Квантовые миры и возникновение пространства-времени [заметки]
1
В физике принято положение объектов описывать с помощью координаты. Поэтому в дальнейшем, говоря о положении объекта в пространстве, мы будем употреблять именно этот термин. – Примеч. науч. ред.
2
Есть одна небольшая техническая деталь, которую хотелось бы здесь упомянуть; затем смело забудем о ней. Амплитуда любого конкретного результата фактически является комплексным, а не вещественным числом. Вещественные числа входят в ряд всех чисел, расположенных между минус бесконечностью и бесконечностью. Возводя в квадрат вещественное число, мы всякий раз получаем другое вещественное число, которое больше или равно нулю. Поэтому если говорить строго о вещественных числах, то квадратного корня из отрицательного числа просто не существует. Математики давным-давно осознали, что квадратные корни из отрицательных чисел были бы очень удобны, поэтому и ввели такое понятие, как мнимая единица – комплексное число, являющееся квадратным корнем из –1. Мнимое число – это просто вещественное число, называемое мнимой частью, умноженное на i. В таком случае комплексное число состоит из двух частей: вещественной и мнимой. Вертикальные черточки у члена |Амплитуда|>2 в формуле правила Борна означают, что мы фактически складываем квадраты вещественной и мнимой частей. Все это я написал только для самых въедливых читателей: далее я буду говорить просто «вероятность – это амплитуда в квадрате» и этим удовлетворюсь.
3
Здесь и далее в книге под гладкостью эволюции волновой функции подразумевается ее непрерывное и плавное изменение с течением времени, без скачков или коллапса. – Примеч. науч. ред.
4
В интернете можно найти множество источников, где фраза «Заткнись и считай!» приписывается Ричарду Фейнману, физику, справлявшемуся со сложными вычислениями лучше, чем кто-либо и когда-либо. На самом деле он никогда не говорил ничего подобного, равно как и не разделял такой точки зрения; Фейнман тщательно размышлял о квантовой механике, и никто никогда не обвинял его в подобных манерах. Часто случается, что та или иная цитата приписывается вероятным людям, которые более знамениты, чем истинный автор цитаты. Социолог Роберт Мертон назвал этот феномен «эффектом Матфея», ссылаясь на следующую строку из Евангелия от Матфея: «ибо всякому имеющему дастся и приумножится, а у неимеющего отнимется и то, что имеет».
5
От слова «корпускула» – частица. – Примеч. науч. ред.
6
Неточность автора. Автором концепции атомизма был Левкипп, учитель Демокрита. – Примеч. пер.
7
Досадно, что электрон ускоряется в направлении, прямо противоположном направлению электрического поля, тогда как в науке принято считать заряд электрона «отрицательным», а заряд протона «положительным». За это можно «винить» Бенджамина Франклина, жившего в XVIII веке. Он ничего не знал об электронах и протонах, но пришел к заключению, что существует универсальный феномен, который он назвал «электрическим зарядом». Когда он решил произвольно обозначить, какие вещества заряжены положительно, а какие – отрицательно, ему пришлось выбирать, и знак «плюс» он присвоил состоянию, которое мы бы сегодня обозначили «в атоме меньше электронов, чем следовало бы». Так и повелось.
8
За это открытие в 2017 году создателям международной коллаборации LIGO была присуждена Нобелевская премия по физике. – Примеч. науч. ред.
9
Я уже подчеркивал, что существует всего одна волновая функция – волновая функция Вселенной, – но внимательный читатель мог заметить, что часто я говорю и о «волновой функции частицы». Последняя формулировка совершенно правомерна тогда и только тогда, когда частица рассматривается как не запутанная со всей остальной Вселенной. К счастью, зачастую так оно и есть, но здесь стоит быть внимательным.
10
В физике такие поля называются сильно неоднородными. – Примеч. науч. ред.
11
То есть принимает только дискретный набор значений. – Примеч. науч. ред.
12
Есть и третье, перпендикулярное, направление, которое можно назвать продольным спином, хотя мы его и не измеряем.
13
Множество всех ветвей волновой функции отличается от феномена Мультивселенной, рассматриваемого в космологии. Космологическая Мультивселенная – это просто совокупность областей пространства, как правило сильно удаленных друг от друга, где локальные условия сильно различаются.
14
Аналог ученой степени «кандидат наук». – Примеч. науч. ред.
15
Это другое название частотного (статистического) определения вероятности. – Примеч. науч. ред.
16
Есть и более изощренные аргументы, согласно которым такое правило следует из очень слабых допущений. Войцех Зурек предложил способ вывода такого принципа, а мы с Чарльзом Себенсом выдвинули независимую аргументацию. Мы показали, что это правило можно вывести исходя из того, что вероятности, определяемые при проведении лабораторного эксперимента, не должны зависеть от квантового состояния в любой другой точке Вселенной.
17
То есть примерно в 1,41 раза. – Примеч. науч. ред.
18
Имеется в виду второе начало термодинамики, одна из формулировок которого гласит: в изолированной системе энтропия либо остается неизменной, либо возрастает, достигая максимума при установлении термодинамического равновесия. – Примеч. науч. ред.
19
Максима – правило поведения человека или основной принцип, которым он руководствуется в своих поступках и принятии решений. – Примеч. науч. ред.
20
В литературе также встречается другое название такого рода теории – Единая теория поля. – Примеч. науч. ред.
21
Именно по три, поскольку наше пространство трехмерно. — Примеч. науч. ред.
22
К сожалению, существуют и конкурирующие определения слова «эмерджентность», и некоторые из них по смыслу почти противоположны приведенному здесь значению. Определение, которым пользуемся мы, иногда именуется «слабой эмерджентностью» и в литературе противопоставляется «сильной эмерджентности», согласно которой целое несводимо к сумме всех его частей.
23
От англ. relativity – относительность. – Примеч. науч. ред.
24
В 2013 году Хуан Малдасена и Леонард Сасскинд предположили, что мы должны думать о запутанных частицах как о связанных через микроскопическую (и поэтому непроницаемую) червоточину в пространстве-времени. Эта версия получила название «гипотеза ЭР = ЭПР» по двум знаменитым статьям, опубликованным в 1935 году: одна принадлежит Эйнштейну и Натану Розену, где они впервые предложили концепцию червоточин, а другая, естественно, Эйнштейну, Розену и Борису Подольскому, где обсуждается запутанность. Насколько можно развить эту гипотезу – остается неясным.
25
Не существует полного согласия по поводу того, на самом ли деле объекты, падающие в черную дыру, достигают ее недр. В 2012 году группа физиков заявила, что если информация действительно утекает из испаряющихся черных дыр и при этом не нарушаются базовые постулаты квантовой механики, то на горизонте событий должно твориться что-то драматичное: возможно, это не пустое и спокойное пространство-время, как принято считать, а шквал высокоэнергетических частиц, который сравнивают с «огненной стеной». Мнения по поводу гипотезы об огненной стене различаются, поскольку обсуждение этой проблемы в физических кругах продолжается.
В своей книге американский биолог, крупнейший специалист по эволюционной биологии развития (эво-дево) Шон Кэрролл понятно и увлекательно рассказывает о том, как эволюция и работа естественного отбора отражаются в летописи ДНК. По его собственным словам, он приводит такие доказательства дарвиновской теории, о которых сам Дарвин не мог и мечтать. Генетические исследования последних лет показывают, как у абсолютно разных видов развиваются одни и те же признаки, а у родственных — разные; каким образом эволюция повторяет сама себя; как белокровные рыбы научились обходиться без гемоглобина, а колобусы — переваривать растительную пищу как жвачные животные.
Как работает жизнь? Как природа знает, сколько зебр и львов должно жить в саванне или сколько рыб должно плавать в океане? Откуда наш организм знает, сколько эритроцитов должно быть в крови? Шон Кэрролл – американский биолог, ведущий специалист в области эво-дево – рассказывает нам невероятно интересную историю открытий. Сокровенные тайны природы – законы, которые управляют количеством клеток в наших телах, животных и растений в дикой природе. Самое удивительное в этих правилах то, что они похожи и подчиняются одной логике – логике жизни.
В этой книге океанограф, кандидат географических наук Г. Г. Кузьминская рассказывает о жизни самого теплого нашего моря. Вы познакомитесь с историей Черного моря, узнаете, как возникло оно, почему море соленое, прочтете о климате моря и влиянии его на прибрежные районы, о благотворном действии морской воды на организм человека, о том, за счет чего пополняются воды Черного моря и куда они уходят, о многообразии животного и растительного мира моря. Книга рассчитана на широкий круг читателей.
Как выглядела Земля в разные периоды? Можно ли предсказать землетрясения и извержения вулканов? Куда и почему дрейфуют материки? Что нам грозит в будущем? Неужели дожди идут из-за бактерий? На Земле будет новый суперконтинент? Эта книга расскажет о том, как из обломков Большого Взрыва родилась наша Земля и как она эволюционировала, став самым удивительным местом во Вселенной – единственной известной живой планетой. Ведущие ученые и эксперты журнала New Scientist помогут ближе познакомиться с нашими домом, изучить его глубины, сложную атмосферу и потрясающую поверхность.В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.
«Любая история, в том числе история развития жизни на Земле, – это замысловатое переплетение причин и следствий. Убери что-то одно, и все остальное изменится до неузнаваемости» – с этих слов и знаменитого примера с бабочкой из рассказа Рэя Брэдбери палеоэнтомолог Александр Храмов начинает свой удивительный рассказ о шестиногих хозяевах планеты. Мы отмахиваемся от мух и комаров, сражаемся с тараканами, обходим стороной муравейники, что уж говорить о вшах! Только не будь вшей, человек остался бы волосатым, как шимпанзе.
Настоящая монография посвящена изучению системы исторического образования и исторической науки в рамках сибирского научно-образовательного комплекса второй половины 1920-х – первой половины 1950-х гг. Период сталинизма в истории нашей страны характеризуется определенной дихотомией. С одной стороны, это время диктатуры коммунистической партии во всех сферах жизни советского общества, политических репрессий и идеологических кампаний. С другой стороны, именно в эти годы были заложены базовые институциональные основы развития исторического образования, исторической науки, принципов взаимоотношения исторического сообщества с государством, которые определили это развитие на десятилетия вперед, в том числе сохранившись во многих чертах и до сегодняшнего времени.
Эксперты пророчат, что следующие 50 лет будут определяться взаимоотношениями людей и технологий. Грядущие изобретения, несомненно, изменят нашу жизнь, вопрос состоит в том, до какой степени? Чего мы ждем от новых технологий и что хотим получить с их помощью? Как они изменят сферу медиа, экономику, здравоохранение, образование и нашу повседневную жизнь в целом? Ричард Уотсон призывает задуматься о современном обществе и представить, какой мир мы хотим создать в будущем. Он доступно и интересно исследует возможное влияние технологий на все сферы нашей жизни.
Что такое, в сущности, лес, откуда у людей с ним такая тесная связь? Для человека это не просто источник сырья или зеленый фитнес-центр – лес может стать местом духовных исканий, служить исцелению и просвещению. Биолог, эколог и журналист Адриане Лохнер рассматривает лес с культурно-исторической и с научной точек зрения. Вы узнаете, как устроена лесная экосистема, познакомитесь с различными типами леса, характеризующимися по составу видов деревьев и по условиям окружающей среды, а также с видами лесопользования и с некоторыми аспектами охраны лесов. «Когда видишь зеленые вершины холмов, которые волнами катятся до горизонта, вдруг охватывает оптимизм.
Что такое время в современном понимании и почему оно обладает именно такими свойствами? Почему время всегда двигается в одном направлении? Почему существуют необратимые процессы? Двадцать лет назад Стивен Хокинг пытался объяснить время через теорию Большого Взрыва. Теперь Шон Кэрролл, один из ведущих физиков-теоретиков современности, познакомит вас с восхитительной парадигмой теории стрелы времени, которая охватывает предметы из энтропии квантовой механики к путешествию во времени в теории информации и смысла жизни. Книга «Вечность.
Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной.
«Карло Ровелли – это человек, который сделал физику сексуальной, ученый, которого мы называем следующим Стивеном Хокингом». – The Times Magazine Что есть время и пространство? Откуда берется материя? Что такое реальность? «Главный парадокс науки состоит в том, что, открывая нам твердые и надежные знания о природе, она в то же время стремительно меняет ею же созданные представления о реальности. Эта парадоксальность как нельзя лучше отражена в книге Карло Ровелли, которая посвящена самой острой проблеме современной фундаментальной физики – поискам квантовой теории гравитации. Упоминание этого названия многие слышали в сериале “Теория Большого взрыва”, но узнать, в чем смысл петлевой гравитации, было почти негде.
Жизнь — самый экстраординарный феномен в наблюдаемой Вселенной; но как возникла жизнь? Даже в эпоху клонирования и синтетической биологии остается справедливой замечательная истина: никому еще не удалось создать живое из полностью неживых материалов. Жизнь возникает только от жизни. Выходит, мы до сих пор упускаем какой-то из ее основополагающих компонентов? Подобно книге Ричарда Докинза «Эгоистичный ген», позволившей в новом свете взглянуть на эволюционный процесс, книга «Жизнь на грани» изменяет наши представления о фундаментальных движущих силах этого мира.