Теория пустоты/Предсказывающие следствия

1. REDIRECT Факультет теоретической физики/Исследовательская работа/Теория пустоты/Топ

Этот раздел содержит гипотетические предположения, которые на данный момент не имеют подтверждения или не признаны научным сообществом.

Следствие № 3. Геометрическая интерпретация квантового поля

Минимально необходимое строение пустоты

Это следует из принципа расположения:

Окружности (образованные частицами) располагаются так, чтобы ни в одном месте не было бы разрывов, при этом наслаиваясь друг на друга. Таким образом, ни одна частица полностью не свободна, она сцеплена с другими, и даже если бы она двигалась бы, деформировалась бы или взаимодействовала бы с другими частицами, например, объединяясь, то она всегда зависит и все ее действия (а соответственно и законы этих действий) зависят от того, как осуществить то или другое не расцепившись и не образовав, ни в один из моментов времени – пустоту в пустоте.

Данный вопрос достаточно сложный, несмотря на такую простую формулировку. По сути он показывает как отсутствие геометрической интерпретации позволяет говорить о неполноте квантовой механики, а вслед за ней о неполноте квантовой теории поля. Но вначале нужно объяснить как предлагаемый принцип расположения частиц соответствует определению квантового поля.

В работе показано какие неразрешенные вопросы адресуются квантовой механике (ответы в рамках этой теории аксиоматичны, и не предполагают объяснения сути), и как они могут математически разрешаться в квантовой теории поля. Наиболее значимые вопросы следующие:

1. Что есть частица?
2. Какая физическая реальность отвечает волновой функции?
3. Какова природа дуализма «волна-частица»?
4. Какова природа соотношений неопределенностей?
5. Является квантомеханическое описание полным?

Мы видим какие это приниципально сложные вопросы, и все они связаны с данным следствием. Попробуем их рассмотреть по очереди.

Что есть частица?

Затруднения вызывает уже само понятие частицы в КМ. ... Проблему решает КТП, согласно которой частица есть квант, нелокальное одночастичное возбуждение соответствующего поля. ... Итак, согласно КТП, частица есть нелокальное возбуждение поля, т.е. отнюдь не "точка". Это есть структура, образованная упорядоченной совокупностью возбужденных осцилляторов поля. Тем самым автоматически снимаются все вопросы, связанные с представлением о частице как о точечном объекте. Однако КПТ решая один вопрос, порождает два. Если частица - нелокальное возбуждение, то (1) как объяснить ее "точечность", т.е. возможность локализации в малой области пространства? (2) Как объяснить ее целостность, т.е. тот факт, что в процессах взаимодействия нелокальное возбуждение ведет себя как неделимый объект?

Теперь давайте посмотрим на предлагаемую геометрическую интерпретацию «Теории пустоты». Где здесь частица? — это одна из окружностей. Точнее это было бы так, если мы рассматривали бы пустоту. Реальная же материя отличается тем, что частицы должны иметь способность двигаться. А это возможно если происходит деформация окружностей, то есть вместо окружности эллипс (в трехмерности, соответственно вместо шара — эллипсоид). И при этом эллипсы должны быть в своей общей массе настолько разными, чтобы никогда не могли бы уравновесится.

Но давайте вспомним о размерах. Частица в «Теории пустоты», это не та частица которая рассматривается в КПТ (или вообще в физике). В «Теории пустоты» мы её будем называть гипотетическая частица. А вот совокупность гипотетических частиц образует реальную наблюдаемую частицу, которая принята в КПТ, или точнее в физике элементарных частиц. В зависимости от состава этой совокупности и будет получена та или иная элементарная частица.

Теперь что может означать «возбуждение» для «Теории пустоты». Это не что иное как деформация нескольких (поля) частиц, которое происходит во время образования совокупности гипотетических частиц (то есть реальной частицы). Давайте представим себе как это может происходить хотя бы в первом приближении. Моделью такого поля гипотетических частиц может быть большой кусок ткани, например, простынь. Мысленно нанесем на неё рисунок связанных окружностей. Если теперь её взять и попробовать свернуть один трехмерный шарик, что при этом произойдет? Вы существенным образом сомнете простынь, будут образованы складки, простынь превратится из двухмерного объекта в трехмерный, и при этом для образования шарика будут вовлечены целый ряд мысленно нарисованных окружностей.

Вот это и есть возбуждение вокруг одной частицы (скомканного шарика из простыни), причем существенно нелокальное, то есть не в одном конкретном месте (складки изменят всю поверхность простыни — она уже не будет абсолютно плоской).

Точечность и целостность частиц

Теперь ответим на два дополнительно возникших вопроса.

Если возбужден какой-то один осциллятор, то возбуждены и соседние. ... в процессе взаимодействия один из возбужденных осцилляторов начинает передавать энергию осциллятору другого поля (локальность взаимодействия !). Он не может передать всю свою энергию не повлияв на соседние осцилляторы (непрерывность поля !). Процесс взаимодействия не закончится, пока остальные возбужденные осцилляторы не передадут всю свою энергию данному (активному). ... тот факт что нелокальные возбуждения полей ведут себя как неделимые объекты объясняет их целостность. Нелокальные возбуждения взаимодействуют как точечные объекты - и это объясняет их точечность. Что означает возможность локализации частицы с точки зрения КТП? Только то, что она в какой то области пространства, где поле возбужденно, может провзаимодействовать с другой частицей, т.е. с другим полем. Это и есть акт регистрации частицы.

Что этому соответствует в «Теории пустоты»? Если мы скомкает из простыни уже два шарика, а затем попробуем их объединить мы мысленно смоделируем процесс взаимодействия двух частиц. Мы помним что пустоты нету, то есть воздуха вокруг простыни. Тогда взаимодействовать через воздух два таких «шарика», расположенных в разных местах простыни не могут. Для этого им нужно оказаться в одном месте (точечность !) и как бы материи простыни одного «шарика» перетечь (передача энергии) в место расположения другого «шарика» (целостность !). Причины же того или иного квантования заключаются в числе и форме гипотетических частиц, которые образуют эти взаимодействующие «шарики».

Какая физическая реальность отвечает волновой функции?

Конечно, главнейшей проблемой КМ была проблема физического смысла волновой функции.

В КПТ ... Волновая функция описывает одночастичное возбуждение поля, т.е. в ней заложена информация какие осцилляторы возбуждены. ... Частицы есть кванты (одночастичные возбуждения) полей. Функция, описывающая возбужденное поле и есть волновая функция частицы.

А вот отсюда, при попытке математически определить волновую функцию, начинаются «неприятности» как в КМ, так и КТП. Дело в том, что за не имением лучшего (по словам Эйнштейна «из нужды делают добродетель»), волновую функцию определяют как вероятностную, а соответствующая теория становится статистической. А как следствие, любая статистическая теория не может быть полной, так как физические величины которые она определяет нельзя определить с вероятностью равной единице. Рассматривая совокупность хаотически взаимодействующих элементов (помним, что реальная частица состоит из множества гипотетических частиц) по аналогии с термодинамикой (а именно так они рассматриваются в КТП) мы никогда не сможем достоверно что либо сказать о отдельно взятой частице. В этом и состоит неполнота подобных теорий.

Но не будем забегать вперед. Здесь нам нужно сказать, что волновая функция не определяет никак физическую реальность, а точнее определяет её лишь как статистическую вероятность. Что впрочем и не так плохо, так как для стахостического взаимодействия гипотетических частиц сложно найти более точный математический аппарат, но тем не менее возможно. Возможно это из того же факта квантования, а несмотря на сложность математического описания, например складок образующихся в образовании шара из ткани, это не является принципиально невозможным, как это утверждал Бор:

Невозможность более подробного анализа взаимодействий, происходящих между частицей и измерительным прибором … представляет существенное свойство всякой постановки эксперимента, пригодной для изучения явлений рассматриваемого типа, в которых мы сталкиваемся с своеобразной чертой индивидуальности, совершенно чуждой классической физике.

И если принять геометрическое объяснение даваемое «Теорией пустоты», то оказывается нет ни какого принципиального запрета сделать более подробный анализ взаимодействий.

Какова природа дуализма «волна-частица»?

Здесь мы не будем описывать как этот дуализм представляется в КМ или КТП. Это всем в принципе уже известно. Но при этом всюду, где встречается это объяснение оно становится достаточно сбивчивым и принципиально неясным, апеллирующим только к тому, что в одних экспериментах свет (фотон) ведет себя как частица, а в других как волна.

Мы не будет сейчас подробно разбирать этот вопрос, а скажем лишь что данный дуализм есть лишь следствие выбранного математического аппарата.

Какова природа соотношений неопределенностей?

В КМ ... Акт регистрации частицы (возбуждения) начинается с акта взаимодействия одного из возбужденных осцилляторов данного поля с каким либо другим. .. взаимодействовать может начать любой из активированных осцилляторов, поэтому нельзя говорить о "точке", в которой находится это одночастичное взаимодействие. Можно говорить лишь о размерах области, в которой возбуждено поле (Δx). Распределение по импульсу, присущие данному возбуждению, получается с помощью преобразования Фурье ...

… (незаконченно)

Является квантомеханическое описание полным?

Здесь мы можем вслед за А. Энштейном, и при полном согласии следствий «Теории пустоты», определённо сказать: «квантовомеханическое описание реальности посредством волновой функции не полно». Данная здесь геометрическая интерпретация позволяет говорить, что принципиально возможно создать другой математический аппарат квантовой теории, не являющийся статистическим, и достоверно вычисляющий или как минимум объясняющий физическую реальность более полно.