Виталий Тур
июль 2016.
208

Возможно ли, что в макромире существует физический закон, определяющий вероятность будущих событий, подобно волнам вероятности в квантовой физике?

Ответить
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
2
1 ответ
Поделиться
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Если честно, не очень понятен вопрос. Если я отвечаю как-то не так, напишите в комментарий, я доотвечу.

Для начала стоит сказать, что все наблюдаемые явления до высоких энергий как на коллайдере и до космологических масштабов, в принципе, современной физикой описываются. Возможно есть какие-то слабовзаимодействующие с нашими частицы, о которых мы пока не знаем. Или какие-то другие странные объекты в космосе. Или незаметные и редконаблюдающиеся свойства привычных нам частиц. Но Земли это скорее всего не касается, да и большой части космоса. Так что вряд ли можно обнаружить новый фундаментальный закон, который существенно поменяет представление о том как устроено вещество вокруг нас. 

Деление на микро- и макромир всегда происходит по ситуации. Например, кристаллы - квантовомеханический объект, но макро. Если же говорить про макромир, как про мир, который хорошо описывается в классическом пределе, то он вообще детерминистичен. И классическая механика, и электродинамика, и общая теория относительности, зная начальное состояние системы, предсказывают точно ее будущее во все моменты. Тут никакой вероятности нет. Все определено, и такая определенность долго мучила физиков и философов до появления квантовой механики (детерменизм Лапласа).

Тем не менее в неквантовой физике есть вероятностные законы. Они касаются статистической механики и термодинамики. Когда мы рассматриваем очень большой массив частиц, просто невозможно считать движение каждой и все их взаимодействия. Тем более что многие системы не изолированы друг от друга. Как оказывается, очень большие массивы частиц почти всегда приходят к одному и тому же состоянию, по крайней мере локально, к состоянию равновесия. Как газ в школе, где все молекулы движутся, но макроскопически с газом ничего не происходит. Глобально газ (и все равновесные системы) описывается набором макроскопических параметров: давление, объем, температура. Для такого газа также задаются функции распределения: среднее количество молекул с заданным значением скорости и в заданной области (или вероятность найти молекулу в данной области с такой-то скоростью). И в слабонеравновесных случаях, как неоднородный газ или жидкость, их течение, вязкость, диффузия, люди работают именно с функциями распределения, ищут как те меняются во времени, очень продуктивная область физики. Как выяснили физики в 20 веке, непротиворечивая формулировка статистической механики получается только в квантовой физике, хотя квантовостью системы часто можно пренебречь. 

1

Извините, я сам немного запутался в новом для меня материале, а коротко сформулировать вопрос не так просто (когда сам не понимаешь, что конкретно спрашивать). Я имел в виду именно будущие события. Позвольте, я зайду совсем с другой стороны. Будущее определяется как "множество событий, которые еще не произошли, но МОГУТ произойти". Но если время относительно, то теоретически возможно, что при определенных условиях наблюдатель сможет видеть то, что для нас является будущим. Скажем, увидит, что завтра мне на голову упадет кирпич. Является ли, в таком случае, будущее детерминированным?

0
Ответить

Время относительно, но с ним нельзя делать все что угодно. В теории относительности вводится интервал для двух событий (событие - точка пространства-времени (t,x)), s^2=c^2*(t2-t1)^2-(x2-x1)^2, скорость света. Пространственно-временной аналог теоремы Пифагора. Он для всех наблюдателей (в случае без гравитации) одинаков, равен во всех системах отсчета. Если из точки (t1,x1) в точку (t2,x2) летит свет, то интервал, как видно, будет нулем. Если массивное тело - больше нуля (скорость меньше скорости света и квадрат интервала фактически разность квадрата расстояния которое пролетит свет за это время и квадрата разности координат тела, свет пролетает больше). В этой инвариантности в том числе скрыта причинность: если два события причинно-следственно связанны, то есть можно отправить сообщение лучиком света или чем-то материальным со скоростью меньше световой, то они связаны для всех наблюдателей. А если не связаны, то тоже не связаны для всех. Это логический костяк теории.

Так что нет, будущее увидеть он не сможет. Он увидит это только когда это с Вами произойдет + время, которое потребуется чтобы свет для него дошел. Хотя потом он может со своей точки зрения решить, что кирпич на голову упал раньше, чем произошло какое-то событие, которое было раньше для Вас. Так что временную координату (и возможность поменять последовательность некоторых событий,  кстати, только тех, для которых интервал s^2<0, случаи s^2>=0 причинно-связаны и их ход для всех одинаков) стоит понимать только как одновременный момент времени для наблюдателя. Что свет к наблюдателю придет через время t=r/c (расстояние на скорость света) после этого момента. И это важно.

Вообще в теории относительности если что-то непонятно, полезно помнить следующее. Вообще все локально, то есть физический смысл имеет только то, что наблюдателю можно сообщить отправив лучик света. И то куда лучик может долететь, куда не может, когда и в какой последовательности лучи прилетят. И вообще играться и смотреть все по лучам света. Строить все определения типа скорости хода времени для других наблюдателей, расстояний, одновременности по тому как долетят до Вас лучи света. Это самое-самое ключевое, душа теории относительности.

С такой позиции вопрос вроде отпадает. Ситуация качественно мало отличается от привычных представлений. В квантовой теории тоже есть причинность, но она гораздо более кучеряво формулируется, хотя выводы все глобально те же. Если у Вас еще после этого остались вопросы, я отвечу.

+2
Ответить

Понятно, то есть, все временнЫе парадоксы наступают только в случае, если мы допускаем скорость, превышающую скорость света, правильно? 

0
Ответить
Ещё 21 комментарий

Но как тогда понимать слова Эйнштейна о том, что "...разница между прошлым, настоящим и будущим — всего лишь устойчивая иллюзия"?

0
Ответить

Да, именно так, информацию передавать со скоростью выше световой нельзя, тогда логический каркас рушится. Поэтому скорость света такая важная и ключевая. И сообщение про сверхсветовые нейтрино на коллайдере было громким (хотя довольно быстро посчитали теоретически, что даже они бы так себя не вели как на LHC ни в каком раскладе), тщательно проверялось и было отвергнуто. Ну а нефизические могут. Можно пятном от лучика лазера по Луне, скажем, или Марсу водить с какой хотите скоростью. Но информацию так же не передашь. 

Как обходной вариант можно предложить частицы со сверхсветовой скоростью, которые нельзя детектировать. И которые как-то так бы хитро себя вели, что с помощью них информацию передавать нельзя. В старой теории струн такие объекты были. Их называют тахионами. Но тоже считается, что когда такие объекты в теории есть - это плохо. И стараются их избегать.

Единственное но здесь есть в так называемой квантовой спутанности и квантовой телепортации. Там все хитро и со скоростью выше световой передается не информация, а корреляция между двумя случайными величинами. И просто так информацию передать нельзя, но вдобавок к обычной досветовой/световой можно. И еще многое можно делать.

+1
Ответить

То что есть события, для которых последовательность в которой они идут разная для разных наблюдателей, мне кажется. Вот представьте человека на поезде в центре вагона. Он едет с большой скоростью. Одновременно для Вас в передний и задний край вагона ударяют молнии. А человек в поезде увидит что в передний край (по направлению движения для Вас), молния ударила раньше. Потому что оттуда свет прилетит раньше. Он же для Вас движется на свет. А скорость света во всех системах отсчета постоянна. И для него значит удар произошел раньше, раз он в центре стоит и расстояние до обеих молний то же. И будет наблюдатель для которого наоборот задняя молния ударила бы раньше (если бы он двигался против движения поезда для Вас).

Но причинность всегда должна сохраняться. Иначе теория будет противоречивой и будут временные парадоксы. Каркасом всего, истории, можно сказать, служат интервалы, между которыми успел бы пролететь свет или что-то еще. Эта цепь интервалов физична и инвариантна. А время, одновременность, это все индивидуально. И прошлое и будущее в этом смысле смазано, потому что для каждого свое.

+1
Ответить

Тогда остается философский вопрос: невозможность передать информацию со сверхзвуковой скоростью - это ограниченность теории или закон природы? :)

0
Ответить

И еще такой вопрос, если можно, по поводу квантовой телепортации.
Я тут сейчас прочитал высказывание к.ф.н., ст. науч.сотрудника Физического института РАН Андрея Семенова: "Мы все сделаны из одних и тех атомов, находящихся в каких-то квантовых состояниях. Гипотетически мы сможем полное квантовое состояние одних атомов передавать на три метра или на километр другому набору атомов. Действительно, наука это не запрещает. Но она утверждает, что то наше состояние, которое мы взяли изначально и перенесли в другое место, в исходной точке будет разрушено. Нельзя из одного квантового состояния сделать две его копии".
Но ведь это можно считать передачей информации, разве нет?

0
Ответить

Со сверхсветовой Вы имели в виду. Да, это такой закон природы. Так себя ведет физика при больших скоростях. Этот закон общепринят уже почти сто лет как и многочисленно экспериментально проверялся (и ни разу не опровергался принятыми научным сообществом методами). Например, наблюдая взрыв сверхновой SN 1987A люди проверили (из сопоставления теории и того, как прилетели различные типы частиц) что и нейтрино, пролетевшие 168 тысяч световых лет, летели со скоростью меньшей (но близкой), чем скорость света.

Передача информации идет со скоростью до световой и в классической мехенике и в квантовой. В случае квантовой телепортации готовится система, где две частицы обладают общей историей и общей волновой функцией. Допустим есть безспиновая частица, она распадается на две со спином. В силу закона сохранения момента импульса, их спины должны быть направлены в противоположные стороны. Теперь когда две частицы разлетелись, то если померить одну, она выдаст какое-то случайное (в зависимости от волновой функции) направление. Если потом померить вторую, она обязана быть противоположной. Вот эта корреляция передается выше скорости света. Но ее можно увидеть только сопоставляя результаты двух экспериментов, если смотреть только на вторую частицу, то ее спин тоже будет направлен в какую-то случайную сторону. И только сравнив передачей обычной информации с первой частицей, вы увидите корреляцию. Закодировать такой корреляцией сообщение нельзя, потому что в процессе измерения спина любой из частиц выпадает случайное направление.

Такой способ передачи в квантовой механике просто довольно особый и специфичный. Любая другая передача состояния ли или чего-то еще будет идти с досветовой или световой скоростью. Передача чего угодно идет с помощью взаимодействий, а те распространяются не быстрее света.

Наверное это Вам мало что скажет, но в квантовой теории локальность проявляется в том, что все физические наблюдаемые на интервалах s^2<0 коммутируют.

0
Ответить

Но ведь теория относительности допускает ещё и искривление пространства-времени? Как быть здесь? Может ли интервал между точками передачи информации сократиться или стать нулевым?

0
Ответить

Общая теория относительности локально в окрестности каждой точке выглядит как специальная. Отличие в том, что в разных точках инерциальные СО могут быть разными. Система отсчета, которая выглядит инерциальной далеко от массивного тела, совсем неинерциальна близко к телу. Сила инерции чувствуется нами как сила гравитации. Интервалы там определяются хитрее, но они также инвариантны. И есть причинносвязанные события и нет, это тоже инвариантно. Так что глобальный каркас тот же. И локально скорость света всегда постоянна, а вся информация передается со скоростью ниже световой.

+1
Ответить

Выходит, все "кротовые норы", "петли времени" и т.п. - не более, чем фантастика?

0
Ответить

И еще, если можно, такой вопрос. Что в теории относительности понимается под причинно (не)связанными событиями? Просто в механике с причинностью все понятно - одно колесико вертит другое. Но термин "событие" в теории относительности настолько абстрактен..

Вернемся, например, к Вашему примеру о поезде с пассажиром в центре и двух молниях, одновременно для меня ударивших в первый и последний вагон. Дополним этот мысленный эксперимент и предположим, что в последнем вагоне находится взрывчатка, которая детонирует при ударе молнии, а в первом вагоне - выключатель взрывчатки, который обезвредит ее как только в него попадет молния.

Что увидит наблюдатель, едущий навстречу? Что взрывчатка одновременно была обезврежена и взорвалась?

0
Ответить

Не знаю что такое петля времени. Кротовая нора теоретически может существовать, это ничему не противоречит. Локально сверхсветового движения в ней нигде нет. Пространство имеет форму мостика и все. Но в ОТО нужно накладывать еще разные требования типа того, что частица не возвращается к себе в прошлом, траектория в пространстве времени не замкнутая ни для света, ни для материальных частиц. В неискривленном пространстве-времени такой проблемы просто не возникает. Это требование сложно нарушить, и для реальной материи оно всегда соблюдается. Решения с дырами в пространстве и всякими варп-двигателями часто нарушают эти условия, но так же требуют экзотической материи. Так что нет, прямо они не запрещены, но работать с ними стоит очень аккуратно.

Событие - точка в пространстве-времени, точка имеющая координату и определенный момент времени. Абстрактно, зато емко. Молния ударила в точку в такое-то время - событие. Причинно-связанные события - между ними может пролететь свет или массивные частицы, которые и донесут информацию. Например, два одновременных для Вас события никогда не могут быть причинно-связанными. А для мировой линии частицы или совокупности точек в которые она была и моментов времени в которые она в них была очевидно всегда причинно, связанные.

Взрывчатка взорвется, потому что сигнал от кнопки идет с конечной скоростью меньше или равной световой. Событие предполагаемого взрыва и срабатывание взрывчатки причинно не связаны.

Если у Вас есть сомнения в теории относительности, всегда пускайте лучик света и думайте что он может сделать и куда когда дойдет. И я уже писал как понимать одновременность. Тоже через лучи света.

+1
Ответить

Получается термины "причина" и "следствие" не соответствуют нашим обывательским представлениям о об этих понятиях, а просто две точки, отстоящие друг от друга во времени. И запрет на нарушение принципа причинности - это, по сути, запрет на движение времени в обратном направлении. Так?

0
Ответить

Ну это просто терминология. Причинная связанность не значит что реально что-то на что-то повлияло, только что могло повлиять. Просто сама возможность крайне важна, потому что все локально. Естественно, когда мы говорим о бытовой сути того что произошло, мы употребляем нормальные слова. Никаких сверхглубоких смыслов в терминах нет.

Почти, будет система отсчета, для которой сверхсветовое движение идет вперед во времени и будет та, для которой назад. Теория относительности простраивает причинно-следственный каркас. Ну а то что причина в прошлом а следствие в будущем мы постулируем и задаем таким образом направление хода времени. 

Теория относительности симметрична относительно замены прошлого на будущее. Какая-нибудь частица, которая движется вперед и взаимодействует электромагнитно, если для нее обратить время, так же будет подчиняться уравнением теории относительности. Так же как и в ньютоновской механике. Нарушение обращения во времени или T-симметрии происходит только в физике частиц и то редко (оно двойственно CP-нарушению, поскольку CPT-симметрия уже следует из теории относительности). Иными словами, стрелу времени теория относительности не задает.

+1
Ответить

То есть теоретически возможно допустить существование системы отсчета, из которой наблюдатель видел бы наш мир как при перемотке кинопленки назад?

0
Ответить

Нет, нельзя. Я лишь сказал, что если бы было сверхсветовое движение, то в какой-то системе отсчета, этот сверхсветовой объект двигался бы в прошлое. Но сверхсветовой объект не мог бы стать досветовым и наоборот. И ни о каком сверхсветовом наблюдателе речи не идет, для него точно нормального понятия времени бы не было. С точки зрения фотона тоже нельзя наблюдать, нет системы отсчета связанной с фотоном.

+1
Ответить

Николай, большое спасибо! Вы помогли во многом разобраться!
Позвольте еще один вопрос не совсем по теме. Я тут думаю над сюжетом научно-фантастического рассказа. Хотел бы, чтобы Вы как специалист предложили бы наиболее правдоподобное научное объяснение следующего фантастического физического эффекта: происходит взрыв атомной бомбы и на месте взрыва из неоткуда появляются люди. Они ничем не отличаются от людей и мир, откуда они появились, по сути, копия нашего мира. Только причинно-следственные связи наоборот и стрела времени обратная.
Можно ли хотя бы на уровне полуфантастики-полувозможности допустить наличие такого парного мира "наоборот" и их попадание к нам? И за счет какого эффекта?

0
Ответить

ЗЫ я не имею в виду, что там живут наши полные копии. Люди другие. Другой мир как бы за горизонтом событий. Просто локально у них все так же как у нас.

0
Ответить

Ну то есть они назад во времени движутся у нас прямо тут? Это я слабо представляю. Ведь получается самая простая передача информации в прошлое. Она, мне кажется, будет очень плохой, если только не сделать их взаимодействие с нами необычным, но это надо думать как, я не знаю. В общем, сложно сделать правдоподобным, я не знаю как.

А вот сделать так, чтобы при перемещении назад через некоторое время, они перемещались бы в свой мир в прошлое наверное можно. Чтобы в мирах времена шли в разную сторону как бы. Но это натурально машина времени и будет содержать все парадоксы, которые перемещение во времени может содержать. Многие фантасты из-за этого от машин времени отказываются, а многие нет.

В качестве способа появление наверное реалистичнее указать какой-нибудь туннель в пространстве-времени. Появился, они переместились, закрылся. В результате эксперимента. Или есть всякие варианты что наш мир содержит дополнительные измерения, то есть наша Вселенная - поверхность в многомерном мире. Но может быть другая поверхность, параллельный мир и оттуда их внезапно вытянуло к нам. 

Последнюю возможность только наоборот физики даже искали. При определенных условиях в теории с дополнительными большими измерениями, где мы закреплены на 4хмерной гиперповерхности, частица, которая находится в нашей Вселенной может, столкнувшись с чем-то, взять и пропасть, вылетев в дополнительные измерения. Такие процессы искали, ничего не нашли. Частицы в никуда вроде не пропадают, даже редко.

 Ну или что-нибудь про какую-нибудь хитрую квантовую механику, взяло и перекинуло. А почему? Мы совсем плохо понимаем квантовую гравитацию и квантовую теорию, описывающую Вселенную, писать не умеем.

0
Ответить

нет-нет. когда они сюда переместятся, они будут в нашей системе отсчета, и время для них как и для нас. Я имею в виду в из мире все наоборот, и время, и причинно-следственные связи

0
Ответить

Ну то есть как я предположил, время относительно нас течет назад в их. Ну это можно предложить, я думаю. Как связаны времена в разных Вселенных и как выглядят дыры из одной в другую совсем непонятно. Мы другие Вселенные не видели. Но будьте готовы мириться с парадоксами, которые возникают при путешествиях во времени. И придумывайте как их обосновывать.

+1
Ответить

ну, парадоксов можно избежать, если допустить, что они попали к нам, как бы за горизонт событий. и назад уже дороги нет. например, по аналогии с квантовой телепортацией. там они разрушаются, а здесь появляются. или нет?

0
Ответить
Прокомментировать
Ответить