При проникновении в микромир физика столкнулась с рядом явлений, которые объясняются через ненаблюдаемые и неописываемые структуры элементарных объектов. Фактически базой для построения квантовых моделей являются наблюдаемые проявления свойств ненаблюдаемых структур объектов. Возник вопрос разработки принципов построения таких моделей. Отправной точкой явились результаты наблюдений, иногда казавшиеся странными, случайными и непредсказуемыми.
Ненаблюдаемость структур объектов не означает их неизвестность. Выводы о деталях структур отдельных объектов можно делать на основе анализа, сопоставления, сравнения и обобщения данных о свойствах, параметрах и поведении в различных условиях всех наблюдаемых объектов.
Структуры элементарных объектов объёмны. Этот объём несёт энергию, которая определена как собственная внутренняя энергия объекта. Объёмность структуры не позволяет связать движение объекта, внешнее воздействие, точку приложения импульса с определённой координатой. Используемые применительно к точечным объектам понятия «координата, место обнаружения частицы» по сути уводят от реальности и являются модельными абстракциями.
Способ существования структур микрообъектов — динамика, обусловленная свойствами материальной субстанции. (Автор не настаивает на употреблении именно этого термина, но необходимо как-то назвать непрерывную основу всех материальных образований, обладающую локально задаваемыми свойствами, о наличии такой основы сигнализируют взаимодействия «всего со всем»: подробнее об этом на q-but-w.ru.) Динамическими свойствами субстанции формируется волновой вид структур. Волновые свойства структур следует рассматривать не как волны в среде, а как «среду», сформированную в виде волн. Такие структуры при движении и во взаимодействиях выглядят как волны. Дуализм свойств, необходимость и возможность корпускулярно-волновых описаний обусловлены видом структур объектов. Каким-то парадоксом дуализм выглядит для модельных точечных частиц.
Структуры всех элементарных объектов являются безоболочечными. При встрече безоболочечные структуры взаимодействуют путём взаимного проникновения друг в друга. (Обменное взаимодействие — это изобретённый модельный механизм, технический приём, подходящий для модельных точечных частиц, а не какая-то «особая сила» в природе.) Создаётся объёмная область взаимодействия двух структур, существующая по особым законам, возникает реальный квант взаимодействия. Скрытыми параметрами, влияющими на результат взаимодействия, при этом являются пространственные распределения плотности субстанции и волновых свойств по объёмам участвующих во взаимодействии структур. По сути, именно это разделяет четыре фундаментальные взаимодействия, каждое из которых связано с определённым видом объектов, а действующие в них механизмы одинаковы по своей природе.
При встрече независимых несвязанных структур их скрытые волновые свойства (частоты, амплитуды, фазы распределённых по объёмам цугов волн) оказываются поляризованными случайным образом, случайным оказывается и результат встречи этих структур. Это один из поводов обращения к вероятностям в модельных описаниях поведения микрообъектов.
Случайности в микромире определены совместным действием независимых скрытых причинных факторов. Каждая конкретная реализация таких случайностей причинно детерминирована. В опыте с монетами конкретная реализация каждого случая (орёл или решка) также детерминирована через скрытые параметры — исходное положение, силу и высоту подброса, скорость вращения и т. д. Однако, такую детерминированность трудно взять на вооружение. Видимая реальность микромира такова, что всегда есть набор скрытых процессов, а за ним стоят случайности, и, как следствие, возникает необходимость привлечения вероятностных методов.
С вероятностями связаны вводимые квантовой механикой понятия волновой функции и суперпозиции волновых функций. Выстраивалось это для описания непонятного наблюдаемого, результатов необъяснимых опытов.
По своей сути волновая функция отражает в обобщённом виде свойства и поведение микрообъектов. Её можно косвенно сопоставить с объёмными скрытыми структурами объектов и их вероятностным характером поведения во взаимодействиях.
Суперпозиция волновых функций (суперпозиция возможных вариантов развития событий) выступает как технический приём на уровне трюка, с помощью которого вероятности вводятся и обрабатываются в моделях. Это чисто модельное понятие и не имеет отражения в каком-то материальном явлении. Рассматривая судьбу спрятавшегося кота Э. Шредингер не объяснял и не доказывал суперпозицию, напротив, он говорил о нелепости введения такого понятия. Тем не менее понятие и всё с ним связанное успешно работает в области применимости квантовой механики, но бессмысленно его применять вне моделей к реальным материальным событиям — не может быть суперпозиции состояний «на работе» и «на футболе». Суперпозиция не существует отдельно от других модельных атрибутов.
В физике микромира элементарные (и не очень) объекты по умолчанию остались точечными. Для описания их поведения на основе результатов наблюдений были разработаны и введены новые понятия, принципы, правила, модельные механизмы, имеющие дело с неопределённостями, волнами, вероятностями, волнами вероятностей в которые переведено влияние скрытых параметров объёмных структур, изобретены сугубо модельные, не встречающиеся в природе объекты и модельные абстракции иного вида. Разработаны специальные математические приёмы, позволяющие обходить приближения модельных построений, в том числе связанные с точечностью частиц. Содержание этого инструментария иногда выглядит парадоксально по сравнению с классической физикой. Но оно представляет лишь техническую сторону дела, не следует отождествлять его с особой философией квантовой механики. Парадоксальность исчезает, если причинность наблюдаемых явлений связать со структурами объектов.
Основания к построению моделей физике микромира даёт фундаментальное наблюдаемое в этих масштабах свойство материи — квантованность. Квантованность причинно не является первородным самостоятельным явлением. Она рождена локальными и не наблюдаемыми свойствами непрерывной материи, механизмами действующими в ней. Единая непрерывная материя предстаёт оформленной (посредством ненаблюдаемых свойств субстанции) в виде наблюдаемых объёмных выделенных объектов с определяемыми параметрами и ненаблюдаемыми структурами. Непрерывность материи поддерживается как минимум гравитационными полями.
Размеры частиц не могут бесконечно уменьшаться (это одна из сторон квантованности, она определена скрытыми свойствами субстанции). Имеется предельное минимальное количество субстанции, которое может сформироваться в законченную и устойчивую структуру, что сопоставляется с понятием «кванта действия», сопряжённым с внутренней энергией объектов. Этот материальный квант количественно характеризует неопределённости в изучении микромира.
Набор структур, устойчиво существующих изолированно или в составе ансамблей, ограничен. Стабильность частиц и варианты их распадов связаны с видом структур.
Набор наблюдаемых параметров изолированного объекта (частицы) однозначно определён его скрытой структурой, параметры объектов — это отражение интегральных характеристик объёмных структур. Имея в распоряжении ранее упомянутые сервисы, учитывающие влияние ненаблюдаемых структур, можно строить работающие модели поведения конкретных частиц при их точечном представлении в сочетании с набором параметров. Представления о структурах объектов являются дополнением, позволяющим объяснять неочевидные моменты, можно проследить некоторые из них.
Скрытая внутренняя динамика структуры, связанная с внутренней энергией, определяет инерционные свойства объекта, его инерционную массу (подробнее на q-but-w.ru).
Квантовый параметр «спин» определён объёмной структурой, он отражает не вращение, а скрытое внутреннее движение объекта в виде циркуляции материального кванта, динамику, через которую формируется структура. Пространственное квантование спина заряженной частицы в магнитном поле в виде двух возможных состояний обусловлено тем, что с полем взаимодействует не вектор (спин), а вся объёмная структура, несущая этот вектор. Квантование нарушается, если структура вращается: при вращении создаётся дополнительный магнитный момент, именно он в этом случае выстраивает частицу в магнитном поле единственным возможным образом. Таковы скрытые свойства запутанных частиц, подчиняясь законам сохранения они несут информацию не только об импульсе напарника, но и о вращении.
Скорость фотона непосредственно связана с его скрытой структурой. Последняя выстроена таким образом, что на переднем «открытом» фронте движущегося фотона работает динамика субстанции — изменения во времени переходят в движение в пространстве и наоборот. Движение фотона не инерциальное, а самоформирующееся. (Подробнее на q-but-w.ru.) Объекты с такой особенностью структуры условно определены как «безмассовые» — не имеющие состояния покоя и, соответственно, массы покоя.
Неопределённость данных о характеристиках нейтрино (скорость, масса, превращения) следует рассматривать как особое свойство сообществ нейтрино разных типов. Это свойство задаётся неопределённостью их структур — отсутствием определённых, своеобразных, повторяющихся структур для нейтрино каждого типа, при каждом их образовании. Нейтрино — связующий материал между объектами, это некие «осколки» материи, образующиеся при распадах структур, которым недостаёт свойств кванта действия, чтобы сформировалась определённая структура. Волновые свойства таких «осколков» соответствуют фундаментальным (об этом на q-but-w.ru).
Потенциальный барьер, стоящий на пути движущейся элементарной частицы имеющей волновую структуру, сформирован из других частиц и тоже имеет волновые свойства. Скрытые волновые параметры частицы и барьера определяют возможность туннелирования частицы через барьер: ортогональные по пространству и времени волны не взаимодействуют. Сверхпроводимость также обеспечивается волновыми свойствами должным образом выстроенных, поэтому не взаимодействующих, структур объектов.
Ненаблюдаемые динамические свойства структур вызывают не обсуждаемый физикой вопрос: как формируются граничные условия устойчивого существования безоболочечных структур в ограниченном объёме изотропного пространства? (Этот вопрос не возникает для точечных частиц.) Созданный природой механизм наблюдается в виде уходящих в бесконечность (где вопрос граничных условий не актуален) двух полей с различными волновыми свойствами — гравитационного поля для всех объектов и дополнительно в виде поля элементарного заряда для элементарных объектов с массой покоя. Для выполнения таких функций поля формируются как потенциальные в первом приближении. (Дробный заряд не существует — он не смог бы выполнять такие функции, соответственно, в природе не существуют частицы с дробным зарядом, это «свойство» виртуальных объектов.) Взаимодействия (фундаментальные!), связанные с градиентным характером этих полей, выступают в виде сопутствующих эффектов, как обычное свойство любых материальных образований; во взаимодействиях проявляются такие характеристики полей как плотность энергии и волновые свойства. Теории и модели, описывающие взаимодействия указанных полей с другими объектами, не касаются природы образования полей.
Очевидным скрытым параметром является время квантового скачка, перехода системы между состояниями. Если исключить путешествия частиц, то любые переходы и изменения связаны с перестроениями субстанции, а скорости её движений конечны, соответствуют скоростям света в данной системе отсчёта. Сопоставляя скорости и размеры объектов можно оценить продолжительность переходных процессов. Времена переходов ничтожны, это является хорошим поводом описывать непрерывные движения систем дискретными методами — через фиксацию состояний и вероятностные переходы между состояниями. Непосредственно переходные процессы квантовой механикой не рассматриваются.
Существование материальных квантов-объектов является отправной точкой для квантования различных величин и состояний, а также для построения квантовых описаний (не только того, что реально квантуется, но и того, что не квантуется), здесь на сцену выходят квантовые модели.
Квантовая механика предложила для описания явлений микромира модели построенные по принципу «чёрного ящика». В качестве «чёрного ящика» выступает само физическое явление. Входными и выходными параметрами являются состояния объектов и систем. Передаточные характеристики «чёрного ящика» строятся на основе волновых функций и вероятностей. Именно для этого типа моделей разработан специальный инструментарий. Суть моделей квантовой физики связана с описанием непрерывного поведения объектов дискретными методами.
Такой подход отмечает новый определённый и в то же время ограниченный уровень проникновения в суть явлений. Он подходит для описания поведения объектов и систем объектов и малоэффективен при рассмотрении причинности явлений. Причинность квантовых явлений находится вне поля зрения квантовой механики. «Чёрный ящик» скрывает материальные процессы, формирующие «квантовые скачки», переходы между состояниями системы. В этих процессах ход событий определяется близкодействием, они объёмны и многомерны, скрытые параметры этих процессов не могут быть перенесены в построения квантовых моделей, описывающих события других масштабов. Это ещё один повод обратиться к вероятностям и выстраивать особый инструментарий для квантовых моделей.
Квантовая механика (и связанные с ней теории) представила ещё один характерный тип моделей, в которых для описания физических явлений вводятся «скрытые объекты» (поля и частицы). «Скрытые объекты» — это виртуальные объекты, представляющие некие модельные абстракции, не существующие в реальности, но формирующие описательный модельный язык. Построенные на этой основе модели не претендуют на точное воспроизведение явления, но формулируют некоторую его имитацию, позволяющую удобными уравнениями решать конкретные задачи. Такие модели использованы для представления ненаблюдаемых сложных структур элементарных частиц а также для описания взаимодействий. Указанные объекты «существуют» в модельных построениях в виде приписанного им набора параметров, согласованного с целью получения необходимых результатов.
Следует скептически относится к экспериментальному поиску и обнаружению модельных виртуальных частиц. Спектр материальных «осколков», встречающихся в реакциях реальных частиц, непрерывен по массе и обширен по сочетанию параметров. В этом множестве с известной долей вероятности можно уловить частицу, которая по сочетанию основных параметров обрадует автора любой модели, являясь зеркальным отражением его изобретения, но это не означает что она в реальности выполняет предписанные ей модельные функции — за их выполнением частицу не увидеть. (Это относится и к бозону Хиггса.)
Вопрос о том, стоят ли за квантово-механическими описаниями «скрытые» параметры, стоит ли придерживаться детерминизма или необходимо обращаться к вероятностям, является риторическим, он не имеет однозначного обобщающего ответа и ответа не требует. Если корпускулярно-волновой дуализм, определённый видом структур объектов, отражает две неразрывно связанные стороны свойств объектов, то детерминистский и квантово-механический подходы, выбираемые исходя из характера обсуждаемых физических явлений, отражают две неразрывно связанные стороны возможных описаний явлений. Они переплетены, дополняют друг друга и действуют совместно, возможности их зависят от целей и содержания задач, энерго-пространственно-временных масштабов явлений, имеющихся данных.
История с гравитоном иллюстрирует крах двух идей: всё квантуется и всё можно (целесообразно) описывать квантовыми методами. Необходимо разделять реальность и оптимальные методы модельных описаний реальности. Шаблонное построение моделей не добавляет знаний.
Детерминизм определён непрерывностью и единством материи, реализуется он через близкодействие, но именно это и заставляет обращаться к вероятностным моделям: часто детали и параметры близкодействующих процессов бывают скрыты, непонятны и не поддаются анализу. Некорректно противопоставлять два подхода к описанию физических явлений, наблюдаемые вероятности не противоречат причинности.
Методы квантовых моделей, насыщенных абстракциями, проникли даже в описания свойств непрерывных динамических структур элементарных объектов (вспомним кварки, бозон Хиггса).
Сложности встречаются при сопоставлении и приведении к единству квантово-механических и детерминистских трактовок одних и тех же опытов, в этом случае приходится заняться анализом причинности наблюдаемых явлений отходя от вероятностей.
Объяснение опытов с прибором Штерна — Герлаха требует обращения к скрытому процессу: кроме отклонения в неоднородном магнитном поле, электрон дополнительно выстраивает свой момент вращения в соответствии с направлением поля (подробнее на q-but-w.ru).
Объяснение опытов с запутанными электронами требует обращения к скрытому параметру — дополнительному вращению обладающего спиновым моментом электрона (подробнее на q-but-w.ru).
Квантово-мистическое объяснение «щелевых» опытов связано с тривиальным незнанием структур волновых объектов — это находится вне поля зрения квантовой механики (подробнее на q-but-w.ru).
Особая «квантовая реальность», «квантовый мир» — это мифы. Речь идёт о выделенном фрагменте общей картины мира, который поддаётся (или подлежит) описанию квантовыми моделями. Квантовая механика представила не философию иного особого мира, а философию построения моделей физических явлений в ситуациях, когда причинные факторы и их параметры, формирующие физическое явление, не поддаются наблюдению и описаниям, скрытые процессы приводят к случайностям в наблюдаемом поведении объектов, и это модулируется волновыми свойствами структур микрообъектов. Сложность и необычность материала, используемого для построения квантовых моделей, способствовали возникновению спекуляций при обсуждении различных тем с использованием красивого термина «квантовый».
Наука о природе строится на многоуровневой основе. Трудно представить формулировки какой-то «единой теории», которую должны обслуживать описательные модели, выстроенные по разным принципам для разных областей применения, несущие различные наборы независимых параметров, наполненные различными видами модельных абстракций. Природа объединена и выстроена во всём своём многообразии через локальные свойства субстанции. От этой основы до наблюдаемых явлений путь лежит через скрытые события, процессы, параметры.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
