Encuadernación Янчилин В.Л. Квантовая теория гравитации
Id: 6669
29.9 EUR

Квантовая теория гравитации

URSS. 256 pp. (Russian). ISBN 5-8360-0446-3.
  • Cartoné
Серия: Relata Refero

Resumen del libro

В книге изложены основы новой теории - квантовой теории гравитации. Впервые гравитационное взаимодействие рассматривается как исключительно квантовый эффект. Предлагается новая интерпретация квантовой механики, а также объясняется, почему пространство-время искривляется вблизи больших масс. Приводится описание простого эксперимента по проверке новой теории.


Oglavlenie
Tri problemi fundamental'noj fiziki
Obschij plan knigi
Glava 1.Gravitatsiya i sovremennaya fizika
 § 1.1.Tyagotenie
 § 1.2.Gravitatsionnij potentsial Vselennoj
 § 1.3.Odnorodnost' gravitatsionnogo potentsiala
 § 1.4.Osobennosti gravitatsii
 § 1.5.Zakon inertsii
 § 1.6.Printsip Makha
 § 1.7.Spetsial'naya teoriya otnositel'nosti
 § 1.8.Massa i energiya
 § 1.9.Obschaya teoriya otnositel'nosti
 § 1.10.Kvantovaya mekhanika
 § 1.11.Fundamental'nie postoyannie
 § 1.12.Voprosi sovremennoj fiziki
Glava 2.Postroenie novoj teorii
 § 2.1.Postanovka zadachi
 § 2.2.Eksperiment za predelami Vselennoj
 § 2.3.Virtual'nij kirpich
 § 2.4.Nabrosok novoj kartini Mira
 § 2.5.Neobkhodimoe zamechanie
 § 2.6.Novij zakon prirodi
 § 2.7.Postoyanstvo skorosti sveta
 § 2.8.Eksperimental'naya proverka Novogo zakona
 § 2.9.Postoyannaya tonkoj strukturi
 § 2.10.Postoyannaya Planka v gravitatsionnom pole
Glava 3.Osnovi novoj teorii
 § 3.1.Novaya model' prostranstva-vremeni
 § 3.2.Inertsiya i gravitatsiya
 § 3.3.Formula Ejnshtejna
 § 3.4.Massa v gravitatsionnom pole
 § 3.5.Chemu ravna potentsial'naya energiya?
 § 3.6.Massa elementarnoj chastitsi
 § 3.7.Sovremennaya fizika i printsip Makha
 § 3.8.Rezyume
Glava 4.Novaya interpretatsiya obschej teorii otnositel'nosti
 § 4.1.Osnovi obschej teorii otnositel'nosti
 § 4.2.Krivizna prostranstva-vremeni
 § 4.3.Relyativistskie gravitatsionnie effekti
 § 4.4.Granitsi obschej teorii otnositel'nosti
 § 4.5.Printsip ekvivalentnosti
 § 4.6.Otklonenie svetovikh luchej
 § 4.7.Rasprostranenie elektromagnitnikh voln
 § 4.8.Pokazatel' prelomleniya
 § 4.9.Smeschenie spektral'nikh linij
 § 4.10.Chernie diri
 § 4.11.Zaderzhka radiosignala
Glava 5.Paradoksi kvantovoj mekhaniki
 § 5.1.Istoriya kvantovoj mekhaniki
 § 5.2.Volnovaya Y-funktsiya
 § 5.3.Dve interpretatsii kvantovoj mekhaniki
 § 5.4.Interferentsiya elektronov
 § 5.5.Spor Ejnshtejna i Bora
 § 5.6.Virtual'nie fotoni
 § 5.7.Kvantovaya mekhanika i zdravij smisl
Glava 6.Novaya interpretatsiya kvantovoj mekhaniki
 § 6.1.Khaos - granitsa prostranstva i vremeni
 § 6.2.Diskretnoe dvizhenie
 § 6.3.Sootnoshenie neopredelsnnostej
 § 6.4.Model' elektrona
 § 6.5.Reduktsiya volnovoj Y-funktsii
 § 6.6.Rasscheplenie volnovogo paketa
 § 6.7.Nelokal'nost' kvantovoj mekhaniki
 § 6.8.Paradoks Ejnshtejna - Podol'skogo - Rozena
 § 6.9.Pochemu vremya neobratimo?
 § 6.10.Korpuskulyarno - volnovoj dualizm
Glava 7.Kvantovaya teoriya gravitatsii
 § 7.1.Glavnij nedostatok obschej teorii otnositel'nosti s tochki zreniya kvantovoj mekhaniki
 § 7.2.Mekhanizm Vsemirnogo tyagoteniya
 § 7.3.Printsip naimen'shego dejstviya
 § 7.4.Uravnenie dvizheniya v kvantovoj teorii gravitatsii
 § 7.5.Zakon tyagoteniya N'yutona
 § 7.6.Teoriya tyagoteniya Ejnshtejna
 § 7.7.Otlichie kvantovoj teorii gravitatsii ot obschej teorii otnositel'nosti
 § 7.8.Preimuschestva kvantovoj teorii gravitatsii
Glava 8.Vremya i gravitatsiya
 § 8.1.Prostranstvenno-vremennoj masshtab
 § 8.2.Neodnorodnost' vremeni
 § 8.3.Eksperiment po proverke kvantovoj teorii gravitatsii
 § 8.4.Eksperimenti po proverki obschej teorii otnositel'nosti
 § 8.5.Fotoni v gravitatsionnom pole
 § 8.6.Vremya i obschaya teoriya otnositel'nosti
 § 8.7.Chastitsa v gravitatsionnom pole
Glava 9.Problemi sovremennoj kosmologii
 § 9.1.Izmerenie rasstoyanij
 § 9.2.Rasshirenie Vselennoj
 § 9.3.L-chlen
 § 9.4.Skritaya massa
 § 9.5.Vozrast Vselennoj
 § 9.6.Barionnaya asimmetriya Vselennoj
 § 9.7.Kvazari
 § 9.8.Uskorenie galaktik
 § 9.9.Inflyatsiya
Glava 10.Kosmologiya s tochki zreniya kvantovoj teorii gravitatsii
 § 10.1.Evolyutsiya Vselennoj
 § 10.2.Kuda ischezlo antiveschestvo?
 § 10.3.Istochnik energii kvazarov
 § 10.4.Proiskhozhdenie radioaktivnikh elementov
 § 10.5.Plotnost' materii vo Vselennoj
 § 10.6.Krasnoe smeschenie
 § 10.7.Postoyannaya Khabbla
 § 10.8.Fizicheskij vakuum
 § 10.9.Massa i razmeri Vselennoj
 § 10.10. Eksperiment po izmereniyu skorosti rasshireniya Vselennoj
 § 10.11. Eksperimental'naya astrofizika
Spisok literaturi

Tri problemi elementarnoj fiziki

Dlya togo chtobi luchshe ponyat', o chem pojdet rech' v knige, davajte oznakomimsya s tremya ochen' interesnimi i nereshennimi problemami fundamental'noj fiziki.

Problema 1. Printsip Makha

Esche N'yuton obratil vnimanie na tot fakt, chto suschestvuet dva vida dvizhenij: otnositel'noe i absolyutnoe. Pryamolinejnoe dvizhenie tela yavlyaetsya otnositel'nim dvizheniem, a vraschatel'noe -- absolyutnim.

Mi ne smozhem skazat', s kakoj skorost'yu mi dvizhemsya (naprimer, s kakoj skorost'yu dvizhetsya planeta Zemlya), esli ne ukazhem drugoe telo, otnositel'no kotorogo budem rassmatrivat' nashe dvizhenie.

No mi vsegda smozhem uznat', s kakoj skorost'yu mi vraschaemsya (naprimer, s kakoj skorost'yu vraschaetsya Zemlya). Eto vozmozhno potomu, chto vo vraschayuschemsya tele voznikayut tsentrobezhnie sili, kotorie deformiruyut telo. Po velichine tsentrobezhnikh sil ili po vizvannoj imi deformatsii vsegda mozhno opredelit' skorost' vrascheniya tela.

Pri etom voznikaet vopros: a otnositel'no chego, sobstvenno govorya, telo vraschaetsya?

V kontse devyatnadtsatogo veka avstrijskij fizik Ernst Makh vidvinul interesnuyu gipotezu (nazvannuyu vposledstvii printsipom Makha): telo vraschaetsya otnositel'no nepodvizhnikh zvezd. I vsledstvie kakoj-to poka neviyasnennoj svyazi mezhdu ogromnoj massoj zvezd i vraschayuschimsya telom i voznikayut tsentrobezhnie sili.

No kak proverit' takoe predpolozhenie? Vot chto pisal ob etom, naprimer, takoj izvestnij fizik, kak Richard Fejnman: "V nastoyaschee vremya u nas net sposoba uznat', suschestvovala bi tsentrobezhnaya sila, esli bi ne bilo zvezd i tumannostej. Ne v nashikh silakh sdelat' takoj eksperiment -- ubrat' vse tumannosti, a zatem izmerit' nashe vraschenie; znachit, tut mi nichego skazat' ne mozhem" [7, s.286].

V 1979 godu v Berline sostoyalas' mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya, posvyaschennaya 100-letiyu so dnya rozhdeniya Al'berta Ejnshtejna. Na nej obsuzhdalis' naibolee fundamental'nie problemi sovremennoj fiziki. V tom chisle govorilos' i ob otnoshenii printsipa Makha k obschej teorii otnositel'nosti. Vot neskol'ko strok iz rezyume po dannomu voprosu: "Izvestno, chto Ejnshtejn ne tol'ko prinimal etot neortodoksal'nij printsip i voskhischalsya im, no i nadeyalsya privesti svoyu teoriyu v soglasie s sistemoj idej Makha. Ejnshtejn pitalsya vsemi vozmozhnimi sredstvami vklyuchit' obschuyu teoriyu otnositel'nosti v printsip Makha, ili naoborot. Poetomu on vidoizmenil pervuyu klassicheskuyu formulirovku obschej teorii otnositel'nosti. V etom napravlenii i po sej den' predprinimayutsya popitki, -- neustanno, poroj s obeskurazhivayuschimi rezul'tatami, chasto s pomosch'yu ves'ma ostroumnikh manipulyatsij, -- dostich' tseli, k kotoroj stremilsya Ejnshtejn" [15; s.293].

I vse-taki problemu, svyazannuyu s printsipom Makha, mozhno reshit'! No dlya etogo nuzhno prodelat' sleduyuschee.

Vo-pervikh, raskrit' ego fizicheskoe soderzhanie (kotoroe poka ne yasno).

Vo-vtorikh, postroit' novuyu fizicheskuyu teoriyu, kotoraya soderzhala bi v sebe, krome izvestnikh fizicheskikh zakonov, takzhe i printsip Makha. Do nastoyaschego vremeni takoj teorii ne bilo.

V-tret'ikh, rasschitat' (a znachit, i predskazat') printsipial'no novie sledstviya, kotorie vitekayut iz novoj teorii i kotorie mozhno eksperimental'no proverit' v zemnikh usloviyakh (estestvenno, ne trogaya nepodvizhnie zvezdi). I v rezul'tate opredelit', veren ili net printsip Makha.

Problema 2. Korpuskulyarno-volnovoj dualizm

V fizike suschestvuyut takie ponyatiya kak chastitsa i volna. Eti ponyatiya -- antagonisti. Svojstva chastitsi i svojstva volni vzaimoisklyuchayut drug druga. Tem ne menee, kvantovie ob'ekti vedut sebya to kak volni, a to kak chastitsi.

Naprimer, elektron, s odnoj storoni (to est' pri odnikh usloviyakh provedeniya eksperimenta), yavlyaetsya chastitsej. Bolee togo, nedelimoj chastitsej. Nikto nikogda ne nablyudal, skazhem, pol-elektrona ili kakuyu-libo ego chast'.

No, s drugoj storoni (to est' pri drugikh usloviyakh provedeniya eksperimenta), elektron zaprosto mozhet projti srazu cherez dva (i bolee) otverstiya!

Tot, kto etogo esche ne znaet, skoree vsego, v eto ne poverit. Nichego udivitel'nogo! V svoe vremya takoj vidayuschijsya fizik kak Al'bert Ejnshtejn (kotorij, kstati, ochen' mnogo sdelal dlya sozdaniya kvantovoj mekhaniki) tak i ne prinyal do kontsa kvantovuyu mekhaniku. On schital, chto fizicheskaya teoriya ne dolzhna tak radikal'no raskhodit'sya so zdravim smislom.

V nastoyaschee vremya volnovaya priroda elektrona -- khorosho proverennij eksperimental'nij fakt. Zhelayuschie prochitat' chetkij i yasnij rasskaz ob etom mogut obratit'sya k Fejnmanovskim lektsiyam po fizike, t.3,4, gl.37: "Kvantovoe povedenie".

Nuzhno otmetit', chto kvantovaya mekhanika prekrasno opisivaet "strannoe" povedenie kvantovikh ob'ektov. No opisat' -- ne oznachaet ob'yasnit'. Do sikh por nikto ne znaet, otkuda v mikromire vzyalas' neopredelennost', i kak nedelimij elektron ukhitryaetsya projti cherez dva otverstiya odnovremenno. Vot chto pisal o takom "strannom" povedenii kvantovikh ob'ektov Richard Fejnman: "No mne kazhetsya, ya smelo mogu skazat', chto kvantovoj mekhaniki nikto ne ponimaet" [11; s.117].

Problema 3. Gravitatsiya i kvantovaya mekhanika

Vse, chto suschestvuet v prirode, prityagivaetsya drug k drugu. S drugoj storoni, vse, chto suschestvuet v prirode, podchinyaetsya zakonam kvantovoj mekhaniki, v osnove kotoroj lezhit printsip neopredelennosti. Blagodarya etomu printsipu kazhdaya chastitsa obladaet volnovimi svojstvami. No v sovremennoj teorii gravitatsii -- teorii tyagoteniya Ejnshtejna (vprochem, kak i v teorii tyagoteniya N'yutona) -- niskol'ko ne uchitivaetsya etot fundamental'nij printsip, to est' sovsem ne uchitivaetsya to, chto chastitsi obladayut volnovimi svojstvami. Poetomu estestvennim obrazom voznikaet sleduyuschij vopros. Mozhno li ob'edinit' teoriyu gravitatsii i kvantovuyu mekhaniku takim obrazom, chtobi pri gravitatsionnom vzaimodejstvii uchitivalis' volnovie svojstva chastits? Na segodnyashnij den' takoj kvantovoj teorii gravitatsii ne suschestvuet.

Kak budet vidno v dal'nejshem, vse eti tri problemi svyazani mezhdu soboj. I kogda nam udastsya ponyat' fizicheskij smisl printsipa Makha, mi pojmem, otkuda vzyalas' neopredelennost' v mikromire. A, ponyav prichinu proiskhozhdeniya neopredelennosti v mikromire, mi pojmem, pochemu tela prityagivayutsya drug k drugu. Resheniyu etikh problem i posvyaschena eta kniga.

Zabegaya vpered, mozhno skazat', chto, okazivaetsya, v osnove gravitatsionnogo vzaimodejstviya lezhit printsip neopredelennosti, to est' gravitatsiya -- eto isklyuchitel'no kvantovij effekt!


Obschij plan knigi

Pervoe novoe uravnenie (Novij zakon) vvoditsya v § 2.6 , i vse dal'nejshee postroenie novoj teorii yavlyaetsya po svoej suti sledstviem etogo uravneniya. Osnovnie polozheniya novoj teorii podrobno izlozheni v 3-j glave. I na ikh osnove v § 4.6 --4.9 rasschitivaetsya uravnenie dvizheniya sveta v gravitatsionnom pole, v tom chisle opredelyayutsya ugol otkloneniya i velichina gravitatsionnogo smescheniya spektral'nikh linij.

V 7-j glave na osnove novoj teorii formuliruetsya kvantovaya teoriya gravitatsii. Pri etom raskrivaetsya fizicheskij smisl "iskrivlennogo" prostranstva-vremeni: v gravitatsionnom pole izmenyayutsya razmeri atomov (radiusi elektronnikh obolochek), izmenyayutsya energii perekhoda elektronov s odnogo urovnya na drugoj, izmenyayutsya chastoti izlucheniya i dlini voln spektral'nikh linij. Imenno eto i yavlyaetsya prichinoj togo, chto v gravitatsionnom pole izmenyaetsya masshtab vremeni i masshtab dlini (iskrivlenie prostranstva-vremeni vblizi bol'shikh mass).

Iskhodya iz togo, chto chastitsa obladaet volnovimi svojstvami, v § 7.4 rasschitivaetsya uravnenie ee dvizheniya v gravitatsionnom pole.

§ 7.7 pokazano, v chem sostoit printsipial'noe otlichie kvantovoj teorii gravitatsii ot obschej teorii otnositel'nosti. I v § 8.3 predlagaetsya prostoj eksperiment, po rezul'tatam kotorogo mozhno budet sdelat' odnoznachnij vibor mezhdu kvantovoj teoriej gravitatsii i obschej teoriej otnositel'nosti.

§ 8.7 na prostom primere pokazano printsipial'noe protivorechie mezhdu obschej teoriej otnositel'nosti i kvantovoj mekhanikoj.

V 6-j glave daetsya naglyadnoe ob'yasnenie kvantovo-mekhanicheskim paradoksam s novoj tochki zreniya, a v 10-glave predlagaetsya reshenie nekotorikh problem sovremennoj kosmologii.