- 19,423
- 40
- 8 Ноя 2022
Британский профессор бросил вызов Эйнштейну.
Профессор прикладной математики Лондонского университета Куин Мэри Джинестра Бьянкони представила Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся о фундаментальных силах Вселенной. В своей работе она предлагает принципиально новый подход к изучению законов притяжения, связывая их с квантовой относительной энтропией - величиной, которая в теории информации описывает различие между состояниями квантовых систем.
Десятилетиями ученые пытались примирить два противоречащих друг другу фундаментальных закона. Квантовая механика управляет поведением частиц на мельчайших масштабах - атомном и субатомном уровнях, где действуют особые принципы, не похожие на привычную нам физику. В свою очередь общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитационные взаимодействия на космических расстояниях, где массивные объекты искривляют ткань пространства и времени. До сих пор создать единый математический аппарат, работающий одновременно в обеих областях, не удавалось никому.
Суть открытия Бьянкони заключается в принципиально новом взгляде на пространство-время. В классической физике оно представляют как гибкую ткань, которая искривляется под действием массивных объектов - именно это искривление мы воспринимаем как силу тяготения. Однако исследовательница предположила, что на самом деле геометрия реальности подчиняется законам микромира.
В привычном мире мы можем точно измерить скорость автомобиля или его местоположение. Но в мире элементарных частиц все иначе: до момента измерения частица как бы находится сразу во многих местах или движется с разными скоростями одновременно. Каждое возможное значение имеет свою вероятность - как подброшенная монета может упасть и орлом, и решкой. Математики описывают такое поведение частиц с помощью операторов - специальных формул, учитывающих все возможные кондиции. Бьянкони предположила, что само пространство ведет себя по тем же законам: его форма и кривизна не определены однозначно, а существуют в виде множества вариантов.
Энтропия - это мера беспорядка и хаотичности в системе. Проще всего представить ее на примере комнаты: идеально убранная комната обладает минимальной энтропией, а в неприбранной энтропия максимальна. При этом система всегда стремится к состоянию с наибольшей энтропией - вещи сами по себе никогда не раскладываются по местам, зато легко разбрасываются. В физике это фундаментальный принцип: любой предоставленный сам себе процесс развивается в сторону увеличения беспорядка. Именно поэтому горячий чай остывает, растворенная в воде краска распространяется по всему объему, а упавшая чашка разбивается. Обратный процесс - уменьшение энтропии - требует затрат энергии извне, как уборка комнаты требует усилий человека.
В основе новой теории лежит сравнение двух состояний пространства. Первое - это идеальная геометрия, которую предсказывает классическая физика. Второе - реальная картина, где действуют квантовые законы. Для измерения разницы между ними Бьянкони использует особую величину - энтропийное действие.
Энтропийное действие опирается на понятие квантовой относительной энтропии. В микромире частицы постоянно переходят между разными энергетическими уровнями, меняют импульс и спин. При каждом таком переходе преобразуется и заключенная в системе информация. Относительная энтропия позволяет точно рассчитать масштаб преобразований.
Применив этот математический аппарат к изучению пространства, Бьянкони обнаружила удивительную закономерность. Материя, влияя на ткань пространства, вызывает в нем микроскопические переходы между разными состояниями. В результате возникает макроскопическая сила - именно ее мы воспринимаем как гравитацию.
При обычных условиях - низких энергиях и слабых гравитационных полях - новые уравнения дают те же результаты, что и классическая теория относительности. Однако в экстремальных ситуациях проявляются эффекты микромира. В частности, математическая модель естественным образом предсказывает существование космологической постоянной - загадочной силы, заставляющей Вселенную расширяться с ускорением. Прежние теоретические построения либо не могли объяснить ее существование, либо давали результаты, расходящиеся с наблюдениями в десятки раз.
Важнейший элемент теории - открытие нового поля, названного G-полем. В математике множители Лагранжа помогают находить оптимальные решения уравнений при наличии дополнительных ограничений - например, как найти кратчайший путь между точками, если двигаться можно только по поверхности сферы. G-поле выполняет схожую функцию в новых уравнениях гравитации, но его физический смысл гораздо глубже. На микроскопическом уровне оно демонстрирует характеристики, удивительно напоминающие свойства темной материи - загадочной субстанции, которая не излучает и не поглощает свет, но при этом создает мощное притяжение, удерживающее вместе галактики и их скопления.
Рассматривая мироздание через призму квантовой теории и применяя концепцию энтропии к его основам, исследование раскрывает новые горизонты познания. Теория Бьянкони не только предлагает изящное решение давних проблем, но и прокладывает дорогу к более глубокому осмыслению устройства Вселенной.
Профессор прикладной математики Лондонского университета Куин Мэри Джинестра Бьянкони представила Для просмотра ссылки Войди
Десятилетиями ученые пытались примирить два противоречащих друг другу фундаментальных закона. Квантовая механика управляет поведением частиц на мельчайших масштабах - атомном и субатомном уровнях, где действуют особые принципы, не похожие на привычную нам физику. В свою очередь общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитационные взаимодействия на космических расстояниях, где массивные объекты искривляют ткань пространства и времени. До сих пор создать единый математический аппарат, работающий одновременно в обеих областях, не удавалось никому.
Суть открытия Бьянкони заключается в принципиально новом взгляде на пространство-время. В классической физике оно представляют как гибкую ткань, которая искривляется под действием массивных объектов - именно это искривление мы воспринимаем как силу тяготения. Однако исследовательница предположила, что на самом деле геометрия реальности подчиняется законам микромира.
В привычном мире мы можем точно измерить скорость автомобиля или его местоположение. Но в мире элементарных частиц все иначе: до момента измерения частица как бы находится сразу во многих местах или движется с разными скоростями одновременно. Каждое возможное значение имеет свою вероятность - как подброшенная монета может упасть и орлом, и решкой. Математики описывают такое поведение частиц с помощью операторов - специальных формул, учитывающих все возможные кондиции. Бьянкони предположила, что само пространство ведет себя по тем же законам: его форма и кривизна не определены однозначно, а существуют в виде множества вариантов.
Энтропия - это мера беспорядка и хаотичности в системе. Проще всего представить ее на примере комнаты: идеально убранная комната обладает минимальной энтропией, а в неприбранной энтропия максимальна. При этом система всегда стремится к состоянию с наибольшей энтропией - вещи сами по себе никогда не раскладываются по местам, зато легко разбрасываются. В физике это фундаментальный принцип: любой предоставленный сам себе процесс развивается в сторону увеличения беспорядка. Именно поэтому горячий чай остывает, растворенная в воде краска распространяется по всему объему, а упавшая чашка разбивается. Обратный процесс - уменьшение энтропии - требует затрат энергии извне, как уборка комнаты требует усилий человека.
В основе новой теории лежит сравнение двух состояний пространства. Первое - это идеальная геометрия, которую предсказывает классическая физика. Второе - реальная картина, где действуют квантовые законы. Для измерения разницы между ними Бьянкони использует особую величину - энтропийное действие.
Энтропийное действие опирается на понятие квантовой относительной энтропии. В микромире частицы постоянно переходят между разными энергетическими уровнями, меняют импульс и спин. При каждом таком переходе преобразуется и заключенная в системе информация. Относительная энтропия позволяет точно рассчитать масштаб преобразований.
Применив этот математический аппарат к изучению пространства, Бьянкони обнаружила удивительную закономерность. Материя, влияя на ткань пространства, вызывает в нем микроскопические переходы между разными состояниями. В результате возникает макроскопическая сила - именно ее мы воспринимаем как гравитацию.
При обычных условиях - низких энергиях и слабых гравитационных полях - новые уравнения дают те же результаты, что и классическая теория относительности. Однако в экстремальных ситуациях проявляются эффекты микромира. В частности, математическая модель естественным образом предсказывает существование космологической постоянной - загадочной силы, заставляющей Вселенную расширяться с ускорением. Прежние теоретические построения либо не могли объяснить ее существование, либо давали результаты, расходящиеся с наблюдениями в десятки раз.
Важнейший элемент теории - открытие нового поля, названного G-полем. В математике множители Лагранжа помогают находить оптимальные решения уравнений при наличии дополнительных ограничений - например, как найти кратчайший путь между точками, если двигаться можно только по поверхности сферы. G-поле выполняет схожую функцию в новых уравнениях гравитации, но его физический смысл гораздо глубже. На микроскопическом уровне оно демонстрирует характеристики, удивительно напоминающие свойства темной материи - загадочной субстанции, которая не излучает и не поглощает свет, но при этом создает мощное притяжение, удерживающее вместе галактики и их скопления.
Рассматривая мироздание через призму квантовой теории и применяя концепцию энтропии к его основам, исследование раскрывает новые горизонты познания. Теория Бьянкони не только предлагает изящное решение давних проблем, но и прокладывает дорогу к более глубокому осмыслению устройства Вселенной.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
