Ткань космоса: Пространство, время и структура реальности
| Вид материала | Документы |
- Тема 2 Социальное пространство и социальная структура. Понятие социального пространства, 586.13kb.
- Программа вступительного экзамена по специальности в магистратуру физического факультета, 209.43kb.
- Название работы, 371.8kb.
- Политическое сознание. (Ольшанский) Структура сознания в русле методологии деятельностного, 37.54kb.
- Реферат по дисциплине: Философия на тему: Время и пространство в философии, 382.06kb.
- Схемы, пространство-время и мышление в контексте проблемы освоения интеллектуальных, 160.25kb.
- Социальное пространство компьютерно-опосредованной реальности: опыт феноменологической, 295.3kb.
- Романтика космоса, 1113.61kb.
- «Химия космоса», 282.27kb.
- Цикл семинаров «новые парадигмы для человечества. Структура реальности. Природа человека», 90.37kb.
Но имеется другой подход, который, будучи более чем смелым предположением, наполняет меня несравненным удивлением. В Главе 11 мы обсуждали, как эффекты мельчайших квантовых скачков могут быть заметны на любом ясном ночном небе, поскольку они были чудовищно растянуты космическим расширением, приведя в итоге к сгущениям, давшим начало формированию звезд и галактик. (Повторим аналогию с мельчайшими черточками, нарисованными на воздушном шаре, которые растягиваются по его поверхности, когда шар раздувается). Это осознание наглядно дает доступ к квантовой физике через астрономические наблюдения. Вероятно, это может быть продвинуто даже дальше. Возможно, космическое расширение может растянуть отпечатки даже самых мелкомасштабных процессов или свойств – физики струн или, возможно, квантовой гравитации, или атомистической структуры самого ультрамикроскопического пространства-времени – и распространить их влияние, в некотором тонком, но наблюдаемом смысле, через небеса. Это означает, может быть, что вселенная уже расписана микроскопическими волокнами ткани космоса и явно раскрывает их через небо, и все, что нам нужно, это научиться, как распознавать картинку.
Оценка самых современных предложений для глубоких физических законов может в будущем потребовать, чтобы дикая мощь ускорителей частиц была в состоянии воссоздать неистовые условия, невиданные с моментов после Большого взрыва. Но для меня не будет ни достижения более поэтичного, ни итога более привлекательного, ни унификации более полной, чем подтвердить для нас наши теории ультрамалого – наши теории об ультрамикроскопической структуре пространства, времени и материи – просто через нацеливание наших самых мощных телескопов в небо и через безмолвный пристальный взгляд на звезды.
Толковый словарь
Абсолютизм: Точка зрения, считающая, что пространство абсолютно.
Абсолютное пространство: Ньютоновский взгляд на пространство; воображаемое пространство как неизменное и независимое от его содержимого.
Абсолютное пространство-время: Взгляд на пространство, возникающий из СТО; воображаемое пространство через полноту времени, с любой системы отсчета, как неизменное и независимое от его содержимого.
Большого взрыва теория/стандартная теория Большого взрыва: Теория, описывающая горячую, расширяющуюся вселенную от момента после ее рождения.
Большой хруст: Один из возможных концов вселенной, аналог обращенного Большого взрыва, в котором пространство коллапсирует само в себя.
Вакуум: Наибольшая пустота, в которой может быть регион; состояние с низшей энергией.
Вакуумные флуктуации поля: См. Квантовые флуктуации.
Великое объединение: Теория, пытающаяся объединить сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия.
Величина вакуумного среднего Хиггсова поля: Ситуация, в которой Хиггсово поле приобретает ненулевую величину в пустом пространстве; Хиггсов океан.
Вероятностная волна: Волна в квантовой механике, которая кодирует вероятность, что частица будет найдена в данном положении.
Волновая функция: См. Вероятностная волна.
Вращательная инвариантность, вращательная симметрия: Характеристика физической системы или теоретического закона, при которой они не изменяются при вращении.
Временное сечение: Все пространство в данный момент времени; отдельное сечение пространственно-временного блока или батона.
Второй закон термодинамики: Закон, который гласит, что, в среднем, энтропия физической системы имеет тенденцию возрастать от любого заданного момента.
Глюоны: Переносчики сильного ядерного взаимодействия.
Горизонт событий: Воображаемая сфера, окружающая черную дыру, отделяющая точки невозврата; все, пересекшее горизонт событий, не может спастись от гравитации черной дыры.
Гравитоны: Гипотетические частицы-переносчики гравитационного взаимодействия.
Единая теория: Теория, которая описывает все силы и всю материю в единой теоретической структуре.
Замкнутые струны: Нити энергии в теории струн в форме петель.
Запутывание, квантовое запутывание: Квантовый феномен, в котором пространственно разделенные частицы имею коррелированные свойства.
Инерция: Свойство объекта сопротивляться ускорению.
Интерференция: Явление, в котором перекрывающиеся волны создают характерную картину; в квантовой механике включает в себя объединение вместе кажущихся особыми альтернатив.
Инфляционная космология: Космологическая теория, включающая короткий, но гигантский взрыв пространственного расширения в ранней вселенной.
Информация выбора пути: Квантовомеханическая информация, очерчивающая путь, который частица выбирает, двигаясь от источника к детектору.
Казимира cила: Квантовомеханическая сила, основанная на дисбалансе вакуумных флуктуаций поля.
Калуцы-Кляйна теория: Теория вселенной, содержащая более чем три пространственных измерения.
Квантовая механика: Теория, разработанная в 1920е и 1930е для описания области атомов и субатомных частиц.
Квантовая хромодинамика: Квантовомеханическая теория сильного ядерного взаимодействия.
Квантовые флуктуации, квантовые дрожания, квантовые скачки: Неизбежные быстрые изменения величины поля на малых масштабах, возникающие из квантовой неопределенности.
Кварки: Элементарные частицы, подверженные сильному ядерному взаимодействию; имеется шесть разновидностей (верхний (up), нижний (down), странный (strange), очарованный (charm), вершинный (top), донный (bottom)).
Кельвин: Шкала, по которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (минимально возможной температуры, около –273№ по шкале Цельсия).
Классическая физика: Как использовалось в этой книге, физические законы Ньютона и Максвелла. В более общем смысле часто используется для ссылок на все неквантовые законы физики, включая СТО и ОТО.
Коллапс вероятностной волны, коллапс волновой функции: Гипотетический процесс, в котором вероятностная волна (волновая функция) переходит из распределенной к пикообразной форме.
Копенгагенская интерпретация: Интерпретация квантовой механики, которая воображает, что большие объекты подвержены действию классических законов, а малые объекты подвержены действию квантовых законов.
Космический горизонт, горизонт: Положения в пространстве, за пределами которых свет не может иметь времени, чтобы достичь нас за период с начала вселенной.
Космическая микроволновая фоновая радиация: Остаточная электромагнитная радиация (фотоны) из ранней вселенной, которая пронизывает пространство.
Космологическая константа: Гипотетическая энергия и давление, однородно заполняющая пространство; происхождение и состав не известны.
Космология: Изучение происхождения и эволюции вселенной.
Критическая плотность: Величина плотности массы/энергии, требуемая, чтобы пространство было плоским, около 10–23 грамма на кубический метр.
Независимость от фона: Свойство физической теории, в которой пространство и время возникают из более фундаментальной концепции, вместо того, чтобы быть введенными аксиоматически.
Маха принцип: Принцип, в соответствии с которым любое движение является относительным и стандарт покоя обеспечивается средним распределением массы во вселенной.
Микроволновая фоновая радиация: См. Космическая микроволновая фоновая радиация.
Многомировая интерпретация: Интерпретация квантовой механики, в которой все возможности, содержащиеся в вероятностной волне, реализуются в отдельных вселенных.
М-теория: В настоящее время незавершенная теория объединения всех пяти версий теории струн, полностью квантовомеханическая теория всех сил и всей материи.
Наблюдаемая вселенная: Часть вселенной внутри нашего космического горизонта; часть вселенной, достаточно близкая, чтобы испущенные ею свет мог достичь нас до сегодняшнего дня; часть вселенной, которую мы можем видеть.
Неопределенности принцип: Свойство квантовой механики, при котором имеется фундаментальное ограничение на то, насколько точно определенные взаимодополняющие физические свойства могут быть измерены или определены.
Открытые струны: Нити энергии в струнной теории в форме обрывков.
Отрицательная кривизна: Форма пространства, содержащего плотность меньше критической; седлообразная форма.
Общая теория относительности (ОТО): Теория гравитации Эйнштейна, привлекающая кривизну пространства и времени.
Планка время: Время (10–43 секунды), которое требуется свету, чтобы пролететь Планка длину; интервал времени, ниже которого общепринятое понятие времени теряет применимость.
Планка длина: Расстояние (10–33 сантиметра), ниже которого проявляется конфликт между квантовой механикой и ОТО; размер, ниже которого общепринятое понятие пространства теряет применимость.
Планка масса: Масса (10–5 грамма, масса частички пыли, десять миллиардов миллиардов масс протона), типичная масса колеблющейся струны.
Плоское пространство: Возможная форма пространства вселенной, не имеющая кривизны.
Поле: "Дымка" или "эссенция", пронизывающая пространство, может передавать взаимодействие или описывать присутствие/движение частиц. Математически содержит число или комбинацию чисел в каждой точке пространства, обозначающих величину поля.
Поле инфлатона: Поле, чья энергия и отрицательное давление вызывает инфляционное расширение.
Потенциальная энергия: Энергия, запасенная в поле или объекте.
Проблема горизонта: Затруднение космологической теории в объяснении, как области пространства, находящиеся друг от друга за пределами космического горизонта, имеют почти идентичные свойства.
Проблема квантового измерения: проблема объяснения, как мириады возможностей, закодированные в вероятностной волне, дают путь для одного результата в процессе измерения.
Проблема плоскостности: Затруднение космологической теории в объяснении наблюдаемой плоскостности пространства.
Пространство-время: Единство пространства и времени, впервые озвученное СТО.
Реляционизм: Точка зрения, заключающаяся в том, что все движения относительны и пространство не абсолютно.
Светоносный эфир: См. Эфир.
Сильное ядерное взаимодействие: Силы природы, которые влияют на кварки; удерживает кварки вместе внутри протонов или нейтронов.
Симметрия: Преобразование физической системы, которое оставляет проявление системы неизменным (например, вращение совершенной сферы относительно ее центра оставляет сферу неизменной); преобразование физической системы, которое не влияет на законы, описывающие систему.
Симметрия относительно обращения времени: Свойство принятых законов природы, при котором законы не делают различия между одним и другим направлением времени. От любого заданного момента законы трактуют прошлое и будущее совершенно одинаковым образом.
Скорость: Скорость и направление движения объекта.
Слабое ядерное взаимодействие: Сила природы, действующая на субатомных масштабах и отвечающая за явления, подобные радиоактивному распаду.
Специальная теория относительности (СТО): Теория Эйнштейна, в которой пространство и время не являются индивидуальными абсолютами, а, вместо этого, зависят от относительного движения индивидуальных наблюдателей.
Спин: Квантовомеханическое свойство элементарных частиц, в котором, в некотором смысле подобно волчку, они испытывают вращательное движение (имеют внутренний угловой момент).
Спонтанное нарушение симметрии: Формальное название Хиггсова океана; процесс, при котором ранее проявлявшаяся симметрия скрывается или портится.
Стандартная модель: Квантовомеханическая теория, состоящая из квантовой хромодинамики и электрослабой теории; описывает всю материю и силы, за исключением гравитации. Основывается на концепции точечных частиц.
Стандартные свечи: Объекты с известной внутренней яркостью, которые удобны для измерений астрономических расстояний.
Стрела времени: Направление, в котором кажется ориентированным время, – от прошлого в будущее.
Струн теория: Теория, основывающаяся на одномерных колеблющихся нитях энергии (см. Суперструн теория), но которая не обязательно включает суперсимметрию. Иногда используется как сокращение теории суперструн.
Суперсимметрия: Симметрия, в которой законы не изменяются, когда частицы с целочисленным спином (частицы сил) взаимозаменяются на частицы с полуцелым спином (частицы материи).
Суперструн теория: Теория, в которой фундаментальные ингредиенты являются одномерными петлями (замкнутые струны) или обрывками (открытые струны) колеблющейся энергии, которая объединяет ОТО и квантовую механику; включает суперсимметрию.
Сценарий мира на бране: Возможность в рамках теории струн/М-теории, что наши привычные три пространственных измерения являются 3-браной.
Темная материя: Материя, заполняющая пространство, оказывая гравитационное воздействие, но не испускающая света.
Темная энергия: Гипотетическая энергия и давление, однородно заполняющая пространство; более общее понятие, чем космологическая константа, поскольку ее энергия/давление может изменяться со временем.
Трансляционная инвариантность, трансляционная симметрия: Свойство принятых законов природы, при котором законы применимы в любом месте пространства.
Ускорение: Движение, которое содержит изменение в скорости и/или направлении.
Ускоритель, атомный разрушитель: Исследовательское устройство физики частиц, которое сталкивает частицы друг с другом на большой скорости.
Фазовый переход: Качественное изменение физической системы, когда ее температура меняется в достаточно широком диапазоне.
Фотон: Частица-переносчик электромагнитного взаимодействия; мельчайший "пучок" света.
Хиггсов океан: Сокращение, специфическое для данной книги, для величины вакуумного среднего Хиггсова поля.
Хиггсово поле: См. Электрослабое Хиггсово поле.
Частица-переносчик: Мельчайший "пакет" или "пучок" силы, с помощью которого осуществляется обмен силовым воздействием.
Частицы Хиггса: Мельчайшие квантовые составляющие Хиггсова поля.
Чаша потенциальной энергии: Форма, описывающая энергию, содержащуюся в поле при данной величине поля; формальное название потенциальной энергии поля.
Черная дыра: Объект, чье безмерное гравитационное поле захватывает все, даже свет, который остается внутри (внутри горизонта событий черной дыры).
Электромагнитная сила: Одна из четырех природных сил; действует на частицы, которые имеют электрический заряд или магнитные свойства.
Электромагнитное поле: Поле, которое оказывает электромагнитную силу.
Электронное поле: Поле, для которого электрон является мельчайшим количеством или составляющей.
Электрослабая теория: Теория, объединяющая электромагнитные и слабые ядерные силы в электрослабые силы.
Электрослабое Хиггсово поле: Поле, которое имеет ненулевую величину в холодном, пустом пространстве, дает начало массам фундаментальных частиц.
Энергетическая чаша: См. Чаша потенциальной энергии.
Энтропия: Мера беспорядка физической системы, число перегруппировок фундаментальных составляющих системы, которые оставляют ее макроскопические общие проявления неизменными.
Эфир, светоносный эфир: Гипотетическая субстанция, заполняющая пространство, которая обеспечивает среду для распространения света; отвергнута.
D-браны, p-браны Дирихле: p-браны, которые "клейкие"; p-браны, к которым прикреплены концы открытых струн.
p-брана: Ингредиент теории струн/М-теории с p пространственными измерениями. См. также D-браны.
W и Z частицы: Частицы-переносчики слабого ядерного взаимодействия.
Советы для дальнейшего чтения
Общая и специальная литература о пространстве и времени обширна. Приведенные ниже ссылки в большей степени предназначены для массового читателя, но некоторые требуют более углубленной подготовки, они оказались полезными для меня и являются хорошим стартом для читателя, который хочет дальше рассмотреть исследования, затронутые в этой книге.
Albert, David. Quantum Mechanics and Experience. Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1994.
------- Time and Chance. Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 2000.
Alexander, H. G. The Leibniz-Clarke Correspondence. Manchester, Eng.; Manchester University Press, 1956.
Barbour, Julian. The End of Time. Oxford: Oxford University Press, 2000.
------- and Herbert Pfister. Mach's Principle. Boston: Birkhauser, 1995,
Barrow, John. The Book of Nothing. New York: Pantheon, 2000.
Bartusiak, Marcia. Einstein's Unfinished Symphony. Washington, D.C.; Joseph Henry Press, 2000.
Bell, John. Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics. Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 1993.
Blanchard, Ph., and D. Giulini, E. Joos, C. Kiefer, I.-O Stamateseu. Decoherence: Theoretical, Experimental and Conceptual Problems. Berlin: Springer, 2000.
Callender, Craig, and Nick Hugget. Physics Meets Philosophy at the Planck Scale. Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 2001.
Cole, K. C. The Hole in the Universe. New York: Harcourt, 2001.
Crease, Robert, and Charles Mann. The Second Creation. New Brunswick, N.J.: Rutgers University Press, 1996.
Davies, Paul. About Time. New York: Simon & Schuster, 1995.
------- How to Build a Time Machine. New York: Allen Lane, 2001.
------- Space and Time in the Modern Universe. Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 1977,
D'Espagnat, Bernard. Veiled Reality. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1995.
Deutsch, David. The Fabric of Reality. New York: Allen Lane, 1997.
Ferns, Timothy. Coming of Age in the Milky Way. New York: Anchor, 1989.
------- The Whole Shebang. New York: Simon & Schuster, 1997.
Feynman, Richard. QED. Princeton: Princeton University-Press, 1985.
Folsing, Albrecht. Albert Einstein. New York: Viking, 1997.
Gell-Mann, Murray. The Quark and the jaguar. New York: W. H. Freeman, 1994.
Gleick, James. Isaac Newton. New York: Pantheon, 2003.
Gott, J. Richard. Time Travel in Einstein's Universe. Boston: Houghton Mifflin, 2001.
Guth, Alan. The Inflationary Universe. Reading, Mass.: Perseus, 1997.
Greene, Brian. The Elegant Universe. New York: Vintage, 2000.
------- Элегантная вселенная. Москва: УРСС, 2004 (1-е изд.,), 2005 (2-е изд.).
Gribbin, John. Schrodinger's Kittens and the Search for Reality. Boston: Little, Brown, 1995,
Hall, A. Rupert. Isaac Newton. Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 1992.
Halliwell,}. J., J. Perez-Mercader, and W, H. Zurek. Physical Origins of Time Asymmetry. Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 1994.
Hawking, Stephen. The Universe in a Nutshell. New York: Bantam, 2001.
------- and Roger Penrose. The Nature of Space and Time. Princeton: Princeton University Press, 1996.
------- Kip Thorne, Igor Novikov, Timothy Ferns, and Alan Lightman. The Future of Spacetime. New York: Norton, 2002.
Jammer, Max. Concepts of Space. New York: Dover, 1993.
Johnson, George. A Shortcut Through Time. New York: Knopf, 2003.
Kaku, Michio. Hyperspace, New York: Oxford University Press, 1994.
Kirschner, Robert. The Extravagant Universe. Princeton: Princeton University Press, 2002.
Krauss, Lawrence. Quintessence. New York: Perseus, 2000.
Lindley, David. Boltzmann's Atom. New York: Free Press, 2001.
------- Where Does the Weirdness Go? New York: Basic Books, 1996.
Mach, Ernst. The Science of Mechanics. La Salle, 111.: Open Court, 1989,
Maudlin, Tim. Quantum Non-locality and Relativity. Maiden, Mass.: Blackwell, 2002.
Mermin, N. David. Boojums All the Way Through. New York: Cambridge University Press, 1990.
Overbye, Dennis. Lonely Hearts of the Cosmos. New York: HarperCollins, 1991.
Pais, Abraham. Subtle Is the Lord. Oxford: Oxford University Press, 1982.
Penrose, Roger. The Emperor's New Mind. New York: Oxford University1 Press, 1989.
Price, Huw. Time's Arrow and Archimedes' Point. New York: Oxford University Press, 1996.
Rees, Martin. Before the Beginning. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1997.
------- Just Six Numbers. New York: Basic Books, 2001.
Reichenbach, Hans. The Direction of Time. Mineola, N.Y.: Dover, 1956.
------- The Philosophy of Space and Time. New York: Dover, 1958.
Savitt, Steven. Time's Arrows Today. Cambridge, Eng.: Cambridge University Press, 2000.
Schrodinger, Erwin. What Is Life? Cambridge, Eng.: Canto, 2000.
Siegfried, Tom. The Bit and the Pendulum. New York: John Wiley, 2000.