Продолжение
Предыдущая: http://proza.ru/2016/05/26/1630
Английского естествоиспытателя и учёного-энциклопедиста Роберта Гука заслуженно считают одним из отцов-основателей физики, особенно экспериментальной. В 1663 году при помощи усовершенствованного им микроскопа Роберт Гук впервые открыл и описал клеточное строение пробки. Ему же принадлежит сам термин «клетка». В своей работе «Микрография» (“Micrographia”, 1665) он описал клетки бузины, укропа, моркови, детально описал клеточное строение пробки, крыла пчелы, плесени, мха. Через 200 лет стало окончательно понятно, что всё живое состоит из клеток.
А из чего состоит неживое? Вещество состоит из молекул, молекулы из атомов, атомы из нуклонов и электронов. Нуклоны (протоны и нейтроны) состоят из кварков. Электроны представляют собой одновременно волны и элементарные частицы.
Великое открытие физики ХХ века – дискретность энергии элементарных частиц на субатомном уровне. Энергия элементарных частиц, например, того же электрона, изменяется не непрерывно, в любых интервалах, а порционно, скачкообразно, квантами энергии, имеющими строго фиксированное значение.
А из чего состоит пространство-время? И как оно изменяется на самом элементарном уровне: плавно или дискретно? Теория относительности Эйнштейна исходит из непрерывности и плавности изменений. Это подразумевает, что природа непрерывного континуума отлична от природы «зернистого» вещества. Но, вполне возможно, что это не совсем так.
Вполне вероятно, что пространство-время также имеет клеточную структуру. На сей раз эти клетки носят название «кванты» пространства-времени. Они возникают на самом элементарном, фундаментальном уровне бытия. Из этих элементарных клеток и состоит пространственно-временное тело огромного космического организма. Так считают теоретики.
«Зернистое строение вещества для нас уже не новость.
В последние десятилетия физики и математики задаются вопросом: не из дискретных ли частей состоит пространство? Действительно ли оно непрерывно или больше похоже на кусок ткани, сотканной из отдельных волокон? Если бы мы могли наблюдать чрезвычайно малые объекты, то увидели бы атомы пространства, неделимые мельчайшие частицы объема? А как быть со временем: плавно ли происходят изменения в природе или мир развивается крошечными скачками, действуя словно компьютер?
За последние 16 лет ученые заметно приблизились к ответам на эти вопросы. Согласно теории со странным названием «петлевая квантовая гравитация», пространство и время действительно состоят из дискретных частей. Расчёты, выполненные в рамках этой концепции, описывают простую и красивую картину, которая помогает нам объяснить загадочные явления, относящиеся к чёрным дырам и Большому взрыву. Но главное достоинство упомянутой теории заключается в том, что уже в ближайшем будущем её предсказания можно будет проверить экспериментально: мы обнаружим атомы пространства, если они действительно существуют» [1].
Автор этих строк – знаменитый американский физик Ли Смолин, автор оригинальных идей, оригинальных научных работ и оригинальных книг, вызвавших в своё время широкий научный резонанс: «Жизнь космоса» (1997), «Неприятности с физикой: взлёт теории струн, упадок науки и что за этим следует» (2006), «Возвращение времени. От античной космогонии к космологии будущего» (2014). В небольшой статье 2004 года, озаглавленной «Атомы пространства и времени», он популярно излагает идею квантования пространства-времени.
«Давайте вспомним, какой энергией может обладать электрон, обращающийся вокруг атомного ядра? В рамках классической физики – любой, но квантовая механика допускает только определённые, строго фиксированные дискретные значения энергии. Различие такое же, как между измерением объёма жидкости, образующей непрерывный поток (с точки зрения ученых XVIII в.), и определением количества воды, атомы которой можно сосчитать.
Согласно теории петлевой квантовой гравитации, пространство подобно атомам: числа, получаемые при измерении объема, образуют дискретный набор, т.е. объём изменяется отдельными порциями. Другая величина, которую можно измерить, – площадь границы В, которая тоже оказывается дискретной. Иными словами, пространство не непрерывно и состоит из определённых квантовых единиц площади и объёма.
Возможные значения объема и площади измеряются в единицах, производных от длины Планка, которая связана с силой гравитации, величиной квантов и скоростью света. Длина Планка очень мала: 10^-33 см; она определяет масштаб, при котором геометрию пространства уже нельзя считать непрерывной. Самая маленькая возможная площадь, отличная от нуля, примерно равна квадрату длины Планка или 10^-66 см2. Наименьший возможный объем, отличный от нуля, – куб длины Планка или 10^-99 см3. Таким образом, согласно теории в каждом кубическом сантиметре пространства содержится приблизительно 10^99 атомов объема. Квант объёма настолько мал, что в кубическом сантиметре таких квантов больше, чем кубических сантиметров в видимой Вселенной (10^85)» [1].
Вот это масштабы! В одном кубическом сантиметре квантов пространства больше, чем кубических сантиметров в видимой Вселенной! Для сравнения:
«Средняя величина клеток у человека достигает 10–30 микрон, т.е. 0,01–0,03 мм. Самыми маленькими клетками человека являются тромбоциты, размером около 2 микрон (0,002 мм). Самой крупной плотной клеткой является яйцеклетка размером 150 микрон (0,15 мм)» [2].
«Клетки» пространства, они же – кванты континуума, представляют собой некие многогранники, которые в искривлённом пространстве-времени могут соединяться с соседними «клетками»-квантами самым причудливым способом. Учёные формализуют и описывают трудно постижимую визуально геометрию квантованного пространства при помощи спиновых сетей. Одна из таких спиновых сетей, напоминающая то ли многогранник, то ли клетку человеческого организма, указана на рисунке вверху:
«Показаны кванты объёма, ассоциированные с вершинами, и кванты площади, ассоциированные с ребрами» (см. иллюстрацию).
Что такое спиновые сети?
«Спиновые сети олицетворяют фиксированные квантовые состояния объёмов и площадей пространства.
Отдельные узлы и рёбра диаграмм представляют собой чрезвычайно малые области пространства: типичный узел соответствует объёму около одной длины Планка в кубе, а линия – площади порядка одной длины Планка в квадрате. Но, в принципе, спиновая сеть может быть неограниченно большой и сколь угодно сложной. Если бы мы могли изобразить детальную картину квантового состояния нашей Вселенной (т.е. геометрию её пространства, искривлённого и перекрученного тяготением галактик, чёрных дыр и пр.), то получилась бы гигантская спиновая сеть невообразимой сложности, содержащая приблизительно 10^184 узлов.
Итак, спиновые сети описывают геометрию пространства. Но что можно сказать о материи и энергии, находящихся в нём? Частицы, такие как электроны, соответствуют определённым узлам, снабжённым дополнительными метками. Поля, такие как электромагнитное, обозначаются аналогичными маркерами на линиях графа. Движение частиц и полей в пространстве представляет собой дискретное (скачкообразное) перемещение меток по графу» [1].
В квантованном пространстве-времени частицы вещества служат проявлением, материальным воплощением квантовой структуры континуума. То же самое касается физических полей, включая электромагнитное поле. Кванты энергии неразрывно связаны с квантами пространства-времени, что означает единство законов Вселенной для энергии и пространства-времени. И даже движение материальных частиц, которое требует затрат энергии, также соответствует дискретному, скачкообразному перемещению меток по спиновым сетям континуума. По смыслу это напоминает световую рекламу, где лампочки скачкообразно зажигаются или гаснут, создавая иллюзию движения.
«В теории относительности пространство и время неотделимы и представляют собой единое пространство-время. При введении концепции пространства-времени в теорию петлевой квантовой гравитации спиновые сети, представляющие пространство, превращаются в так называемую спиновую пену. С добавлением ещё одного измерения – времени – линии спиновой сети расширяются и становятся двумерными поверхностями, а узлы растягиваются в линии. Переходы, при которых происходит изменение спиновой сети (шаги, описанные выше), теперь представлены узлами, в которых сходятся линии пены.
Мгновенный снимок происходящего подобен поперечному срезу пространства-времени. Аналогичный срез спиновой пены представляет собой спиновую сеть. Однако не стоит заблуждаться, что плоскость среза перемещается непрерывно подобно плавному потоку времени. Так же, как пространство определяется дискретной геометрией спиновой сети, время задаётся последовательностью отдельных шагов, которые перестраивают сеть. Таким образом, ВРЕМЯ ТОЖЕ ДИСКРЕТНО. Время не течёт, как река, а тикает, как часы. Интервал между «тиками» примерно равен времени Планка, или 10^-43 с. Точнее говоря, время в нашей Вселенной отмеряют мириады часов: там, где в спиновой пене происходит квантовый шаг, часы делают один «тик» [1].
Итак, подобно морю-океану в царстве славного Салтана спиновая сеть в пространстве начинает «пениться» бурливо при объединении пространства со временем. Однако обратите внимание:
«Время не течёт, как река, а тикает, как часы» [1].
Это последнее утверждение отсылает нас вновь к парадоксу Зенона «Летящая стрела»:
«Летящая стрела неподвижна, так как в каждый момент времени она занимает равное себе положение, то есть покоится; поскольку она покоится в каждый момент времени, то она покоится во все моменты времени, то есть не существует момента времени, в котором стрела совершает движение».
То есть либо движение невозможно в принципе, что опровергается нашим повседневным опытом и здравым смыслом, либо оно немыслимо, то есть его чувственное восприятие и научные модели не соответствует истинному бытию. Концепция Физического Времени, имеющего активные свойства, которую мы подробно разобрали в первой части, исходит именно из последнего утверждения.
Каждый элементарный момент времени в квантованном пространстве-времени летящая стрела покоится. Подобным образом на любом кадре киноплёнки заснятая в полёте летящая стрела тоже покоится. Стоит только времени сделать очередной элементарный «тик», равный времени Планка, и стрела перемещается на очередной квант пространства, равный длине Планка. Каждый временной «тик» проявляет новый кадр бытия, которые сливаются в человеческом сознании в единое целое. В одной секунде кинофильма или телефильма содержится, как известно, 24 кадра. В одной секунде вселенского блокбастера бытия содержится примерно 10^43 таких элементарных «тиков». Тик, тик, тик… Так появляется механическое движение, которое на элементарном уровне бытия подобно проекции кинофильма с помощью некоего Hi-Tech Хронопроектора.
Экраном в этом космическом блокбастере выступает не что иное, как трёхмерное пространство.
Продолжение: http://www.proza.ru/2016/05/26/1700
Примечания:
1. Ли Смолин «Атомы пространства и времени»
2. Дольф Кюнцель «Организм человека», Клетка