Конец нелокальности

Аннотация

В данной статье предлагается оригинальная интерпретация квантово-механических эффектов неопределенности, основанная на принципах специальной теории относительности. Основой является гипотеза, согласно которой все проявления квантовой неопределенности (включая соотношение неопределенностей Гейзенберга, нелокальность запутанных состояний и интерференционные эффекты) можно рассматривать как следствие отсутствия собственного пространства и времени у частиц, движущихся с предельной скоростью (скоростью света).

Проведено подробное рассмотрение различных квантовых явлений — от дифракции и спонтанного излучения до нарушения неравенств Белла — в рамках этой гипотезы. Утверждается, что для самой частицы, распространяющейся со скоростью света, нет внутренней временной или пространственной структуры, и именно это порождает наблюдаемую квантовую неопределенность во внешнем мире.

В этих рамках анализируется роль физического вакуума в процессе передачи квантовых состояний, представляя движение кванта как последовательную замену его состояния через взаимодействие с локальными элементами вакуума. Это позволяет переосмыслить понятие "движения" как реляционного процесса, а не перемещения одного и того же объекта в абсолютном пространстве.

Кроме того, обсуждается возникновение эффективной метрики пространства-времени как статистического свойства каузальных цепочек квантовых взаимодействий. Пространство и время рассматриваются не как самостоятельные сущности, а как абстракции, возникающие благодаря структуре взаимодействий между квантами. Время определяется как отношение "мощностей" нулевых временных интервалов квантов, а пространственные измерения — как степени свободы, соответствующие возможностям распространения взаимодействий.

Работа содержит формализацию ключевых понятий и предлагает модель, объединяющую релятивистские и квантовые эффекты в единую концепцию взаимодействий. Хотя модель не претендует на полноценную теорию, она представляет собой систему идей, способную послужить основой для дальнейших исследований.

Ключевые идеи:

Квантовая неопределенность как следствие отсутствия времени и пространства в системе отсчета частицы, движущейся со скоростью света.

Движение кванта как реляционный процесс замены реального кванта виртуальными аналогами в динамическом вакууме.

Пространство и время как эмерджентные понятия, возникающие из причинно-следственных связей квантовых событий.

Возможность интеграции квантовой механики и специальной теории относительности через призму собственной системы отсчета квантов.

Отказ от абсолютизации пространства-времени как физической субстанции в пользу его понимания как абстракции, связанной с взаимодействиями.

Основа

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).

Оглавление

• Эффекты квантово-механической неопределенности.. 1

• О доказательствах нелокальности.. 1

• Научные работы, учитывающие нулевое пространство-время квантов.. 1

• Как нулевое пространство-время квантов порождает метрику пространства-времени?.. 1

• Абстракция пространства и времени.. 1

• Переход кванта из состояния бегущей волны в состояние стоячей волны и наоборот  1

• Локальность – как условие движения волны квантов.. 1

• Ограничения влияния квантово-механической неопределенности.. 1

• Итоговая модель: Реляционная теория взаимодействий через динамику вакуума  1

• Основы понимания: пространство и время. 1

• Предсказания, отличающиеся от стандартных моделей.. 1

• Невозможность реализации квантово-мехнических теорий сознания. 1

Эффекты квантово-механической неопределенности

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.

О доказательствах нелокальности

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?

Если неравенства нарушаются, хотя бы одно из этих предположений ложно:

• Локальность (никакое влияние не передаётся быстрее света),

• Реализм (частицы имеют определённые свойства до измерения),

• Свобода выбора (параметры измерений выбираются независимо от состояния системы).

Для частиц, движущихся со скоростью света, нет внутреннего разделения на "здесь" и "там", "раньше" и "позже",

Возникает следующую модель:

• Частицы находятся в едином физическом состоянии, поскольку в их системе отсчёта нет разделения на точки.

• Это позволяет им иметь объективные свойства (реализм),

• Но эти свойства зависят от всей системы (нелокальность),

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 tA​и tB​.

Но в собственной системе частиц:

То есть, для них:

• Они находятся в одной точке,

• Измерения происходят “одновременно”.

Научные работы, учитывающие нулевое пространство-время квантов

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 “Сравнение квантового и классического подходов в статистической физике” обсуждается, почему фотон не может иметь стандартной волновой функции, и как это связано с релятивистскими ограничениями и нулевым временем.

В работе “Photon wave function” предложен подход к описанию волновой функции фотона, учитывающий релятивистские эффекты и отсутствие собственного времени.

В работе “Sudden Future Singularities” поднимается вопрос о природе времени в релятивистских системах, включая фотоны. В ней обсуждается вопрос о том, что частицы, движущиеся со скоростью света, могут быть примером объектов без собственного времени, что важно для квантовых моделей времени.

В работе “Photon wave function” - подробный обзор построения волновой функции фотона, в котором обсуждаются проблемы, связанные с отсутствием собственного времени и трудностями локализации. Акцент на то, что стандартные понятия квантовой механики (временная эволюция, вероятностная интерпретация) требуют пересмотра для безмассовых частиц.

“Localized States for Elementary Systems” - классическая работа о возможности существования волновой функции для частиц разного спина, включая спин 1 (фотон). Показано, что для фотонов нельзя построить обычную локализуемую волновую функцию из-за отсутствия системы отсчёта и нулевого времени.

В работе “Efficient loading and cooling in a dynamic optical evanescent-wave microtrap” обсуждается, как релятивистские эффекты влияют на квантовую запутанность фотонов. Рассмотрены ситуации, когда запутанные фотоны, движущиеся со скоростью света, не имеют собственного времени, но всё ещё демонстрируют квантовые корреляции.

В работе “Nonuniqueness of Canonical Field Quantization in Riemannian Space-Time” исследование нуль-геодезических (траекторий света) и их роль в квантовых эффектах в искривлённом пространстве-времени. Нуль-геодезические соответствуют движению фотонов с нулевым собственным временем, и играют важную роль в эффектах типа излучения Хокинга.

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 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 (статья).

По де Бройлю, электрон представлен циркулирующей волной, что даёт квантование момента импульса.

В оптическом резонаторе стоячая волна может создавать эффект, аналогичный инерции. Это называется эффективная масса фотонов в среде и показывает, что волновая структура может проявлять массовые свойства.

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:

γAB​ — каузальная цепочка между событиями A и B,

w(qi​) — вес события qi​, зависящий от его типа (например, электромагнитное, гравитационное и т.д.).

3. Мощность нулевого времени

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:

E1​: первый фотон попал в сетчатку

E2​: второй фотон попал в сетчатку

Между ними произошли события:

Перемещение глаза

Обработка сигнала в нейронах

Взаимодействие множества квантов

Пусть:

Каждое событие имеет одинаковый вес w=1

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.

Абстракция пространства и времени

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 механики в общую концепцию взаимодействий.

Переход кванта из состояния бегущей волны в состояние стоячей волны и наоборот

Если посчитать, что нет никаких других физических сущностей кроме квантов (различных видов) - как первоосновы вещества, то преобразования фотонов и электронов-позитронов - это преобразования одного и того де вида кванта в разные состояния его волны: или прямолинейное распространение или стоячая волна. Это доказывает, что электроны не являются изначально самостоятельной частицей, а возникают из фотонов.

Аналогии:
В акустике звук может распространяться как бегущая волна, но в резонаторе — как стоячая.
В оптике свет может быть плоской волной или локализованным солитоном.

Аналоги в среде звуковых взаимодействий

Звуковой солитон в виде стоячей волны может быть в состоянии бризера или биона (нелинейные возбуждения в модели Френкеля–Конторовой). Бризеры и бионы можно рассматривать как аналог стоячей волны электрона (позитрона) — при определённой интерпретации физической реальности, особенно если следовать подходам, изложенным в разделе статьи Локальность – как условие движения волны квантов.

Как и электрон, бризеры представляют собой локализованные возбуждения, которые могут существовать длительное время без расплывания. Так же как электрон может быть результатом самосогласованного состояния поля, бризеры поддерживаются нелинейностью системы. Бризеры, как и стоячие волны, формируются за счёт интерференции встречных волн , что делает их похожими на замкнутые или локализованные волновые структуры.

Если электрон рассматривается как локальная конфигурация поля, то его заряд — это интегральный поток поля через поверхность (теорема Гаусса). У бризера тоже можно определить "эффективный заряд" — например, как интеграл от некоторого поля в области локализации.

Электрон и позитрон могут рождаться из фотонов (бегущих волн). Бризеры могут рождаться из взаимодействия солитонов или внешних импульсов. Оба случая демонстрируют переход между разными типами волновых структур.

Это полностью согласуется с идеей о том, что электрон — это стоячая волна, и тогда бриммеры и бионы в нелинейных моделях могут служить математическими или физическими аналогами такой структуры в упрощенных системах.

Сохранение заряда

Отличие в том, что электрон и позитрон рождаются из фотонов только парой (и наоборот при аннигиляции), из фотона не может возникнуть только электрон или только позитрон. В этом смысле общий заряд пары частиц такой же нулевой как у фотонов.

Электрон и позитрон — это стоячие волны электромагнитного поля, Фотон — бегущая волна того же поля. Процесс рождения пары — это переход бегущей волны в связанное состояние.

Фотон не имеет заряда, но обладает электрическим и магнитным полем. Если посчитать что электрон и позитрон — это стоячие волны электромагнитного поля, то их заряд можно понимать как результат локальной суперпозиции этих полей. При аннигиляции эта структура "распрямляется" обратно в бегущие волны (фотоны), и заряд не исчезает, а преобразуется в структуру полей фотонов.

Таким образом, заряд можно рассматривать как форму организации поля, а не как отдельную субстанцию.

Рассмотрим подробнее эти аспекты на примере фотона и электрона-позитрона как взаимные обратимости в свободно перемещающейся формы волны кванта в массовую частицу, обладающую электрическим зарядом и наоборот.

Переход между состояниями, будь то поглощение или испускание фотона, фотоэффект или аннигиляция, всегда происходит с сохранением всех фундаментальных зарядов, включая электрический заряд. Суммарный электрический заряд до и после взаимодействия остаётся неизменным. Заряд — это инвариантное свойство частицы, оно не зависит от того, является ли она свободной или связанной. Не важно, как именно выглядит волновая функция (стоячая или бегущая) — заряд частицы остаётся постоянным.

Фотон — это квант электромагнитного поля. Его можно представить как бегущую волну, описываемую уравнениями Максвелла. Фотон нейтрален, его суммарный заряд равен нулю.

Стоящая волна — это результат интерференции двух встречных бегущих волн:

Поле уже не "бежит" в пространстве, оно колеблется во времени на месте. Это может быть реализовано, например, в резонаторе или при отражении от границы.

Пример: свободный фотон или свободный электрон. Поле распространяется в пространстве и векторы E и B колеблются перпендикулярно направлению движения. Электрическое поле "размазано" вдоль траектории распространения бегущей волны

В стоячей волне поле локализовано в некоторой области. Колебания происходят во времени на фиксированном месте

Интегральный поток электрического поля через замкнутую поверхность остаётся постоянным — именно так определяется заряд по теореме Гаусса. В классической электродинамике электрический заряд определяется как поток электрического поля через замкнутую поверхность:

Это означает, что если поле переходит из "размазанного" в "локализованное", но суммарный поток остаётся тем же, то и заряд остаётся неизменным. Это объясняет, почему заряд инвариантен относительно формы волны.

Заряд — это не просто число, а проявление структуры электромагнитного поля. При переходе кванта из состояния бегущей волны (свободный фотон или свободный электрон) в состояние стоячей волны (локализованная частица), поле не исчезает, а меняет свою геометрию: размазанное поле смещается в локализованное распределение, сохраняя суммарный поток — то есть заряд.

Сохранение заряда при переходе между бегущими и стоячими волнами обеспечивается законом Гаусса: интеграл от электрического поля по замкнутой поверхности остаётся постоянным, даже если само поле меняет своё пространственное распределение.

Таким образом, заряд можно понимать как меру суммарного потока поля, независимую от того, является ли волна бегущей или стоячей.

Условия для превращения бегущей волны кванта в стоячую волну

Взаимодействие с внешним полем

Электрон может быть создан при поглощении фотона ядром или атомом. Условия: энергия фотона должна быть не меньше энергии покоя электрона . Должно существовать поле, способное "запереть" волну (например, электромагнитное поле ядра).

Рождение пары электрон–позитрон

Фотон должен иметь энергию Необходимо наличие сильного внешнего поля (обычно ядра). Высокоэнергетический фотон вблизи ядра распадается на электрон и позитрон. Оба являются локализованными возбуждениями полей — то есть могут рассматриваться как стоячие волны.

Захват в потенциальную яму

Свободный электрон захватывается атомом и становится в связанном состоянии. Условия: наличие потенциальной ямы (например, атомное ядро) и соответствующее значение энергии и импульса электрона. Свободный электрон (бегущая волна) попадает в область действия поля ядра и переходит в стационарное состояние — стоячую волну, соответствующую определённой орбитали.

Резонансное взаимодействие

Фотон определённой частоты поглощается атомом, вызывая переход электрона на более высокий уровень. Условие: частота фотона должна совпадать с разностью энергий уровней. Бегущая волна (фотон) передаёт энергию электрону, который переходит из одного стационарного состояния (стоячей волны) в другое.

Обратный процесс: раскольцовка – из стоячей волны в бегущую

Рассмотрим обратные процессы, когда стоячая волна (локализованный квант) снова становится бегущей.

Аннигиляция электрона и позитрона

Пара электрон–позитрон взаимодействует на малых расстояниях и при этом происходит взаимное освобождение от состояний стоячих волн с выполнением законов сохранения (энергии, импульса, заряда).

Испускание фотона атомом

Если электрон находится на возбуждённом уровне и существует нижний уровень с меньшей энергией, то электрон переходит из стоячей волны на более высоком уровне в стоячую волну на нижнем уровне, испуская при этом бегущую волну — фотон.

Фотоэффект

Условия: энергия падающего фотона больше работы выхода материала. Электрон находится в связанном состоянии (например, в металле). Стоящая волна (связанный электрон) получает энергию от фотона и вырывается из материала — превращается в бегущую волну.

Преобразования состояний кванта в физическом вакууме

Хотя реальные частицы (например, электрон или позитрон) не возникают из вакуумных флуктуаций самостоятельно, без взаимодействия с внешними полями или системами, но внутри квантовой теории поля (КТП) можно говорить о виртуальных частицах, которые формально ведут себя как локализованные или "запертые" возбуждения — но это не то же самое, что реальные стоячие волны.

В квантовой теории поля вакуум — это не пустота, а динамическое состояние, в котором постоянно происходят виртуальные процессы: рождение и исчезновение пар частиц-античастиц на очень короткое время, согласно принципу неопределённости Гейзенберга

То есть на очень малых временах Δt могут существовать виртуальные пары с энергией ΔE.

Вакуумные флуктуации не создают реальные стоячие волны, потому что:

• Виртуальные частицы не являются собственными состояниями гамильтониана

• Они не имеют чётко определённой энергии и импульса

• Они не могут быть наблюдаемыми сами по себе

• Они не остаются во времени — они "появляются и исчезают" за время Δt

То есть, вакуумная флуктуация не может сама по себе привести к образованию устойчивого связанного состояния, такого как стоячая волна.

• Эффект Унру. Ускоренно движущийся наблюдатель "видит" вакуум как тепловое излучение — рождаются реальные фотоны.

• Эффект Хокинга. Рядом с горизонтом черной дыры один из виртуальных фотонов может быть поглощён, а другой — уйти вовне как реальное излучение.

• Эффект Казимира. Искривление вакуума под действием граничных условий влияет на виртуальные состояния, но всё равно не создаёт стабильных частиц.

Детектирование виртуальных частиц. Если система (например, атом) взаимодействует с вакуумом, она может локализовать одно из состояний и перевести его в реальное.

Преобразования состояний кванта в физическом вакууме из бегущего состояния в стоячие волны могут идти через мгновенные процессы аннигиляции комплементарных пар частиц и тут же образование из бегущих квантов опять стоячие. Вакуум не просто "пузырится" виртуальными частицами, но содержит динамические процессы обмена между бегущими и стоячими состояниями, потому что выполняются условия локальной близости комплементарных частиц для аннигиляции. Эти процессы не описываются как мгновенные циклы, но формально можно рассмотреть петлевые процессы, где энергия "идёт по кругу".

Это позволяет рассматривать вакуум как активную среду, в которой непрерывно рождаются и исчезают кванты, идёт обмен между распространяющимися (бегущими) и локализованными (стоячими) состояниями и поддерживается динамическое равновесие между ними.

Локальность – как условие движения волны квантов

Свойства физического вакуума, описанные выше, влияют на любые реализованные кванты в любых их ипостасях. Как только рядом с квантом возникает его виртуальная античастица, то возникает аннигиляция и тут же восстановление первоначального состояния. Если кванты образуют взаимодействующую ассоциацию, например, атом, то в силу принципа невозможности занимать уже занятое место, в этом пространстве флуктуации вакуума не возникают, что приводит к анизотропии воздействия вакуума, окружающего вещество, порождающей вектор давления на атом (эффект Казимира). Таким образом вещество в вакууме постоянно окружено кипящими виртуальными воздействиями, в которых пограничные кванты вещества постоянно замещаются виртуальными аналогами.

Эффект движения кванта через вакуум реализуется такими замещениями. Если бы в вакууме не было виртуальных частиц, то никакого движения в нем не было бы. Распространение волны кванта означает, что поляризующий виртуальные частицы вакуума параметр кванта имеет определенный вектор, в направлении которого есть воздействие на виртуальные аналоги, а в любых других направлениях – нет. Это можно представить себе как передачу параметра динамики осцилляции электрической и магнитной компоненты волны соседней виртуальной частице, после чего та становится реальной, а прежний квант становится виртуальным, взойдя в состав компенсированного вакуума. Так возникает “движение” волны кванта, хотя на самом деле все частицы возникают и пропадают на “своих местах”. Скорость такого движения будет прямо зависеть от того, насколько часто появляются в вакууме виртуальные частицы аналогов реального кванта. Эта “частота” оказывает константой для всех видов квантов.

Движение как реляционный процесс замены реального кванта виртуальными аналогами в динамическом вакууме

В рамках классической физики мы привыкли считать, что движение — это непрерывное перемещение одного и того же объекта в пространстве. Однако на квантовом уровне эта картина становится иной:

• Кванты описываются волновыми функциями или полями, а не точечными траекториями
• В физическом вакууме постоянно происходят виртуальные флуктуации
• Эти флуктуации могут взаимодействовать с реальными квантами

Поэтому можно рассматривать движение кванта как последовательную передачу его состояния от одного локального элемента вакуума к следующему, с сохранением всех характеристик: энергии, импульса, заряда и спина.

Механизм "движения" через вакуум

Постулат: реальный квант не перемещается сам по себе, а вызывает цепную реакцию в вакууме, где его состояние передаётся от одной локальной области вакуума к другой.

Реальный квант (например, фотон) поляризует окружающий вакуум, возбуждая виртуальные пары и поля. Электромагнитные или другие поля кванта воздействуют на соседнюю область вакуума. Виртуальная частица в новой точке получает полную информацию о состоянии кванта и становится "реальной". Исходный квант "исчезает" из наблюдаемого состояния, переходя во виртуальное.

Это напоминает передачу сигнала по цепочке, где каждый элемент принимает состояние предыдущего и передаёт его дальше.

Скорость света как характеристика вакуума

Если принять такую модель, то скорость света c может быть интерпретирована как:

где:

• Δx — расстояние между локальными элементами вакуума
• Δt — время, за которое виртуальная частица в следующей точке воспроизводит состояние исходного кванта

То есть, постоянная c — это мера динамической активности вакуума, связанная с плотностью и скоростью реакции виртуальных частиц.

Анизотропия вакуума вокруг вещества

Когда рядом с квантом находится материя (например, атом), она создаёт локальную деформацию вакуума:

• Запрещает некоторые типы флуктуаций (как в эффекте Казимира)
• Изменяет доступные состояния для виртуальных частиц
• Создаёт асимметрию в возможных путях передачи квантовых состояний

Это может проявляться как эффективное давление вакуума на вещество — аналог силы Казимира.

Роль принципа Паули и других ограничений

Когда квант (например, электрон) находится в атоме, он занимает определённое квантовое состояние.
Это делает невозможным рождение идентичной виртуальной частицы в том же месте и с теми же квантовыми числами.

Это обеспечивает:

• Пространственную стабильность материи
• Зависимость свойств вакуума от наличия вещества
• Переходы между локализованными и свободными состояниями квантов

Движение как реляционный процесс

Эта идея перекликается с реляционной квантовой механикой (Relational Quantum Mechanics, RQM):

• Нет абсолютного пространства и времени
• Состояние кванта определяется только относительно других систем
• Движение — это изменение отношений между квантовыми событиями

Таким образом, движение кванта — это не перемещение "одного и того же" объекта, а смена участников квантовых корреляций в динамике вакуума.

Движение кванта в физическом вакууме можно понимать как последовательную передачу его квантовых характеристик от одной локальной области вакуума к другой, через поляризацию и возбуждение виртуальных частиц.

При этом реальный квант "перемещается" лишь условно — на самом деле происходит замена его состояния в соседней точке, с сохранением всех характеристик, включая импульс, спин и заряд.

Скорость кванта определяется частотой таких замен, которая зависит от структуры вакуума и его способности к поляризации.

Взаимодействие вещества с вакуумом приводит к локальному подавлению флуктуаций, создавая анизотропию, ответственную за такие эффекты, как давление вакуума на вещество (эффект Казимира).

Таким образом, движение кванта — это не геометрический путь, а последовательность реляционных актов замены виртуальных аналогов в динамическом вакууме.

Можно рассмотреть вакуум как решётчатую структуру, где квантовое состояние передаётся от узла к узлу, подобно модели Бома или спиновой сети в петлевой квантовой гравитации.

Модель: Квантовая цепочка вакуума (Quantum Vacuum Chain)

Обозначения:

• H — гильбертово пространство
• ∣ψ(x,t)⟩ — состояние кванта в точке x и времени t
• ∣0⟩ — вакуумное состояние
• a†(x),a(x) — операторы рождения/уничтожения кванта в точке x
• V(x) — локальная поляризуемость вакуума
• ρ(x,t) — плотность виртуальных частиц в точке x во времени t

Модель вакуума как решётки активных узлов

Предположим, что физический вакуум можно представить как дискретную решётку, где каждый узел xi​ может быть в состоянии:

• ∣0⟩ — нейтральное состояние
• ∣qi​⟩ — возбуждённое состояние, соответствующее виртуальному кванту

Каждый узел характеризуется:

• Вероятностью возбуждения: p(x,t)
• Энергией связи: Eb​(x,t)
• Направлением предпочтительного перехода (определяется направлением волнового импульса)

Динамика кванта в модели

Рассмотрим распространение кванта вдоль одномерной цепочки:

x0​→x1​→x2​→…

Шаг 1: Начальное состояние

На начальном шаге квант находится в точке x0​:

∣Ψ(0)⟩=∣q0​⟩⊗∣01​⟩⊗∣02​⟩⊗⋯

Шаг 2: Взаимодействие с вакуумом

Квант ∣q0​⟩ поляризует вакуум в соседней точке x1​. Это описывается оператором взаимодействия U:

где Hint​ — гамильтониан взаимодействия между квантом и вакуумом.

Шаг 3: Передача состояния

Если в точке x1​ есть подходящий виртуальный аналог ∣v1​⟩, происходит обмен:

То есть: уничтожаем квант в x0​, создаём его в x1​
Уравнение движения кванта

Обобщённое уравнение для эволюции состояния кванта в цепочке:

Где Tij​ — тензор передачи, определяющий вероятность перехода из точки xi​ в точку xj​, зависящий от:

• Направления волны
• Электромагнитной или другой динамики кванта
• Локальной структуры вакуума

Пример: Дискретная модель фотона

Рассмотрим фотон, движущийся вдоль оси x. Пусть:

• Пространство разбито на ячейки размером Δx
• Время дискретно: tn​=nΔt
• На каждом шаге фотон переходит из xi​ в xi+1​ с вероятностью P

Определим оператор эволюции:

Тогда скорость фотона:

И если P=1, то мы получаем чистую передачу без потерь.

Предельная корость как характеристика вакуума

Предположим, что время передачи Δt зависит от локальной плотности виртуальных частиц ρ(x):

Тогда:

Это позволяет интерпретировать скорость кванта как функцию локального состояния вакуума.

При высокой плотности ρ(x), скорость может быть меньше c, что согласуется с эффектами типа фотонного кристалла или медленного света в среде.

Закон сохранения при замещении

При переходе кванта из xi​→xj​, должны выполняться законы сохранения:

• Энергия:

ℏωi​=ℏωj​

• Импульс:

p​i​=p​j​

• Заряд:

qi​=qj​

Эти условия обеспечиваются через локальные симметрии, например, калибровочную инвариантность и составляют минимальную модель, в которой:

• Движение кванта — это не перемещение одной и той же частицы, а передача квантового состояния от одного узла вакуума к другому

• Скорость кванта зависит от плотности виртуальных частиц и их доступности

• Законы сохранения выполняются через локальные симметрии и калибровочные поля

• Эффект Казимира и другие явления можно объяснить через локальное изменение структуры вакуума

Это позволяет рассматривать движение как реляционный процесс, зависящий от динамики вакуума, а не от абсолютного пространства.

Предложенная модель показывает невозможность любых видов нелокального взаимодействия, о которой обычно говорят в теме о квантовой запутанности.

Если движение кванта — это последовательная передача его состояния от одного локального элемента вакуума к следующему, то любое взаимодействие должно быть локальным по определению. Это ставит под сомнение возможность истинно "нелокальных" процессов, о которых часто говорят в связи с квантовой запутанностью.

Предположим, что состояние пары запутанных частиц не разрывается в пространстве, а распространяется через поляризованный вакуум, где каждый шаг — это локальная передача информации. Таким образом, кажущееся "мгновенное" воздействие — это изменение глобального состояния поля, которое было связано с самого начала и с учетом того, что в системе кванта нет пространства-времени. Это позволяет сохранить локальность природы, даже если корреляции выглядят нелокальными. Для кванта нет "времени", когда он "передаёт информацию", вместо этого информация распространяется через динамическую структуру вакуума, которая уже была установлена с самого начала. Нарушение неравенств Белла можно объяснить через скрытые переменные, которые представляют собой глобальное состояние вакуума.

Кажущееся "мгновенное" воздействие между запутанными частицами — это результат изменения глобального состояния поля, которое уже было связано с самого начала. Поскольку квант не имеет собственного пространства-времени, его "движение" и "взаимодействие" происходят через последовательную передачу состояний в локальных элементах вакуума, где информация уже содержится в форме глобального поля. Таким образом, нет необходимости предполагать истинную нелокальность, так как всё происходит через локальные взаимодействия с динамическим вакуумом.

Ограничения влияния квантово-механической неопределенности

Множество теория сознания пытаются привлечь квантово-механические эффекты для объяснения сакраментальных свойств сознания (fornit.ru/69716).

Вот почему квантово-механические эффекты (вроде неопределённости) не могут быть основой для объяснения сознания, особенно в макроскопических системах, таких как мозг.

Рассмотрим, как неопределённость влияет на одну частицу и как она проявляется в системе из многих частиц N.

Если N частиц (под N понимается число квантовых возбуждений или квантовых степеней свободы) имеют случайное поведение с дисперсией σ2, то среднее значение имеет дисперсию:

Пусть:

• N — число квантов в системе (например, в нейроне или белке)
• Δxi​ — неопределённость положения каждого кванта
• ΔP — неопределённость положения всей системы

Тогда:

Как правило, биомолекулы, особенно белки и нуклеиновые кислоты, состоят из сотен тысяч атомов или *100 квантов, и ΔP становится пренебрежимо малым.

Это значит, что система ведёт себя классически, даже если её составляющие подчиняются квантовым законам. Системы, содержащие более 10⁴ квантов, не могут демонстрировать значимые квантовые эффекты (включая неопределённость) при комнатной температуре.

Итоговая модель: Реляционная теория взаимодействий через динамику вакуума

На основе всех предыдущих рассуждений — о нулевом времени квантов, вакууме как динамической среде, относительности пространства-времени, квантовой неопределённости и декогеренции, а также реляционной природе взаимодействий — мы можем построить математическую модель, которая пытается объединить СТО и квантовую механику в единую концепцию взаимодействий.

Не станем рассматривать ее как окончательный вывод, а лишь в виде формализованной идеи для развития представлений.

Основные идеи модели

Предположим, что:

1. Пространство-время не является фундаментальной сущностью, а возникает из последовательности локальных квантовых взаимодействий.
2. Все кванты имеют нулевое собственное время.
3. Взаимодействия происходят через динамический физический вакуум, который обеспечивает передачу состояний от одного локального элемента к другому.
4. Пространственные и временные отношения возникают как статистические свойства этих взаимодействий.

Формальная структура модели

1. Основные объекты

2. Гипотеза о нулевом времени квантов

Для любого кванта qi​:

Это следует из релятивистской инвариантности:

Для безмассовых частиц (или для любых квантов в их собственной системе отсчёта) нет внутреннего времени. Это подразумевает, что все изменения квантового состояния происходят мгновенно в его "собственном" восприятии, но во внешнем мире они выглядят как эволюция во времени.

3. Реляционная метрика

Предположим, что пространственно-временная метрика порождается совокупностью квантовых событий.

Введём функцию причинности:

Тогда можно определить эффективное время между событиями как число промежуточных квантовых взаимодействий:

где:

• γ_ij​ — каузальная цепочка от q_i​ до q_j​
• w(q_k​) — вес события q_k​

Аналогично, эффективное расстояние:

где μ — количество квантовых событий в цепочке.

4. Метрика как отношение мощностей

Как было замечено ранее, даже если каждое событие имеет dτ=0, их совокупность может давать ненулевой интервал. Можно формализовать это через отношение мощностей:

где:

• μ_ν​(x) — число событий в направлении ν в точке x
• μ₀​ — базовая шкала

Это позволяет строить эффективную метрику пространства-времени на основе каузальных связей между квантами.

5. Связь с квантовой неопределённостью

Для одного кванта неопределённость выражена:

Но для системы из N квантов, участвующих во взаимодействии, неопределённость усредняется:

При N≫1, ΔX→0, и система становится классической.

Таким образом, квантовые эффекты доминируют только в малых масштабах, где N мало.

6. Квантовая запутанность и глобальное поле вакуума

Если две частицы A и B находятся в запутанном состоянии:

то мы можем ввести глобальное поле вакуума V(x), которое поляризуется при создании пары и обеспечивает корреляцию между A и B:

Тогда "мгновенное" изменение состояния одной частицы влияет на локальную часть поля V(x), которое уже содержит информацию о другой частице. Это сохраняет локальность, так как информация распространяется через вакуумное поле, а не мгновенно в пространстве.

7. Движение как замещение состояния в вакууме

Представим, что квант q движется вдоль оси x. Но вместо перемещения "одного и того же" кванта, происходит замена его состояния в соседних узлах вакуума:

На каждом шаге:

Это оператор, уничтожающий квант qi​ и создающий его аналог в узле vj​
Такой подход согласуется с теорией относительности, так как движение — это не перемещение, а передача состояния, и скорость света — это максимальная скорость передачи информации через вакуум.

8. Скорость света как характеристика вакуума

Определим эффективную скорость как:

де  — время, за которое вакуумный узел может принять и передать состояние.

Если вакуум однороден:

Это объясняет универсальность скорости света: она определяется структурой вакуума, а не свойствами отдельного кванта.

9. Интеграция с принципом относительности

Можно показать, что преобразования Лоренца выводятся из этой модели:

• При смене наблюдателя меняется распределение событий q_i​
• Изменяется плотность узлов вакуума, через которые передаётся информация
• Это приводит к сокращению длины и замедлению времени в движущейся системе отсчёта

Таким образом, СТО может быть получена как статистическая теория, основанная на локальных квантовых взаимодействиях и динамике вакуума.

Итоговая формулировка модели

Мы построили модель, в которой:

1. Пространство-время — не абсолютная сущность, а эмерджентное понятие, возникающее из каузальных взаимодействий квантов.
2. Каждый квант имеет нулевое собственное время, но через последовательные взаимодействия с вакуумом возникает эффективное время.
3. Метрика пространства-времени задаётся как отношение числа квантовых событий между двумя точками.
4. Запутанность реализуется через глобальное состояние вакуума, а не через нелокальные сигналы.
5. Скорость света — это характеристика динамики вакуума, а не абстрактная константа.
6. Квантовые эффекты затухают с числом связанных квантов, поэтому в макроскопических системах нет квантовой неопределённости.
7. СТО и квантовая механика рассматриваются как разные уровни описания одной и той же реальности:

• На уровне отдельных квантов — доминирует квантовая механика.
• На уровне множества квантов и их каузальных связей — проявляется релятивистская структура.

Возможная математическая аксиоматизация

Оценка модели

Получилась высокоинсайтная, логически согласованная и перспективная модель. Она не является полноценной теорией (ещё не выведены уравнения поля), но она годится как система рабочих идей, которые могут стать основой для дальнейших исследований.

Нужны строгие математические аксиомы и определения объектов: квантов, вакуумных узлов, метрики. Нет явного вывода из первых принципов.

Нужно получить из модели известные уравнения: уравнение Шрёдингера, уравнения Максвелла, преобразования Лоренца.

Нужно показать, что модель сохраняет лоренц-инвариантность, калибровочную симметрию и т.д.

Полезно было бы сравнить модель с causal sets, RQM, петлевой гравитацией.

Основы понимания: пространство и время

Многие (в том числе маргинальные) физики считают пространство физической реальностью, т.е. существующим в виде чего-то (хотя никто из них сакраментально не говорит, из чего именно). Вот пара реальных высказываний (fornit.ru/6997).

"в рамках этой гипотезы нет никаких загадочных корреляций -- есть просто быстрый переброс "информации" от одной частицы к другой. Из самой постановки задачи вытекает, что этот переброс "информации" обязать быть сверхсветовым....В случае с запутанными частицами, надо просто принять, что квантовые частицы "живут" не в привычном нам трехмерным пространстве, а в своем, более сложном конфигурационном пространстве."

"Пространство-время - это уже давно физическая сущность. Вы сильно отстали от современной физики."

Такие интерпретации, как теория конфигурационного пространства, предполагают, что запутанные частицы могут быть связаны через дополнительные уровни описания, выходящие за рамки трёхмерного пространства.

Получается, что метрика - то сущее, что на себе носит все остальное как лист бумаги рисунок.

А произвольное добавление измерений позволяет таким физикам объяснять любые явления как по волшебству:

“если пользоваться математической логикой и минимизацией количества сущностей, объяснения через многомерность проще, чем плодить отдельные сущности типа частиц Стандартной модели”.

Если бы при взаимодействиях в макромире участвовали не три пространственные измерения, а больше неких равноценных измерений, то и сила взаимодействия убывала не обратно пропорционально квадрату расстояния, а быстрее. Если же измерения не равноценны, то возникает проблема понимания сути этой неравноценности. А если измерения – это некая физическая основа для распространения взаимодействий, то возникает проблема понимания того, в виде чего воплощена эта основа, необходимо кроме суперструны вводить еще какую-то сущность.

Нет экспериментального подтверждения того, что пространство-время состоит из какой-то "субстанции".

Более продуктивной представляется гипотеза о том, что пространственные измерения — это не физические объекты, а абстракции, соответствующие независимым возможностям изменения состояния системы.

Поэтому следует принять, что под пространственным измерением следует понимать абстракцию степени свободы (независимые возможные изменения состояния физической системы, обусловленные вариациями её параметров). Три измерения возникают при реализации во взаимодействиях трех степеней свободы и это прямо дает обратно-квадратичный закон ослабления такого взаимодействия от расстояния.

В атомном ядре “сильное взаимодействие” имеет большее число степеней свободы и затухают намного быстрее.

Первооснова же всех материальных сущностей, которую назвали суперструной, имеет 9 степеней свободы, проявляющихся для самой структуры суперструны (а не в ее внешних взаимодействиях). Только три из девяти степеней свободы проявляются во взаимодействиях 3D мира, еще три – определяют ядерные взаимодействия, остальные же определяют возможности самой структуры суперструны во всех ее проявлениях в виде различных квантов.

Таким образом, число измерений не является абсолютным, а зависит от типа и характера взаимодействия. Из этого прямо следует, что пространство не может быть физической сущностью. Следует отказаться от идеи, что метрика пространства-времени существует сама по себе, до взаимодействий.

Эта точка зрения перекликается с реляционной квантовой механикой (RQM) и Causal Set Theory от Рафаэля Соркина. Последняя – это теоретическая концепция, которая пытается объединить квантовую механику и общую теорию относительности. Она предполагает, что фундаментальные объекты вселенной — это каузальные наборы, то есть наборы событий, которые связаны друг с другом по причине и следствию. А также есть общее с теорией квантовых корреляций и эмерджентной геометрией — например, в работах Mark Van Raamsdonk.

Метрика пространства возникает ровно постольку, поскольку есть реализованные взаимодействия, в общем-то именно возникающее взаимодействия и проявляет степень свободы, а не просто возникает нечто. Так что для отдельных квантов нет ни пространства, ни времени (что и показывалось выше) и только взаимодействия актуализуют описательные абстракции пространства и времени, с помощью которых формализуется понимание свойств взаимодействий.

Время оказывается особой абстракцией, не связанной с числом степеней свободы (хотя в СТО время постулируется как одно их измерений), а проистекает из взаимной динамики взаимодействий (было описано выше как отношения “мощностей” нулевого времени квантов).

В отличие от пространственных измерений, время не связано с числом степеней свободы, а представляет собой асимметрию динамики взаимодействий. Оно возникает как отношение между последовательными событиями. Время — это мера относительного порядка квантовых событий, а не самостоятельная ось, существующая до этих событий.

Если квант не участвует во взаимодействии, его собственное время равно нулю (dτ=0), и для него нет внутреннего временного контекста.
Только через сравнение с другими квантами и анализ каузальной структуры можно говорить об эффективном времени.

Пространство и время не существуют в виде самостоятельных сущностей, а являются абстракциями, выражающими структуру взаимодействий и причинность между событиями.

Пространство и время не являются физическими сущностями, существующими вне материи и взаимодействий. Они представляют собой абстракции, возникающие в результате анализа причинно-следственных связей между квантовыми событиями.

Каждое измерение пространства соответствует независимой степени свободы, в которой возможно распространение взаимодействий.

Время, в свою очередь, возникает как порядковый параметр, сравнивающий последовательность событий между квантами.

Таким образом, пространственно-временная метрика — не базовое свойство мира, а производная характеристика, порождённая структурой квантовых взаимодействий.

Предсказания, отличающиеся от стандартных моделей

На основе представленной концепции, можно сделать предсказания, которые отличаются от стандартных моделей (например, квантовой механики и СТО) и могут быть потенциально проверены экспериментально. Все эти предсказания выводятся из идеи о том, что квантовая неопределенность, запутанность и прочие эффекты являются следствием отсутствия времени и пространства в системе самой частицы, и что пространство-время эмерджентно и связано с динамикой вакуума.

1. Квантово-механическая неопределенность как следствие нулевого времени частиц

Если принять, что неопределенность координаты и импульса является следствием отсутствия внутреннего времени у частиц, то в условиях, где временная структура внешней среды искусственно "замирает" или сильно замедляется, должно наблюдаться усиление квантовых эффектов.

Возможная проверка:

Эксперимент с замедленной динамикой среды: поместить систему в окружение с очень медленным изменением состояния (например, в сверхнизкотемпературную среду с минимальными тепловыми флуктуациями), чтобы максимально приблизиться к "нулевому времени".

Ожидаемый эффект: усиление квантовой неопределенности даже для макроскопических объектов.

Сравнение со стандартной моделью: в стандартной квантовой механике неопределенность определяется только волновой функцией и не зависит от "внешнего темпа времени".

2. Нарушение неравенств Белла — следствие отсутствия пространства-времени в системе частиц

Если нелокальные корреляции запутанных частиц обусловлены тем, что они находятся в одной точке в собственной системе отсчета (движущиеся со скоростью света), то можно ожидать особое поведение запутанных частиц в гравитационном поле или в движущемся пространстве-времени.

Проверка:

Эксперимент с запутанными фотонами в гравитационно-искривленном пространстве-времени (например, на борту спутника или в высокогорной лаборатории).

Ожидаемый эффект: нарушение неравенств Белла будет зависеть от кривизны пространства-времени (или от разницы в собственном времени детекторов).

В стандартной квантовой теории запутанность не зависит от искривления пространства-времени, если нет взаимодействия с измерительными приборами.

3. Движение как реляционный процесс через замещение виртуальных аналогов

Если движение кванта происходит за счет последовательного перехода его состояния между элементами вакуума, то скорость распространения сигналов должна зависеть от плотности виртуальных частиц в локальной области.

Проверка:

Изменение плотности вакуума (например, с помощью эффекта Казимира или использования материалов с экстремальной поляризуемостью).

Ожидаемый эффект: изменение скорости света или других квантов в этих условиях.

В стандартной модели скорость света постоянна в вакууме и не зависит от локального состояния вакуума.

4. Отсутствие квантовых эффектов в макроскопических системах

Квантовые эффекты (включая неопределенность и запутанность) должны исчезать при увеличении числа квантовых степеней свободы, так как эффективное время и пространство становятся классическими.

Проверка:

Измерение квантовой когерентности в больших молекулах или нанообъектах (например, фуллеренах, белках).

Ожидаемый эффект: при достижении определенного размера/массы системы квантовые интерференционные эффекты должны исчезать резко, а не постепенно.

В стандартной квантовой механике когерентность сохраняется до тех пор, пока система изолирована от декогеренции.

5. Пространство-время как эмерджентная структура

Если пространство и время возникают из каузальных связей между квантовыми событиями, то можно ожидать асимметрии в восприятии причинности в системах с различной структурой взаимодействий.

Проверка:

Тесты нарушения причинности в сложных многочастичных системах, особенно в сильно запутанных или высокоэнергетичных.

Ожидаемый эффект: нарушение привычного порядка событий, не объясняемое только относительностью одновременности.

В стандартной физике причинность строго следует из метрики пространства-времени.

6. Эффективная масса и заряд как результат локализации волн

Если частицы — это локализованные стоячие волны, то их масса и заряд должны зависеть от способа формирования этой локализации (например, от формы потенциала или взаимодействия).

Проверка:

Изучение электронов в сильных внешних полях (сильное магнитное или электрическое поле).

Ожидаемый эффект: наблюдение изменения эффективной массы или заряда электрона под действием поля.

В стандартной квантовой электродинамике заряд и масса частиц считаются константами, хотя возможна их перенормировка.

7. Скорость света как характеристика вакуума

Если скорость света определяется свойствами вакуума, то она может быть немного меньше в областях с нарушенной симметрией вакуума (например, рядом с границами Казимира).

Проверка:

Измерение скорости света в микрозазорах между пластинами Казимира.

Ожидаемый эффект: замедление скорости света в таких зазорах.

В стандартной модели скорость света в вакууме считается абсолютной константой.

8. Зависимость квантовой неопределённости от скорости частицы

Для частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, неопределённость координаты и импульса должна увеличиваться не только из-за волновой природы, но и из-за релятивистского сокращения длины и замедления времени в их системе отсчёта.

Проверка:

Измерение неопределённостей у релятивистских частиц (например, в ускорителях) и сравнение с предсказаниями стандартной квантовой механики.

9. Изменение характера квантовой запутанности в гравитационном поле.

Ожидаемый эффект: в сильном гравитационном поле (например, около чёрной дыры) запутанные частицы должны демонстрировать иные корреляции, так как их "нулевое пространство-время" искажается кривизной.

Проверка: Наблюдение за запутанными фотонами вблизи массивных объектов или в условиях микрогравитации.

10. Влияние структуры вакуума на скорость квантовых процессов

В областях с повышенной плотностью виртуальных частиц (например, вблизи эффекта Казимира) время декогеренции квантовых систем должно сокращаться.

Проверка: Эксперименты с кубитами в настраиваемых полостях Казимира.

11. Аномалии в распространении света в динамическом вакууме

В быстро изменяющихся гравитационных полях (например, при слиянии чёрных дыр) скорость света может локально отклоняться от c из-за изменения структуры вакуума.

Проверка: Анализ данных гравитационно-волновых обсерваторий на предмет аномалий в распространении электромагнитных сигналов.

12. Квантовая неопределённость в макроскопических системах при нулевом внешнем времени

Если макроскопическую систему изолировать от внешних временных изменений (например, в "замороженном" состоянии), квантовая неопределённость может проявиться на макроуровне.

Проверка: Эксперименты с сверхпроводниками или конденсатами Бозе-Эйнштейна при экстремально низких температурах и минимальных внешних воздействиях.

13. Нарушение симметрии в сильных полях

В сверхсильных электромагнитных или гравитационных полях стоячие волны частиц могут изменять свою структуру, что приведёт к аномальным значениям заряда или массы.

Проверка: Исследование частиц в экстремальных полях (например, в магнетарах или на установках типа ELI).

14. Эмерджентная метрика в квантовых системах

В сильно запутанных системах эффективная метрика пространства-времени может отличаться от предсказаний ОТО из-за доминирования квантовых корреляций.

Проверка: Моделирование запутанных систем в квантовых симуляторах и сравнение с классическими предсказаниями.

В сильно запутанных системах эффективная метрика пространства-времени может отличаться от предсказаний ОТО из-за доминирования квантовых корреляций.

15. Концепция первоматерии и реализации материи

В структуре вакуума постоянно появляются и исчезают все виды квантов в виде волн, которые циклически трансформируются в стоячие волны двух разнонаправленных векторов полей (частица и античастица) и обратно из стоячих волн аннигилируют в полевые кванты. Назовем такое существование квантов в двух ипостасях поле-вещество первоматерией – это еще не реализованная материя ни в виде поля, ни в виде вещества. Причем, в любом месте могут проявляться образования квантов любых типов, т.е. первоматерия флуктуирует в вакууме по закону КМ-неопределенности.

Вряд ли существует физическая сущность такой первоматерии в виде какой-то суперструны общего вида, принимающей разные моды реализации. В таком состоянии нет взаимодействий (кроме переходов двух ипостасей существования первоматерии), нет пространства и времени, нет самого явления существвоания.

Таким образом, нивелируется понятие первосущности материи, не требуя ее физической реализации в виде некоего первичного образования.

В какие-то моменты этого безвременья первоматерия может оказывать раскомпенсированной в виде реальных квантов и даже групп квантов. И тогда становятся возможны взаимодействия и в группе появляется метрика пространства и времени.

Чем больше квантов оказывается в раскомпенсированной группе, тем с меньшей частотой она способна появляться в безвременье, но в бесконечности отсутствия времени любая “вероятность” реализуется вплоть до любых больших образований в виде вселенных.

Такая концепция — это онтология первоматерии как динамического потенциала, где частицы и поля — лишь проявления более глубокой структуры, свободной от пространственно-временного контекста.

Проверочные исследования могут стать основой для новых экспериментов и дальнейшего развития теории, которая пытается объединить квантовую механику и специальную теорию относительности на основе принципа отсутствия времени и пространства в системе частицы.

Невозможность реализации квантово-мехнических теорий сознания

Конечно, все в нашем мире совершается посредством квантовых взаимодействий и поэтому любую теорию сознания можно назвать квантовой, но речь идет о теориях, в которых постулируется возможность непосредственного влияния отдельных эффектов квантово-механической неопределенности на изменение состояния биомолекул (иначе не получится описать связь между квантовыми эффектами и мозговой активностью). Таких экзотических теорий немало: fornit.ru/69716.

Химические реакции и формирование ковалентных связей в принципе зависят от квантово-механических эффектов, включая неопределенность, но в большинстве случаев влияние этих эффектов проявляется статистически, а не на уровне единичного события. Сама возможность существования молекул и ковалентных связей основана на квантовых эффектах, включая КМ-неопределенность.

Однако в некоторых случаях (например, в туннелировании протонов или электронов) квантовые эффекты непсредственно играют решающую роль.

Один из самых явных примеров влияния квантовых эффектов на химию — это туннелирование частиц через потенциальные барьеры:

• Например, протоны могут туннелировать в реакциях кислотно-основного типа.
• В ферментативных реакциях туннелирование играет важную роль в переносе водорода.
• Эти процессы невозможны в рамках классической физики, но объясняются с помощью квантовой механики.

Например, энзимы используют квантовое туннелирование для ускорения реакций.

Но на уровне макроскопических химических систем квантово-механические эффекты, включая неопределенность и туннелирование, статистически усредняются и становятся неразличимыми от термодинамических флуктуаций.

Чтобы отдельные квантовые эффекты давали непосредственное (а не статистическое) влияние на состояние биомолекул мозга, нужны специальные условия, полностью экранирующие этот отдельный процесс от влияния окружающего.

Квантовые эффекты становятся заметны, когда:

• Температура очень низкая (ближе к абсолютному нулю).
• Система маленькая (единичные молекулы, наноструктуры).
• Процесс требует преодоления потенциального барьера, который слишком высок для классического перехода, но возможен за счет туннелирования.
• В реакциях участвуют легкие частицы, например, протоны или электроны (они более "квантовые", из-за малой массы).

Таким образом, квантовые явления не могут иметь последствия для химической активности, а значит, и для сигнализации в мозге.

Идея, что одно квантовое событие может вызвать цепочку событий, ведущих к макроскопическому эффекту, не нова. Это похоже на известный мысленный эксперимент:

"Может ли квантовое событие спустить курок, который запускает ядерный взрыв?"

В биологии аналогичная идея может быть:
Если одно квантовое событие (например, изменение конформации белка из-за туннелирования электрона) вызывает сигнал в нейроне, то да — оно может повлиять на дальнейшее поведение системы. На этом основана теория сознания на микротрубочках мозга.

Но важно понимать, что давление окружающей среды, температура и шум делают долгоживущую когерентность в микротрубочках маловероятной. Мы наблюдаем не отдельное квантовое событие, а его коллективный эффект на уровне популяции молекул. В теплых, влажных системах, как клетка, квантовые эффекты часто затушёвываются термическим движением. Тепловые флуктуации создают много возможных путей для реакции — и квантовый путь теряется в этом.

Один из самых ярких примеров, где единичное квантовое событие вызывает макроскопическую реакцию — это зрение:

• Фотон попадает в молекулу родопсина в сетчатке глаза.
• Он вызывает изомеризацию ретинала — квантовое событие.
• Это запускает каскад сигналов, который в итоге достигает мозга.
• Можно сказать, что восприятие света начинается с одного кванта света.

Это пример, когда отдельное квантовое событие действительно приводит к вещественному, ощущаемому результату.

Но если внутри клетки происходит множество квантовых событий, ни одно из них не приводит к предсказуемому, воспроизводимому биологическому эффекту. Реализация сложных и при этом уникальных квантовых эффектов, тем более каких-то квантовых вычислений, в условиях мозга принципиально не может реализовываться.

Квантовые эффекты становятся заметны, когда энергия системы сравнима с тепловой энергией. При комнатной температуре. Тепловое движение "забивает" квантовые эффекты, делая их статистически усреднёнными и непредсказуемыми.

Квантовые вычисления требуют строгого контроля над кубитами — их можно создавать, управлять ими, запутывать и измерять. В биологических системах:

• Нет изолированных кубитов.
• Нет способов контролировать квантовую информацию.
• Нет механизмов, которые могли бы использовать квантовую запутанность или суперпозицию для передачи осмысленной информации.

Все процессы мозга в полной мере описываются классической физикой и биохимией, без необходимости обращаться к квантовым эффектам.