Магия запутанных состояний и современная физика

23.07.2007


Многовековая история познания человеком мира, в котором он существует, приучила нас к мысли, что теории классической науки, как средства аргументированного объяснения всего сущего, идут вразрез с "нетрадиционными знаниями". Это были два мировоззренческих подхода, которые существовали сами по себе и не имели общих точек соприкосновения.

Однако последовательное развитие естествознания, преодолевающее шаг за шагом ограничения первых физических теорий, ориентированных исключительно на описание предметного мира, в последние годы все чаще приходит к научно обоснованным выводам, приближающим к пониманию ранее не признаваемых официальной наукой понятий "эзотерических традиций".

В публикуемом цикле статей российский ученый-физик С.И.Доронин в доступной форме знакомит читателя с современными представлениями теоретической физики об окружающей реальности. Читателю любопытно будет проследить процесс очевидного сближения двух ранее независимых подходов мироописания.

В подтверждение приведем предисловие автора:

"Этот цикл статей является попыткой осмысления квантовой парадигмы реальности, которая интенсивно формируется в настоящее время в научной среде. Этот процесс связан с развитием прикладных разделов стандартной квантовой теории – “Физики квантовой информации”. Исследования, направленные на создание квантового компьютера и др. технических устройств, основным рабочим ресурсом которых являются нелокальные квантовые корреляции, привели к развитию фундаментальных научных концепций и изменению существующих представлений об окружающей реальности, Следствием явилось более глубокое понимание физических основ мироздания.

В рамках современной квантовой парадигмы находят строгое научное обоснование многие религиозные и мистические представления об окружающем мире."

http://physmag.hut1.ru/


С. И. Доронин


ОБ АВТОРЕ:
ДОРОНИН Сергей Иванович ,
кандидат физ.-мат. наук, физик-теоретик, ст. научный сотрудник академического института, г. Черноголовка (Московская область),
автор цикла публикуемых на сайте МЭФ "Интент" статей:



Магия запутанных состояний и современная физика


АННОТАЦИЯ

Интенсивные научные исследования последних лет, направленные на создание квантового компьютера, привели к существенному развитию таких разделов современной теоретической физики как теория запутанных состояний, теория декогеренции, квантовая теория информации. Научные выводы, вытекающие из этих исследований, имеют фундаментальное значение и выходят далеко за рамки практической реализации квантового компьютера. Они помогают ответить на некоторые глобальные вопросы естествознания и способны коренным образом изменить наше привычное представление об окружающей действительности.




содержание


    1.  МАГИЯ ЗАПУТАННЫХ СОСТОЯНИЙ
       1.1  Все началось с квантовых компьютеров
       1.2  Кубиты и запутанные состояния
       1.3  Декогеренция
       1.4  Изменения в научной картине мира
       1.5  Современная физика и теософия

    2.  МАГИЯ ПРЕДМЕТНОГО МИРА
       2.1  Предварительные замечания
       2.2  Построение физической модели
       2.3  Уравнения движения в энергетическом представлении
       2.4  Несколько слов о гравитации
       2.5  Основное следствие

    3.  ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
       3.1  Потоки энергии на службе разума
       3.2  Общий принцип практической реализации запутанных состояний для макроскопических тел
       3.3  Практическая реализация запутанных состояний сознания

    Приложение А

    Литература

    +.  ДОПОЛНЕНИЕ: Физическая модель памяти, сознания и мышления. Основы космологии.







1. МАГИЯ ЗАПУТАННЫХ СОСТОЯНИЙ


1.1 Все началось с квантовых компьютеров

Одним из первых, кто обратил внимание на возможную перспективу квантовых вычислений, был Ричард Фейман [1, 2] в 1982-86 гг., но тогда его идеи не вызвали особого резонанса в научной среде. Ситуация коренным образом изменилась в 1994 г., когда Питер Шор [3] показал, что квантовый алгоритм способен свести задачу факторизации (разложение целого числа на простые множители) к полиномиальному классу сложности, в то время как обычный алгоритм экспоненциально зависит от входных данных. Например, обычному компьютеру, выполняющему 1010 операций в секунду, потребуется около одного года, чтобы разложить на простые множители число из 34 цифр, а время, необходимое для разложения числа из 60 цифр, уже превысит возраст Вселенной (1017 сек). Используя же квантовый алгоритм, эту задачу можно решить достаточно быстро.

Результат, полученный П. Шором, практически означает, что квантовый компьютер способен за реальное время “взломать” шифры, используемые, например, в банковской сфере, поскольку там широко применяется криптосистема RSA [4] (по первым буквам фамилии создателей), основанная как раз на невозможности разложения достаточно большого числа на простые множители за приемлемое время на обычных компьютерах. Осознав ситуацию, и на наглядном примере убедившись в возможностях квантового компьютера, финансовый мир, частные фирмы и государственные учреждения во многих странах мира направили огромные средства на научные исследования в области квантовых вычислений. Большое число научных коллективов срочно переориентировало свою тематику, направив основные усилия на экспериментальное и теоретическое исследование квантовых вычислений. Данной теме посвящено наибольшее число научных публикаций по сравнению с другими разделами физики. В отдельные годы число статей, опубликованных в рецензируемых журналах на эту тему, превышало количество физических статей на все другие темы вместе взятые. Все это способствовало тому, что были достаточно быстро созданы реальные прототипы квантового компьютера и очень мощный импульс в развитии получили теоретические основы, необходимые для их создания, прежде всего это касается теории запутанных состояний, теории декогеренции и квантовой теории информации.


1.2 Кубиты и запутанные состояния

В отличие от обычного компьютера, регистры памяти которого могут принимать лишь два возможных значения (например, ноль и единица) и содержат классический бит информации, квантовый компьютер использует квантовые биты – кубиты (quantum bits, qubits), пространство состояний которых значительно шире за счет суперпозиции состояний, наличия комплексных амплитуд и фазовых множителей. Необходимым условием для работы квантового компьютера является наличие запутанных состояний (entangled states) между его кубитами. Наличие запутанных состояний является ключевым фактором, отвечающим за квантовый параллелизм и определяющим преимущество квантового компьютера над обычным.

Термин “запутанный” необходимо понимать в значении взаимосвязанный, взаимозависимый, “переплетенный”, а не в смысле путаницы и неразберихи

Запутанность есть особая квантовая форма корреляций составных систем, не имеющая классического аналога. Она возникает в системе, состоящей из двух и более взаимодействующих подсистем (или взаимодействовавших ранее, а затем разделенных), и представляет собой суперпозицию макроскопически различных состояний. Для таких систем флуктуации отдельных частей взаимосвязаны, но не посредством обычных классических взаимодействий (классических корреляций), ограниченных, например, скоростью света, а посредством нелокальных квантовых корреляций, когда изменение одной части системы в тот же самый момент времени сказывается на остальных ее частях (даже разделенных в пространстве, в пределе и на бесконечно больших расстояниях). И это не просто теория, такие, казалось бы, “магические” свойства запутанных состояний подтверждены экспериментами А. Аспекта [5, 6] и многочисленными последующими экспериментами [7-11].

Кратко остановимся на основных физических характеристиках запутанных состояний (более подробно см. обзор [12]).

Запутанные состояния характеризуются степенью запутанности, например, существует максимально запутанное состояние данной системы. Для количественной характеристики степени запутанности можно ввести понятие меры запутанности [13]. Единица измерения запутанности определяется основанием логарифма, входящего в формулу энтропии, подобно тому, как это происходит для единиц измерения информации. Для случая двоичного логарифма можно встретить термин e-bit (entanglement bit) – один бит запутанности.

Запутанностью можно манипулировать, т.е. “разбавлять” ее или “концентрировать” [13]. В частности, исходные объекты, находящиеся в минимально запутанных состояниях, можно с сохранением общего количества запутанности преобразовывать в меньшее число объектов, которые находятся в максимально запутанных состояниях. Принято различать чистые запутанные состояния, которые содержат только квантовые корреляции и смешанные запутанные состояния, которые могут включать в себя наряду с квантовыми и классические корреляции. Для смешанных запутанных состояний можно ввести множество различных мер запутанности [14], [15-17], но их нельзя свести к какой-либо одной мере, как в случае чистых состояний. Наиболее интересными мерами являются запутанность формирования (entanglement of formation) и дистиллируемая запутанность (distillable entanglement) [14]. Запутанность формирования характеризует минимальное количество “чистой” запутанности, необходимое для того, чтобы создать данное состояние с помощью локальных квантовых операций и обмена классической информацией (для таких операций обычно используют аббревиатуру LQCC – local quantum [operations] and classical communication). В свою очередь, дистиллируемая запутанность определяется как количество чистой запутанности, которое можно извлечь (дистиллировать) из заданного смешанного состояния с помощью произвольных LQCC- операций в асимптотике большого числа копий исходного состояния. Такой процесс извлечения чистой запутанности из смешанной называется очищением запутанности (entanglement purification). В [18] было показано, что с добавлением условий асимптотической аддитивности и непрерывности дистиллируемой запутанности, все “хорошие” меры запутанности должны быть ограничены сверху запутанностью формирования, а снизу – дистиллируемой запутанностью.

Введенные выше меры запутанности относятся к двусоставным системам, как наиболее хорошо изученным, но они могут быть обобщены на системы с непрерывным спектром [19], и на запутанные состояния многосоставных систем [20,21]. Особо стоит отметить, что теория запутанных состояний – это не теория микрочастиц, как иногда ошибочно считают. Ее основные результаты формулируются в терминах систем и подсистем, т.е. справедливы и к произвольным макросистемам. Микрочастицы являются лишь наиболее простыми и наглядными примерами для иллюстрации полученных выводов.


1.3 Декогеренция

С понятием запутанного состояния неразрывно связано понятие декогеренции [22-25]. Декогеренция – это процесс потери когерентности квантовых суперпозиций в результате взаимодействия системы с окружающей средой. Применительно к квантовым компьютерам декогеренция играет отрицательную роль на стадии вычислений и положительную – после вычислений, при выводе полученных результатов. Декогеренция системы сопровождается появлением у нее классических черт, соответствующих информации, записанной в окружении. Это можно описать как запутывание системы с ее окружением, возникающее в процессе их взаимодействия. Вследствие запутывания с окружением сама исходная система из запутанного начального состояния переходит в незапутанное смешанное состояние (смесь). Суперпозиция состояния системы исчезает, по крайней мере, ее невозможно наблюдать, если ограничиться лишь самой системой, не затрагивая ее окружения. Следствием декогеренции является то, что предсказания квантовой теории для макроскопических состояний невозможно отличить от предсказаний классической теории, если только не контролировать все степени свободы. С практической точки зрения декогеренция полностью объясняет, как происходит процесс взаимодействия с окружением и как после этого возникает смесь, эквивалентная распределению по различным состояниям со своими вероятностями. Но все это справедливо только в том случае, если мы готовы ограничиться рассмотрением открытых систем. То есть когда при исследовании некоторой подсистемы, мы производим усреднение по степеням свободы, остающимся вне этой подсистемы, что и ведет к появлению смеси вместо суперпозиционного состояния со своим окружением. Если же не ограничиваться подсистемой, а рассматривать замкнутую систему, то вместо смеси необходимо будет учитывать суперпозицию состояний.

В связи с этим, теории декогеренции удалось получить результат, который имеет большое концептуальное значение. Дело в том, что до недавнего времени считался справедливым так называемый постулат редукции волновой функции. Именно им объяснялся однозначный вид окружающей реальности, и предполагалось, что все остальные альтернативные члены суперпозиции коллапсируют, исчезают. Говоря простым языком, весь вопрос сводился к тому, существует ли одновременно множество “картин” реальности и мы, в принципе, способны переключаться между ними, или все они “схлопываются” в одну – ту которую мы видим, а другие увидеть никогда не сможем.

Теория декогеренции отвечает на этот вопрос и доказывает [22,23], что никакой редукции не происходит, а также объясняет, почему постулат редукции приводит к правильным предсказаниям. Постулат редукции при этом не лишается смысла, но меняется его статус. Редукция остается простым и изящным вычислительным приемом в том случае, если требуется рассчитать поведение системы, после того как произошло взаимодействие с окружением и при этом “проявлен” один из возможных результатов этого взаимодействия. Другие результаты взаимодействия (остальные члены суперпозиционного запутанного состояния системы и окружения) никуда не исчезают, они остаются лишь в скрытом, латентном состоянии и в любой момент могут быть “проявлены”.

Тривиальным примером замкнутой системы является человек и окружающая его Вселенная. Такая система уже не является смесью и находится в суперпозиционном состоянии, т.е. каждый из нас находится в смешанном запутанном состоянии со всем окружающим миром. В этом состоянии, наряду с классическими корреляциями (ответственными за формирование предметного мира), существуют квантовые корреляции (ответственными за “чудеса” в предметном мире), и возникает принципиальная, теоретически обоснованная возможность дистиллировать запутанность с помощью описанного выше процесса очищения запутанности.

Возникает вопрос, почему же люди (по крайней мере, довольно значительная их часть), предпочитают видеть только классические корреляции и не пользуются “волшебными” свойствами запутанных состояний. Ответить на этот вопрос несложно. Во-первых, классические корреляции проще наблюдать, поскольку они соответствуют информации “записываемой” в человеческом теле, и сознание человека автоматически, с самого детства способно анализировать эту информацию. Во-вторых, очищение запутанности – сложный процесс, требующий определенных навыков. Лишь немногие получают эту способность при случайной или целенаправленной инициации , для большинства же из нас овладение этим процессом в полном объеме связано со значительными усилиями (хотя начальные навыки даются довольно легко практически каждому).

от лат. initio – начинать, вводить (в курс дела), допускать (к чему-либо), посвящать (в тайну и т.п.). Здесь – быстрое приобретение указанных навыков в результате стороннего воздействия. Классический пример – инициация Иисусом своих учеников. “И призвав двенадцать учеников Своих, Он дал им власть над нечистыми духами, чтобы изгонять их и врачевать всякую болезнь и всякую немощь”. [Мф 10]. В настоящее время этот метод используется все чаще, особенно молодыми эзотерическими школами. Однако, что легко дается, легко и потерять, если не заниматься усиленной практикой, как говориться, “молитвою и постом”. Эти слова уже стали нарицательными и имеют более широкий смысл упорной внутренней работы. Напомню, что взяты они из священного писания. Когда ученики не смогли исцелить бесноватого своими силами, и спросили Иисуса, почему они не в состоянии это сделать. Учитель ответил: “… сей же род изгоняется только молитвою и постом”. [Мф 17].

О роли сознания наблюдателя в процессе декогеренции, на страницах журнала УФН (Успехи Физических Наук) относительно недавно проходила широкая научная дискуссия [26,27].

Предварительно можно сделать вывод, что, управляя своим сознанием и изменяя степень запутанности со своим окружением, мы в состоянии воспринимать различные слои реальности и использовать на практике необычные свойства запутанных состояний.

Таким образом, от теоретических основ квантового компьютера мы постепенно подошли к фундаментальным вопросам естествознания, к тем существенным изменениям в научной картине мира, которые следуют из последних достижений современной теоретической физики.


1.4 Изменения в научной картине мира

Для начала, давайте сформулируем основной вопрос, который мы хотим прояснить. Как известно, правильно поставленный вопрос – более половины ответа. Попробуем спросить: “Действительно ли окружающий нас мир состоит из обособленных твердых объектов?” На первый взгляд он может показаться абсурдным. Но не будем торопиться. Практически каждый из нас что-то слышал о волнах де Бройля, о дуализме волна-частица. Тот, кто знаком с квантовой теорией может вспомнить, что поля и частицы – это не разные объекты, а разные способы описания одного и того же объекта. Для микромира давно решен вопрос и о том, что мы будем наблюдать в эксперименте – волну или частицу. Решение это очень поучительное. Оказывается, все зависит от наблюдателя. Если он захочет увидеть исследуемый объект в виде частицы, то возьмет нужный измерительный прибор – и увидит ее вполне твердой “на ощупь”, а захочет увидеть распределенной в пространстве (волну), возьмет другой прибор, и вся твердость куда-то исчезнет (частица проходит через две щели одновременно). Прибор играет роль своеобразного фильтра восприятия, отбирая и показывая нам лишь один из возможных способов описания материи. Как говорил Луи де Бройль [28] “этот прибор как раз и извлекает из состояния, которое существовало до измерения, одну из содержащихся в нем возможностей”. Квантовая механика первой поставила под сомнение, казалось бы, очевидную предметность нашего мира и осознала, что немаловажную роль в процессе “опредмечивания” окружающей действительности принадлежит измерительному прибору и наблюдателю. До недавнего времени считалось, что такое необычное поведение материи характерно только для микрочастиц. Но классики уже в момент становления квантовой механики прекрасно понимали, какое огромное значение имеют эти выводы для общей картины окружающего мира и выходят они далеко за рамки микромира. Например, В. Гейзенберг [29] рассуждая на эту тему, говорил: “Идея реальности материи, вероятно, являлась самой сильной стороной жесткой системы понятий XIX века; эта идея в связи с новым опытом должна быть, по меньшей мере, модифицирована”. Однако недостаток научных данных в то время, позволял ученым только философствовать на эту тему.

Лишь в последнее время результаты, полученные теорией запутанных состояний и декогеренции, оказались способны пролить свет на ситуацию в макромире. Как уже упоминалось, одним из первых пал постулат редукции волновой функции и был сделан вывод, что все составные части Вселенной, как замкнутой системы, должны находиться в смешанном запутанном состоянии. Окружающий мир оказался намного сложнее так хорошо всем знакомой картины реальности.

Дело в том, что одна из основных особенностей запутанных состояний – это их несепарабельность – векторы таких состояний не принадлежат сепарабельному Гильбертову пространству, т.е. такому пространству, которое можно “натянуть” на счетное (даже бесконечно большое) множество векторов. Попросту говоря, объекты, находящиеся в смешанном запутанном состоянии, в принципе не могут быть полностью описаны в предметном мире. Они не принадлежат целиком нашему привычному пространству-времени и могут не подчиняться причинно-следственным связям. В своем обычном режиме восприятия мы способны видеть лишь проекции этих состояний, и их поведение может противоречить всем известным законам предметного мира.

Этот вопрос с другой стороны, с точки зрения квантовой механики, достаточно подробно и в доступной форме обсуждается при сравнении квантовомеханических картин Гейзенберга и Шредингера в первой лекции известного курса: П.А. Дирак “Лекции по квантовой теории поля”, Москва, Мир, 1971.

Одна из близких аналогий – когда мы смотрим какой-либо художественный фильм. Многие из нас прекрасно понимают, что если на экране мы видим “чудо”, то оно объясняется действиями, которые происходят “за кадром”. Специалист способен даже определить последовательность действий за кадром, способных произвести видимый эффект. Современная теоретическая физика доказывает, что аналогичная ситуация происходит и в “фильме”, под названием “Предметная жизнь физических тел”.

Именно этими необычными свойствами запутанных состояний можно объяснить практически все “необъяснимые” явления – от банального полтергейста до НЛО и самых невероятных взаимодействий с различными объектами вне нашего предметного мира. К этому же классу относятся и явления, связанные с действиями шаманов, колдунов, экстрасенсов, магов, ясновидящих и т.д. и т.п., а также “чудеса” религиозной жизни. Все они находят свое научное объяснение в рамках теории запутанных состояний и теории декогеренции.

Однако большинство из нас все же находятся в классическом, незапутанном состоянии со своим окружением. Как уже отмечалось, степень классичности окружения зависит от количества информации, “записываемой” в человеческом теле и отраженной в сознании, т.е. той информации, над которой сознание может “манипулировать”. Декогеренция человека с окружением, потеря им “магических” свойств запутанных состояний и, как следствие, “опредмечивание” окружающего мира, является своеобразной расплатой за ясность сознания, развитие разума и мышления. Вкусив плоды с древа познания, мы тем самым облекли себя и окружающий мир в телесную форму – были “изгнаны” из “райского” существования в запутанном состоянии.

В макромире, также как и в микромире, основная роль за результат наблюдения отводится “измерительному прибору”, причем в самом широком смысле под “прибором” понимается любая структура, взаимодействующая со своим окружением. Естественно, что мир, который “собирает” вокруг себя такая структура зависит от ее внутренних свойств, от той информации, которая может в ней “записаться”. Но мы по-прежнему будем пока ограничиваться наиболее “совершенной” структурой – сознанием человека с его “инструментами” – органами восприятия.

Мир, окружающий человека, содержит огромное количество информации, которую он не способен анализировать одновременно. Механизм восприятия изучают такие науки как психология и психофизиология восприятия. Эта научная область характеризуется большим числом исследований и публикаций, огромным количеством накопленных фактов. Исследования ведутся на самых разных уровнях: морфофизиологическом, психофизическом, психологическом, теоретико-познавательном, клеточном, феноменологическом, фонографическом. Изучаются филогенез, онтогенез восприятия, его функциональное развитие и процессы его восстановления. Используются самые разнообразные методы, процедуры, индикаторы. Начиная с самых первых теорий восприятия (Д. Бродбент [30] – “модель с фильтрацией” ), большинство ученых в этой области приходят к выводу, что восприятие – явление в значительной степени “элиминативное” (вытесняющее), а не продуцирующее. То есть, основная функция мозга и нервной системы, как это не парадоксально звучит – не отражение окружающей действительности, а защита, своеобразный барьер, призванный оградить нас от огромного объема информации, поступающей от внешнего мира, и оставить только весьма небольшой, специфически отобранный материал, который может пригодиться, прежде всего, для биологического выживания человека. Таким образом, теория восприятия также подтверждает, что развитие человека, в частности его нервной системы, это естественный процесс возведения все более прочного “барьера” между человеком и окружающей действительностью. Этот “экран” позволяет человеку наиболее эффективно действовать в окружающем мире за счет ограничения широты восприятия, но с более детальной информацией о процессах, происходящих в выделенной его вниманием узкой области восприятия.

Модель с фильтрацией — одна из первых концепций избирательного внимания, предложенная Д. Бродбентом, предполагающая ограниченность пропускной способности канала обработки сенсорной информации, поступающей параллельно по нескольким каналам. На определенном этапе обработки информации тот или иной сигнал оказывается в центре внимания, что и обусловливает его передачу через избирательный фильтр в „канал с ограниченной пропускной способностью“, который находится между этапами обнаружения и распознавания сигналов. За счет этого фильтра происходит перемещение информации из кратковременной памяти в долговременную. [Психологический словарь].
от лат. elimino - выношу за порог, удаляю.

Человеческое тело (как результат эволюции) можно считать инструментом познания окружающей реальности, которое совершенствуется “отвердевает” одновременно с окружающим миром по мере декогеренции в результате постепенного развития сознания. Происходит снижение степени запутанности и становится все более и более трудным непосредственное восприятие других слоев реальности в том числе “высших” сущностей – человек “отпадает” от бога.

Но это не значит, что сознание человека не в состоянии преодолеть ограничения, накладываемые на него физическим телом. Наиболее весомым подтверждением этого факта, а также справедливости наших рассуждений о роли запутанных состояний является широкое распространение различных “магических” и религиозных практик, неразрывно связанных со всей историей развития человечества. Даже самый поверхностный анализ показывает, что все основные методики расширенного восприятия связаны с умением управлять степенью запутанности своего сознания с окружающей реальностью. Остановка внутреннего диалога, медитация, созерцание, религиозные практики (например, искренняя молитва), техника перепросмотра своей жизни, даже такие относительно редкие техники как стирание личной истории и т.д. и т.п. Все они имеют достаточно четкое научное объяснение в рамках теории запутанных состояний и могут быть описаны уже не только качественно, но и количественно с помощью чисто физических величин, например, различных мер запутанности. Теория запутанных состояний и декогеренции способны предоставить исследователю теоретический аппарат для научного анализа “магических” практик.

Многообразие различных методик и практик впечатляет, но суть у них одна – ослабить взаимодействие сознания с привычным предметным миром и перейти от классического в запутанное состояние с окружающей реальностью, т.е. осуществить процесс, обратный декогеренции (очищение запутанности), что дает возможность сознанию действовать вне привычных рамок пространства и времени. Более глубокий анализ этих техник с точки зрения теоретической физики вызывает лишь восхищение и уважение к различным школам, разработавшим в мельчайших деталях практическую реализацию теории запутанных состояний сознания с окружающим миром.

Научный подход к указанным методикам позволяет обобщить, систематизировать и классифицировать эти знания, которые до сих пор оставались вне системы общепринятого мировоззрения. Мы получаем возможность ввести новые понятия в структуру нашего описания мира и сознательно их использовать.

Теперь мы уже в состоянии ответить на вопрос, заданный в начале раздела. Предметность окружающего мира, его “твердость”, не есть исходное, изначальное и неизменное состояние окружающей реальности. Это лишь один из возможных “способов описания” узкого слоя реальности наблюдателем (в самом широком смысле этого слова), который извлекает из окружающего мира одну из содержащихся в нем возможностей, в соответствии с информацией, которая записывается, отражается, “улавливается” в его внутренней структуре. В частности для человека, предметность окружающего мира обусловлена декогеренцией человеческого тела, его органов восприятия со своим окружением и представляет собой одну из возможных картин, одну из проекций, многогранной реальности. Причем даже в этой проекции мы к настоящему времени воспринимаем лишь незначительную часть информации, только одну из сторон, один из “способов описания” в виде локальных твердых объектов (узкий диапазон восприятия, но с подробной информацией) и уже разучились воспринимать другой возможный “способ описания” в виде нелокальных полевых структур (широкий диапазон, но с менее детальной информацией).

Однако с практической точки зрения, самый важный вывод заключается в том, что, управляя степенью запутанности своего сознания с окружением, мы в состоянии расширить свое восприятие. Во-первых можно “размягчить” данный предметный мир и научиться воспринимать дополнительную информацию, содержащуюся в нем, (перейти в режим ви?дения полевой энергетической структуры “твердых” объектов и даже структур, не имеющих предметного воплощения); во-вторых, мы способны воспринимать и “проявлять” другие реально существующие проекции реальности, причем также в различных режимах, как в виде локального предметного мира, так и в виде нелокальных энергетических структур; в третьих, наше сознание в состоянии создавать новые объекты реальности, ранее не существовавшие.


1.5 Современная физика и теософия

Поскольку современная физика приблизилась к пониманию сложной многогранности мира и практически доказала возможность расширенного восприятия реальности, возрастает доверие к тем знания, которые получены этим способом восприятия, и которые еще совсем недавно считались недостойными серьезного внимания со стороны естественных наук. Речь, прежде всего, идет о религиозных знаниях, древних мифах, различных мистериях древности, оккультизме, мистицизме, и т.п., и их дальнейшем развитии и теоретическом обобщении в работах по теософии, антропософии и др. “апокрифичных” наука. Основываясь на последних достижениях в физике, можно сделать вывод, что в этих источниках содержится гораздо больше полезной информации и достоверных знаний о Космологии и происхождении сознания, чем в господствующих ныне теориях Большого Взрыва и теории эволюции. Последние исходят из описания предметного мира, который составляет лишь одну из возможных проекций Мироздания наблюдателем, общий внешний вид которой для людей определяется одинаковым устройством их органов восприятия.

ТЕОСОФИЯ (от греческого theos - Бог и sophia - мудрость) Понятие Т. включает четыре направления в умственной и духовной жизни: а) синкретические доктрины, соединявшие в себе элементы различных религий (гностицизм, каббала, в определ. степени учение Филона Александрийского); б) варианты христ. мистицизма и оккультизма (Парацельс, Пико делла Мирандола, Бёме, Сведенборг и др.); в) «свободную Т.» Соловьева Вл. (христ. синтез эмпирического знания, спекулятивной метафизики и мистики); г) доктрину Теософических обществ 19-20 вв. (Из "Библиологического словаря" священника Александра Меня).
“Теософическое знание слишком ориентировано на естественные науки и требует лишь их расширения на другие планы бытия”. Николай Бердяев, Теософия и антропософия в России. Типы религиозной мысли в России. Собрание сочинений. Т. III Париж: YMCA-Press, 1989. 714
АНТРОПОСОФИЯ (от греч. слов anthropo- человек и sophia - мудрость)– учение, в основе которого лежит потенциальная возможность развития в каждом человеке способностей, позволяющих ему проникать в сверхчувственные миры и получать о них достоверную информацию. То, что является в религии предметом веры, становится в А. объектом изучения. А. сложилась в начале ХХ в. на почве теософии, но отличается от нее более христианской окраской. Согласно А., человек может достичь высших состояний – “спастись”, рассчитывая не только на помощь различных религиозных учений, но должен и сам прикладывать сознательные усилия в этом направлении, делая основной упор на развитие своих собственных сил и способностей. Антропософическое общество хорошо организовано. Центр – Дорнах (Швейцария). Занимается естественными науками, сельским хозяйством, религией, педагогикой (Вальдорфские школы) и искусствами, руководствуясь принципами своего основоположника Р. Штайнера.

Не случайно, в последнее время многие студенты и ученые, занимающиеся теорией запутанных состояний, все чаще обращаются к работам основоположников теософии и антропософии – Е.П. Блаватской, Рудольфа Штайнера (иногда Р. Штейнер, R. Steiner) и др.. Тема эта чрезвычайно широка и многогранна. Мы коснемся лишь одного аспекта (и то очень поверхностно), связанного с развитием сознания человека. Ниже приводятся отрывки из работы Р. Штайнера “Из летописи мира. Акаши-хроники”. [Aus der Akasha-Chronik.] (1904-1908). Комментарии практически не понадобятся, т.к. текст сам по себе служит прекрасной иллюстрацией действия теории запутанных состояний на практике. Он наглядно показывает, как сознание человека от максимально запутанного состояния (очень интересны характеристики такого сознания, причем они полностью соответствуют теоретическим свойствам запутанного состояния) постепенно развивается и приходит к предметному сознанию и классическому (незапутанному) состоянию.

Заранее прошу прощения за столь длинную цитату, но при дальнейшем сокращении текста, он сильно терял в своей убедительности.


Человек существовал, когда еще не было никакой Земли. Но этого нельзя представлять себе … таким образом, как будто он раньше жил на других планетах и в известный момент переселился на Землю. Напротив, сама эта Земля развивалась вместе с человеком. Она прошла, как и он, три главные ступени развития, прежде чем сделаться тем, что мы теперь называем "Землею". …

Прежде чем мировое тело, на котором протекает жизнь человека, стало "Землею", оно имело три другие формы, которые обозначают как Сатурн, Солнце и Луну. Таким образом, можно говорить о четырех планетах, на которых протекают четыре главные ступени человеческого развития. Дело обстоит так, что Земля, прежде чем стать Землею, была Луной, еще раньше – Солнцем, а еще раньше – Сатурном.

. . .

Сознание, которое человек развертывает в течение своего земного пути, называется … "светлым, дневным сознанием". Оно состоит в том, что человек при помощи своих наличных чувств воспринимает вещи и существа мира, и при помощи своего рассудка и своего разума составляет себе представления и идеи об этих вещах и существах. Он действует тогда в чувственном мире сообразно этим своим восприятиям, представлениям и идеям. Это сознание человек выработал себе только на четвертой главной ступени своего мирового развития; на Сатурне, Солнце и Луне его еще не было. Там жил он в других состояниях сознания. Сообразно с этим, три предыдущие ступени развития можно обозначить, как раскрытие низших состояний сознания. Самое низкое состояние сознания было пройдено во время развития на Сатурне; более высоким является состояние солнечного, за ним следует лунное и, наконец, земное сознание.

Эти более ранние состояния сознания отличаются от земного главным образом двумя признаками: степенью ясности и тою окружностью, на которую простирается восприятие человека.

Сознание на Сатурне обладает наименьшей степенью ясности. Оно совсем смутно. Трудно поэтому дать более точное представление об этой смутности, так как даже смутность сна уже на одну ступень светлее, чем то состояние сознания. ...

Меж тем как по своей ясности такое сознание на Сатурне стоит на несколько ступеней ниже современного человеческого сознания, по объему того, что оно может воспринимать, оно превосходит последнее. А именно, при всей своей смутности, оно может воспринимать до мельчайших подробностей не только все, что происходит на его собственном мировом теле, но может еще также наблюдать вещи и существа на других мировых телах, находящихся в связи с его собственным телом, Сатурном. И оно может также оказывать на эти вещи и существа известное воздействие. …

Сознание … на Сатурне есть … непосредственное ощущение, сопереживание того, что происходит на других мировых телах. Не совсем, но все же до некоторой степени правильным будет сказать, что обитатель Сатурна переживает вещи и события других мировых тел – и своего собственного – так же, как современный человек переживает в своем собственном теле свое сердце и его биение, или подобное тому.

. . .

После … наступает "солнечное сознание" человека. Оно на одну ступень яснее предыдущего, зато и утратило несколько в широте кругозора. В своем теперешнем жизненном положении человек во время глубокого сна без сновидений обладает состоянием сознания, похожим на то, какое у него было некогда на Солнце. …

Объем солнечного сознания простирается только на Солнце и на находящиеся с ним в ближайшей связи мировые тела. Только его и его подобия может сопереживать обитатель Солнца подобно тому, как теперешний человек – чтобы пользоваться еще раз приведенным выше сравнением – переживает биение своего сердца. Обитатель Сатурна сопереживал таким образом жизнь также и мировых тел, не принадлежавших непосредственно к ближайшей области Сатурна.

. . .

Затем он вступает в свое лунное сознание. О нем уже легче составить представление, потому что есть некоторое сходство между этой ступенью сознания и пронизанным сновидениями сном. Но особенно должно быть подчеркнуто, что и здесь может быть речь лишь о сходстве, а не о тождестве. Ибо хотя лунное сознание протекает в образах, подобных образам сновидений, но эти образы также соответствуют предметам и событиям в окружении человека, как и представления современного "ясного дневного сознания". Но только все в этом соответствии еще смутно, именно образно. Это можно наглядно представить себе следующим образом. Предположим, что лунное существо приблизилось к какому-нибудь предмету, скажем, к соли. (Конечно, тогда еще не было "соли" в теперешней форме, но, чтобы быть понятным, приходится оставаться в пределах образов и сравнений). Это лунное существо – предшественник современного человека – не воспринимает вне себя пространственно протяженного предмета определенного цвета и формы; но приближение к этому предмету вызывает то, что внутри лунного существа как бы всходит некоторый образ, а именно похожий на образ сновидения. Этот образ имеет известную цветовую окраску, в зависимости от того, каков данный предмет. Если он симпатичен этому существу, если он благоприятен его жизни, окраска бывает светлой, желтоватых оттенков, или же зеленой; если дело идет о несимпатичном предмете, или вредном для этого существа, тогда появляется кроваво-красноватый оттенок цвета. … Образы, вспыхивающие "внутри" этого обитателя, имели вполне определенное отношение к окружающему. В них не было ничего произвольного. Поэтому можно было ими руководствоваться. И под впечатлениями этих образом действовали так же, как действуют теперь под впечатлениями чувственных восприятий.

. . .

Четвертая главная ступень человеческого развития переживается на Земле. Это то состояние сознания, в котором находится в настоящее время человек.…

На этой ступени сознания человек не воспринимает только сновидчески образы, встающие в его душе, как действие окружающего, но для него выступают предметы "вовне в пространстве". На Луне … в его душе вставал, например, красочный образ, когда приближался соответственный предмет. Все сознание состояло из таких приливающих и отливающих образов, звуков, и т.д. Только при наступлении четвертого состояния сознания, цвет выступает уже не только в душе, но и на внешних пространственно ограниченных предметах, а звук не является уже только внутренним звучанием души, но сам предмет звучит в пространстве. Поэтому это четвертое земное состояние сознания называют … также "предметным сознанием". Медленно и постепенно выработалось оно в ходе развития таким путем, что мало-помалу возникали физические органы чувств и делали возможным восприятие у внешних предметов их многообразных чувственных свойств….

Красочный, звучащий и т.д. мир, который прежний человек воспринимал таким образом внутри себя, выступает для него в земной жизни вовне, в пространстве. Но зато внутри его возникает новый мир. Мир представлений или мыслей. О представлениях и мыслях не может быть речи при лунном сознании. Оно состоит из одних только вышеозначенных образов.

Приблизительно в середине земного развития – это подготовляется, собственно, уже несколько раньше – возникает в человеке эта способность создавать представления и мысли о предметах своих восприятий. И эта же способность образует основу для памяти и самосознания. Только представляющий человек может выработать воспоминание о том, что он воспринял, и только мыслящий человек достигает того, что начинает различать себя от окружающего, как самостоятельное, самосознающее существо, научается познавать себя, как "Я". Три первые описанные ступени были, таким образом, ступенями сознания, четвертая же является не только сознанием, но самосознанием.

Таков ход развития сознания: оно начинается с сумеречного, человек еще совсем не воспринимает других вещей и существ, но лишь внутренние переживания (образы) собственной души; затем развивается восприятие. И, наконец, воспринимающее сознание превращается в творческое.


Можно только удивляться, насколько современно выглядит этот текст, несмотря на свой почтенный возраст (около ста лет). Достаточно несколько терминов заменить современными понятиями, например, вместо астрономических метафор (Сатурн, Солнце, Луна) использовать количественную физическую величину, характеризующую степень запутанности, и можно хоть сейчас использовать этот материал в качестве лекции для студентов по теории запутанных состояний и теории декогеренции.

Можно предположить, что в том разделе человеческих знаний, которого мы здесь коснулись, содержится большое количество вполне достоверной информации о самых сокровенных тайнах бытия. Обнадеживает тот факт, что многое уже известно, достаточно лишь переосмыслить эти знания и грамотно изложить в свете новых теоретических представлений. Всех нас ожидает еще немало откровений на этот счет.

Возникает только опасение, что современному обществу нелегко будет осознать, а тем более принять, новую ситуацию. Ведь еще совсем недавно считалось, что наука обладает солидным багажом непоколебимых истин. А тут вдруг оказывается, что все эти знания в действительности являются лишь наивными детскими представлениям, которые достоверны и справедливы в пределах ограничительного манежа для малышей и малопригодны во “взрослом” мире, где даже самые современные технические достижения – не более чем детские игрушки. Как и любому человеку, ученому будет очень нелегко преодолеть свое мнимое тщеславие и гордыню, и признаться самому себе, что все его теоретические навыки и знания, добытые с таким трудом, соответствуют лишь знаниям нулевого уровня перед начальной школой. Трудно будет исполниться смирением пред подлинно Бесконечной Реальностью и тем самым открыть возможность ее широкого, всестороннего изучения.



2. МАГИЯ ПРЕДМЕТНОГО МИРА


2.1 Предварительные замечания

Несмотря на то, что теория запутанных состояний и теория декогеренции дают ответ на некоторые фундаментальные вопросы естествознания и открывают путь к расширенному восприятию реальности, хорошо было бы подумать об использовании новых теоретических знаний в знакомом нам предметном мире. Например, направить усилия на создание принципиально новых технических устройств, пока еще “магических” для большинства из нас, попытаться перевести их из разряда магических в разряд практически реализуемых с научной точки зрения.

Здесь открываются широчайшие перспективы для научных исследований. Осмелюсь предложить вашему вниманию свои соображения на этот счет.

Можно попытаться построить теоретическую модель, которая бы ухватила основные особенности запутанных состояний и открыла возможность их практического применения в предметном мире.

Об одностороннем характере нашего обычного восприятия мы уже упоминали. Следствием этого является преобладание научных дисциплин, изучающих локальные объекты. В физике, чаще всего, теоретическими объектами вообще являются материальные точки. Таким образом, намечается первый шаг – по аналогии с принципом дополнительности Бора [31], широко используемом в микромире, локальное описание объектов необходимо дополнить нелокальным описанием. Это позволит нам ввести в рассмотрение запутанные состояния, как существенно нелокальный ресурс.

Здесь возникает другой вопрос, имеют ли современная физика и математика в своем распоряжении необходимые подходы и методы для такого описания.

Сразу стоит отметить, что нам не помогут ни механика Ньютона, ни теория относительности Эйнштейна, поскольку они имеют дело с материальными точками . Можно лишь рассчитывать на те разделы физики, которые изучают непрерывные среды и полевые объекты. Разумеется, придется широко использовать современный математический аппарат и методы статистической физики, квантовой механики, классической и квантовой теории поля, но безотносительно их применения к микрочастицам. К сожалению, большую часть этих теорий составляют практические задачи, описывающие поведение частиц, а изложение теоретических основ умещается лишь на нескольких страницах, но ценность самих подходов все равно несомненна. Из математических инструментов можно взять на заметку современные методы дифференциальной геометрии, способные в терминах дифференциальных форм в наиболее общем виде описывать непрерывное распределение физических величин. К сожалению, в настоящее время еще сильно предубеждение, что физические законы можно записать только на основе точечной дискретизации протяженного объекта, поскольку часто считается, что только в этом случае можно ввести понятие “дифференциала”, как бесконечно малого изменения некоторой функции точки, соответствующее бесконечно малому смещению самой точки (формализм Ньютона). Поэтому обычно под физическим законом понимают его координатное представление. Внешнее исчисление обобщает понятие дифференциала и дает его более строгое определение в терминах “внешней производной” (дифференциальной формы), уже не связанное со смещением точки. В этом случае роль элементарных объектов выполняют “события”, единственное требование к которым заключается в их идентифицируемости по произвольному параметру, (например, “по запаху” – шутка, но она отражает суть дела). Простейшей ковариантной производной является градиент, понимаемый как 1- дифференциальная форма. Физические законы, записанные в терминах дифференциальных форм имеют более общий характер, они справедливы для пространств любой размерности, с произвольной метрикой и даже вовсе без метрики. Эти законы записываются на языке свободном от координатных представлений, как это и принято, согласно “принципу всеобщей ковариантности”. Такой подход позволяет записывать физические законы для нелокальных объектов. Чуть дальше мы более подробно остановимся на этом вопросе (см. п. 2.3 и Приложение А).

Эйнштейн [32] об общей теории относительности писал: “Задача последней заключается в однозначном описании движения точки в пространстве и времени без использования вспомогательного понятия отклоняющей силы”.

2.2 Построение физической модели

В квантовой механике доказывается, что систему взаимодействующих частиц можно описать с помощью некоторого квантового поля. При этом принято каждому виду взаимодействия ставить в соответствие свое квантовое поле [33,34]. По современным представлениям квантовое поле является наиболее фундаментальной и универсальной формой материи, лежащей в основе всех ее физических проявлений (как волновых, так и корпускулярных) [34]. Однако, несмотря на такую универсальность, концепция квантового поля в настоящее время используется только в физической теории микромира. Причины, мешающие расширению понятия квантового поля на макроскопические объекты, носят принципиальный характер. Суть этих затруднений заключается в следующем. Если квантовое поле является свободным, т. е. не испытывающим никаких взаимодействий, в том числе и самовоздействия, то его можно рассматривать как совокупность невзаимодействующих квантов этого поля. При наличии взаимодействий, например, между полями различных типов, независимость квантов утрачивается. В том случае, когда взаимодействия начинают играть доминирующую роль в динамике полей, утрачивается и плодотворность самого введения квантов этих полей. Поскольку с точки зрения квантовой теории поля все тела являются сложными многоуровневыми системами с практически бесконечным числом взаимодействующих квантовых полей, это делает невозможным их описание методами, применяемыми в данной теории. Но для нас это не является неодолимым препятствием, поскольку мы не стремимся к чисто предметному описанию, и понятие кванта поля уже не является обязательным, наоборот мы хотим от него отойти.

Для начала можно попытаться воспользоваться методами статистической физики, хорошо зарекомендовавшими себя в аналогичной ситуации при описании свойств макроскопических тел, моделируемых совокупностью большого числа взаимодействующих атомов или молекул. Есть все основания надеяться, что подобно тому, как свойства макроскопических тел имеют качественное отличие от свойств, составляющих их частиц, так и квантовые поля макроскопических объектов имеют свои качественные особенности, отличающиеся от квантовых полей микрочастиц.

Справедливости ради следует отметить, что, статистические методы широко используются в квантовой теории поля, см., например, [35]. Однако все они основаны на связи между уровнями энергии системы и числом частиц (на распределении Гиббса, которое устанавливает вероятность нахождения подсистемы в состоянии с энергией EnN и числом частиц N [35]), т.е. опять все замыкается на частицы, от чего мы хотим уйти. Необходимо действовать иначе. Попробуем рассуждать следующим образом.

Рассмотрим пока в привычном представлении произвольную систему взаимодействующих частиц (например, твердое тело). Полную внутреннюю энергию тела, в соответствии с качественно различными типами взаимодействия, принято разделять на энергию межмолекулярных взаимодействий, энергию молекул, а также внутриатомную и ядерную энергию. Энергия самих молекул (атомов), в свою очередь, делится на электронную, колебательную и вращательную части, из них каждая следующая мала по сравнению с предыдущей [36]. Кроме того, различают несколько типов взаимодействия частиц, зависящих от их спинов: обменное взаимодействие, связанное с возможностью перестановки одинаковых частиц; спин-орбитальное взаимодействие, происходящее от релятивистского взаимодействия движущегося магнитного момента с электрическими полями; непосредственное магнитное взаимодействие моментов. Обменное взаимодействие обычно значительно превышает остальные два [35].

Каждому из указанных выше взаимодействий соответствует свое квантовое поле. Таким образом, произвольный объект можно рассматривать как многоуровневую систему квантовых полей. Очевидно, что все эти поля сложным образом взаимодействуют друг с другом. В результате такого взаимодействия образуется единое квантовое поле объекта. Данное поле содержит в себе помимо локальных составляющих, вызванных близкодействующими сильными внутриядерными взаимодействиями, нелокальные дальнодействующие поля и является наиболее полной характеристикой объекта, определяя не только его внутреннюю структуру, но и взаимодействие с другими, в том числе удаленными, объектами. Иными словами, в терминах релятивистской механики, энергетическая характеристика реального тела наряду с локальной энергией покоя частиц, входящих в состав тела, содержит нелокальную, дальнодействующую составляющую энергии физических полей, связанных с микроскопическим движением частиц и энергий их взаимодействия [38]

Для изучения закономерностей, которым подчиняются поведение и свойства объектов, моделируемых таким образом, попытаемся воспользоваться методами статистической физики. Для обоснования возможности применения этих методов, рассмотрим основные принципы квантовой статистики.

В соответствии с подходом, принятым в статистической физике [37] в рассматриваемом объекте обычно выделяется достаточно малая, но еще макроскопическая подсистема. Она не является замкнутой, и испытывает всевозможные воздействия со стороны остальных частей системы. Однако, именно в силу сложности и запутанности внешних воздействий со стороны, выделенная подсистема за достаточно большое время побывает достаточно много раз во всех возможных своих состояниях. Поэтому появляется возможность ввести понятие вероятности p нахождения подсистемы в некотором состоянии, как предел отношения Dt к Т, при Т®¥ , где Dt – та часть полного времени Т, в течение которого подсистема находилась в данном состоянии.

Имея в виду “почти непрерывность” энергетического спектра макроскопических тел, обычно вводится квантовый аналог классического элемента фазового объема – число квантовых состояний замкнутой системы, приходящихся на определенный бесконечно малый интервал значений ее энергии. Тогда вероятность состояний, лежащих в данном интервале энергии, записывают в виде dp=r(dГ). Функция r, в аналогичном выражении классической статистики, характеризует плотность распределения вероятности в фазовом пространстве и называется функцией статистического распределения (или просто функцией распределения) данного тела. В квантовой статистике ее заменяет матрица плотности в энергетическом представлении (статистическая матрица). Нахождение статистического распределения и является основной задачей статистики, поскольку знание матрицы плотности позволяет вычислять среднее значение любой величины, характеризующей систему, а также вероятности различных значений этих величин.

Матрица плотности в энергетическом представлении вводится следующим образом [37]. Выделенная нами подсистема на протяжении малого промежутка времени является квазизамкнутой, поскольку ее внутренняя энергия намного больше энергии взаимодействия с другими подсистемами. Поэтому появляется возможность ввести понятие стационарных состояний, которые получаются при полном пренебрежении всеми взаимодействиями данной подсистемы с окружающими частями замкнутой системы. Обозначим через jn(q) полный набор ортонормированных волновых функций этих состояний, где q условно обозначает совокупность всех координат подсистемы, а индекс n – совокупность всех квантовых чисел, отличающих различные стационарные состояния с энергией En. Предположим, что в данный момент времени подсистема находится в некотором полно описанном состоянии с волновой функцией Y. Ее можно разложить по функциям jn(q) и с их помощью найти среднее значение любой физической величины. Переход од полного описания подсистемы к неполному, осуществляемому посредством матрицы плотности, можно рассматривать как усреднение по ее различным Y состояниям. В результате такого усреднения получаем двойной (по двум индексам) набор некоторых величин rnm, которые и являются элементами матрицы плотности в энергетическом представлении.

Вероятность нахождения подсистемы в n-м состоянии будет равна соответствующему диагональному элементу rnm матрицы плотности. Дальнейшие рассуждения позволяют сделать вывод, что исходное требование статистической независимости подсистем, эквивалентно требованию диагональности матрицы rnm, или, точнее, по мере уменьшения роли взаимодействий подсистем друг с другом, недиагональные элементы матрицы плотности стремятся к нулю. Задача об определении статистического распределения, таким образом, сводится к вычислению вероятностей rn=rnm.

В квантовой статистике доказывается еще одно важное утверждение, что статистическое состояние системы зависит только от ее энергии, и вероятности rn могут быть выражены в виде функции только от величины уровня энергии rn=r(En).

Таким образом, квантовая статистика позволяет в принципе, исходя из одной только энергетической характеристики объекта, вычислять среднее значение любой величины, характеризующей систему, а также вероятности различных значений этих величин.

Мы видим, что основным условием применимости методов квантовой статистики является наличие у макроскопического объекта “почти непрерывного” энергетического спектра. Этому условию удовлетворяют не только тела, описываемые системой взаимодействующих частиц, но и объекты, в более общем случае, моделируемые системой квантовых полей. При этом появляется возможность описать не только внутренние свойства макроскопических объектов (свести к предыдущей задаче, с частицами в виде локальных полей), но и описать взаимодействие отдельных тел, поскольку каждое из них будет обладать нелокальными макроскопическими характеристиками, связанными с наличием дальнодействующих полей.

Чтобы сделать очередной шаг, связывающий статистическую физику и квантовую теорию поля, воспользуемся понятием статистического равновесия, принятым в статистической физике [37]. Если замкнутая макроскопическая система находится в таком состоянии, при котором среднее значение полной энергии произвольной подсистемы и самой системы в целом имеют минимальное значение, то говорят, что система находится в состоянии статистического равновесия. Это утверждение является следствием того обстоятельства, что замкнутая система, при достаточно большом времени наблюдения находиться в состоянии, при котором макроскопические физические величины с большой относительной точностью равны своим средним значениям. Если в начальный момент времени система не находилась в состоянии статистического равновесия (например, испытывала внешнее воздействие, после чего вновь стала замкнутой), то в дальнейшем она должна перейти в состояние равновесия. Промежуток времени, в течение которого происходит переход к статистическому равновесию, называется временем релаксации. Говоря о достаточно большом времени наблюдения, имеются в виду времена, большие по сравнению со временем релаксации.

Данное определение статистического равновесия системы (наличие минимума энергии) устанавливает непосредственную связь между статистической физикой и квантовой теорией поля, поскольку позволяет воспользоваться основополагающим принципом, лежащим в основе теории поля (в том числе и квантового). Это так называемый принцип наименьшего действия (лагранжев формализм) [34, 38]. Он заключается в том, что произвольному объекту ставится в соответствие интеграл D, называемый действием, который имеет минимум и вариация которого dD, следовательно, равна нулю. Важность этого понятия обусловлена тем, что действие D определяет физически наблюдаемые свойства системы. Исходя из этого принципа, получают все основные уравнения, характеризующие систему. Например, для системы, состоящей из объекта и внешнего поля, при нахождении уравнения поля из принципа наименьшего действия считается заданным движение объекта в этом поле, и варьируются потенциалы поля, играющие здесь роль “координат” системы. При нахождении уравнения движения объекта, считается заданным поле и варьируется траектория объекта [38].

Действие обычно записывают в виде интеграла по времени от функции Лагранжа L(t). Функция Лагранжа является функцией времени, зависит от динамических переменных системы и в механике записывается в виде суммы по всем составным частям системы. В случае непрерывной системы типа волнового поля эта сумма заменяется пространственным интегралом от плотности функции Лагранжа L'(x), которая называется лагранжианом [34], (под пространством здесь понимается пространство событий Минковского – четырехмерное пространство-время с элементом объема dx=dx0dx1dx2dx3=сdtdx.) Поэтому, в теории поля (как классической, так и квантовой) основную роль играет не функция Лагранжа L(t), а лагранжиан L'(x).

Если быть более точным, пространством Минковского называется псевдоевклидово пространство четырех измерений с сигнатурой (- + + +) или (+ - - - ). Т.е. квадраты составляющих четырёхмерного вектора на временную и пространственные оси имеют разные знаки (такая геометрия называется псевдоевклидовой, в отличие от евклидовой геометрии, в которой квадрат расстояния между точками определяется суммой квадратов составляющих вектора, соединяющего точки, на соответствующие оси). Вследствие этого четырёхмерный вектор с отличными от нуля составляющими может иметь нулевую длину.

Таким образом, мы показали, что к нашей модели применим указанный формализм, как статистической физики, так и теории поля (в том числе квантовой). Отсюда естественная преемственность между предложенным подходом и существующим научным описанием предметного мира, на которое мы вовсе не покушаемся, а лишь добавляем дополнительным нелокальным описанием.

Перейдем теперь к более конкретной формулировке модели.

Разобьем весь энергетический спектр рассматриваемой системы En на интервалы в соответствии с различными видами энергий взаимодействия, указанными выше. Они могут и “накладываться” друг на друга, если это энергии одного порядка (например, для жидкостей энергия взаимодействия молекул примерно равна энергии их колебательного движения). Выделенные интервалы представляют собой полевые объекты, отличающиеся между собой, прежде всего, средним значением плотности энергии, и обычно отделены друг от друга, так называемыми, энергетическими щелями. Полная внутренняя энергия системы в этом случае будет равна сумме энергий выделенных слоев, а также энергий их взаимодействия между собой. Таким образом, произвольный объект мы моделируем совокупностью совмещенных энергетических структур с качественно различными физическими характеристиками. Каждый из выделенных энергетических интервалов по-прежнему является “почти непрерывным”, имеет равновесное состояние с минимумом энергии, и к каждому из них можно применить уже изложенный формализм. Мы получаем возможность рассчитать значения физических величин и вывести уравнения движения, не только для системы в целом, но и для каждой ее составляющей энергетической структуры в отдельности. Следовательно, мы можем описать объекты, не имеющие предметного воплощения, которые состоят только из менее плотных энергетических составляющих. Можем также описывать взаимодействие этих составляющих структур между собой и учитывать их взаимное влияние друг на друга.

Чтобы здесь не возникло недоразумений, напомню, что мы исходим из непрерывного описания реальности, т.е. исходным понятием является понятие поля, в котором нет никаких частиц. В этом случае различные энергии взаимодействия, о которых мы говорим, нельзя рассматривать только как результат взаимодействия частиц между собой и делать вывод, что без частиц эти энергетические структуры не существуют. Согласно квантовой теории поля, необходимо говорить не о том, что различные энергии взаимодействия возникают при объединении отдельных частиц в единую систему, а наоборот, сами частицы появляются как один из возможных результатов взаимодействия непрерывных энергетических структур с измерительным прибором (в частности, наблюдателем). В этом отношении термин “энергия взаимодействия” не совсем удачный, но мы используем его, чтобы было понятно, о чем идет речь и для того, чтобы согласовать предложенный подход с общепринятым описанием предметного мира.

Такой процесс “проявления” частиц из непрерывных полевых структур имеет четкий физический смысл, достаточно подробно формализован и является одним из наиболее важных разделов квантовой теории поля. Обычно он называется вторичным квантованием полей. Хотя некоторые авторы стараются избегать этого термина, например, Н.Н. Боголюбов [34] говорит просто о квантовании полей и пишет, что “термин “вторичный” как бы подразумевает наличие первичного квантования. На самом деле квантование проводится только один раз, и этот термин оказывается дезориентирующим”.

Термин “вторичный” отражает лишь историческую последовательность событий при развитии физики. Поскольку исторически первыми были представления о предметном характере окружающего мира, сначала был осуществлен переход частица?волновое поле, который впоследствии был назван первичным квантованием. Лишь затем выполнен переход волновое поле? частица, т.е. вторичное квантование.

В настоящее время ученые (особенно те, кто работают в области квантовой теории поля) достаточно отчетливо понимают, что одностороннего, предметного описания реальности недостаточно для полноценной характеристики объектов. Например, Х. Хакен [39], в “Квантовополевой теории твердого тела”, говорит: “Как при первичном, так и при вторичном квантовании понятие частицы не коим образом не заменяется полностью понятием поля и понятие поля никоим образом не заменяется понятием частицы. Более того, появляется новое двойственное представление: в зависимости от экспериментальных условий (в частном случае, при нашем восприятии окружающего мира – Прим. автора) проявляется либо корпускулярный, либо волновой характер поля”.

Однако продолжим построение модели. Ситуация, когда физический объект моделируется совокупностью совмещенных энергетических структур, является не совсем обычной, поскольку в каждой точке мы имеем несколько наборов физических величин, относящихся каждый к своей структуре. Подобная ситуация с успехом разрешается в механике сплошной среды при описании многофазных сред. Делается это при помощи введения понятия многоскоростного континуума [40], который представляет собой совокупность континуумов, каждый из которых относится к своей составляющей компоненте и характеризуется собственным набором физических характеристик. Таким образом, как это и принято, мы имеем возможность осуществить предельный переход от квантового описания системы взаимодействующих полей, к классическому описанию взаимодействующих континуумов.

Еще один момент, на который следует обратить внимание, заключается в следующем. Мы можем предположить, что каждый из континуумов, т.е. каждая энергетическая структура, имеет собственную метрику пространства событий, зависящую, например, от средней плотности энергии соответствующей структуры, т.е. каждая составляющая находится в собственном пространстве событий и в различной степени запутанности в соответствии со своими физическими характеристиками. Это предположение вполне обосновано, поскольку согласно теории декогеренции степень классичности объекта зависит от количества информации, которая в нем “записывается” при взаимодействии с окружением, очевидно, что на носителях имеющих различную плотностью можно записать разное количество информации.

Метрика определяет геометрические свойства четырёхмерного пространства-времени и характеризуется инвариантной (не зависящей от системы отсчёта) величиной – квадратом четырёхмерного интервала, определяющим пространственно-временную связь (квадрат "расстояния") между двумя бесконечно близкими событиями.

В соответствии с теми практическими задачами, на решение которых модель направлена, возможны разные степени ее приближения к реальной ситуации. В наиболее простом случае нулевого приближения, можно считать одинаковой метрику всех составляющих структур и не учитывать взаимодействие между ними. Далее, усложняя задачи и, соответственно, модель, можно постепенно включать взаимодействие, различие в метриках и степени запутанности.



 


Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы добавить комментарий представьтесь, пожалуйста.
ТОП-777: рейтинг сайтов, развивающих Человека