ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ И УСКОРЕННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ О ВЗРЫВЕ ЗВЁЗД
НА ПРИМЕРЕ ЗВЕЗДЫ БЕТЕЛЬГЕЙЗЕ В СОЗВЕЗДИИ ОРИО
ВВЕДЕНИЕ
Орион
Лат. название Orion
(род. п. Orionis)
Ярчайшие звёзды
(величина < 3m) Ригель (; Ori) – 0,18m
Бетельгейзе (; Ori) – 0,2–1,2m
Беллатрикс (; Ori) – 1,64m
Альнилам (; Ori) – 1,69m
Альнитак (; Ori) – 1,74m
Саиф (; Ori) – 2,07m
Минтака (; Ori) – 2,25m
Хатиса (; Ori) – 2,75m
В Древнем Египте созвездие Орион именовалось Саху и почиталось как воплощение Осириса и «царь звезд»; в эпоху Нового царства Орион-Саху изображается плывущим на своей лодке к звездам. В Древнем Вавилоне оно называлось «Верный пастух небес». В иудейской (и библейской – Амос. 5:8) традиции Ориону соответствовало созвездие Кесиль или Кесил (буквально «глупец»), происхождение которого пока никак не объясняется (возможно, от еврейского месяца Кислев (приходящегося на ноябрь-декабрь), название которого, в свою очередь, происходит от еврейского корня К-С-Л, как в словах «кесел, кисла» (надежда), то есть надежда на зимние дожди). В библейской Книге Иова (Иов. 38:31) упоминается неподвижность Ориона (Кесиля) на небосводе и «разбегание» Плеяд (Хима): «Можешь ли ты связать узел Хима и разрешить узы Кесиль?».
В Древней Греции в созвездии видели великого охотника Ориона, согласно греческому мифу, – сына Посейдона и Эвриалы. Помещёно на небо отцом Посейдоном после гибели Ориона от стрел богини Артемиды (по другому варианту мифа – от укуса Скорпиона).
В Древней Руси созвездие называли Кружилия либо Коло. А в Армении созвездие Ориона именуется Айк в память о патриархе-родоначальнике армян, свет души которого, по традиционным повериям, вознесся и застыл на небе в виде одноименного созвездия.
У инков созвездие называлось Чакра, в то время как пояс Ориона у жителей царства Чиму, входившего в состав инкской империи, назывался Пата, то есть «Схваченный», поскольку считалось, что Луна посылала две крайних звезды, чтобы схватить среднюю звезду, как вора и преступника, и они вручали её «Грифам», то есть четырём звездам, располагавшихся ниже и выше в созвездии.
МИФЫ О СОЗВЕЗДИИ ОРИОНА
Орио;н (др.-греч. ;;;;;) — в древнегреческой мифологии знаменитый охотник, отличавшийся необычайной красотой и таким ростом, что его иногда называли великаном. Распространённый вариант мифа о рождении героя повествует о том, что однажды Зевс (Амун), Гермес (Тот) и Посейдон (Сет) посетили жителя Фив Гириея. Когда тот, после жертвоприношения быка и угощения богов, стал жаловаться на бездетность, гости потребовали шкуру жертвы. Когда хозяин принёс шкуру, они наполнили её мочой и велели закопать в землю. Через девять месяцев из неё появился Орион…
От Посейдона он получил дар ходить по волнам, как по земле (Гесиод). Охотился в Сидейских лесах. Женился на Сиде, которую Гера низвергла в Тартар.
Сватался на Хиосе к дочери Энопиона Меропе, по требованию Энопиона истребил на Хиосе диких зверей своей железной дубиной, но Энопион откладывал брак. Тогда Орион украл Меропу и силой овладел ею. За это Энопион ослепил Ориона.
Орион восстановил своё зрение, совершив путешествие к месту восхода Гелиоса, в котором провожатым ему служил Кедалион, один из учеников Гефеста, которого Орион нёс на плечах. Орион подставил лучам солнечного бога слепые глаза, и Гелиос вернул ему зрение. Там же он был замечен богиней Эос и стал её возлюбленным.
На Сицилии для царя Занкла создал насыпь и соорудил порт Акта. Согласно Гесиоду, мыс Пелориаду насыпал Орион, который учредил там священный участок Посейдона. После этого он отправился на Евбею, где и поселился. После смерти помещён на небо.
По одному варианту гибели, был укушен чудовищным скорпионом, посланным Геей или Посейдоном, во время преследования им Плеяд. Он погнался за Плейоной со своим псом, когда она с дочерьми проходила по Беотии, преследовал их семь лет, а Зевс сжалился и поместил их среди созвездий (или преследовал их пять месяцев, ибо созвездие Ориона видно доминирующим на тех широтах в течение 5 месяцев).
По варианту мифа, охотник Орион, преследовавший со страстью Плеяд, как и они, был обращён Зевсом в одноимённые созвездия, однако и на небосводе Орион со своим псом продолжает преследовать Плеяд (в суточном вращении неба он следует за ними). Несколько версий связывают его с Артемидой. Был соратником Артемиды по охоте, по некоторым вариантам, либо был возлюбленным богини, либо она его отвергала. Он был поражён стрелой Артемиды за победу над ней на охоте, или за посягательство на её девственность, или из ревности по подстрекательству Аполлона, брата богини, опасавшегося за её честь. По одной из версий, погиб от скорпиона в Беотии, домогаясь Артемиды.
По делосской версии, Эос влюбилась в Ориона и доставила на Делос. Орион был убит Артемидой. На Делосе был застрелен Артемидой из лука, когда пытался изнасиловать деву Опиду; по другой версии, погиб, когда приглашал Артемиду состязаться с ним в метании диска, либо пытался обольстить Артемиду. По ещё одной версии, был возлюбленным Артемиды, чем был недоволен Аполлон, предложив ей выстрелить до чёрной точки, видневшейся в море. Она выстрелила, и оказалось, что она попала в голову Ориону. Артемида оплакала его и поместила среди созвездий.
Ещё один вариант: он охотился вместе с Артемидой на Крите и пообещал истребить всех зверей, за что Гея наслала на него скорпиона.
По хиосской версии, он полюбил Артемиду, но по воле Артемиды скорпион явился из горы Колоны на Хиосе и ужалил его. Он похвалялся перед Артемидой и Лето, что может истребить всё живое (либо потому, что был влюблён в Энопиона и похвалялся перед ним как охотник), а Гея наслала скорпиона, чтобы тот укусил Артемиду, но Орион сам был укушен, и Артемида вознесла его к звёздам.
Согласно Телесарху, его пытался воскресить Асклепий, но был убит ударом молнии Зевса. После смерти Орион был превращён в одноимённое созвездие (по некоторым вариантам мифа — вместе со своей собакой, превращённой в звезду Сириус или созвездие Большого Пса; в мифах с участием Асклепия последний также был превращён в созвездие — Змееносец).
Могила находится в Танагре (Беотия). У него были дочери Метиоха и Мениппа. Согласно Коринне, Орион — беотийский герой, породивший от нимф 50 сыновей, в том числе Акрефея…
Древнегреческие мифы об Орионе противоречивы и эклектичны. Больший интерес вызывают более ранние древнеегипетские мифы.
В работе «Секреты пирамид [Созвездие Ориона и фараоны Египта]» Бьювэл Роберт
в разделе III «ЗВЕЗДНЫЙ ФАРАОН ЭПОХИ ПИРАМИД» основывается на известном представлении о том, что живой фараон является перевоплощенным Гором (Хуром), божественным предшественником царской власти в Египте, сыном Осириса (Усера) и Исиды (Асету). После смерти фараон отправлялся на небо и становился «Осирисом».
В текстах пирамиды Унаса сохранились десятки упоминаний об Унасе-Осирисе, что означает, что после мумификации Унас перевоплотился в Осириса. Египтологи утверждают, что для фараона стать Осирисом означало превратиться в звёзды, причём не просто в звёзды, а в определённую звезду созвездия Ориона. Таким образом, ритуал перерождения является главной частью превращения усопшего фараона в Осириса, точнее (об этом пишет Мерсер), — в его астральную форму - Саху, то есть созвездие Ориона: «Главным среди заупокойных верований египтян является миф о том, что умерший Осирис был возвращён к жизни магическими заклинаниями, совершёнными над ним его сестрой и женой Исидой». «Тексты пирамид» являлись своего рода «полисом по страхованию жизни», магическими словами, призванными помочь душе умершего фараона переродиться и подняться к созвездию Осириса-Ориона. Это позволяло усопшему правителю соединиться с первоначальным Осирисом и превратиться в звёздное божество. Первоначальный Осирис, таким образом, становился господином Дуата, обители мёртвых, обретших облик звёзд.
На потолке погребальной камеры пирамиды Сенмут изображён шагающий человек; выше него — три звезды пояса Ориона. Много раз образ Осириса-Ориона встречается на дренеегипетских рисунках; среди них одним из древнейших является изображение на камне-пирамидионе, венчающем пирамиду Аменемхета III и в наши дни находящемся в Каирском музее. Здесь Саху-Орион тоже высечен в виде шагающего человека, держащего звёзды в своих ладонях.
Из египетских погребальных текстов и «Текстов пирамид» ясно, что Саху-Орион был душой Осириса; этот район ярких звёзд считался весьма желанным местом для душ фараонов после тяжелого процесса умирания и перерождения.
Первым шагом в ритуале было преображение тела усопшего, мумификация. Умершего повелителя, и его мумию называли Осирис-Унас, Осирис-Пепи и так далее, что говорило о том, что душа фараона уже готова стать звездой в районе созвездия Саху-Ориона.
«О фараон, ты Великая звезда, собрат Ориона,что пересекает небо с Орионом, что правит (Дуатом) Миром небытия; с Осирисом ты поднимаешься с востока небес, обновляясь в надлежащий срок, и становишься молодым в должное время. Небо породило тебя с Орионом…» [Тексты пирамид, 882-3].
«Смотри — он пришёл как Орион, смотри — Осирис пришел как Орион… О, фараон, небо принимает тебя как Ориона, свет утренней зари несёт тебя с Орионом… ты. регулярно поднимаешься с Орионом в восточном крае неба, ты регулярно опускаешься с Орионом на западный край неба… вас сопровождает Сотис…» [Тексты пирамид, 820-2].
На наблюдениях за Саху (Орионом), Сопдет (Сириусом), Солнцем и разливами Хапи (Нила) был основан древнеегипетский календарь, просуществовавший вместе с Египетской цивилизацией около 4 тысячелетий. Промежуток времени между двумя гелиакическими восхождениями Сопдет-Сириуса, совпадающими в Древнем Египте с летним солнцестоянием и предшествующими разливу Нила, составляет 365,25 суток. Однако в длину своего года египтянами было положено целое число дней — 365. Таким образом, за каждые 4 года сезонные явления отставали от календаря на 1 сутки. При отсутствии високосных лет Новый год проходил за 1460 (365 ; 4) лет все сезоны и возвращался на начальное число. Период в 1460 лет назывался сотическим периодом, циклом, или Великим годом Сопдет-Сотиса.
Первым днём года считался тот день, когда Сопдет-Сириус (Сотис) восходит на утренней заре в Мемфисе (19 июля). Календарь был введён в день совпадения первого дня солнечного сидерического года (полного оборота Солнца по орбите относительно Сириуса) с первым днём обыкновенного года, а именно 19 июля 4241 года до н. э. по пролептическому юлианскому календарю — являющийся, таким образом, первой достоверной датой, которую знает история человечества.
При Птолемеях была проведена реформа — введение каждые четыре года високосного года. В 238 году до н. э., на девятый год царствования Птолемея III Эвергета, в Дельте был обнародован жреческий декрет. В XIX веке он был найден в Танисе и получил известность как Канопский декрет, по названию того места, где заседал конклав, готовивший реформу календаря. Подобно камню из Розетты, он был трёхъязычным, включая греческий текст, иероглифы и египетское демотическое письмо. Египетский год (365 дней) служил единицей измерения времени для астрономов средневековья и раннего нового времени. Структура египетского календаря была заимствована французским революционным календарём.
ОПИСАНИЕ СОЗВЕЗДИЯ ОРИОНА
В этом созвездии две звезды нулевой величины, 5 звёзд второй и 4 третьей величины, причём среди ярчайших звёзд есть переменные. По данным на 2011 год Орион занимает второе место среди созвездий по числу переменных звезд – их там насчитывается 2777. Созвездие легко разыскать по трём бело-голубым звёздам, изображающим пояс Ориона – Минтака (; Ориона), что по-арабски значит «пояс», Альнилам (; Ориона) – «жемчужный пояс» и Альнитак (; Ориона) – «кушак». Они отстоят друг от друга на практически одинаковом угловом расстоянии и расположены в линию, указывающую юго-восточным концом на голубой Сириус (в Большом Псе – со стороны Альнитак), а северо-западным концом – на красный Альдебаран (в Тельце). Наиболее яркие звёзды: Ригель, Бетельгейзе и Беллатрикс. В Орионе расположена видимая невооружённым глазом Большая туманность Ориона.
В средних широтах северного полушария созвездие может быть видно в конце лета (начиная с середины августа), осенью, зимой и в первой половине весны (до середины апреля), наилучшие условия для наблюдений в ноябре – январе, когда созвездие видно от его восхода до его заката. Созвездие видно на всей территории России. По сезонной классификации считается осенне-зимним. В частности, в сентябре Орион восходит ранним утром и виден в течение 2 часов перед восходом Солнца. в октябре созвездие восходит ночью, а в ноябре – уже поздним вечером.
Созвездие Ориона легко узнать благодаря фигуре из 7 ярких звезд, которые формируют туловище охотника. Красный сверхгигант Бетельгейзе отмечает правое плечо Ориона, ослепительно белый Ригель виден внизу справа. Между этими яркими звездами находится Пояс Ориона, состоящий из трех звезд 2-й звездной величины, расположенных вдоль одной линии примерно на одном расстоянии друг от друга.
Если звезды пояса мысленно соединить линией и продлить ее вниз, то она укажет на Сириус, ярчайшую звезду всего ночного неба и главную звезду созвездия Большого Пса. В сентябре Сириус восходит примерно за 1,5 – 2 часа до рассвета на юго-востоке. Из-за низкого положения над горизонтом звезда может сильно мерцать и переливаться всеми цветами радуги, подобно драгоценному камню под лучом света.
БЕТЕЛЬГЕЙЗЕ (Альфа Орион, 58 Орион) – красный сверхгигант (M2lab) с визуальной величиной 0.42 (вторая по яркости в созвездии) и удаленностью в 643 световых года. Абсолютная величина составляет -6.05.
Недавние открытия показывают, что звезда излучает больше света, чем 100000 солнц, что делает её более яркой, чем большинство звёзд в классе. Поэтому можно говорить о том, что классификация устарела.
Её видимый диаметр составляет от 0.043 до 0.056 угловых секунд. Более точно сказать очень сложно, потому что звезда периодически меняет свою форму из-за колоссальной потери массы.
Это полурегулярная переменная звезда, чья кажущаяся зрительная величина колеблется от 0.2 до 1.2 (иногда затмевает Ригель). Впервые это заметил Джон Гершель в 1836 году. Возраст – 10 миллиардов лет, и это мало для красного сверхгиганта. Полагают, что она развивалась очень быстро из-за огромной массы. В ближайшие времена она взорвётся как сверхновая звезда. Во время этого события её можно будет разглядеть даже днём (будет сиять ярче Луны и станет самой яркой в истории сверхновых звёзд).
Название звезды – искажение арабской фразы «Яд аль-Джауза» – «руки Ориона», которая стала «Бетлегез» при переводе на средневековую латынь. Причем первую арабскую букву приняли за b, что привело к названию «Bait al-Jauz;’» – «дому Ориона» (в эпоху Возрождения). Получается, что из-за одной ошибки выросло современное название звезды.
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ: ВЗОРВЁТСЯ ЛИ ИЛИ ВЗОРВАЛАСЬ ЛИ ЗВЕЗДА БЕТЕЛЬГЕЙЗЕ?
Звезда Бетельгейзе — гигантская звезда, вдвое старше Солнца — ей, как уже отмечалось, около 10 миллиардов лет. При этом она в 1000 раз крупнее нашего светила и сравнима по размеру с Солнечной системой. Уже 50 лет за ней неотрывно следят земные астрономы. Звезда находится очень близко к нашей Солнечной системе, в той же галактике — Млечный Путь, где живём мы. Бетельгейзе могут рассмотреть в телескопы. И очевидно, что это «солнце» умирает.
Внутри всех звёзд происходит термоядерная реакция, которая позволяет им сиять и выделять тепло. Но внутри этого гиганта топливо закончилось. И скоро должен произойти взрыв. В таком случае звезда сперва гаснет и начинает уменьшаться, а потом резко взрывается и уничтожает всё, до чего сможет дотянуться её излучение. Последние годы звезда стремительно уменьшалась. С декабря 2019 года Бетельгейзе стала вести себя пугающе странно. Она начала коллапсировать, мигать, словно готовясь взорваться.
12 декабря 2023 года ожидается покрытие астероидом (319) Леона звезды Бетельгейзе. В зависимости от того, в какой фазе пульсации будет находиться Бетельгейзе, её видимый угловой размер может оказаться как меньше видимого углового размера астероида, так и больше. В первом случае астероид покроет всю звезду, а во втором случае будет наблюдаться частное покрытие.
Наиболее вероятным сценарием окончания эволюции Бетельгейзе считается взрыв сверхновой II типа. После взрыва её остатки превратятся в нейтронную звезду массой приблизительно 1,5 массы Солнца.
В случае взрыва Бетельгейзе может увеличить свою яркость до ;9…;12,4, что сравнимо с блеском полной Луны.
Такая вспышка сверхновой будет грандиозным астрономическим событием, но считается, что благодаря достаточной удалённости она не представляет угрозы жизни на Земле. Бетельгейзе вряд ли произведёт гамма-всплеск и расположена слишком далеко, чтобы её рентгеновское и ультрафиолетовое излучение могло оказать существенное влияние на Землю. Правда, есть и более тревожные гипотезы.
Точно предсказать время взрыва Бетельгейзе современная астрономия не может.
С уверенностью утверждать о его приближении (или с учётом расстояния в 650 световых лет о взрыве как уже совершившемся факте) учёные смогли бы лишь за несколько дней до прихода вспышки по увеличению потока испускаемых Бетельгейзе нейтрино.
Слухи о приближающемся взрыве Бетельгейзе возобновились осенью 2019 года в связи с быстрым снижением её видимого блеска, в начале 2020 года упавшего до +1,9 звёздной величины. Это было наиболее сильное падение блеска Бетельгейзе за всю историю регулярных наблюдений с 1910 года. Однако с февраля 2020 года блеск звезды начал восстанавливаться и к апрелю вернулся к прежнему уровню. Точные причины этого явления учёным неизвестны.
МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ БЫСТРЕЕ СКОРОСТИ СВЕТА
ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ. ПРИНЦИП ПАУЛИ
Дальноде;йствие — концепция, согласно которой тела действуют друг на друга без материальных посредников, через пустоту, на любом расстоянии. Такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью (но подчиняется определённым законам).
Близкодействие (или короткодействие) — концепция, согласно которой взаимодействия передаются с помощью особых материальных посредников и с конечной скоростью. Например, в случае электромагнитных взаимодействий таким посредником является электромагнитное поле, распространяющееся со скоростью света.
В современной физике проводится четкое разделение материи на частицы-участники (или источники) взаимодействий (называемые веществом) и частицы-переносчики взаимодействий (называемые квантами поля). Из четырех видов фундаментальных взаимодействий надежную экспериментальную проверку существования частиц-переносчиков получили три — сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия. Обнаружение переносчиков гравитационного взаимодействия — так называемых гравитонов — как отдельных частиц на современном уровне техники проблематично. Их существование предсказывается в некоторых квантовых расширениях общей теории относительности и других теориях квантовой гравитации. В сентябре 2015 года двумя детекторами-близнецами обсерватории LIGO были зарегистрированы гравитационные волны. Их дисперсия оказалась совместимой с безмассовым гравитоном, а скорость оценена как равная скорости света.
Важным отличием теории близкодействия от теории дальнодействия является наличие максимальной скорости распространения взаимодействий (полей, частиц), совпадающей со скоростью света.
Принцип Паули: один из важнейших принципов в понимании природы вещества [2].
Порой кажется странным, почему атомы и молекулы ведут себя определенным образом. Например, почему мы не можем проходить сквозь стены, но инфракрасное излучение через них проходит. Все может объяснить один принцип — принцип (исключения) Паули.
Принцип Паули утверждает, что два электрона (или два любых других фермиона) не могут иметь одинаковое квантово-механическое состояние в одном атоме или одной молекуле. Другими словами, ни одна пара электронов в атоме не может иметь одинаковые электронные квантовые числа.
Этот принцип был предложен австрийским физиком Вольфгангом Паули в 1925 году для описания поведения электронов. В 1940-м он расширил принцип до всех фермионов в своей теореме о связи спина со статистикой. Бозоны — частицы с целым числом спинов — не следуют принципу исключения. Таким образом, идентичные бозоны могут занимать одно и то же квантовое состояние (как, например, фотоны в лазерах). Принцип исключения Паули применим только к частицам с полуцелым спином.
О спине проще всего думать как о вращении частицы вокруг собственной оси. Конечно, это сильное упрощение — и в реальности невозможно сказать наверняка, вращается ли на самом деле нечто столь малого размера вроде электрона. В общем говоря, спин подчиняется тем же математическим законам момента импульса, что и все вращающиеся объекты в классической физике. Здесь есть два важных момента, о которых стоит помнить: скорость вращения и направление оси, вокруг которой частица вращается (верхний или нижний спин).
Когда в 1922 году Отто Штерн и Уолтер Герлах открыли спин, их эксперименты показали, что присущий внутренний момент импульса, или спин, частицы вроде электрона квантовался, то есть мог принимать только определенные дискретные значения. Спин композитных частиц, таких как протоны, нейтроны и атомные ядра, — просто сумма спинов и орбитального момента импульса частиц, из которых они состоят, а значит, они подчиняются тем же условиям квантования. Таким образом, спин — это абсолютно квантовомеханическое свойство частицы, и оно не может быть объяснено классической физикой.
Позже выяснилось, что есть два принципиально различных вида элементарных частиц:
1) частицы с целым спином, известные сегодня как бозоны, — среди которых фотоны, глюоны, W- и Z-бозоны, — а также гипотетические гравитоны;
2) частицы с полуцелым спином: фермионы, включающие в себя электроны, нейтрино, мюоны и кварки, из которых состоят композитные частицы типа протонов и нейтронов. Различие между бозонами и фермионами можно описать тем, что у первых есть симметричные волновые функции, а у фермионов волновые функции асимметричны. Концепция частицы с полуцелым спином — очередной пример парадоксальной природы субатомных частиц: грубо говоря, фермиону нужно обернуться вокруг своей оси дважды, прежде чем он примет прежнее положение.
Важность этого различия для квантовой теории состоит в том, что волны вероятности бозонов «переворачиваются» — или инвертируются, — прежде чем успевают интерферировать друг с другом, что, по сути, и ведет к их «стадному» характеру и коллективному поведению в лазерах, сверхтекучих жидкостях и сверхпроводниках. Фермионы, однако, не переворачивают свои волны вероятности, что, помимо прочего, приводит к «асоциальному» характеру. Так и получается, что в квантовой механике складывать спины частиц нужно очень аккуратно и при помощи специальных правил вдобавок к моменту импульса.
Все вышеописанное и подводит нас к одному из важнейших принципов в квантовой механике — принципу Паули. Как было сказано выше, он гласит, что два идентичных фермиона не могут занимать одно и то же квантовое состояние одновременно (хотя два электрона, например, могут приобрести противоположные спины, чтобы дифференцировать свои квантовые состояния). Этот принцип можно описать так: никакие два фермиона в квантовой системе не могут обладать одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел в любой момент времени. Принцип Паули эффективно объясняет продолжительное существование очень высокоплотных белых карликов, а также существование разных типов атомов во Вселенной, крупномасштабную стабильность вещества и ее основную массу.
Чтобы понять важность этого принципа, необходимо знать, что, согласно квантовой модели атома, электроны в атоме (существующие в том же количестве, что и протоны в ядре конкретного атома, чтобы общий заряд равнялся нулю) могут занимать только конкретные дискретные орбитальные позиции вокруг ядра, которые составляют оболочку атома. Чем ближе электроны к ядру, тем сильнее электрическая сила притягивает электрон внутрь, и тем больше энергии понадобится, чтобы «вырвать» его из ядра. На самых близких к ядру орбитах могут поместиться всего два электрона — один с верхним спином, а один — с нижним, чтобы иметь разные квантовые состояния. Оболочка энергетическим уровнем выше может вместить уже восемь, на уровень выше — 18, на следующем уровне — 32.
Принцип Паули диктует, как электроны могут расположиться внутри атома по электронным орбитам. Тот факт, что два электрона не могут одновременно занимать одно и то же квантовое состояние, не дает им «нагромождаться» друг на друга, тем самым объясняя, почему материя занимает исключительно своё место и не позволяет другим материальным объектам проходить через себя, но в то же время позволяет проходить через себя свету (фотонам), нейтрино как полям излучения.
Два атома формируют ковалентную связь. У каждого из атомов есть всего один электрон на самой дальней орбитали. Для получения более низкого энергетического состояния атомы объединяют свои электроны и образуют общую орбиталь, содержащую два электрона.
Этот принцип также объясняет существование разных атомов в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и разнообразие мира, окружающего нас. Например, когда атом получает новый электрон, он всегда попадает на самый низкий из доступных энергетических уровней (наиболее отдалённую от ядра орбиталь). Два атома с «закрытыми» оболочками не могут осуществить химическую связь друг с другом из-за того, что электроны одного атома не находят доступных квантовых состояний, которые они могли бы занять в другом атоме. Итак, порядок электронов, а именно — электронов на самой отдалённой орбитали, также влияет на химические свойства элемента и способность атомов ко взаимодействию с другими атомами, а значит, и на то, как взаимодействуют молекулы при формировании газов, жидкостей или твёрдых тел, и на то, как они объединяются в живых организмах.
Принцип Паули — один и самых важных принципов в квантовой физике, по большей части из-за того, что все три типа частиц, из которых состоит вся обычная материя (электроны, протоны и нейтроны), подчиняются ему. Однако интересно, что этот принцип не поддерживается никакими физическими силами, известными науке. Когда электрон входит в ион, он каким-то образом уже «знает» квантовые числа электронов, находящихся там, то есть знает, какие атомные орбитали он может занять, а какие — нет. Таким образом, принцип Паули утверждает наличие дальнодействия в самих основаниях мироздания.
С этим принципом тесно связана дискуссия по основаниям квантовой механики, в частности с парадоксом Эйнштейна-Подольского-Розена и принципом неопределённости.
Парадокс Эйнште;йна — Подо;льского — Ро;зена (ЭПР-парадокс) [4] — попытка указания на неполноту квантовой механики с помощью мысленного эксперимента, заключающегося в измерении параметров микрообъекта косвенным образом, не оказывая на этот объект непосредственного воздействия. Целью такого косвенного измерения является попытка извлечь больше информации о состоянии микрообъекта, чем даёт квантовомеханическое описание его состояния.
В 1927 году на Пятом Сольвеевском конгрессе Эйнштейн решительно выступил против «копенгагенской интерпретации» Макса Борна и Нильса Бора, трактующей математическую модель квантовой механики как существенно вероятностную. Эйнштейн заявил, что сторонники этой интерпретации «из нужды делают добродетель», а вероятностный характер свидетельствует лишь о том, что наше знание физической сущности микропроцессов неполно. Он в 1935 году вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном написал статью «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?», в которой описал мысленный эксперимент, который впоследствии был назван парадоксом Эйнштейна— Подольского— Розена.
После публикации этой статьи Нильс Бор опубликовал статью с тем же названием, в которой он высказал несколько аргументов за вероятностное описание квантовой механики и определенную аналогию между положениями квантовой механики и Эйнштейновской Общей теорией относительности. Так зародился спор Бора— Эйнштейна о физическом смысле волновой функции.
Бом в 1951 году [5] предложил возможность провести эксперимент, т. н. оптический вариант ЭПР-опыта, который смог бы разрешить спор Эйнштейна-Бора, а в 1964 году Белл вывел критерий [11], по которому можно определить, какой из теорий отдать предпочтение.
Неравенства Белла возникают при анализе эксперимента типа эксперимента Эйнштейна — Подольского — Розена из предположения, что вероятностный характер предсказаний квантовой механики объясняется наличием скрытых параметров, то есть неполнотой описания. Существование такого параметра означало бы справедливость концепции локального реализма. В этом случае ещё до измерения квантовый объект можно было бы охарактеризовать определённым значением некоторой физической величины, например, проекцией спина на фиксированную ось.
Расчёт вероятностей различных результатов измерения по законам квантовой механики приводит к нарушению неравенств Белла [11]. Поэтому предположение о «локальном реализме» нужно отвергнуть. Однако локальный реализм кажется столь естественным, что для проверки неравенств Белла были поставлены эксперименты. Выполнение этих неравенств было проверено различными группами учёных. Первый результат был опубликован Аленом Аспе с соавторами. Оказалось, что неравенства Белла нарушаются. Следовательно, неверным оказывается привычное представление о том, что динамические свойства квантовой частицы, наблюдаемые при измерении, реально существуют ещё до измерения, а измерение лишь ликвидирует наше незнание того, какое именно свойство имеет место.
В 1982—1985 гг. Ален Аспе [6, 12] с коллегами произвёл серию сложных экспериментов, результаты которых совпадают с предсказаниями квантовой механики и отмечают отклонение от неравенств Белла (в 2022 году лауреатами Нобелевской премии по физике были объявлены француз Ален Аспе, американец Джон Клаузер и австриец Антон Цайлингер. В формулировке Нобелевского комитета указано, что эти ученые отмечены «за эксперименты со спутанными фотонами, которые продемонстрировали нарушение неравенств Белла и дали начало квантовой информатике»).
Постановка экспериментов и проверка деталей идёт до сих пор, и, по мнению А. Аспекта, в конечном счёте должны привести к окончательному эксперименту, не оставляющему никаких сомнений в правильности квантовой механики. Во всяком случае информационное дальнодействие согласно принципу Паули и принцип неопределённости остаются неопровержимыми.
1 ноября 2010 г. в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences была опубликована статья Шайдла и др., в которой рассказывается об экспериментах, проведённых в июне-июле 2008 г. на Канарских островах Пальма и Тенерифе, расстояние между которыми составляет 144 км. На Пальме генерировалась пара запутанных фотонов, один из которых затем передавался по свёрнутому в кольцо световоду длиной 6 км на детектор Alice, расположенный рядом с источником (задержка 29,6 мкс), а другой передавался по открытому воздуху на детектор Bob, расположенный на Тенерифе (задержка 479 мкс). Также была введена электронная задержка в детекторе Bob, так что в системе координат воображаемого наблюдателя, летящим параллельно одному из фотонов с Пальмы на Тенерифе, события детектирования происходили приблизительно одновременно. Таким образом, экспериментаторам удалось закрыть лазейки для локального реализма и свободы выбора во всех системах координат.
Было проведено четыре измерения по 600 с каждое, детектировано 19 917 фотонных пар, неравенство Белла было нарушено с уровнем достоверности, превышающим 16 среднеквадратических отклонений (2,37±0,02, тогда как предельное максимальное значение составляет 2,828).
Авторы полагают, что их эксперимент опровергает большой класс детерминистических теорий, оставляя только такие, которые практически невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть экспериментально, а именно, теории, позволяющее путешествовать во времени в прошлое и производить там действия, а также теории «суперреализма» («супердетерминизма»), согласно которым далёкое общее прошлое до возникновения запутанной пары заранее определяет как её поведение, так и все скрытые переменные, связанные с её детектированием.
В 2015 г. различными коллективами исследователей были проведены опыты по проверке неравенств Белла с дополнительными предосторожностями против возможной передачи скрытых параметров. Результаты опытов несовместимы с теорией локальных скрытых параметров [11].
Существует глубокая связь между принципом квантовой неопределённости В. Гейзенберга (Werner Heisenberg), принципом Паули и уравнением Дирака (Поль Адриен Морис Дирак [3]), благодаря которому открыты античастицы (антиматерия) и заполненный бесконечной отрицательной энергией квантовый вакуум.
Характерная особенность уравнения Дирака — наличие среди его решений таких, которые соответствуют состояниям с отрицательными значениями энергии для свободного движения частицы (что соответствует отрицательной массе частицы). Это представляло трудность для теории, так как все механические законы для частиц в таких состояниях были бы неверными, переходы же в эти состояния в квантовой теории возможны. Действительный физический смысл переходов на уровни с отрицательной энергией выяснился в дальнейшем, когда была доказана возможность взаимопревращения частиц. Из уравнения Дирака следовало, что должна существовать новая частица (античастица по отношению к электрону) с массой электрона и электрическим зарядом противоположного знака; такая частица была действительно открыта в 1932 К. Андерсоном и названа позитроном. Это явилось огромным успехом теории электрона Дирака. Переход электрона из состояния с отрицательной энергией в состояние с положительной энергией и обратный переход интерпретируются как процесс образования пары электрон-позитрон и аннигиляция (переход в излучение, в фотоны) такой пары.
КОНСТРУКТИВНОЕ РЕШАЮЩЕЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ: МЕТОД ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДАЛЬНОДЕЙСТИЯ ДЛЯ РАННЕГО ОПОЗНАВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ КАТАСТРОФ
Используя принцип Паули и фермионное свойство нейтрино можно предложить метод ускоренного раннего опознавания взрывов сверхновых звёзд. Предложение заключается в нахождении пустых траекторий с детекцией (обнаружением) двух нейтрино, связанных между собой дальнодействием, согласно принципу Паули. В таком случае, например, если длина такой траектории составляет 100 световых лет, сигнал придёт соответственно на 100 лет на Землю раньше, т.е. за 550 лет вместо 650 лет от Бетельгейзе, что даст возможность жителям планеты подготовиться к противорадиационной обороне.
Согласно квантовой механике, элементарные частицы с полуцелым спином (т.е. фермионы, подчиняющиеся принципу Паули, статистике Ферми-Дирака), имеющие одинаковые квантовые числа, имеют корреляцию переплетения (нефизического взаимодействия), даже если они пространственно отделены друг от друга. Это квантовое переплетение не исчезает в связи с дальностью расстояния между частицами. Если есть воздействие на одну частицу, то другие частицы немедленно реагируют на это влияние (дальнодействие).
Нелокальность квантового переплетения означает, что два фермиона на одном энергетическом уровне, находящиеся на любом расстоянии друг от друга, реагируют мгновенно на изменение состояния друг друга (см. фиг.1: например, если два электрона атома гелия с 3 одинаковыми квантовыми числами, но противоположными проекциями спина взаимодействуют между собой посредством фотонов, то взаимодействие с другим таким же атомом гелия может оказаться со сверхсветовой скоростью из-за расстояния между атомами). Неважно, как далеко две такие частицы находятся друг от друга; одна частица будет реагировать всякий раз, когда воздействуют на другую частицу. Это говорит о том, что, если что-то происходит в одном месте, это сразу же влияет на происходящее в другом месте.
Основополагающее значение для проблемы квантового измерения имеют знание и сознание наблюдателя, участвующего в процессе измерения.
Сложности изучения сознания приводят специалистов в области философии, неврологии, психологии, физики к пониманию, что, как и время, пространство, масса, энергия, сознание является основным свойством программы Вселенной.
Если сознание и знание рассматривать как важнейшие реализации принципа целостности вселенной (легко показать, что вселенные будут распадаться на несвязные, если исключить принцип целостности вследствие отсутствия дальнодействия), то придётся признать дальнодействие важнейшим принципом абсолюта как программы вселенной. Если всё это может быть показано в экспериментах, можно прийти к предположению, что у определённых элементарных частиц и полей есть некоторая форма сознания (сравните с ранними концепциями атомизма, наделявшими элементарные частицы некоторым сознанием).
Можно также использовать космическую траекторию с двумя электронами или позитронами, но куда более интересными представляются детекторы, использующие нейтрино.
Нейтрино – это самая маленькая частица материи-энергии [7].;;
Когда-то её считали лишь "частицей без свойств", странствующим космическим фантомом. Теперь же обсерватории мира бросают все свои силы на исследование е` характеристик. Составляющая тёмной материи, источник энергии расширения Вселенной, причина гравитационной нестабильности эпохи Большого Взрыва.
Сейчас мы стоим на пороге новой эпохи в космологии – эпохи нейтрино. За открытия в сфере взаимодействия этих частиц присуждают Нобелевскую премию, а область знаний о них даже планируется выделить в отдельный раздел науки о небесных телах – нейтринную астрофизику. Но что же это, в конце концов, такое, и чем так революционны исследования этих частиц?
В 20-30-ых годах ХХ века молодую и ещё не окрепшую отрасль ядерной физики настигает глубочайший кризис. Оказалось, что при протекании ядерных реакций бета-распада (реакция превращения ядра элемента с испусканием бета-частицы – электрона или позитрона) не соблюдаются основополагающие законы сохранения энергии и импульса: сумма количества затраченной энергии до реакции и после не совпадает – какая-то часть её будто бы «улетучивается». Даже такие гении физики, как Нильс Бор, опускали руки перед «бета-парадоксом» и, оправдываясь тем, что не всё под силу постичь человеческим разумом, готовы были отказаться от основных для физики законов сохранения.
Ситуацию спас молодой швейцарский физик-теоретик Вольфганг Паули, который, к слову, приходился учеником Нильсу Бору. Рассерженный на своего учителя и его коллег, так легко сдающих позиции перед вызовами науки, он осмелился постулировать наличие в таких реакциях «неуловимой» частицы, которая, по его словам, должна была уносить часть энергии с собой и уравновешивать соотношения импульсов и энергий частиц до и после взаимодействия. Таким образом молодой ученый лишь пытался отвести гениальные умы от мысли про отказ от законов физики – на деле, его догадки на тот момент ничем не подкреплялись. Каково же было удивление Паули, когда через 23 года его предположения нашли своё экспериментальное подтверждение в лаборатории итальянского физика-ядерщика Энрико Ферми! «Пойманную» частицу окрестили нейтрино, в переводе – нейтрончик, «нейтральненький». (В. Паули, выдвигая в 1930 г. свою гипотезу, предлагал называть эту частицу нейтроном, т. к. она электрически нейтральна, но этим термином в 1932 г. уже была названа частица, входящая в состав ядра атома, открытая Джеймсом Чедвиком.)
“I have done a terrible thing, I have postulated a particle that cannot be detected”
Вольфганг Паули
Следует разъяснить, как именно «срабатывает» нейтрино в процессах бета-распада и не только, и какие уникальные физические свойства делают эту частицу по-настоящему «призрачной».
Согласно Стандартной модели (теоретическая конструкция в физике, описывающая все элементарные частицы), не все элементарные частицы являются фундаментальными – то есть такими, что составляют первоначальное звено в построении атома вещества. Так, если взять нуклоны – протон и нейтрон – то они состоят из кварков, которые, в свою очередь, поделить на меньшие составляющие уже невозможно. И таких разновидностей бесструктурных или «точечных» частиц три: помимо упомянутых кварков к ним также относятся лептоны и калибровочные бозоны (хотя последние, скорее, выступают лишь посредниками при взаимодействии предыдущих двух видов). Основная разница между упомянутыми частицами состоит в том, в каких видах фундаментальных взаимодействий (всего существует четыре вида фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое; далее – ВФВ) они могут участвовать: лептоны, в отличие от кварков, не вступают в сильное взаимодействие (cильное взаимодействие удерживает ядро атома и не дает нуклонам, составляющим его, разлететься) а калибровочные бозоны делятся на подвиды, каждый из которых является «переносчиком» конкретного ВФВ. Нейтрино относится к классу лептонов, но немного отличается от своих собратьев. Дело в том, что все его «лептонные родственники», наиболее известным из которых для нас является электрон, обладают электрическим зарядом, который позволяет им вступать в электромагнитное взаимодействие. Нейтрино же электрически нейтрально, а, следовательно, из четырех ВФВ для него остаются лишь гравитационное и слабое; но основным и единственным, в котором его можно заметить, является именно слабое взаимодействие.
В чём же оно заключается? Все ядерные реакции, о которых велась речь ранее, являются примером слабого взаимодействия, которое отвечает за превращение одной частицы в другую посредством ядерного распада. И вот как это происходит: при приближении нейтрино практически вплотную (слабое взаимодействие названо слабым, так как действует только на крошечных расстояниях (приблизительно 0,1% диаметра протона).
Единственный способ обнаружить нейтрино – это «поймать» его в момент взаимодействия с другой частицей, когда происходит превращение. Но всё не так просто, как кажется. Помимо всего прочего, нейтрино практически не контактирует с материей. Эти частицы беспрепятственно пронзают насквозь Солнце, нашу планету, нас! В этом «неуловимой» частице помогает и её чрезвычайно маленькая масса: приближаясь к массивным телам, её скорость ни на йоту не уменьшается, и она преодолевает гигантские небесные объекты легче, чем луч света преодолевает стекло. Всё, что нас окружает в эту секунду, пропускает через себя сотни триллионов нейтрино, и мы в том числе. Но узнать об этом мы можем, только лишь прочитав подобную статью: почувствовать нейтринные потоки невозможно. Это то, что называется интенсивностью взаимодействия: чем больше длина свободного пробега частицы (то есть расстояния, которое частица может преодолеть без смещений, столкновений и т.д.), тем слабее её взаимодействие с веществом. У нейтрино это расстояние измеряется в астрономических единицах (среднее расстояние от Земли до Солнца, принятое за единицу измерения).
А это значит, что, чтобы поймать частицу-призрак, иногда нужно ждать невероятно долго, пока одна из триллиарда их не удосужится задеть один из атомов какой-нибудь молекулы. Поэтому астрофизики идут на всё, чтобы не только не упустить этот шанс, но и увеличить вероятность его наступления. Так, чтобы отсеять другие фоновые процессы и не перепутать, к примеру, частицу из космического луча с нейтрино, установки по регистрации последних размещают глубоко под землей (японский детектор Super-Kamiokande – 1 км от поверхности; канадский детектор SNO –– 2 км) или и того лучше – в толще льда Антарктиды (детектор Ice Cube), или в глубине вод озера Байкал. Все эти детекторы работают по принципу фиксирования сверхчувствительными фотоумножителями момента взаимодействия нейтрино с частицами атома молекулы воды, когда в результате образуется сверхбыстрая заряженная частица, провоцирующая в дальнейшем черенковское излучение (правильнее даже будет – излучение Вавилова-Черенкова: свечение в прозрачной среде, вызванное заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей скорость света в этой среде).
Для чего это всё? Ведь экспериментально наличие этой частицы уже было доказано Ферми, да и её роль в процессах ядерного распада тоже известна. Для чего же все эти тысячи фотоумножителей, десятки тысяч тонн воды и километры выкопанной земли (и даже льда)? А дело в том, что, как очень точно некогда высказался советский физик-теоретик М.Марков:
«Современнику трудно гадать, какое истинное место займет нейтрино в физике будущего. Но свойства этой частицы столь элементарны и своеобразны, что естественно думать, что природа создала нейтрино с какими-то глубокими, пока для нас не всегда ясными "целями"»
Последняя Нобелевская премия по физике была вручена за исследование нейтринных осцилляций, т.е. превращений одного вида нейтрино в другой. К лептонам, кроме электрона, также относятся мюон и тау-лептон (они отличаются массой и реакциями, в которых задействованы). Каждому из этих разновидностей лептонов соответствует отдельный вид нейтрино: электронный, мюонный и тау-нейтрино (существует также гипотеза о существовании четвёртого вида – стерильного нейтрино, который вообще не взаимодействует с веществом). Отличаются они, соответственно, тем, какую частицу порождают в результате взаимодействия с атомом. Было обнаружено, что виды нейтрино взаимодействуют и друг с другом, имея возможность превращаться в «своего товарища». То есть электронное нейтрино становится мюонным, а то, в свою очередь, может обернуться на тау-нейтрино. Это многое объясняет, так как до этого все нейтринные детекторы регистрировали только 1/3 от предполагаемого количества частиц. Как выяснилось, проблема заключалась в том, что отлавливали они лишь электронные нейтрино, не зная, что 2/3 их на пути из космоса до Земли изменяют свою «специализацию».
Но почему же это открытие настолько важно, что заслуживает Нобелевской премии? Да потому, что долгое время нейтрино считалось безмассовой частицей, а открытие процессов осцилляции является беспрекословным доказательством обратного: виды нейтрино могут взаимопревращаться, только если они имеют массу, причём такую, что электронное нейтрино будет легче, чем последнее в цепочке превращений – тау-нейтрино. Доказательство же существования у нейтрино массы открывает целые горизонты в исследовании роли этой частицы во Вселенной.
Нейтрино, несмотря на всю непримечательность своих физических характеристик, является самой распространённой частицей во Вселенной. Их настолько много, что на всё остальное «не нейтринное» вещество приходится всего около 3-10% массы Вселенной! То есть, как выражаются многие астрофизики, мы живём в нейтринной Вселенной! Однако будь эти частицы безмассовыми, подобного рода информация не принесла бы нам много пользы. Мы можем даже утверждать, что именно сила тяготения нейтрино определяет процесс ускоренного расширения Вселенной, – ведь доминируя в количестве и, как следствие, в массе, нейтрино преобладает и в гравитационном действии. Вполне возможно, что именно охлаждение нейтринных сгустков и "разбрасывание" их по космическому пространству может "раздувать" нашу Вселенную. Энергии для этого им вполне хватает, ведь они забирают её у самих звёзд.
Вселенная прекратит процесс расширения, как только достигнет критической плотности. Ранее считалось, что до неё ещё довольно далеко (примерно 100 раз по возрасту современной Вселенной), но учитывая нововыявленные обстоятельства – наличие массы у частиц, плотность которых во Вселенной в 30 раз больше плотности другого вещества, – этот момент оказывается гораздо ближе. В этом случает сила тяготения нейтрино уже будет служить "тормозом" в расширении.
Также, это открытие проливает свет и на многие процессы, происходящие в период Большого Взрыва. Долгое время было неясно, каким же именно образом распределялась материя, составляющая теперь все небесные тела. Вначале она представляла собой однородное раскалённое вещество – плазму. Но что заставило её так распределиться в местах, где в дальнейшем были образованы галактики? И ответ снова – нейтрино. Дело в том, что уже по истечению 1 секунды после Большого Взрыва плазма перестала быть для этих частиц препятствием – они вышли за её пределы, перестав участвовать во внутреплазменных реакциях. Тогда эти частицы, полные энергии, двигались со скоростью света и, взаимопревращаясь, с легкостью влетали и вылетали из «нейтринных облаков». Но со временем (приблизительно 300 лет) нейтрино растратили свою энергию, и их скорость уже не позволяла им так просто покидать «нейтринные сгустки». Так образовались плотнейшие скопления нейтрино. К этому времени плазма уже приостыла и стала менее плотной. Тут и сработала сила тяготения скоплений нейтрино, которая и распределило однородное вещество. Таким образом скопления вещества распределились по «нейтринным облакам», в дальнейшем превратясь в целые системы небесных тел. Так в космическом пространстве появились галактики, размещенные в «нейтринных ячейках».
Всё это делает нейтрино частицей, невероятно интересной и важной для изучения. В отличие от электромагнитных волн, излучений и т.п. нейтрино поступают к нам из самого центра событий – сердцевины звёзд, где участвуют в термоядерных реакциях. Беспрепятственно преодолевая огромнейшие дистанции длинной в световые года, они могут доставлять нам ценную информацию о всех этих процессах из самых дальних закоулков космоса.
Но более интересно даже другое. Всем известно, что во времена зарождения Вселенной вместе с материей сосуществовала и антиматерия. Мы знаем, например, что электрон имеет свою античастицу – позитрон, а протон – антипротон. И так со всеми частицами: свойства одинаковые, только заряд противоположный. Но в нашем мире почему-то стала преобладать обычная материя. Где же антиподы всем частицам? Существует гипотеза, что где-то во Вселенной может быть зеркальное отражение нашего мира – антимир из антивещества. Но даже если и предположить такое, найти его будет практически невозможно – несмотря на то, что все химические процессы там будут протекать при участии антиатомов, нашим физическим приборам этого не распознать: все излучения, поступающие к нам «оттуда» будут идентичны нашим. Единственный вариант обнаружить антимир – это поймать антинейтрино. (Так как нейтрино не имеет заряда, разница между ним и его антиподом заключается в направлении спина - говоря ненаучным языком, стороной вращения вокруг себя.) Ведь эта частица, точно также как нейтрино с электроном, принимает непосредственное участие в образовании позитрона (а также антимюона и антитау-лептона). Так что, зафиксировав однажды прилетевшее антинейтрино, мы сможем говорить об антиматерии, таящейся в космосе.
ДРУГИЕ МОДЕЛИ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ
До сих пор рассматривался сценарий дальнодействия, основанный на принципе Паули для фемионов, большей частью для нейтрино. Нейтринная астрофизика, действительно, развивается бурно. Но существуют другие сценарии дальнодействия.
Один из таких сценариев может быть основан на гипотезе тахионов.
ТАХИОНЫ
Тахио;н (от греч. ;;;;;, «быстрый») либо дромотро;н (от греч. ;;;;;;, «бег») — гипотетическая частица с массой, равной комплексному числу , движущаяся со скоростью, превышающей скорость света в вакууме, в противоположность обычным частицам, называемым в теоретических работах по тахионам тардионами, движущимся всегда медленнее света, способным покоиться, и люксонам (например, фотону), движущимся всегда только со скоростью света.
Тахионы способны излучаться, поглощаться и переносить энергию.
Гипотетические поля, соответствующие описанной частице, называются тахионными полями. Обычно в качестве таковых рассматриваются поля, подчиняющиеся уравнению Клейна — Гордона (или Дирака, Янга — Миллса и т. п.) с противоположным знаком у массового члена (то есть с отрицательным квадратом массы).
Элементарные частицы, чья скорость превышает скорость света в вакууме, были впервые рассмотрены Зоммерфельдом в 1904 г. Математический аппарат для описания их поведения был детально разработан Вигнером в 1939 г.[8].
Долгое время считалось, что концепцию тахионов предложили в 1962 году учёные Сударшан, Олекса-Мирон Биланюк, Виджай Дешпанд (Vijay Deshpande), и Джеральд Фейнберг. Последнему принадлежит и сам термин.
Также данная концепция рассматривалась в 1923 году советским учёным Львом Яковлевичем Штрумом. Именно Лев Яковлевич Штрум разработал данную концепцию гипотетических частиц, имеющих сверхсветовую скорость, не используя, конечно, придуманный позже термин «тахион». Идея о существовании тахионов на макроскопических масштабах была высказана Терлецким в 1960 г.[9].
СОЛНЕЧНЫЙ ЗАЙЧИК, НОЖНИЦЫ
Ещё одним любопытным примером могут служить движения теней, точек ножниц, солнечных зайчиков. Световое пятно (т. н. «солнечный зайчик») или, например, точка пересечения лезвий гильотинных ножниц могут изменять положение со сверхсветовой скоростью. Однако при этом информация и энергия передаются в направлении, не совпадающем с направлением движения солнечного зайчика.
В разных системах отсчёта, особенно, во вращающихся, можно получить легко сверхсветовые скорости. Например, для системы координат, связанной с головой человека, находящегося на Земле, скорость движения Луны при обычном повороте головы будет больше скорости света в вакууме. В этой системе при повороте за маленькое время Луна опишет дугу с радиусом, приблизительно равным расстоянию между началом системы координат (головой) и Луной.
Более того, согласно закону Хаббла, удалённые галактики, находящиеся на большом расстоянии, удаляются друг от друга со скоростью, превышающей скорость света.
Имеются гипотезы сверхсветового движения, связанные с экзотическими идеями и проектами типа «кротовых нор», «пузыря» Алькубьерре, трубы Сергея Красникова, виртуальных элементарных частиц, движения в вакууме Казимира и т.п.[10].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В этом проекте предложен метод, основывающийся на наиболее вероятном развитии нейтринной астрофизики, но, как показано, возможны и другие сценарии использования дальнодействия, хотя предложенный сценарий пока самый вероятный для будущей реализации. Разумеется, реализация такого проекта потребует создания и совершенствования новых приборов и технологий.
ИСТОЧНИКИ
2. Паули В. «О связи между заполнением групп электронов в атоме и сложной структурой спектров» (Получена 16 января 1925) в книге «Вольфганг Паули. Труды по квантовой теории: Квантовая теория. Общие принципы волновой механики. Статьи 1920—1928.» М.: Наука, 1975. стр.645-660
Pauli W. Uber den Zusammenhang des Abschlusses der Elektronengruppen in Atom mit der Коmplexstruktur der Spektren,- Z. Phys., 1925, 31, 765—783.
Паули В. Общие принципы волновой механики. — М.-Л.: ГИТТЛ, 1947.
3. Дирак П. А. М. Принципы квантовой механики. — М.: Наука, 1979. — 440 с.
Дирак П. А. М. Релятивистское волновое уравнение электрона // Успехи физических наук. — 1979. — Т. 129, вып. 4. — С. 681—691.
4. A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen. Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?
Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? // Phys. Rev. 47, 10. — 1935. — С. 777-780., англ., Physical Review Online Archive.
5. Бом Д. Квантовая теория = Quantum Theory // New York: Prentice Hall. 1989 reprint, New York: Dover, ISBN 0-486-65969-0. — 1951., стр. 700, гл. 12, п. 15.
6. Alain Aspect. Теорема Белла: Наивный взгляд экспериментатора = Bell's Theorem:
The naive view of an experimentalist // Springer. — 2002.
8. E. Wigner, Ann. Math. 40, 149 (1939).
9. Я. П. Терлецкий, Докл. АН СССР 133 (2), 239 (1960).
10. https://ru.wikipedia.org/wiki/Сверхсветовое_движение.
11. https://ru.wikipedia.org/wiki/Неравенства_Белла.
12. https://ru.wikipedia.org/wiki/Опыт_Аспе.
ПРИЛОЖЕНИЕ
В 1982 году французский физик Ален Аспе (Alain Aspect) со своей группой успешно провел эксперимент, доказывающий существование в квантовой механике явления, называемого «квантовое переплетение» между частицами на субмикроскопическом уровне [1]. В 2022 г. Алену Аспе была присуждена Нобелевская премия по физике.
Согласно квантовой механике, две или более частиц, имеющих одинаковое происхождение, имеют некую корреляцию переплетения, даже если они пространственно отделены друг от друга. Это квантовое переплетение не исчезает в связи с дальностью расстояния между частицами. Если есть воздействие на одну частицу, то другие частицы немедленно реагируют на это влияние (дальнодействие).
Квантовое переплетение было экспериментально проверено во многих лабораториях мира. Многие ученые относят открытие квантового переплетения к числу самых важных открытий последних десятилетий. Это открытие имеет важное значение для науки, философии и всего мировоззрения.
Квантовое переплетение поддерживает существование «моментального действия на расстоянии», в котором сомневался Альберт Эйнштейн. Квантовое переплетение не локально - оно показывает нам, что существует дальнодействие.
Нелокальность квантового переплетения означает, что два фермиона на одном энергетическом уровне, находящиеся на любом расстоянии друг от друга, реагируют мгновенно на изменение состояния друг друга. Неважно, как далеко две такие частицы находятся друг от друга; одна частица будет реагировать всякий раз, когда воздействуют на другую частицу. Это говорит о том, что, если что-то происходит в одном месте, это сразу же влияет на происходящее в другом месте.
Лауреат Нобелевской премии Юджин Вигнер утверждает, что основополагающее значение для проблемы квантового измерения имеют знание (и сознание) наблюдателя, участвующего в процессе измерения [2].
Сложности изучения сознания приводят специалистов в области философии, неврологии, психологии, физики к пониманию, что, как и время, пространство, масса и энергия, сознание является основным свойством материи и неотъемлемой частью Вселенной [3].
Сознание нельзя увидеть или потрогать, его невозможно измерить с точки зрения времени, пространства, массы или энергии. Тем не менее, у него есть некоторые знакомые характеристики. Если сознание можно рассматривать как основное свойство материи, то субмикроскопические частицы также будут иметь сознание и, следовательно, будут проявлять характеристики сознания. Если эти характеристики смогут быть показаны в лабораторных экспериментах, то можно прийти к предположению, что у определённых субмикроскопических частиц есть некоторая форма сознания (сравните с ранними концепциями атомизма, наделявшими элементарные частицы некоторым сознанием).
Эксперименты показали, что в момент квантового переплетения всплывают характеристики «вспоминания». Субмикроскопические частицы дифференциируют и вспоминают частицы, которые имеют «отношение переплетения» с ними. Они могут «вспомнить» и признать эти особые отношения переплетения без каких-либо ограничений в пространстве и времени.
Можно предположить, что квантовое переплетение является свидетельством существования некоего «сознания» у определённых субмикроскопических частиц.
Литература
[1] Alain Aspect et all (1982), «Experimental Tests of Bells Inequalities Using Time-Varying Analyzers», Physics Review Letters 49, 1804-7
[2] Rosenblum, Bruce & Kuttner, Fred: QUANTUM ENIGMA (Oxford University Press, 2006)
[3] Penrose, R., A theory of everything? Nature 433, 259 (2005).