Почему Природа устроена по квантовым законам (стр. 1 )

Why is Nature organized according to quantum laws?

N. Ye. Svavil’nyi

Abstract

Neither physics nor philosophy may answer this question today. It is suggested to consider a new physical principle, the "principle of commensurability conserved quantities," which is formulated as follows: "In the interaction of physical objects, the conserved same-type quantities (energies, momenta, the moments of momentums, etc.) are redistributed among objects so that before and after interaction these quantities have a common measure". Postulate principle allows us to describe interacting physical systems by means of a mathematical apparatus of the theory of integers. Using these methods, the author has solved two central physical problems: scattering problems and problems of the emission spectrum of a hydrogen-like atom. These results coincide (although there are new, additional data) with well-known problems of spectroscopy and fundamental physics. In the author's opinion, this coincidence confirms the validity and truthfulness of the suggested new "principle of commensurability", which would enable us to answer the fundamental question: why is Nature organized according to quantum laws?

Why is Nature organized according to quantum laws

Почему Природа устроена по квантовым законам?

Аннотация

На этот вопрос, на сегодня, не имеет ответа ни физика, ни философия. Предлагается рассмотреть новый физический принцип, «принцип соизмеримости сохраняющихся величин», который формулируется так: « При взаимодействии физических объектов сохраняющиеся однотипные величины (энергии, импульсы, моменты импульсов и др.) перераспределяются между объектами так, чтобы до и после взаимодействия эти величины имели общую меру». Постулируемый в работе принцип позволяет перейти к описанию взаимодействующих физических систем с помощью методов теории целых чисел. Этими методами автором получены результаты по решению двух центральных физических задач: задачи рассеяния и задачи спектра излучения водородоподобного атома. Эти результаты совпадают (хотя имеются и новые, дополнительные данные) с хорошо известными из спектроскопии и из фундаментальной физики. По мнению автора, это совпадение подтверждает действенность и истинность предлагаемого нового «принципа соизмеримости», который позволят ответить на фундаментальнейший вопрос: почему Природа устроена по квантовым законам?

1. Введение

На этот вопрос на сегодня не имеет ответа ни физика, ни философия. Физики, пользующиеся современным математическим аппаратом исследования Мира, скажут вам, что ответ содержится в самом этом аппарате. Макромир описывается аппаратом классической механикой, а микромир – квантовой и квантовый его характер подтверждается всеми экспериментами, значит этот аппарат описания Мира - истинный. Да, истинный, но он отвечает лишь на вопрос: как устроен Мир? Однако если теория может объяснить любой эксперимент микромира, и даже предсказать результаты новых, то это не значит, что она отвечает на вопрос: ПОЧЕМУ мир устроен по квантовым законам. Сегодня она может с предельной степенью детальности ответить лишь на вопрос КАК устроен Мир, но не ПОЧЕМУ именно так.

Собственно, отсутствие ответа именно на этот вопрос является причиной известных высказываний, в частности, крупнейших физиков современности, что они «не понимают» квантовой механики, например: «Но я признаю, что ощущаю некоторый дискомфорт, всю жизнь используя теорию, которую никто толком не понимает» [1].

На фактическую причину этого «непонимания» указал Ли Смолин в книге [2], сформулировав пять важнейших проблем квантовой механики, которые, по его мнению, обязаны быть ею решены, из них ПРОБЛЕМА 2, центральная, звучит так: «Решение проблемы обоснований квантовой механики или путем придания смысла теории в ее существующем виде, или путем изобретения новой теории, которая имеет смысл. …И продолжает: Это, вероятно, самая серьезная проблема, стоящая перед современной наукой. Просто она столь трудна, что прогресс очень мал. Я глубоко восхищаюсь физиками, которые работают над ней, как из-за чистоты их усилий, так и из-за их мужества игнорировать моду и атаковать тяжелейшую и самую фундаментальную из проблем».

Выходит, что современной квантовой механике надо, по крайней мере, «придать смысл». Пожалуй, это наиболее точное определение трудностей в понимании теории, которую все используют для описания Мира. Однако, можно сказать, что это более проблема философов, чем физиков, потому что подавляющее большинство физиков прекрасно пользуются аппаратом квантовой механики, не вникая в причины, почему этот аппарат прекрасно работает, а просто принимая этот факт как «фатальную неизбежность» [3] самой этой теории.  Философы же, в силу рода своих занятий, задают именно вопрос: ПОЧЕМУ мир устроен так, а не иначе. Принимая во внимание именно последнее обстоятельство, при формулировании причины истинности квантовой физики, мы в данной работе будем больше апеллировать к философам, испытывающим глубочайшее неудовлетворение из-за «отсутствия смысла» в нынешнем аппарате квантовой механики. Мы в данной работе попытаемся придать ему смысл, ни в коем случае не предлагая что-нибудь вместо квантовой механики (она, несомненно, самодостаточна и верна!), а лишь подводя под её результаты физические основания.

Станет понятной физическая причина индетерминизма в квантовой физике, в этой связи будет уточнена классическая копенгагенская интерпретация неопределенности состояний квантовых систем и будут получены некоторые новые результаты, которые, по нашему мнению, невозможно получить даже с помощью самого современного, используемого сейчас аппарата квантовой механики. 

2. Принцип соизмеримости сохраняющихся величин

Итак, почему Природа устроена так, что, например, энергия её объектам передается целыми порциями, «квантами»? Если мы сможем понять физическую причину почему энергия при взаимодействиях передается целыми порциями, то сможем осмыслить более глубоко самую квантовую механику. Поскольку квантованность передачи энергии (т. е. передачи энергии «целыми» порциями) это твердо установленный экспериментальный факт, то нельзя ли перейти к описанию взаимодействия в квантовой механике с помощью методов теории целых чисел, чтобы получить результаты, уже описанные ею? Как перейти к такому методу описанию взаимодействия, как оправдать такой переход?

Оказывается, переход к описанию взаимодействия с помощью целых чисел сделать можно, но придется ввести новый принцип – принцип соизмеримости сохраняющихся величин. Здесь сразу же может появиться возражение: зачем вводить в физику новые принципы для того, чтобы описать то, что хорошо описывается с помощью уже известных принципов? На это можно, в свою очередь, возразить, что НЕВОЗМОЖНО расширить познание мира, вечно оставаясь на одних и тех же принципах. Вайнберг совершенно справедливо пишет: «Формулировка новых физических принципов – мучительный процесс, и этому, по-видимому, нельзя научить» [1].

Другое дело – верны ли новые, вводимые принципы? Истинность их может быть подтверждена или опровергнута только из сравнения данных, полученных с помощью таких принципов, с экспериментом, а также с хорошо известными данными, полученными в физике ранее.

Предлагаемый «принцип соизмеримости» формулируется так:

при взаимодействии физических объектов сохраняющиеся однотипные величины (энергии, импульсы, моменты импульсов и др.) перераспределяются между объектами так, чтобы до и после взаимодействия эти величины имели общую меру.

Это значит, что отношения значений этих величин до и после взаимодействия не могут выражаться иррациональным числом, ибо тогда одну величину нельзя измерить с помощью другой (так, отношение длин диагонали и стороны квадрата равно √2, т. е. иррационально и именно по этой причине не существует третьего отрезка, их общей меры, которая бы укладывалась целое число раз на длинах стороны и диагонали одновременно или, иначе говоря, диагональ квадрата не может быть измерена с помощью его стороны – они несоизмеримы [4]). Формулировку этого «принципа» и некоторую аргументацию мы цитируем здесь из текста предыдущей работы, опубликованной автором ранее на интернет ресурсе Researchgate [5].

На каком основании вводится такой искусственный, как на первый взгляд, физический принцип, ограничивающий возможные варианты перераспределения сохраняющихся величин между объектами взаимодействия? Здесь поддержку нужно искать только в философов.

В чисто философском аспекте, это ограничение основано на предположении о том, что Природа «не хотела» ставить в тупик первые две взаимодействующие частицы, появившиеся в первый момент так называемого Большого взрыва, когда из немыслимо энергетической точки сингулярности рождалась наша Вселенная, и этим частицам пришлось делить между собой некие сущности, сохраняющиеся абсолютно (сейчас мы называем это: энергия, импульс и др.) и каковые (сущности) принадлежали сначала, т. е. до взрыва, им обоим.

Если бы любая из родившихся частиц захотела «проверить», т. е. измерить,  справедливо ли поступила ее визави при таком разделении (точно так же и при всех последующих, продолжающихся делениях эволюционирующей Вселенной), то в случае соизмеримости сохраняющихся величин каждая из частиц (но лучше сказать: каждая из всех «появившихся во Вселенной сущностей») имела бы измерительный инструмент – свое собственное значение сохраняющейся величины, которым можно было бы осуществить измерение этой величины у всех остальных участников обмена. При отсутствии соизмеримости указанных величин, такие измерения (пусть лишь мыслимые!) выполнить было бы невозможно! Выходит, что в то начальное время рождения первых двух частиц Вселенной подлинной единицей меры было собственное значение сохраняющейся величины каждой родившейся сущности, ибо еще ничего кроме них не существовало! Но если бы было НЕВОЗМОЖНО проверить справедливость деления на части абсолютно сохраняющихся сущностей (т. е. если бы в первом акте деления не было общей меры), значит НЕВОЗМОЖНО было бы установить истину, а Мир не может быть построен на неистинности! Так в основу построения Мира с самого первого акта деления закладывались справедливость, правда, мораль, однако это противоречит мнению глубоко уважаемого мной Вайнберга: «Моральные принципы можно обнаружить где угодно, но только не в законах природы» [1]. Глубочайшее заблуждение выдающегося ученого.