Гельголанд, Карло Ровелли

Carlo Rovelli Electrical Engineering Helgoland Nature Quantum Physics Science Technology

Осмысление квантовой революции

Helgoland by Carlo Rovelli

Купить книгу - Гельголанд Карло Ровелли

Каков сюжет романа о Гельголанде?

Гельголанд (2021 г.) - это мечтательное и лирическое исследование квантовой физики, действие которого происходит в 2021 году. Странная субатомная вселенная, описанная в этой небольшой книге, представляет собой вселенную, в которой ничто не может быть полностью определено. < / p>

Кто читает роман о Гельголанде?

  • Физики, интересующиеся историей науки, но не профессионалы
  • Начинающие психонавты, которые хотят больше узнать о странном мире атомов
  • Всем, кому интересно взглянуть на реальность сюрреалистично

Кто такой Карло Ровелли и каково его прошлое?

Физик Карло Ровелли - руководитель исследовательской группы по квантовой гравитации в Центре теории физики в Марселе, Франция, где он работает физиком-теоретиком. Многие из его работ, такие как «Семь кратких уроков физики», «Реальность не то, чем она является» и «Порядок времени», стали бестселлерами в соответствующих областях физики.

Что именно для меня? Обзор последних достижений в квантовой физике.

Вернер Гейзенберг не мог перестать чихать летом 1925 года, в сезон аллергии. 23-летний ученый сбежал на Гельголанд, крошечный скалистый остров в Северном море, чтобы облегчить симптомы сенной лихорадки. Пока он здесь, он начинает тщательно размышлять об атомах, наконец, в состоянии сделать глубокий вдох. Его открытия окажут глубокое влияние на физику и наше понимание реальности. Основанные на великолепном рассказе физика Карло Ровелли, эти заметки рассказывают интригующую историю о том, как квантовая механика была открыта и открыта учеными. Изучая книгу, вы узнаете, что идеи Гейзенберга говорят нам о причудливом и парадоксальном мире субатомных частиц, и увидите, как его открытия раскрыли проблемы, которые продолжают ставить ученых в тупик. Узнайте, как сенная лихорадка помогла ученым открыть квантовую физику, когда вещь на самом деле не является объектом и почему в этих наборах заметок не требуются мультивселенные.

Гейзенберг стал катализатором зарождения новой и сложной области исследований, известной как квантовая физика.

Быть молодым амбициозным ученым в начале двадцатого века было захватывающим временем для жизни. Датский физик Нильс Бор обнаружил странное явление, которое ставило ученых в тупик на протяжении десятилетий. Он обнаружил, что при нагревании атомы излучают свет на определенных частотах, которые являются уникальными для них. Эти паттерны показывают, что электроны, крошечные субатомные частицы, которые вращаются вокруг ядра атома, вращаются только на определенных расстояниях от ядра атома. Гейзенберг недоумевает, почему это происходит. Почему электроны должны быть ограничены определенными орбитальными конфигурациями? И почему они должны прыгать между орбитами определенными измеримыми способами, если в этом нет необходимости? По сути, он хочет лучше понять физику квантовых скачков. Самый важный урок, который следует извлечь из этого: Гейзенберг стал катализатором зарождения новой и сложной области исследований, известной как квантовая физика.

Это была дилемма, поскольку ученые в то время не могли понять электронные орбиты или квантовые скачки, которые происходили между этими орбитами. Дискретные числа используются для объяснения движения частиц в классической физике. Эти числа использовались для обозначения таких переменных, как местоположение, скорость и энергия. Однако в случае электронов установить эти факторы не удалось. Ученые могли видеть изменения этих переменных только тогда, когда электроны прыгали между орбитами, и таким образом ограничивали свои наблюдения.Чтобы избежать этой головоломки, Гейзенберг сосредоточился на том, что можно было увидеть, а именно на частоте и амплитуде света, излучаемого во время этих квантовых скачков. Он переписал классические физические принципы и заменил каждую отдельную переменную таблицей или матрицей, которая представляла весь потенциал. изменения, которые могут произойти в мире. Однако, хотя арифметика была очень сложной, результат был именно тем, что видел Бор.

Другой ученый, Эрвин Шредингер, применил подход, который немного отличался от других. Он считал, что электроны - это не просто набор частиц, вращающихся вокруг ядра, но и электромагнитные волны, перемещающиеся вокруг него. Он также смог точно сопоставить выводы Бора, используя более простую математику волновых уравнений. Однако была заминка. Волны являются диффузными, но когда электроны обнаруживаются детектором, они представляют собой четко определенные точки или частицы, в отличие от волн.

Как мы можем согласовать эти явно противоречивые модели, которые, несмотря на их очевидную несовместимость, дают одинаковые результаты? Макс Борн, третий мыслитель, смог предложить решение. Он утверждал, что волновые расчеты Шредингера предложили лучшее объяснение результатов электронных измерений, чем матричные вычисления Гейзенберга, которые просто давали возможность сделать такие наблюдения. Казалось, что в этой новой квантовой физике электроны каким-то образом живут как волны, пока их не увидит внешний наблюдатель. Затем они останавливаются на одном месте. В результате возник новый непонятный вопрос: почему это произошло?

В результате своего существования суперпозиции поднимают сложные вопросы, касающиеся природы реальности.

Есть знаменитый мысленный эксперимент, который прямо объясняет запутанную область квантовой физики. В нем изображен кот в коробке с прикрепленным к нему странным гаджетом. При активации он излучает сильное успокаивающее средство, которое помогает усыпить существо. Предположим, что гаджет активируется только тогда, когда происходит определенное квантовое событие, такое как распад атома. Кроме того, предположим, что уравнения Шредингера предсказывают, что это событие произойдет в любой момент времени с вероятностью один к двум. В результате мы не узнаем, произошло ли событие, пока не откроем коробку. Кажется, что кошка одновременно спит и бодрствует.

Это называется квантовой суперпозицией, и это происходит, когда две конфликтующие характеристики одновременно присутствуют в одном и том же физическом пространстве. Поскольку это, как известно, трудное для понимания понятие, физикам и философам потребовались десятилетия, чтобы найти удовлетворительное объяснение того, как оно работает. Самый важный урок, который следует извлечь из этого: в результате своего существования суперпозиции поднимают сложные вопросы, касающиеся природы реальности. Он известен как кот Шредингера и раскрывает одну из самых фундаментальных загадок квантовой физики. Несмотря на то, что суперпозиции кажутся невозможными, ученые доказали, что они существуют. Например, может показаться, что одиночный фотон света прошел двумя совершенно разными путями! Существует множество конкурирующих теорий об этой странной реальности, которые часто называют интерпретациями.

Идея нескольких вселенных - одно из возможных объяснений. В этой модели концепция кошки, одновременно спящей и бодрствующей, доведена до логического завершения. В результате, поскольку вероятность срабатывания триггера составляет один из двух, оба события происходят, хотя и в разные периоды времени, как показано выше. Вы, как наблюдатель, также живете в каждой из этих временных линий. Фактически, поскольку существует неограниченное количество квантовых вхождений, существует бесконечное количество временных линий или вселенных, которые следует рассматривать как результат.

Гипотеза скрытых переменных, которая является конкурирующей интерпретацией, избегает существования бесконечных вселенных, отделяя волну Шредингера от самой квантовой частицы. Согласно этой теории, вероятность, указанная Шредингером, существует таким подлинным образом, как и мы. еще не постижим, несмотря на то, что видимый физический мир принимает только одну форму. В результате, даже если мы наблюдаем только за бодрствующей кошкой, возможность спящей кошки существует в нашей реальности.

Однако есть третья интерпретация, известная как квантовый байесовство или QBism, которая совершенно другая. Согласно этой теории, суперпозиции и вероятности Шредингера - это не что иное, как информация, и эта информация является лишь частично полной. Когда наблюдатели открывают коробку и рассматривают кошку, они лучше понимают ситуацию. Таким образом, наблюдатель создает реальность по частям, наблюдая за миром вокруг себя. Однако здесь возникает вопрос о том, кто в первую очередь является наблюдателем.

Реляционная интерпретация описывает вселенную, в которой все всегда меняется.

Согласно пониманию квантовой физики непрофессионалам, квантовые суперпозиции сохраняются до тех пор, пока наблюдатель не вмешается и не определит, что на самом деле происходит. В результате электрон кружится в неопределенном облаке вероятности, пока ученый не придет с детектором электронов и посредством наблюдения не определит, где на самом деле находится электрон. Но что же такого уникального в ученом? Есть ли в ней что-нибудь, что дает ей положение наблюдателя с особыми правами? Ее лабораторный халат, сложное технологическое оборудование или само присутствие разумного существа со способностью видеть, думать и осознавать - все это факторы ее успеха. На самом деле ничего из этого не существует. Наблюдение, согласно реляционной интерпретации квантовой теории, не включает видение в общепринятом значении этого слова. На самом деле любое взаимодействие можно рассматривать как наблюдение.

Самый важный урок здесь заключается в том, что реляционная интерпретация изображает мир, в котором все постоянно меняется. Называть квантовую теорию «наблюдением» немного неправильно. Различают естественный мир физики и конкретный субъект, часто человека, который наблюдает за этим миром с позиции вне его. С другой стороны, реляционная интерпретация квантовой физики устраняет это различие. Согласно этой концепции, каждая отдельная сущность во Вселенной является как наблюдателем, так и наблюдателем, и ее можно наблюдать и наблюдать.

Космос наполнен невероятным разнообразием объектов, начиная от фотонов и световых частиц, и заканчивая радугами, кошками, часами и галактиками, среди многих других вещей. Ни одна из этих сущностей, которые часто называют физическими системами, не может существовать в вакууме. Они постоянно взаимодействуют друг с другом. И, в действительности, их характеристики определяют разнообразные взаимодействия между физическими системами. Если что-то не взаимодействует с другими вещами, это не существует в каком-либо значимом смысле.

Таким образом, все физические характеристики, которые часто называют информацией, связаны между собой. То есть они всегда в движении, появляются и исчезают в зависимости от ситуации. Это то, что мы уже знаем, в определенном смысле это правда. Такое качество, как скорость, можно обнаружить, только изучив взаимосвязь между двумя вещами. Когда вы идете на лодке, ваша скорость зависит от того, измеряете ли вы ее относительно палубы лодки или поверхности океана.

Представление мира как бесконечной сети отношений, создающих атрибуты, может показаться не революционным, но это действительно так.Давайте вернемся к истории кота Шредингера. Находясь в коробке, кошка либо спит, либо бодрствует, в зависимости от ее близости к спусковому крючку, но снаружи кошка не кажется ни тем, ни другим. Оба эти утверждения верны, поскольку, как было сказано ранее, различные отношения приводят к разным реалиям. Важно то, какое событие отношений или система отсчета исследуются в данный момент.

Реляционная модель упрощает процесс квантовой запутанности и устраняет его загадочность.

Рассмотрим два фотона, которые находятся в квантовой суперпозиции, где они одновременно красные и синие. Мы не можем определить конкретное состояние того или другого, пока не проведем наблюдение, точно так же, как мы не можем определить окончательное состояние кота Шредингера, пока не проведем наблюдение. Тем не менее, поскольку у каждого фотона есть два возможных результата, вероятность появления каждого цвета при его наблюдении составляет 50 процентов. Отправьте один из этих фотонов в Вену, а другой - в Пекин, и посмотрите, как это пройдет. Если мы посмотрим на Венский фотон, мы увидим, что он будет красным или синим. Для этого примера представим, что это красный цвет. Теперь, когда мы видим фотон из Пекина, он должен составлять примерно половину продолжительности наблюдаемого фотона из Вены.

Однако здесь все начинает становиться странным. Если фотон Вены красный, фотон Пекина всегда будет красным, независимо от обстоятельств. Квантовая запутанность - это название, данное этой, по-видимому, магической связи. Самый важный урок, который следует извлечь из этого: реляционная модель упрощает процесс квантовой запутанности и устраняет его загадочность. Квантовая запутанность - одно из самых необычных явлений, которые когда-либо происходили в области физики. Хотя два фотона запутываются, их характеристики коррелируют или совпадают, даже когда они находятся на большом расстоянии. Конечно, пара красных перчаток также ассоциируется с пространством - даже если они разделены большим расстоянием, они сохраняют один и тот же цвет. Однако, пока их не увидят, пара фотонов в красно-синей суперпозиции не является ни красной, ни синей. Итак, как один может соревноваться с другим?

В конце концов, первый фотон может каким-то образом общаться со вторым. Несмотря на это, запутанность была обнаружена на больших расстояниях, несмотря на то, что сигнал должен был распространяться быстрее скорости света. В качестве альтернативы, пара может выбрать оттенок, прежде чем расстаться. Кроме того, сложная система уравнений, известная как неравенства Белла, также исключает эту теорию. Итак, что именно происходит в этой ситуации? Реляционная модель может дать некоторые рекомендации.

Имейте в виду, что согласно этой парадигме атрибуты можно найти только посредством взаимодействий. Тот факт, что ни одна сущность не может видеть фотоны Вены и Пекина одновременно, означает, что ни один из них не имеет каких-либо фактических характеристик по сравнению с другим. Красный оттенок Венского фотона виден только в связи со зрителями в Вене, а не в любом другом месте. В результате фотон в Пекине, да и вообще все в Пекине, в глазах жителей Вены остается в квантовой суперпозиции. Любое сравнение бесполезно до тех пор, пока обе стороны не увидят друг друга.

Тем не менее, эти, казалось бы, разрозненные события могут быть связаны друг с другом. Ученый из Вены может общаться с коллегой в Пекине по телефону. Это взаимодействие, или наблюдение, предоставляет информацию о красном оттенке венского фотона, в результате чего запутанный фотон становится красным. возникновения и придавая им их собственные характеристики.

Философия и наука неразрывно связаны в своих соответствующих областях обучения.

Эрнст Мах, пожалуй, самый важный мыслитель, который никогда не был широко известен. Его роль ученого и философа его способность генерировать неожиданные идеи и непростое мышление завоевали его поклонников и критиков в самых разных сферах. дисциплины. Творчество Маха подвергалось резкой критике со стороны русского революционера Владимира Ленина в его произведениях. Другой революционер Александр Богданов вступился за них с лихвой. Некоторые аспекты мыслей Маха были включены в эпическую книгу известного писателя Роберта Музиля «Человек без качеств». Более того, и Эйнштейн, и Гейзенберг признают, что теории Маха оказали значительное влияние на их собственные открытия. Итак, какие революционные идеи, отстаиваемые Махом, вызвали такой шум в сферах политики, искусства и физики? Как оказалось, он предположил, что Вселенная состоит из ощущений, что имеет странный резонанс с относительной квантовой теорией.

Самый важный урок здесь заключается в том, что философия и наука неразрывно связаны друг с другом. На протяжении восемнадцатого и девятнадцатого веков философское предположение, известное как механизм, контролировало большую часть научного сообщества. На самом фундаментальном уровне механизм утверждал, что реальность работает аналогично часам. Космос был огромным пустым контейнером, известным как космос, и все явления состояли из материи, которая строго взаимодействовала друг с другом в этом контейнере. По словам Эрнста, эта парадигма была полезной, но у нее были свои ограничения. Он считал, что концепция механизмов была слишком метафизической или неземной. В отличие от этого, он считал, что наука должна концентрироваться на том, что можно увидеть, а именно на чувствах, возникающих при взаимодействии компонентов. Если это звучит знакомо, то это потому, что Гейзенберг руководствовался той же концепцией для изучения поведения электронов, что в конечном итоге привело к открытию квантовой теории.

Идеи Маха, с другой стороны, имеют гораздо более широкое применение. Физические вещи, согласно его взгляду на реальность, не являются автономными компонентами, которые взаимодействуют механически, а скорее являются результатом этих взаимодействий, которые создают мир. И наблюдатели не считаются отличными от системы в целом. У них тоже есть только чувственное понимание Вселенной, полученное во время встреч. И снова эта идея кажется предзнаменованием реляционной интерпретации квантовой физики, согласно которой характеристики не существуют изолированно от своего окружения.

Утверждать, что Мах был предвидящим знанием квантовой физики, не означает, что он им обладал. Наблюдение Маха, напротив, демонстрирует важное взаимодействие науки и философии. Гейзенберг, возможно, не сделал бы своих основополагающих открытий, если бы он не игнорировал Маха и так строго придерживался идей механизма. Точно так же современные философы могут использовать самые последние научные открытия, чтобы отточить и улучшить свои собственные взгляды на реальность и Вселенную. Итак, как все это проявляется в применении к такой сложной теме, как сознательное мышление? Это будет обсуждаться более подробно в следующем разделе.

Изучение отношений и корреляций может дать представление о работе разума.

Простой просмотр Интернета в течение нескольких минут откроет множество инновационных приложений квантовых идей (или, точнее, неправильного применения) в самых разных областях. Гуру хвалят квантовый спиритизм, лохотроны пропагандируют квантовую терапию, а технические предприниматели, среди прочего, прославляют всякую квантовую чепуху. Кажется, что внутренняя странность квантовой физики может воспламенить воображение тех, кто ею интересуется.С другой стороны, может ли квантовая теория пролить свет на фундаментальные проблемы жизни? Способен ли он объяснить любовь, выяснить происхождение красоты и истины или дать содержательное объяснение существования? Нет, совсем нет. Однако применение идей относительной квантовой теории к такой теме, как природа сознания, может открыть новые возможности для изучения этого явления.

Самый важный урок, который следует извлечь из этого: изучение отношений и корреляций может дать представление о работе ума. Философия разума, в общем, предлагает три основные модели человеческого разума. Существует дуализм, согласно которому разум существует как отдельная, почти духовная сущность, отличная от тела и остальной Вселенной. С одной стороны, существует идеализм, согласно которому разум включает в себя все сущее и учитывает его. С другой стороны, существует наивный материализм, который считает, что умственные переживания являются лишь результатом основных физических процессов.

Реляционная квантовая теория может дать несколько иной взгляд на разум, чем традиционная квантовая теория. Важно обдумать значение фразы, чтобы понять ее. Невозможно переоценить важность смысла в человеческом познании. Когда мы видим знаки, читаем слова или думаем об идеях, мы знаем, что они что-то значат, потому что они относятся или указывают на что-то внешнее по отношению к нам в физической вселенной. Согласно немецкому философу Францу Брентано, интенциональность - это процесс, посредством которого мы взаимодействуем друг с другом и находим свой путь сквозь реальность.

Но как же возникает интенциональность? Один из способов ответить на этот вопрос - взглянуть на относящиеся к делу факты. Относительная информация - это корреляция, которая возникает, когда две системы взаимодействуют друг с другом. Падающий камень - это пример относительной информации, которая создается, когда внешний объект, камень, коррелирует с внутренним состоянием, определением вашего мозга о спуске камня. Когда это знание становится важным, это происходит потому, что оно влияет на реакцию вашего тела, которая заключается в том, чтобы уйти с пути всего, что происходит.

В этой ситуации намеренность создается информацией, созданной отношениями между внешним и внутренним: вид падающего камня сигнализирует об опасности, и вы действуете, чтобы избежать ее в результате этой информации. Физические процессы, происходящие в разных системах, конечно же, кратко описаны в этом описании. Тот факт, что вам пришлось увернуться от камня, ничего не говорит о вашем конкретном опыте. Сложнее объяснить, как возникает такой субъективный опыт. Это называется «трудной проблемой» сознания и продолжает оставаться источником споров.

Изучение квантовой физики может открыть нам глаза на новые взгляды на Вселенную.

Что вы видите, когда смотрите на кошку? Что вы видите? Восприятие, согласно общепринятой концепции зрения, в первую очередь связано с получением информации. Используя форму кошки, ее волосы и усы, фотоны отражаются и попадают в ваши глаза. Ваша сетчатка преобразует свет в сигнал, который затем отправляется в ваш мозг. Наконец, ваши нейроны преобразуют информацию в изображение очаровательного кота, которое вы видите. Однако это не совсем так. На самом деле ваш мозг делает прогнозы о том, что должны видеть ваши глаза. Глаза продолжают собирать свет, но они передают только сигналы, противоречащие предыдущему изображению. Именно это несоответствие между тем, что мы ожидаем, и тем, что мы видим, дает нам важные знания, необходимые для понимания внешнего мира. Самый важный урок, который нужно извлечь из этого: изучение квантовой физики может открыть нам глаза на новые взгляды на Вселенную.

Используя понятие, известное как модель проективного осознания, мы можем дать второе объяснение зрения, в котором мозг играет ведущую роль. представления в ответ на информацию, собранную нашими органами чувств. Это означает, что наше восприятие реальности - это «подтвержденная галлюцинация», которая постоянно обновляется и развивается. В некотором отношении наука и философия основаны на одних и тех же идеях. Человечество формирует единый образ того, как устроен мир, а затем, на основе опыта и экспериментов, мы обнаруживаем все способы, которыми реальность отличается от этой идеи о том, как устроен мир, и противоречит ей. Конечно, в то время как наш мозг завершает этот процесс за доли секунды, наука завершает его за значительно более длительный период времени. Для тестирования и разработки новых идей требуется сообщество, а для завершения процесса требуются десятилетия.

Наши теории квантовой физики, которые включают реляционную интерпретацию, являются лишь самым последним проявлением этого непрерывного процесса развития. В настоящее время они предоставляют нам наиболее точное представление о реальности, основанное на том, что мы можем видеть, отображать и измерять в настоящем. Однако в любом случае это довольно странное изображение. Реляционная квантовая физика изображает вселенную, в которой не существует статичных и устойчивых объектов. В отличие от дискретных вещей, взаимодействующих в пространстве, реальность полностью состоит из сети взаимодействий, в которой события сходятся и растворяются в бесконечной пене. Мы тоже попадаем в водоворот межличностных отношений. Возможно, что этот постоянный шквал связей ответственен за саму нашу идентичность или субъективность. Такой взгляд на мир может показаться странным, даже галлюциногенным, но на данный момент эта галлюцинация подтверждена, и мы должны подождать и посмотреть, куда она нас приведет.

Заключение романа Гельголанд.

Эти заметки передают следующий основной посыл: в начале двадцатого века группа молодых ученых, особенно склонный к аллергии Вернер Гейзенберг, начали деконструировать общепринятые представления о физике. Их парадигма квантовой вселенной, характеризующаяся неопределенностью и вероятностью, вытеснила предыдущую детерминированную и механическую модель мира. Согласно реляционной интерпретации квантовой физики, квантовая реальность состоит из сети нестабильных связей - то, что является реальным и истинным, может меняться в зависимости от того, какие отношения имеют место.

Купить книгу - Гельголанд Карло Ровелли

Написано командой BrookPad на основе Гельголанда, Карло Ровелли

.


Предыдущее сообщение Более поздняя публикация


Оставить комментарий

Обратите внимание, что комментарии должны быть одобрены, прежде чем они будут опубликованы.

Judge.me Review Medals