« »

понедельник, 15 июня 2009 г.

Являются ли червоточины квантовыми пылесосами?


Общая теория относительности и квантовая динамика не слишком-то и сочетаются.

Сравнивать эти две теории - как спорить о том, что лучше - Мак или PC; оба представляют собой замечательные примеры современного компьютеростроения, но они безнадежно несовместимы друг с другом (Д-р Майкл: уже нет :). Мак уже давно работает на Интел-платформе, а интерфейс Виндоус все больше начинает напоминать Mac OS X и, кажется, процесс слияния обеих систем уже запущен). В компьютерах это не представляет собой большой проблемы - используйте ПиСи или Мак, или купите оба, в конце концов, чтобы использовать их индивидуальные сильные черты (и жалуйтесь в Микрософт на их слабости вне зависимости от системы :)). Но в физике, когда вы пытаетесь построить универсальную теорию, тот факт, что гравитация является изгнанником из клуба Стандартной Модели, вынуждает задавать трудные вопросы. Хотя есть некоторая надежда, вдохновляемая разработкой теории суперструн, квантовой гравитации еще предстоит нелегкий путь к признанию.

Как указано KFC в блоге Physics ArXiv, “физики потратили слишком мало времени, чтобы озаботиться выяснением” как квантовая механика работает в искривленном пространстве-времени, предсказанном Эйнштейновской общей теорией относительности. Но сейчас физики поработали немного ногами и представили, что произойдет с квантовой частицей, когда она встретится со входным отверстием знаменитой червоточины в пространстве-времени. И что всплыло в уравнениях? Еще одна необычная сила под названием "квантовая центростремительная сила".

Так о чем это все?

Россен Дандоло (Rossen Dandolo) из университета Universite de Cergy-Pontoise, Франция, решил сконцентрироваться на примере червоточины как наиболее экстремальном примере искривления пространства - времени. Червоточины снова и снова используются в фантастических сюжетах, поскольку в теории они могу соединять два удаленных места в пространстве-времени, или даже в двух разных вселенных. Поскольку мы говорим о пространстве-времени, их также можно использовать как туннели через время. Хотя их название звучит многообещающе, на практике использовать их будет тяжело без приложения какой-то уж очень экзотической энергии, способной держать туннель достаточно долго открытым.

Однако Дандоло не слишком интересуется путешествиями по этим дырам пространства-времени, его занимает то, как ведет себя частица, которая оказывается недалеко от входного отверстия туннеля.

Отталкиваясь от краеугольного камня квантовой теории, Дандоло использует принцип неопределенности Гейзенберга, утверждающего, что вы не можете одновременно знать момент и местоположение частицы. Пока неплохо. Теперь, рассматривая предсказание общей теорией относительности червоточина искривляет пространство-время вокруг себя. Это искривление вызывает увеличение неопределенности в положении частицы, которое приводит к уменьшению неопределенности момента. Поэтому, чем ближе вы подбираетесь к входному отверстию червоточины, тем меньше момент, а значит и энергия частицы.

Это взаимодействие между искривлением пространства-времени и квантовыми свойствами частицы обладает удивительными вариантами. Если энергия частицы уменьшается по мере приближения к входному отверстию червоточины, та начинает действовать как потенциальный колодец, частицы движутся в места с меньшей энергией. Поэтому, на частицы, блуждающие недалеко от червоточины, как бы действует новая сила - сочетающая одновременно квантовую динамику и общую теорию относительности - центростремительная сила.

Все это превращает червоточины в пылесосы частиц, использующие эффект искривления пространства-времени на квантовые частицы материи.

Общая Теория Относительности и Квантовая Динамика могут быть связаны гораздо сильнее, чем мы думаем…

Источник: Wormholes Generate New Kind of Quantum Anticentrifugal Force, by KFC on the ArXiv Blog.

Комментарий доктора Майкла: рассуждения мне лично показались не слишком убедительными, а волновую функцию можно интерпретировать по-разному. Но здравый смысл действительно подсказывает, что в искривленном пространстве частица должна "падать" в червоточину, которая действительно будет работать эдаким пылесосом, собирая в себя частицы. Кстати, ровно так же работают черные дыры и белые карлики - да и любые другие массивные объекты, искривляющие пространство вокруг себя (например, Юпитер). И квантовой динамики здесь никакой не видно :-\

Комментариев нет: