Принцип неопределенности в квантовой механике

12.11.2014

Квантовая механика представляет собой основу современной физики микромира и при всей своей парадоксальности прекрасно работает во всех известных ее разделах. Более того, из нее можно вывести и классическую физику (как предел квантовой механики, устремляя к нулю постоянную Планка h, определяющую за квантовые явления). Так что можно говорить о всеобщности законов квантовой механики. Но, несмотря на огромный успех, у нее есть существенный недостаток. Один из краеугольных камней квантовой механики, принцип неопределенности Гейзенберга (например, неопределенность в определении положения и импульса), не имеет никаких обоснований. Разумеется, практический успех - достаточное оправдание, чтобы принять это таинственное правило, но это не останавливает поисков физиками его объяснения.

Исследователи из Университета Южной Калифорнии, известный специалист в области теории струн профессор Ицхак Барс и его аспирант из России Дмитрий Рычков (окончил МГУ в 2005 году), предприняли попытку объяснить происхождение принципа неопределенности Гейзенберга, выведя его из струнной теории поля. Этот результат опубликован в журнале Physics Letters.

Как известно, теория струн была предложена в 1970-х годах для решения проблем квантовой гравитации и Стандартной модели. Успехи квантовой физики в описании трех негравитационных фундаментальных взаимодействий приводят физиков к мысли, что таким же образом может быть описано и гравитационное взаимодействие. Но, несмотря на активные исследования на протяжении многих десятилетий, квантовая теория гравитации до сих пор так и не создана.

Теория струн предполагает, что основная единица материи - микроскопическая струна (порядка планковской длины 10?35 м), а не точка, а что возможные взаимодействия материи представляют собой слияния или расщепления этих струн. Вот уже четыре десятилетия физики работают в этом направлении. Теория пережила два взлета-революции и периоды упадка. Трудность заключается в том, что нет никаких экспериментальных данных по теории струн. Эксперименты на таких маленьких масштабах в настоящее время за пределами технических возможностей науки. Из-за этого целый ряд физиков даже полагает теорию струн лишь "математическими фокусами". Работу ученых поддерживают надежды создать "теорию всего", а также ответить на вопросы, недоступные Стандартной модели, например, почему кварки и лептоны имеют электрический заряд, цвет и аромат, которые отличают их друг от друга, как определить из теории постоянную тонкой структуры 1/137 и ряд других постоянных и т. д.

Но до сих пор исследователи исходили из того, что теория струн создана в соответствии с квантовой механикой и работали только в направлении использования квантовой механики для попыток проверки струнной теории поля.

Авторы данной работы решили поступить наоборот. Предположив, что струнная теория поля верна, они использовали ее, чтобы попытаться подтвердить саму квантовую механику.

В работе, которая переформулирует струнную теорию поля на более ясном языке, Ицхак Барс и Дмитрий Рычков показали, что набор фундаментальных принципов квантовой механики, известных как "правила коммутации" (принципы неопределенности), могут быть получены из геометрии слияния и расщепления струн. Таким образом, вместо того, чтобы принять квантовые правила коммутации в качестве постулата, авторы получают их из физического процесса струнных взаимодействий.

Этот результат может послужить аргументом в пользу "физичности" теории струн. Ведь если с ее помощью удастся объяснить происхождение законов квантовой механики, то, по словам Ицхака Барса, это не только "может разгадать тайну, откуда исходит квантовая механика", но и откроет дверь для признания струнной теории поля, или пока еще не разработанного более широкого ее варианта, под названием M-теория, основой всей физики.

<< Назад: Эксперименты с привидениями 12.11.2014

>> Вперед: Производство на технологии TSMC 16FinFET Plus 11.11.2014

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Робот Bean-Bot без моторов и программирования 07.09.2026

Робототехнику трудно представить без электродвигателей, аккумуляторов, датчиков и управляющего программного обеспечения. Однако исследователи Итальянского технологического института продемонстрировали, что для выполнения довольно сложных движений все эти компоненты иногда вовсе не обязательны. Созданный ими миниатюрный робот Bean-Bot способен самостоятельно прыгать, катиться, скользить, переворачиваться и преодолевать наклонные поверхности, используя энергию нагрева и особенности собственной конструкции. Идея разработки возникла благодаря необычному природному механизму. За основу специалисты взяли мексиканскую фасоль, которая способна неожиданно перемещаться из-за находящейся внутри семени личинки моли. В лаборатории биомиметической мягкой робототехники эту природную особенность переосмыслили с инженерной точки зрения. Получившийся Bean-Bot представляет собой легкую оболочку характерной формы, пружину из материала с памятью формы и несколько магнитов. Основным источником энергии ...>>

Ультраширокий монитор LG 40HT513D 07.09.2026

Компания LG Electronics презентовала свой новый профессиональный дисплей 40HT513D, сочетающий большую рабочую площадь с функциями, ориентированными специально на медицинские учреждения. Монитор оснащен 40-дюймовой изогнутой IPS Black-панелью с соотношением сторон 21:9 и разрешением 5120 x 2160 пикселей, что соответствует примерно 11 мегапикселям. Такая конфигурация позволяет разместить на одном экране несколько диагностических изображений без разделительных рамок, которые неизбежно возникают при использовании отдельных мониторов. Устройство предназначено для работы с рентгеновскими снимками, компьютерной и магнитно-резонансной томографией, а также другими медицинскими изображениями и получило разрешение Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в качестве медицинского устройства. По оценке LG, по площади рабочего пространства один 40HT513D способен заменить конфигурацию из трех 3-мегапиксельных медицинских мониторов. Для специалистов по лучевой диагностике это ...>>

Происхождение изображений ИИ становится все труднее установить 06.09.2026

Генеративный искусственный интеллект способен создавать изображения, в которых угадываются особенности определенных художественных стилей, однако установить источник конкретного визуального элемента оказывается значительно сложнее. Исследование специалистов лаборатории MIT CSAIL показывает, что по мере увеличения обучающего набора данных надежно определить, какое именно изображение повлияло на результат работы модели, становится практически невозможно. Чтобы изучить эту проблему, исследователи создали около двух десятков собственных диффузионных моделей и обучили их на наборах, содержащих от нескольких сотен до сотен тысяч изображений. В экспериментах использовались фотографии лиц, а также произведения различных художников. Независимо от размера и состава наборов данных ученые наблюдали одну закономерность: чем больше изображений использовалось для обучения, тем труднее становилось определить вклад отдельной работы в последующий результат. Это явление авторы назвали "утратой атрибуц ...>>

Часы Casio G-Shock GBX-H5600KI-5 06.09.2026

Casio представила новую модель часов G-Shock GBX-H5600KI-5, которая сочетает характерную для серии механическую прочность с возможностями, свойственными современным спортивным часам. Новинка создана на базе G-LIDE GBX-H5600 в сотрудничестве с профессиональным серфером Каноа Игараси. Часы оснащены оптическим датчиком сердечного ритма и акселерометром, а обработку собранных данных обеспечивают алгоритмы Polar. Благодаря этому устройство способно оценивать тренировочную нагрузку, восстановление во время сна и другие спортивные показатели. Кроме того, часы определяют уровень насыщения крови кислородом, хотя Casio отдельно подчеркивает, что данная функция не предназначена для медицинской диагностики. Важной особенностью GBX-H5600KI-5 остается продолжительное время автономной работы. При активном использовании пульсометра и спортивных функций часы способны работать около 35 часов, тогда как в обычном режиме без постоянного измерения пульса этот показатель достигает примерно одного меся ...>>

Краски из природных кристаллов дают яркий цвет без токсичных пигментов 05.09.2026

Яркие цвета окружают человека повсюду - от лакокрасочных покрытий и тканей до косметики и декоративных материалов. Однако многие привычные красители постепенно разрушаются под воздействием солнечного света, из-за чего поверхность теряет первоначальную насыщенность. Кроме того, некоторые синтетические пигменты содержат токсичные соединения и тяжелые металлы. Исследователи Северо-Восточного университета предложили альтернативный подход, вдохновленный природой, где насыщенные и устойчивые цвета формируются не за счет химических красителей, а благодаря микроскопической структуре материала. Именно такой механизм отвечает за характерное сияние опалов, переливы павлиньих перьев и яркие оттенки крыльев некоторых бабочек. В данном случае цвет возникает не потому, что вещество поглощает определенные длины волн света, а благодаря взаимодействию света с особым расположением мельчайших кристаллов. Они преломляют и отражают свет, вызывая интерференционные эффекты, в результате чего формируются на ...>>

Случайная новость из Архива Экзоскелет для спецназа 04.06.2012 Опытные образцы боевого экзоскелета HULC компании Lockheed Martin уже в ближайшее время могут направиться в Афганистан. Представитель разработчика заявил, что уже в этом году первый боевой экзоскелет в истории вооруженных сил может отправиться в зону боевых действий в Афганистан. Скорее всего, HULC будет использоваться спецназом, который продолжит свои действия на афганском театре военных действий и после вывода войск коалиции в 2014 году. На выставке Сил специальных операций в Тампе был представлен модернизированный вариант экзоскелета HULC, готовый к боевому развертыванию. Он оснащен поворотной механической "рукой" (для подвески оружия и разгрузки рук и спины солдата) и более мощной батареей. К сожалению, руководитель программы HULC Кейт Максвелл не разрешил сделать фотографии нового образца экзоскелета, зато охотно рассказал о его преимуществах. Первую версию HULC продемонстрировали в 2010 году, но это была громоздкая конструкция, которая обеспечивала непрерывное движение всего лишь в течение часа. Современная версия HULC с более мощной литий-ионной батареей позволяет двигаться уже 8 часов, при этом компания Lockheed Martin работает над генератором на топливных элементах, который позволит увеличить время работы до 72 часов даже в самых трудных условиях. Этого достаточно для среднестатистической миссии спецназа, к тому же топливный элемент можно будет заправить "в поле". По сути, HULC представляет собой искусственный внешний позвоночник, ноги и механическую поворотную "руку", которые разгружают костно-мышечную систему солдата. Последний вариант HULC способен принимать на себя до 90 кг груза и позволяет спецназовцу взять с собой больше оборудования, боеприпасов, еды и аккумуляторов и при этом дольше оставаться в хорошей физической форме. Более того, впервые появляется возможность использования тяжелого оружия (например, 12,7-мм пулемета) одним человеком, что резко увеличивает огневую мощь подразделения. Также возможно использование тяжелого штурмового бронещита. В условиях городских боев - это незаменимое, но очень тяжелое снаряжение. При применении HULC весь ранее неподъемный груз ложится на крепкие металлические "кости" экзоскелета, а не на плечи солдата. HULC очень прочен и прост в использовании. Уже через 90 минут привыкания в экзоскелете можно быстро ходить, бегать, перепрыгивать через канавы и подниматься по крутым склонам. В условиях роста значения малых групп экзоскелет становится важным элементом военного превосходства, позволяя нести более тяжелое оружие, оборудование или большее количество боеприпасов.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026