одного и того же осциллона. Но большая проблема данного подхода в том, что фазы осциллона в гранулированной жидкости выглядят примерно одинаково – как холмы и ямы на поверхности.

В то время как протон больше электрона почти в две тысячи раз. А кроме того, весь опыт научных наблюдений показывает, что электроны и протоны сохраняют свою идентичность, не превращаясь то и дело друг в друга.

Для преодоления этой проблемы самое время вспомнить о квантовом эффекте Zitterbewegung или «дрожание» – как иначе называют зигзаг-осцилляции частиц. И сопоставить данную картину с другим феноменом – носящим название «нарушение симметрии» и лежащим в основе современной квантовой теории поля.

(22)

Опираясь на релятивистское уравнение Дирака, можно констатировать, что и электрон, и протон, пребывая в своем Zitterbewegung, постоянно делают перескоки типа вверх-вниз. Причем эти направления «вверх» и «вниз» являются для каждой частицы своими собственными, произвольно задаваемыми направлением оси их спина. Но это соображение справедливо только в наблюдаемом нами 3-мерном пространстве.

А в четвертом измерении – времени – весь наш мир, как известно, постоянно сдвигается лишь в одном направлении: из прошлого в будущее. Иначе говоря, рассматривая проекцию спина массивных частиц на ось времени, можно говорить, что в 4-м измерении все они испытывают перескоки в одном и том же направлении.

В математической терминологии ситуацию, когда все направления ориентации элементов прежде были равноправными – или симметричными – а затем стали согласованно ориентированными в одну сторону, называют «нарушением симметрии».

В классической физике очень подходящий пример этого явления дает феномен антиферромагнетизма. Как и прочие вещества с магнитными свойствами, антиферромагнетики состоят из молекул с дипольным моментом, которые ведут себя как крошечные магнитики. При высокой температуре все эти магнитики сориентированы в веществе беспорядочно, то есть каждое направление равноправно, а вся система в целом является симметричной.

Когда же температура системы понижается, в определенной точке происходит спонтанное упорядочивание магнитиков по одной оси. То есть симметрия направлений в системе оказывается нарушена. Причем в антиферромагнитных веществах каждый магнитик при спонтанном упорядочивании выстраивается антипараллельно своим соседям. Иначе говоря, ось общего направления у них одна, но полюса у соседних молекул смотрят в противоположные стороны.

Сопоставив эту картину спонтанного нарушения симметрии с феноменом осциллонов и «дрожанием» массивных частиц по оси времени, осталось сделать совсем немного. Предположить, что зигзаг-перескоки частиц происходят не в одном и том же мире, а с одной мембраны-пространства на другую. Тогда решение оказывается почти самоочевидным. Протон – это широкое основание осциллона на одной мембране, а электрон – почти точечная вершина того же осциллона на другой мембране.

Формулирая аккуратнее, об электроне более правильно говорить не как о «вершине холма», а как о нижней точке конической «ямы» осциллона. Потому что в условиях сдвоенной мембраны, постоянно находящейся в состоянии вибраций, фазы осциллона типа «холм» оказываются менее стабильными и выполняют роль античастиц. То есть исчезают в результате аннигиляции. Подобного рода пару вибрирующих в противофазе мембран в современной физике принято именовать системой «брана-антибрана».

Таким образом, на паре мембран остается лишь стабильная версия осциллонов в форме конической «ямы»-протона и ее «дна» в форме точечного микровихря-электрона, синхронно перескакивающих с одной поверхности на другую – вдоль оси времени. ^[5D]

Соответственно, в результате данного процесса – спонтанного нарушения симметрии – общая картина мира оказалась раздвоенной на две одинаковые половины. Причем частицы этих половин все время меняются местами, а обитатели миров-мембран даже не подозревают о существовании своего неотъемлемого дополнения.

Завершая первичное описание данной модели, осталось напомнить о том необычайном воодушевлении, которое испытывал Вольфганг Паули, сделав свое открытие «о раздвоении и уменьшении симметрии». У историков науки нет никаких документов, поясняющих суть того духоподъемного открытия. Однако теперь есть возможность показать, что в современной физике не только переоткрыты вещи, очень созвучные описанию Паули, но и выводы, которые из этого следуют, также выглядят чрезвычайно воодушевляюще.

(Читать далее)

 ___

[40] Забытые тайны, https://kniganews.org/map/e/01-00/hex40/

[43] Танцы на песке, https://kniganews.org/map/e/01-00/hex43/

[44] Водные аттракционы, https://kniganews.org/map/e/01-00/hex44/

[45] Семейное дело, https://kniganews.org/map/e/01-00/hex45/

[4B] Бразильский орех и гравитация, https://kniganews.org/map/e/01-00/hex4b/

[51] Одиссея вихревой губки, https://kniganews.org/map/e/01-01/hex51/

[5D] Принцип относительности Максвелла, https://kniganews.org/map/e/01-01/hex5d/

Внешние ссылки:

]44[. Roger Penrose, «The Road to Reality. A Complete Guide to the Laws of the Universe«, J.Cape (2004). Русский перевод: Пенроуз Р. «Путь к реальности, или законы, управляющие Вселенной. Полный путеводитель«, Ижевск НИЦ (2007)

___