Постулируем, что все эффекты квантово-механической неопределенности являются следствиями отсутствия времени и пространства в системе отчета частицы, распространяющейся с предельной скоростью (согласно преобразованиям Лоренца).
В СТО частицы с массой покоя ≠ 0 не могут двигаться со скоростью света. Хотя электроны имеют массу, но они представляют собой стоячую волну, действующий элемент которой распространяется с предельной скоростью (есть понятие распределения вероятности взаимодействующей “точки” волновой функции). Поэтому постулат применим к обладающим массой частицам, особенно если мы говорим о его спинорной структуре или волновой функции. Любые волны, в том числе стоячие, распространяются с предельной скоростью в данной среде (не говоря про переизлучения) (более обстоятельно: fornit.ru/216).
Рассмотрим конкретные случаи проявления эффектов КМ-неопределенности и показать верность постулата во всех случаях.
Принцип неопределённости Гейзенберга: Δx·Δp ≥ ħ/2
Классический случай:
Для локализованной частицы (например, электрона) чем точнее мы знаем положение (Δx → 0), тем больше становится неопределённость в импульсе (Δp → ∞). Это связано с волновой природой частиц.
Связь с постулатом:
Если частица движется со скоростью, близкой к c, то в её собственной системе отсчёта расстояния сокращаются до нуля (Lorentz contraction), а время останавливается (time dilation).
Это означает, что внутренне для самой частицы нет разницы между различными точками пространства или времени. Она "видит" всё как единое целое.
Таким образом, наблюдатель вне системы видит неопределённость в координате и импульсе, потому что он наблюдает за объектом, который в своей системе отсчёта не имеет структуры пространства и времени.
Вывод: Да, можно интерпретировать неопределённость координаты и импульса как следствие отсутствия внутренней временно́й и пространственной струкуры у частицы.
Неопределённость энергии и времени: ΔE·Δt ≥ ħ/2
Классический случай:
Чем короче временной интервал наблюдения за системой, тем менее определена её энергия. Например, короткоживущие возбуждённые состояния имеют широкий спектр энергии.
Связь с постулатом:
Если в собственной системе отсчёта частицы время остановилось, то для внешнего наблюдателя невозможно точно определить энергию частицы за конечный промежуток времени.
То есть, если частица "не чувствует времени", то её энергия становится неопределённой во внешнем мире.
Это согласуется с формулой ΔE·Δt ≥ ħ/2: при малых Δt — большая неопределённость в энергии.
Вывод: Да, можно считать, что неопределённость энергии является следствием того, что во внутренней системе частицы время не течёт.
Дифракция частиц и интерференция (опыт Юнга)
Классический случай:
Частицы (электроны, фотоны и др.) демонстрируют интерференционную картину, даже когда они проходят по одному — это говорит о их волновой природе.
Связь с постулатом:
Если представить, что частица движется со скоростью света (или близкой к ней), то в её системе отсчёта вся установка (щели, экран) сжата в одну точку. Для неё нет разницы между щелями — она "проходит через все сразу".
Это объясняет, почему частица может интерферировать сама с собой — потому что в её системе отсчёта нет разделения на "левую" и "правую" щель.
Вывод: Да, можно считать, что интерференция и дифракция происходят из-за отсутствия пространственной структуры в системе частицы.
Спонтанное излучение и виртуальные частицы
Классический случай:
В квантовой теории поля частицы могут рождаться и исчезать на очень короткое время (виртуальные частицы), нарушая классическое понимание сохранения энергии на коротких временах.
Связь с постулатом:
Если частица существует очень короткое время (или вообще не существует во времени), то её энергия не определена, и это позволяет нарушать закон сохранения энергии на коротких временных масштабах.
В системе самой частицы время не течёт, поэтому понятия "рождения" и "исчезновения" теряют смысл.
Вывод: Да, можно считать, что существование виртуальных частиц и спонтанные процессы — это следствие отсутствия временной эволюции в системе частицы.
Запутанные состояния и нелокальность
Классический случай:
Квантовая запутанность показывает, что состояние одной частицы мгновенно влияет на состояние другой, даже если они разделены большим расстоянием.
Связь с постулатом:
Если частицы движутся со скоростью света, то в их системе отсчёта пространственные расстояния равны нулю. Таким образом, для них нет разделения на "далеко" и "близко".
То есть, для самих частиц они всегда находятся в одном месте, и поэтому их состояния связаны.
Вывод: Да, можно считать, что нелокальность запутанных частиц — это следствие отсутствия пространственного разделения в их системе отсчёта.
Общий вывод:
Итак, постулат подтверждается во всех рассмотренных случаях: если принять, что в системе отсчёта частицы, движущейся со скоростью света, отсутствуют пространство и время, то все эффекты квантовой неопределённости можно интерпретировать как следствие этого факта. Т.о. стоит рассмотреть квантовую механику как проявление релятивистских симметрий в собственной системе отсчёта частицы.
Реализм – это когда физические свойства существуют объективно, даже если мы их не измеряем.
Локальность – это когда никакое влияние не может передаваться быстрее скорости света.
Согласно подходу локального реализма, частицы не могут влиять друг на друга мгновенно на расстоянии.
Например: у частицы есть определённый спин "вверх" или "вниз", даже до измерения — он просто скрыт от нас до измерения (отсюда термин скрытые параметры).
Белл показал, что если предположить локальный реализм, то можно вывести ограничения на статистические корреляции между результатами измерений, проводимых в разных точках пространства.
Джон Стюарт Белл (1964) вывел математические неравенства, которым должны удовлетворять любые теории с локальным реализмом.
Пример простого неравенства Белла:
|P(a,b) - P(a,c)| ≤ 1 + P(b,c)
Где:
a, b, c — направления измерений спина,
P(x,y) — корреляция между измерениями для направлений x и y.
Если обозначить через A(λ,a) и B(λ,b) результаты измерений спина частиц A и B при ориентациях a и b , то корреляция будет:
Где ρ(λ) — распределение скрытых параметров.
Подставляя это в выражение для S , можно показать, что максимальное значение ∣S∣ не может превышать 2.
В рамках локального реализма:
• Результаты измерений определяются заранее заданными скрытыми параметрами λ,
• Эти параметры одинаковы для всех частиц в ансамбле,
• Они не зависят от выбора направления измерения (предполагается свобода выбора),
• Влияние одного измерения на другое невозможно из-за локальности.
Все три предположения вместе ограничивают возможные значения корреляций, и это приводит к неравенству Белла.
Если хотя бы одно из этих предположений нарушено (например, есть нелокальные эффекты), то неравенство может быть нарушено.
Если неравенства Белла нарушаются, это означает, что невозможно описать явление с помощью локального реализма.
Опыты Аспекта показывают, что для запутанных пар частиц (например, фотонов или электронов) корреляции между измерениями могут быть сильнее, чем позволяет классическая теория локального реализма. Корреляции между измерениями нарушают неравенства Белла. Это означает, что результат измерения одного фотона зависит от результата измерения другого, даже если они разделены большим расстоянием.
Измерения проводились так, чтобы между моментом выбора направления измерения и моментом регистрации фотона не было времени для сигнала, движущегося со скоростью света. Это исключает возможность классической передачи информации. Тем не менее, корреляции всё равно наблюдались — частицы как будто "знают" результаты друг друга мгновенно. Это противоречит представлению о локальности — то есть, что события могут влиять только на своих ближайших соседей.
Как можно показать, что неравенства Белла нарушаются вследствие отсутствия времени и пространства в системе частиц, распространяющихся с предельной скоростью?
Для частиц, распространяющихся со скоростью света, время и
пространство в их собственной системе отсчёта отсутствуют"
То можно попытаться показать, что:
Для таких частиц нет разделения между "здесь" и "там", "до" и "после".
Это делает возможным нелокальные корреляции.
Следовательно, нарушение неравенств Белла может быть следствием релятивистского эффекта, а не чисто квантовой странности.
Пространственно-временные преобразования для частиц со скоростью света
Согласно преобразованиям Лоренца, для наблюдателя, движущегося со скоростью v→c:
Пространственные расстояния сокращаются до нуля:
Временные интервалы растягиваются:
Собственное время останавливается:
Таким образом, в системе отсчёта частицы, движущейся со скоростью света, нет ни пространства, ни времени.
Неравенства Белла: формализация
Рассмотрим стандартное неравенство:
Где:
a,a′ — направления измерений на стороне A,
b,b′ — направления измерений на стороне B,
E(α,β) — корреляция результатов измерений при углах α и β.
Квантовая механика предсказывает, что:
То есть, неравенство Белла нарушается.
Квантовые корреляции и отсутствие локального реализма
Классические теории с локальными скрытыми параметрами требуют:
Что свойства частиц определены заранее (реализм),
Что влияние передаётся только локально (локальность).
Но если мы принимаем гипотезу о том, что для частиц нет пространства и времени, то:
Они не могут быть разделены по координатам — они "всегда вместе",
Они не имеют временного порядка — они "всегда одновременны".
Таким образом, корреляции между частицами естественны и не зависят от расстояния.
Модель нарушения неравенств Белла через отсутствие времени и пространства
Попробуем формализовать это интуитивно:
Предположим:
Запутанные частицы находятся в общей физической реальности, поскольку в их системе отсчёта они совпадают в пространстве и времени.
Это позволяет им иметь объединённую динамику, даже если в нашей системе отсчёта они разделены.
Тогда:
При измерении одной частицы её состояние "фиксируется",
Но поскольку в их собственной системе отсчёта это происходит одновременно, вторая частица тоже оказывается в соответствующем состоянии.
Такое поведение не противоречит СТО, потому что никакая информация не передаётся быстрее света — просто корреляция возникает вследствие общей вневременной структуры системы.
Пример: поляризация запутанных фотонов
Рассмотрим два запутанных фотона в состоянии:
В классическом случае корреляции ограничены неравенством
Белла.
В квантовом случае корреляции зависят от угла между поляризаторами:
Подставляя это в CHSH-выражение, получаем — нарушение неравенства.
Если же считать, что фотоны находятся в единой точке в своей системе отсчёта, то угол θ между детекторами не существует в их собственной реальности. Их поведение определяется внутренней симметрией, а не внешними координатами.
Это объясняет, почему корреляции могут быть сильнее, чем предсказывают локальные модели. Опыт Аспекта неверно интерпретировался из-за попытки опровержения наличия скрытых параметров, которые могли бы объяснить эффект мгновенной корреляции.
Что на самом деле доказывают неравенства Белла?
Eсли неравенства нарушаются, хотя бы одно из этих предположений ложно:
Для частиц, движущихся со скоростью света, нет внутреннего разделения на "здесь" и "там", "раньше" и "позже",
Возникает следующую модель:
Таким образом, нарушение неравенств Белла — не результат мистической нелокальности, а следствие отсутствия пространства-времени в системе частицы.
Предположим, у нас есть две запутанные частицы A и B. В нашей системе отсчёта они разделены на расстояние r и измеряются в моменты tAи tB .
Но в собственной системе частиц:
То есть, для них:
В рамках специальной теории относительности (СТО), объекты, движущиеся со скоростью света (например, фотоны), не имеют инерциальной системы отсчёта в обычном смысле: для них собственное время равно нулю, пространственные координаты "схлопываются", и математически такие системы не определены.
Тем не менее, существуют работы, где делается попытка описать "точку зрения" фотона или частицы, движущейся со скоростью света, через формализмы, такие как нуль-координаты или модели с вырожденной, подходы через аффинный параметр вместо времени (Аффинный параметр — это произвольная скалярная величина, используемая для параметризации мировой линии частицы в пространстве-времени. Он не обязательно имеет физический смысл времени, но позволяет математически описать движение частицы), начиная с работ П. Дирака.
В работе “
В работе “
В работе “
В работе “
“
В работе “
В работе “
Почему при таком немалом количестве и разнообразии научных работ по описанию квантов с учетом их нулевого времени нет работ по объяснению квантово-механических эффектов неопределенности? Ведь это - прямой путь для связывания квантовой механики и СТО.
1. Проблема интерпретации
Классическая квантовая механика опирается на понятие времени как внешнего параметра, не зависящего от состояния частицы. Волновая функция ψ(x,t) эволюционирует во времени по уравнению Шрёдингера или Дирака.
Но для фотона или другого безмассового кванта:
Собственное время dτ=0
Нет внутренней "динамики" в смысле временной эволюции
Это вызывает сложности с построением стандартной волновой функции
Поэтому если попытаться ввести нулевое время как причину квантовой неопределённости, сразу возникают проблемы:
Как описать временную эволюцию?
Что считать "состоянием" объекта?
Можно ли вообще говорить о вероятностях и измерениях без временного контекста?
Эти вопросы пока остаются открытыми и требуют новой концепции.
2. Трудности формализма
В квантовой теории поля (КТП), которая является релятивистски инвариантной, фотоны описываются через поля, а не через траектории или волновые функции. Это позволяет обойти проблему собственного времени, но не даёт прямой связи между нулевым временем и неопределённостью.
Квантовые эффекты (например, запутанность, коллапс, неопределённость) рассматриваются уже вне зависимости от свойств отдельных фотонов
Иными словами: квантовая неопределённость оказывается следствием математической структуры самой квантовой теории, а не следствие того, что у частицы нет собственного времени.
3. Отсутствие экспериментального подтверждения
Если кто-то предложит гипотезу, что неопределённость возникает потому, что у кванта нет времени, то она должна быть проверяемой.
Но у нас нет способа наблюдать "точку зрения фотона".
Нет эксперимента, который бы показал, что именно нулевое время вызывает квантовые эффекты.
Поэтому такие идеи остаются на уровне философских рассуждений или математических моделей, а не полноценных научных теорий.
Есть ли работы, близкие к этой идее?
Хотя прямых работ, где нулевое время кванта объясняет квантовую неопределённость, действительно немного, есть работы, которые подходят к теме косвенно:
· "Relational Quantum Mechanics" (RQM) — Карло Ровелли [Rovelli, C. (1996). Relational quantum mechanics. International Journal of Theoretical Physics]. Идея: квантовое состояние всегда относительно наблюдателя. Для наблюдателя, движущегося со скоростью света, время останавливается, и квантовая динамика может выглядеть иначе. Хотя Ровелли не говорит прямо о нулевом времени как источнике неопределённости, он развивает идею, что квантовость связана с ограничениями информации и взаимодействия между системами
· "Quantum Reference Frames" — Časlav Brukner и др. [Giacomini, F., et al. (2019). Quantum mechanics and the covariance of physical laws in quantum reference frames. Nature Communications] - в этих работах исследуется, как описание квантовых состояний зависит от выбора системы отсчёта. Можно представить систему отсчёта, связанную с объектом, движущимся со скоростью света. Такие исследования могут быть первым шагом к пониманию, как релятивистские эффекты влияют на квантовые корреляции.
· "Twistor Theory" — Роджер Пенроуз [Penrose, R. (2004). The Road to Reality. Chapter on Twistors] считает, что в рамках этого формализма пространство-время строится из объектов, связанных с нуль-геодезическими (траекториями света). Он предлагает пересмотреть понятия локальности и времени. Это может быть фоном для будущих теорий, где нулевое время будет играть роль в квантовой неопределённости.
Почему эта идея ещё не стала основным направлением?
Не ясно, как формально включить нулевое время в квантовую теорию.
Гипотеза не проверяема современными средствами.
Существующие модели хорошо работают, поэтому радикальные изменения не приветствуются без явной необходимости.
Тема требует знаний в области ОТО, КТП, философии времени и квантовой информации.
Но это не значит, что так будет всегда!
Как нулевое пространство-время квантов порождает метрику пространства-времени? Как нулевое пространство-время квантов порождает реальную метрику пространства-времени – основу всех причинно-следственных явлений?
В природе нет ничего кроме квантов и их взаимодействий (причем для взаимодействий нужны формы закольцовок распространение я квантов в виде стоячих волн, которые проявляют статические вектора гравитационного, электромагнитного и т.д. характера).
Поэтому основа локальной метрики в том, что временные и пространственные интервалы можно определить через распространение сигналов между наблюдателями. Это значит, что метрика пространства-времени может быть восстановлена через совокупность нуль-траекторий, даже если каждая отдельная траектория имеет dτ=0. Другими словами, метрика взаимных причинно-следственных отноршений может быть построена на основе совокупности аффинных параметров и взаимодействий квантов , даже если у каждого из них нет собственного времени.
Начнем с рассмотрения того, как стоячие волны квантов порождают статические поля (например, гравитационные, электромагнитные), обеспечивающие тип и силу взаимодействий в причинно-следственных.
Фотоны и другие кванты — это распространяющиеся волны, движущиеся со скоростью света. В определенных условиях они могут образовывать самозамкнутые структуры — стоячие волны. Стоячая волна возникает при интерференции двух встречных волн одинаковой частоты:
Если представить себе петлю, по которой бежит волна электромагнитного возмущения, то при выполнении условия:
волна становится стоячей на этой петле. создавая локализованное распределение энергии. Это распределение эквивалентно электрическому заряду и выглядит как статическое поле и по нормали – вектор магнитного поля.
Когда стоячие волны (или закольцованные структуры) находятся рядом, они начинают влиять друг на друга через статическую динамику закольцованных квантов — это и есть взаимодействия.
Статические поля не взаимодействуют мгновенно, они определяют, как сигналы будут распространяться в динамике, то есть, локализованные стоячие волны задают фон метрики и полей, а уже по этому фону распространяются сигналы. Таким образом, они определяют структуру причинности.
В некоторых моделях элементарные статические частицы
представляются как замкнутые структуры, например, в теории струн или петлевой
квантовой гравитации. Энергия этих петель локализована - соответствует массе, спину, заряду (
По
В оптическом резонаторе стоячая волна может создавать
эффект, аналогичный инерции. Это называется эффективная масса фотонов в среде и
Итак, когда стоячие волны или закольцованные структуры находятся рядом, они начинают взаимодействовать друг с другом через статическую динамику закольцованных квантов — это и есть проявление фундаментальных взаимодействий.
Рассмотрим, как проявляется метрика пространства-времени при наблюдении
Животное воспринимает логику причинно-следственных связей в метрике пространства-времени рецепторами, в которых происходит взаимодействия элемента рецептора, способного к определенному характеру взаимодействия и внешнему воздействию. Таким образом, логика причинно-следственных связей , которую воспринимает животное, формируется на основе квантовых событий.
В случае зрительного рецептора происходит взаимодействие между светочувствительной молекулы (например, родопсином) и фотона. На обоих взаимодействующих концах – кванты, на стороне рецептора в виде стоячей волны (электрона внешнего электронного слоя в составе атома), и свободно распространяющегося фотона, который способен поглотить электрон рецептора. У обоих квантов нет внутреннего пространства-времени, как и вообще у всех квантов, образующих своими взаимодействиями тело животного.
Но между двумя регистрациями поочередного воздействия фотонов на глаз, есть события взаимодействий множества квантов, глаз мог моргнуть, сдвинуться и т.п., все они также состоят из квантовых взаимодействий. Совокупность этих событий создаёт ощущение протекания времени и движения. Внутреннее время участвующих в этих событиях квантов хотя и нулевое, но получается, что не одинаковое относительно других квантов.
Т.е. если взять рассмотрения внутреннего времени одного кванта относительно другого, то отношение будет давать вполне определенную ненулевую величину. Можно сказать, что нулевое время квантов, живущих между разными своими событиями взаимодействия имеют разные “мощности”. Такое понятие “мощностей” есть у бесконечностей, например, число точек в линиях разной длины хотя и бесконечно, но у более длинной линии их больше и в отношении лини дадут число отношения длин. То же происходит и в отношении взаимодействий квантов.
Именно при взаимодействии квантов возникает метрика времени-пространства как относительное сравнение нулевого пространства-времени внутри квантов, что порождает эффективное время и пространство, которые мы воспринимаем как объективную реальность.
Поэтому два последовательный акта восприятия света имеет вполне определенное, не нулевое значение причинно-следственного процесса.
Формализация понятия "мощности нулевого времени"
1. Определение основных объектов
Пусть:
Q — множество всех квантовых событий (актов взаимодействия).
— конкретный квант или событие.
— внутреннее (собственное) время
кванта
для всех qi
Однако, между квантами можно определить каузальную цепочку (причинно-следственную связь):
Можно рассмотреть путь , состоящий из последовательности таких событий:
2. Введение меры "мощности" нулевого времени
Хотя T(qi)=0 , можно ввести функцию эффективной длительности Δ(qi,qj) , которая выражает количество квантовых событий между двумя наблюдаемыми состояниями.
Определение эффективного времени:
где:
Теперь введём понятие мощности нулевого времени между двумя событиями A и B:
То есть, это количество квантовых событий в каузальной цепочке между A и B.
Тогда - это аналог числа точек на отрезке — хотя каждое событие имеет T=0
, их совокупность порождает временной интервал.
4. Отношение мощностей
Если взять две каузальные цепочки:
Тогда их отношение мощностей:
Это отношение может быть использовано как метрический коэффициент между событиями, подобно тому, как отношение длин отрезков задаёт расстояние.
5. Пример: восприятие двух световых импульсов
Рассмотрим два акта восприятия света глазом:
Между ними произошли события:
Пусть:
Тогда:
То есть, эффективное время между E1 и E2 — это просто число промежуточных квантовых событий.
Мощность нулевого времени между двумя событиями — это количество квантовых взаимодействий, которые происходят между ними. Хотя собственное время каждого кванта равно нулю, их совокупность позволяет определить эффективное время как сумму или количество таких событий.
Таким образом, пространство-время возникает как структура, основанная на каузальных цепочках квантовых взаимодействий.
Как показывает специальная теория относительности, даже для одного и того же события или процесса временные и пространственные интервалы могут быть разными у разных наблюдателей. Более того, для объектов, движущихся со скоростью света, собственное время равно нулю. Это значит, что для них "внешнее" время и пространство теряют смысл. Тем не менее, эти объекты участвуют в причинно-следственных цепочках, которые мы воспринимаем как протекание времени и существование пространства.
Таким образом, метрика пространства-времени оказывается относительной и зависящей от системы отсчёта и типа взаимодействий.
Это позволяет утверждать, что не существует единой "реальной" размерности пространства, а есть эффективные модели, зависящие от масштаба и типа взаимодействий.
Как видно, материка пространства и времени оказывается относительным от наблюдателя отражением квантовых событий и одно и тоже для разных наблюдателей может иметь разные величины такой метрики, от нулевого времени передвигающегося с предельной скоростью до относительного восприятия совокупности квантовых событий.
Пространственную метрику в любом случае следует понимать как число степеней свободы, определяемую видом и характером взаимодействий. Так теория струн для системы свободного кванта определяет 9 степеней свободы, для взаимодействий в атомном ядре – четыре степени свободы, для электромагнитных взаимодействий – три степени свободы, что определяет то, насколько затухают зависимые от метрики процессы взаимодействий. Так, электромагнитное и гравитационное взаимодействие затухает обратно пропорционально квадрату расстояния, а внутриатомное – кубу.
Пространство и время – понятия относительные, а не некая физическая сущность, т.е. пространство и время не существуют в виде чего-то, а представляют собой отражение вида взаимодействий.
В целом примененные в этой статье понятия могут использоваться для обобщения СТО и квантовой механически в общую концепцию взаимодействий.
Обнаружен организм с крупнейшим геномом Новокаледонский вид вилочного папоротника Tmesipteris oblanceolata, произрастающий в Новой Каледонии, имеет геном размером 160,45 гигапары, что более чем в 50 раз превышает размер генома человека. | Тематическая статья: Вырождение конференций в пиар-акции |
Рецензия: Комментарии к книге Иллюзия себя: Что говорит нейронаука о нашем самовосприятии Г. Бернс | Топик ТК: Элементы конечных образов восприятия |
| ||||||||||||