Главная Новости Физики предложили геометрическую интерпретацию ОТО и вантовой теории

Второй закон термодинамики, ОТО и квантовая механика

Крис Джейнес размышляет о реальности "стрелы времени" (второй закон термодинамики) и о том, как она детерминирует основные законы физики, пишет Альтернативная наука.

По его словам, на самом деле "стрела времени" иллюзорна. Видите ли, всем совершенно очевидно, что именно Солнце обращается вокруг Земли - это простой здравый смысл. Но то, что это "очевидно", не делает это "истиной". Хотя все теперь знают, что Земля обращается вокруг Солнца!

Основные законы квантовой механики и  парадокс Лошмидта

В настоящее время физики твердо установили две фундаментальные Великие Теории: Квантовая механика (КМ), физика атома, и Общая теория относительности (ОТО), физика космоса.

Крис Джейнес, физик

Ни у кого нет сомнений в том, что эти теории в целом верны. Проблема в том, что все законы как КМ, так и ОТО обратимы во времени. То есть они выглядели бы так же, если бы время шло вспять.

Законы природы игнорируют Второй закон термодинамики, и поэтому кажется, что Стрела времени не является основной!

Однако получение наблюдаемого термодинамического поведения с помощью только "фундаментальных" законов КМ и/или ОТО чревато трудностями: возникает парадокс Лошмидта.

Еще одна большая проблема для физиков заключается в том, что хотя квантовая теория и общая теория относительности Эйнштейна являются превосходными концепциями, они взаимно несовместимы. Что говорит о том, что что-то нужно менять.

Поэтому сейчас идет охота за теорией квантовой гравитации, способной успешно объединить физику малых и физику больших величин. Но что, если Стрела времени действительно более фундаментальна, чем квантовая механика или общая теория относительности?

Что такое термодинамика стабильности?

Крис Джейнес утверждает, что физики создали новый подход к термодинамике стабильности. Теперь геометрия любого объекта встраивается в действие Второго закона термодинамики.

Так, молекула ДНК является правосторонней из-за "Стрелы времени": это было доказано Майклом Паркером в 2010 году и более строго в Приложении А работы 2019 года.

Солнечное затмение над каньоном де Челли похоже на черную дыру

Бакминстерфуллерен стабилен, потому что имеет форму максимальной энтропии (доказано в 2020 году).

Аналогично, геометрия спиральных галактик с максимальной энтропией (также доказано в 2019 году) объясняет их повсеместное распространение во Вселенной.

Конечно, эти вещи уже известны, но доказательства термодинамики являются аналитическими и не зависят от другой физики: В ОТО есть что-то более фундаментальное.

Производство энтропии черной дыры

Знаменитое уравнение Бекенштейна-Хокинга (BHE) определяет энтропию черной дыры (ЧД). Оно остается единственной общепризнанной формулой физики, которая явно включает константы КМ и ОТО.

В настоящее время считается, что все спиральные галактики имеют центральную сверхмассивную ЧД. А демонстрация их стабильности, проведенная при доказательстве ОТО в 2019 году, явно относилась к сильно «идеализированной "галактике», состоящей только из центральной черной дыры.

 

Но в мае 2021 года стало очевидно, что геометрическая интерпретация является лишь частным случаем более общего голографического соотношения, которое также применимо к ядерным сущностям.

Таким образом, теперь BHE имеет три независимых вывода: первоначально из статистической механики, затем из теории струн, а теперь из ОТО.

В августе 2021 года физики рассчитали производство энтропии «кабинетной галактики» и продемонстрировали странный и очень далеко идущий результат: производство энтропии (подразумевающее диссипацию) является консервативной величиной. Для физиков идея о том, что диссипативные процессы могут быть консервативными, является странной.

Первая альфа-частица

Альфа-частица (4He) также необычайно стабильна. Используя наше обобщение BHE, мы продемонстрировали (в феврале 2022 года), что если рассматривать альфу как унитарную сущность (проще которой нет ничего на свете), то можно правильно рассчитать ее размер, исходя из принципов общей относительности и не прибегая к квантовым интерпретациям.

 

Более того, мы также правильно вычисляем размеры ядер не только изотопов гелия (6He, 8He), но и "гелиевого ряда" (4He, 8Be, 12C, 16O, 20Ne, 24Mg, 28Si, 32S, 36Ar, 40Ca: эти результаты, похоже, не могут быть получены из КМ).

Время осложняется

Математический аппарат ОТО довольно тяжел и очень непривычен: к сожалению, за физическую простоту всегда приходится платить математической непроницаемостью.

Сейчас (ноябрь 2022 года) мы показали, что само время наиболее элегантно представляется в виде комплексного числа.

Такой формализм позволяет "просто" и последовательно рассмотреть как обратимость, так и необратимость, напрямую решая парадокс Лошмидта.

Такого рода последовательная визуализация более знакома, чем ожидалось.

Когда свет проходит через среду, существует "дисперсионное соотношение" (примеры - радуга или спектр, выходящий из призмы), и может происходить поглощение излучения.

Физики управляют всем этим с помощью "показателя преломления" - комплексного числа, где "мнимая" составляющая учитывает поглощение света.

Оказывается, что "дисперсионное соотношение" является совершенно общим, и его можно рассматривать как энергию системы и одновременно производство энтропии.

Иначе говоря, энтропия и энергия тождественны. Странный результат, поскольку, хотя мы привыкли считать энергию жизненно важной величиной, диссипация всегда трактовалась как досадное несовершенство системы.

Однако мы знаем, что все интересное в мире связано с необратимостью (и диссипативными процессами), поэтому довольно утешительно, что эти вещи теперь могут быть формально поняты с «энергетической» точки зрения.

Теория всего или второй закон термодинамики?

Группа Криса Джейнеса также продемонстрировала, что ОТО может одинаково хорошо работать с квантовыми и космическими масштабами: Второй закон термодинамики рассматривается как основной (а не как "вытекающий" из КМ).

 

Ученые показали, что общая теория относительности без проблем справляется с необратимыми системами. Как и с обратимыми, которые в основном интересовали физиков. Вследствие желания «математической элегантности», естественно.

Смущает, что то, что выглядит как Теория всего, неожиданно появляется из самой маловероятной среды: термодинамика считалась уделом химиков, хотя физики совершили значительные прорывы в этой области.

Но наша интуиция относительно реальности "стрелы времени" в данном случае оказывается верной: второй закон действительно является фундаментальным.