Сколько чисел нужно для описания Вселенной: ноль, два или три?

✦ ИИ  Этот пост, предположительно, был создан при помощи искусственного интеллекта
Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

В 1992 году трое известных физиков — Лев Окунь, Габриэле Венециано и Майкл Дафф — начали спор. Вопрос был простой: сколько фундаментальных чисел, или констант, необходимо для полного описания физической реальности?

Окунь утверждал, что их три. Венециано — что две. Дафф — что ноль.

Измерение Вселенной, карикатурная иллюстрация сделанная нейросетью
Измерение Вселенной, карикатурная иллюстрация сделанная нейросетью
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Этот спор продолжается до сих пор и показывает, что даже у ведущих ученых нет единого мнения о самых основах нашего мира. Давайте разберем их аргументы.

Позиция 1: необходимо три константы

Для многих физиков XX века ответ казался очевидным. Есть три главные константы, которые определяют все вокруг. Эту точку зрения в споре защищал и советский ученый Лев Окунь.

Первое число — это c, скорость света. Это всеобщий предел, который соединяет пространство и время в одну четырехмерную ткань. Через формулу E=mc² он также связывает массу и энергию. Без c вся теория относительности Эйнштейна не работает.

Второе число — h, постоянная Планка. Оно устанавливает самый малый размер, в котором энергия может существовать отдельными порциями, или «квантами».

Третье число — G, гравитационная постоянная. Она определяет силу притяжения и помогает нам моделировать космос, от падения предметов до движения галактик.

По мнению Окуня, эти числа — три отдельных базовых принципа, на которых построена современная физика. Если убрать один из них, мы потеряем описание большой части Вселенной. Вместе они создают «систему координат» для всех физических теорий.

Позиция 2: необходимо две константы

С таким подходом не был согласен Габриэле Венециано. Он был одним из создателей теории струн, и смотрел на задачу иначе, ведь теория струн претендует быть «теорией всего».

С такой точки зрения, некоторые константы могут быть не такими уж и базовыми. Они могут происходить от более глубоких свойств материи. Например, в теории струн все частицы — это не точки, а маленькие вибрирующие струны. Их масса — это энергия их колебаний. Если так, то понятия массы или заряда уже не первичны. Они становятся следствием геометрии и движения струн.

Венециано думал, что для описания такого устройства достаточно всего двух чисел: скорости света c и базовой длины самой струны. Все остальное, включая G и h, можно было бы из них получить.

Позиция 3: нет никаких констант

Майкл Дафф задал вопрос по-другому. Какие числа останутся в физике, если убрать все человеческие договоренности?

Скорость света равна 299 792 458 метрам в секунду. Но что такое «метр»? Что такое «секунда»? Это единицы, которые мы придумали, потому что нам так удобно. Природа ничего не знает о метрах и секундах. Если бы мы мерили расстояние в шагах, а время — в биениях сердца, числовое значение c было бы совсем другим.

По мнению Даффа, Есть константы размерные (c, h, G), которые зависят от наших единиц. А есть безразмерные — числа, которые ни от чего не зависят. Пример такой величины — отношение массы протона к массе электрона. Оно составляет примерно 1836. Это число будет тем же самым, в каких бы единицах вы ни измеряли массу.

Исходя из такой логики, только безразмерные константы могут считаться по-настоящему базовыми. А что с c, h и G? Физики-теоретики часто применяют систему «естественных единиц», где все эти три константы равны единице. Они просто выбирают такие единицы для времени, длины и массы, что эти величины пропадают из формул.

Если константу можно убрать, просто изменив систему измерений, является ли она свойством Вселенной, или это свойство нашего способа ее описывать? Получается вывод, что базовых размерных констант — ноль.

Позиция современных ученых: необходима одна константа

Спор мог бы забыться, если бы недавно в него не вступила новая группа ученых под руководством Джорджа Матсаса. Их ответ: одна.

Довод строится на максимальном упрощении. Самый основной процесс который мы можем измерить, это ход времени. Допустим, у нас есть идеальные часы. Можем ли мы с их помощью измерить все остальное?

Можем. Теория относительности так крепко связывает пространство и время, так что, измеряя одно, вы определяете и другое. Гравитация, со своей стороны, связывает геометрию пространства-времени с массой. Наблюдая, как предмет движется под действием гравитации, и засекая время, можно узнать его массу.

Так, все физические величины можно свести к измерению времени. Значит, для описания Вселенной нужна всего одна базовая константа — та, что задает образец времени, например, частота атомных часов.

Хотя квантовая механика не позволяет создать идеальные часы. Принцип неопределенности Гейзенберга гласит: чем точнее вы измеряете время, тем больше энергии для этого требуется. В какой-то момент ваши сверхточные часы станут настолько энергетически плотными, что сколлапсируют в черную дыру.

Луис Эссен (справа) и Джек Пэрри (слева), стоящие рядом с первыми в мире атомными часами цезия-133 в 1955 году.
Луис Эссен (справа) и Джек Пэрри (слева), стоящие рядом с первыми в мире атомными часами цезия-133 в 1955 году.
Автор: By National Physical Laboratory Источник: commons.wikimedia.org
Так сколько чисел требуется для описания Вселенной?

Сам спор можно оценить и с другой стороны. Главная причина разногласий в том, что участники по-разному понимают слово «базовый». Для одного это числа, нужные для работы теорий. Для другого — числа, которые существуют без людей. Для третьего — минимум для проведения измерений. Получается спор об определениях, а не о физике. К тому же, такие споры могут быть преждевременными. Наши знания о Вселенной неполны, и новые открытия могут полностью изменить сам вопрос. Поэтому, хотя вопрос о числах очень глубокий, на нынешние реалии он влияния не оказывает.

2 комментария

Добавить комментарий

a
Практически слово в слово это уже было.
К
Позиция три не имеет право на существование потому что все эти символы это математическая лингва иными словами способ описания. Если их заменить на что то другое ничего не изменится и более того их заменят на другие на совокупности этих символов. Не важно как будет выглядеть математическая лингва если она способна описывать объекты, свойства и события.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему кассетную деку «Вильма МП-215С» назвали приставкой, оставив внутри усилитель мощности

В советской системе классификации бытовой звукозаписывающей аппаратуры существовало четкое разделение сетевых кассетных устройств на две основные категории. К первой категории относились...

Стальной «паук» из Ташкента: зачем советскому трактору Т-28Х оставили три колеса и огромный почти метровый клиренс

Среди множества советских тракторов, работавших на полях страны, особняком стояла техника, созданная специально для хлопководческих регионов Средней Азии. Одна из таких машин, трактор Т-28Х, своей...

Астрономы открыли первую зеленую звезду и самое красное светило в истории: как физика сверхплотных атмосфер изменила оптические цвета белых карликов

Цвет любого светящегося космического объекта определяется законами термодинамики. Нагретое плотное вещество испускает электромагнитные волны в широком непрерывном диапазоне. Чем выше температура...

Тайный мегаполис в скалах Грузии: для чего был создан пещерный город Вардзия и почему он перестал быть тайным

В Грузии много интересных мест за пределами Тбилиси. Но почему-то половина этих мест оказывается скрытыми монастырями или же не менее скрытыми городами. Просто у местных, если пролистать...

ИИ-агенты изобрели общий язык: как машины научились описывать сложный мир без человека

Когда несколько автономных систем решают общую задачу, им необходим способ обмена информацией. В заводском цехе, на автоматизированном складе или в зоне ликвидации аварий роботам приходится...

Куда исчезают синицы зимой и как переживают морозную ночь

Днём синицы постоянно мелькают возле кормушки: хватают семечки, перебираются на соседние ветки и возвращаются за новой порцией. Но к сумеркам возле неё становится тихо. Птицы исчезают, хотя...