Вселенная-4

                ПРОСТРАНСТВО  И  ВРЕМЯ

                Понятия  пространства  и  времени  составляет  основу  физики.  Согласно  классической  физике, созданной  Ньютоном,  физические  взаимодействия  разворачиваются  в  бесконечном  трёхмерном  пространстве  -  так  называемом  абсолютном  пространстве,  время  в  котором  может  быть  измерено  универсальными  часами  (  абсолютное  время).
                В  начале  двадцатого  века  учёные  обнаружили  в  ньютоновской  физике  некоторые  противоречия.
                В  частности,  ыизики  не  могли  объяснить ,  каким  образом  скорость  света  остаётся  постоянной  вне  зависимости  от  того,  движется  ли  наблюдатель.    Альберт  Эйнштейн  разрешил  этот  парадокс  в  своей  специальной  теории  относительности.
                В  соответствии  с  теорией  относительности,  пространство  и  время  относительны  -  результаты  измерения  длины  и  времени  зависят  от  того,  движется  наблюдатель  или  нет.  Этот  эффект  проявляется,  к  примеру,  в  необходимости  корректировать  часы  на  навигационных  спутниках  GPS.
                Основываясь  на  теории  Эйнштейна,  Г.Минковский  создал  элегантную  теорию,  описывающую  пространство  и  время  как  4-мерное  пространство-время (пространство  Минковского).
                В  пространстве-времени  расстояния  абсолютны :  они  одинаковы  для  любого  наблюдателя.
               
                Создав  специальную  теорию  относительности,  Эйнштейн  обобщил  её  на  случай  гравитации  в  общей  теорией  относительности.
                Согласно  общей  теории  относительности,  массивные  тела  искривляют  пространство-время,  что  и  обуславливает  гравитационные  взаимодействия.  При  этом  природа  гравитации  и  ускорения  одна  и  та  же  -  мы  можем  чувствовать  ускорение  или  гравитацию  в  том  случае,  если   совершаем   криволинейное  движение  в  пространстве-времени.
                Перед  современной  физикой  стоит  задача  создания  общей  теории,  объединяющей  квантовую  теорию  поля  и  теорию  относительности.   
                Это  позволило  бы  объяснить  процессы,  происходящие  в  чёрных  дырах  и,  возможно,  механизм  Большого  Взрыва.

                Согласно  Ньютону,  пустое  пространство  является  реальной  сущностью (это  утверждение  иллюстрирует  мысленный  эксперимент :   если  в  пустой  Вселенной  мы  будем  раскручивать  тарелку  с  песком,  то  песок  начнёт  разлетаться,  так  как    тарелка  будет  крутиться  относительно  пустого  пространства).
                Согласно  интерпретации  Лейбница-Маха,  реальной  сущностью  являются  только  материальные  объекты.  Из  этого  следует,  что  песок  не  будет  разлетаться,  так  как  его  положение  относительно  тарелки  не  меняется (  т.е.  во  вращающейся  вместе  с  тарелкой  системе  отсчёта  ничего  не  происходит).
                При  этом  противоречие  с  опытом  объясняется  тем,  что  в  действительности  Вселенная  не  пуста,  а  вся  совокупность  материальных  объектов  формирует  гравитационное  поле,  относительно  которого  крутится  тарелка.    Эйнштейн  первоначально  считал  верной  интерпретацию  Лейбница-Маха,  однако  во  второй  половине  жизни  склоняется  к  тому,  что  пространство-время  является  реальной  сущностью.

                Согласно  экспертментальным  данным  пространство (обычное)  нашей  Вселенной  на  больших  расстояниях  имеет  нулевую   либо  очень  маленькую  положительную  кривизну.
                Это   объясняют  быстрым  расширением  Вселенной  в  начальный  момент,  в  результате  чего  элементы  кривизны  пространства  выровнялись (  Инфляционная  модель  Вселенной).
                В  нашей  Вселенной  пространство  имеет  три  измерения ( согласно  некоторым  теориям,  имеются  дополнительные  измерения  на  микрорасстояниях),  а  время  -  одно.  Объяснение  этому  пока  не  найдено.

                Время  движется  только  в  одном  направлении  (  стрела времени)  и  возврат  в  прошлое  возможен  только  в  научной  фантастике.

                Фундаментальные  причины  этого  пока  неизвестны  ( физические  формулы  симметричны  относительно  направленности  времени  за  исключением  термодинамики).
                Одно  из  объяснений  основывается  на  втором  законе  термодинамики,  согласно  которому  энтропия  может  только  возрастать  и  поэтому  определяет  направленность  времени.
                Рост  энтропии  объясняется  вероятностными  причинами :  на уровне  взаимодействия  элементарных   частиц  все  физические  процессы  обратимы,  но  вероятность  цепочки  событий  в  "прямом"  и  "обратном"  направлении  может  быть  разной.
                Благодаря  этой  вероятной   разнице    мы  можем  судить  о  событиях  прошлого  с  большей  уверенностью  и  достоверностью,  чем  о  будущем.
                Согласно  другой  гипотезе,  редукция  волновой  функции  необратима  и  потому  определяет  направленность  времени (однако  многие  физии  сомневаются  что  редукция  является  реальным  физическим процессом0.
                Некоторые  учёные  пытаются  примирить  оба  подхода  в  рамках  теории  декогеренции :  при  декогеренции  информация  о  большинстве  предшествующих  квантовых  состояниях  теряется,  следовательно,  этот  процесс  необратим  во  времени.


                ФИЗИЧЕСКИЙ  ВАКУУМ


                Вакуум  не  является  абсолютной  пустотой.
                В  соответствии  с  квантовой  теорией  поля,  в  вакууме  происходят  квантовые  флуктуации  физических  полей  вокруг  нулевого  значения,  непрерывно  рождаются  и   умирают  виртуальные  частицы,  которые  при  определённых  условиях  могут  превращаться  в  реальные.
                Наличие  флуктуаций  в  пустом  пространстве  подтверждается  экспериментально  (эффект  Казимира).

                Согласно  некоторым  теориям,  вакуум  может   находиться  в  разных  состояниях  с  разными  уровнями  энергии.
                По  одной  из  гипотез,  вакуум  заполнен  полем  Хиггса  (  сохранившимся  после  "Большого  Взрыва""  "остатками"  инфлатонного  поля),  которое  ответственно  за  проявления  гравитации  и  наличие  тёмной  энергии.
                Современная  наука  пока  не  даёт  удовлетворительного  описания  структуры  и  свойств  вакуума.


                ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ  ЧАСТИЦЫ

                Согласно  стандартной  модели,   всё   вещество  (включая  свет)  состоит  12  фундаментальных  элементарных  частиц  и  12  частиц-переносчиков  взаимодействий.   В  это  число  входят  кварки ( из  которых  состоят  протоны    нейтроны),  электроны,  фотоны  и  другие  элементарные  частицы.
                Всем  элементарным  частицам  присущ  корпускулярно-волновой  дуализм :  с  одной  стороны,  частицы  представляют  собой  единые,  неделимые  объекты,  с  другой  стороны.  они  в  определенном  смысле  "размазаны"  в пространстве  (  этот  факт  иллюстрирует,  к  примеру,  эксперимент  с  одновременным  прохождением  фотона  сразу  через  две  щели).
                При  некоторых  условиях  такая  "размазанность"  может  принимать  даже  макроскопические  размеры.   
                Квантовая  механика  описывает  частицу,  используемую  волновую  функцию,  которая  определяет  не  где  точно  находится  частица,  а  где  бы  она  могла  находиться  и  с  какой  вероятностью.
                Таким  образом  поведение  частиц  носит  принципиально  вероятный  характер :  вследствие  вероятностной  "размазанности"  частицы  в  пространстве  мы  не  можем  с  абсолютной  уверенностью  определить  её  местоположение  и скорость.
                Но  в  макромире  дуализм  незначителен.
                При  экспериментальном  определении  точного  местонахождения  частицы  происходит  редукция  волновой  функции,  то  есть  в  некотором  смысле  "схлопывание" "размазанной"  частицы  (  при этом  результат  измерения  случайным  образом  зависит  от  вероятностного  распределения  ).
                Редукция  является  мгновенным  процессом,  поэтому  многие  физики  считают  её  не  реальным  процессом,  а  математическим  приёмом  описания.
                Аналогичный  механизм  действует  в  экспериментах  с  запутанными  частицами (квантовая  запутанность).
                В  то  же  время,  экспериментальные  данные  позволяют  многим  учёным  утверждать,  что  эти  мгновенные  процессы   имеют  реальную  природу.  При  этом  информация  не  передаётся  и  теория  относительности  не  нарушается.
                Пока  неизвестны  причины  того,  почему  имеется  именно  такой  набор  частиц,  причины  наличия  массы  у  некоторых  из  них  и  ряда  других  параметров.
                Перед  физикой  стоит  задача  построить  теорию,  в  которой  свойства  частиц  вытекали  бы  из  свойств  вакуума.
                Одной  из  попыток  построить  универсальную  теорию  стала  теория  струн,   в  рамках  которой  фундаментальные  элементарные  частицы  представляют  собой  одномерные  объекты (  струны) ,  отличающиеся  только  своей  геометрией....
               
                МИКРОМИР...

                (  ВЫПИСКА  ИЗ  ВИКИПЕДИИ  )