Введение
В настоящее время известно много интерпретаций квантовой механики, но полного согласия среди специалистов по ключевым вопросам пока не достигнуто. Основными, то есть такими, которые поддерживаются значительным числом специалистов, являются две интерпретации: копенгагенская и многомировая [11], [12]. Как и другие, менее авторитетные интерпретации, они не универсальны и ни одну из них нельзя признать полностью удовлетворительной. Например, у копенгагенской основное слабое место в том, что постулируемый в ней коллапс волновой функции имеет недостаточно ясное объяснение. К тому же не очень понятно, почему он является случайным, то есть независимым от каких-либо причин. Получается, что коллапс волновой функции – это физическое явление, во многом отрицающее причинно-следственные связи. Недаром (хоть и в шутку) выдвинута так называемая «нулевая» интерпретация квантовой механики: «… заткнись и считай …» [12].
У многомировой интерпретации самое слабое место – это сложность её адаптации к закону сохранения энергии. В модели мира, даваемой этой интерпретацией, постоянно происходит значительное увеличение количества вселенных. За счёт какой энергии и какого вещества идёт этот процесс? Всё это выглядит очень неправдоподобно. К тому же в этой интерпретации фактически ставится под сомнение существование вероятности как физического явления – ведь в ней реализуются все возможности – каждая в отдельной вселенной.
Наряду с имеющимися слабыми местами, эти интерпретации имеют и познавательную силу, объясняют как результаты экспериментов, так и явления, происходящие в окружающей нас природе. В настоящей статье ставится задача – на уровне рассуждений сформулировать основные положения новой интерпретации квантовой механики, при этом постараться максимально сохранить сильные стороны упомянутых выше интерпретаций и ликвидировать их недостатки.
Изменения, вносимые в существующие интерпретации
От копенгагенской в новую интерпретацию необходимо включить вероятность как физическую сущность. При этом необходимо объяснить её возникновение как результат действия причинно-следственных связей.
А от многомировой в новую интерпретацию необходимо перенести идею существования многих вселенных – идею Мультивселенной. Но по сравнению с исходной интерпретацией надо значительно сократить их количество, оставив только несколько вселенных, и считать их существующими постоянно, а также возникшими не позже момента Большого Взрыва. Все вселенные, входящие в Мультивселенную, находятся в непосредственном контакте с нашей Вселенной. И все эти вселенные, включая нашу, связаны друг с другом виртуально туннелирующими физическими объектами. Что такое виртуальное туннелирование, более подробно объяснено ниже.
Границами между отдельными вселенными являются горизонты событий. Основная роль, выполняемая этими горизонтами событий – разделение пространств различных вселенных, имеющих разные численные значения фундаментальных физических постоянных (Fundamental Physical Constants – FPC).
Где расположены другие вселенные и почему мы их не наблюдаем? Непосредственная физическая регистрация, то есть наблюдение других вселенных невозможно, так как они отделены от нашей Вселенной горизонтами событий. А местом их расположения являются дополнительные измерения (краткое, но довольно информативное описание современных знаний о дополнительных измерениях можно найти в статье Д. И. Казакова [3]).
Таким образом, все вселенные, входящие в Мультивселенную, постоянно сохраняют непосредственные, но виртуальные контакты друг с другом через (сквозь) примыкающие к ним горизонты событий. Все соответствующие точки в пространствах разных вселенных виртуально контактируют друг с другом. Можно сказать, что совокупность всех других вселенных в Мультивселенной дополняет нашу Вселенную. Или так – они являются своеобразным зеркальным дополнением всего имеющегося и всего происходящего в нашей Вселенной.
В конце двадцатого века, при исследованиях в рамках концепции антропного принципа И. Д. Новиковым, А. Г. Полнарёвым и И. Л. Розенталем было установлено, что сложные структуры могут существовать не только при численных значениях FPC, наблюдающихся в нашей Вселенной, но и при значениях FPC, существенно отличающихся от «наших» [5]. В этой работе было установлено, что в рассмотренной области значений αe и αg имеются два района, в которых возможно существование сложных структур. Один из районов – тот, в котором находятся величины αe и αg, характерные для нашей Вселенной, а другой – с существенно отличающимися значениями FPC (например, величина αe там примерно равна единице) [5]. Эти результаты можно привлечь как доказательство того, что в разных вселенных, входящих в Мультивселенную, могут быть значительно отличающиеся величины FPC.
Таким образом, разные вселенные могут отличаться друг от друга величинами таких FPC, как приведённая постоянная Планка (ħ), гравитационная постоянная Ньютона (G) и постоянная Больцмана (k). Возможно, что скорость света в вакууме (c) тоже может иметь разную величину в разных вселенных, но автор считает, что это маловероятно и поэтому такое предположение в настоящей статье не будет рассматриваться.
Разности величин FPC в разных вселенных создают между этими вселенными физические градиенты. А эти градиенты вызывают виртуальное туннелирование разнообразных физических объектов (в том числе и элементарных частиц) между разными вселенными. Необходимо отметить, что в контактирующих друг с другом вселенных могут быть разными величины всего одной постоянной. Этого может быть достаточно для создания градиента, обеспечивающего виртуальное туннелирование физических объектов.
О виртуальных процессах
Давно известно о виртуальных элементарных частицах, появляющихся пространстве нашей Вселенной [7], [8]. Поступим следующим образом: появление виртуальных элементарных частиц определим как прямой процесс. А если существует прямой процесс, то вполне разумно предположить, что существует и обратный процесс – виртуальное и обратимое исчезновение на некоторое время реальных физических объектов, существующих (то есть находящихся) в действительном пространстве нашей Вселенной, например, реальных элементарных частиц, в частности электронов. Можно предположить, что такое исчезновение продолжается очень небольшое время, например, 10-44-10-35с. По прошествии такого очень малого времени виртуально исчезнувший объект возвращается в нашу Вселенную – ведь исчезновение обратимо.
В первую очередь необходимо дать определения физическим объектам, которые виртуально-обратимо появляются и (или) виртуально-обратимо исчезают, а также дать определение процессам виртуально-обратимого появления и (или) виртуально-обратимого исчезновения физических объектов.
Определение 1. Виртуальное туннелирование – это проникновение физических объектов сквозь (или на) горизонты событий, разделяющие вселенные в Мультивселенной, из (в) пространства любой вселенной (в том числе из (в) действительного пространства нашей Вселенной) на время (t), меньшее отношения приведённой постоянной Планка к полной энергии (E) туннелирующего физического объекта, то есть t<ħ/E.
Определение 2. Физический объект, который виртуально и обратимо появляется – это любой физический объект, непрерывное время присутствия (существования) которого в какой-либо вселенной, входящей в Мультивселенную (в том числе в действительном пространстве нашей Вселенной) меньше отношения приведённой постоянной Планка к его полной энергии, то есть t<ħ/E.
Определение 3. Физический объект, который виртуально и обратимо исчезает – это физический объект, который реально существует в какой-либо вселенной, входящей в Мультивселенную (в том числе в действительном пространстве нашей Вселенной), но при этом его реальное существование (присутствие) в ней не является непрерывным. Он на некоторое время исчезает и снова появляется. Время его непрерывного отсутствия (исчезновения) меньше, чем отношение приведённой постоянной Планка к его полной энергии, то есть t<ħ/E.
Определение 4. Процессы виртуально-обратимого появления и виртуально-обратимого исчезновения (Processes of Virtually Reversible Appearance and Virtually Reversible Disappearance – PVRAD) физических объектов – это такие процессы, в которых принимают участие виртуально-обратимо появляющиеся и виртуально-обратимо исчезающие физические объекты.
Остаётся добавить, что как виртуально-обратимое появление, так и виртуально-обратимое исчезновение физически никакими приборами зарегистрировать невозможно. Это следует из приведённых выше определений. Их существование можно только предположить, наблюдая те эффекты, которые возникают в нашей Вселенной благодаря действию этих процессов.
Виртуально-обратимое появление и виртуально-обратимое исчезновение – это две взаимосвязанных стороны одного процесса. Те физические объекты, которые виртуально-обратимо появляются в какой-то одной вселенной, виртуально-обратимо исчезли в какой-либо другой вселенной. А те, которые виртуально-обратимо исчезают в какой-то вселенной, становятся виртуально-обратимо появляющимися в какой-либо другой вселенной. Как было отмечено выше, другие вселенные, входящие в Мультивселенную, дополняют всё происходящее в нашей Вселенной. Это дополнение появляется и существует благодаря действию PVRAD.
Вся совокупность виртуально туннелирующих физических объектов в Мультивселенной покрывает все пространства всех вселенных и создаёт, благодаря наличию PVRAD, сплошную сеть причинно-следственных связей (Global Network of Cause and Effect Relationships – GNCER), в которую включены абсолютно все физические объекты, имеющиеся в Мультивселенной.
Идеи виртуально-обратимого появления-исчезновения элементарных частиц в Мультивселенной можно использовать в интерпретации квантовой механики. И если такая интерпретация будет более убедительной, чем другие интерпретации, то её можно рассматривать в качестве доказательства существования Мультивселенной и наличия в ней PVRAD и GNCER.
О суперсимметричных частицах и тахионах
Здесь необходимо коснуться проблемы существования некоторых гипотетических частиц. Давно предположили, что должны существовать, во-первых, суперсимметричные частицы [2], [4], [10], а во-вторых, частицы, двигающиеся со скоростью, превышающей скорость света в вакууме – тахионы [1], [6]. Но многолетние поиски этих предполагаемых частиц не увенчались успехом. А между тем, существование и тех и других прямо следует из наиболее общего принципа организации природных структур – принципа симметрии. Поэтому вполне разумно предположить, что и те, и другие частицы существуют, но не в пространстве нашей Вселенной. Очень вероятно, что в других вселенных, входящих в Мультивселенную, благодаря тому, что там величины FPC значительно отличаются от тех величин, которые характерны для нашей Вселенной, существуют и суперсимметричные частицы, и тахионы. Безусловно, они существуют в разных вселенных.
Величины FPC, характерные для нашей Вселенной, обеспечивают существование обычных элементарных частиц – тардионов (например, электронов). И суперсимметричные частицы, и тахионы при таких величинах FPC существовать не могут. С другой стороны, в той вселенной, в которой величины FPC позволяют существовать суперсимметричным частицам – тардионам, не могут существовать обычные частицы - тардионы и тахионы. И с третьей стороны, в той вселенной, в которой величины FPC позволяют существовать тахионам, не могут существовать частицы – тардионы. Более того, при PVRAD, когда частица виртуально туннелирует из одной вселенной в другую, она изменяется. Например, суперсимметричная частица, виртуально туннелировавшая в нашу Вселенную, преобразуется в обычную частицу, только виртуальную. А обычная частица из нашей Вселенной, виртуально туннелировавшая во вселенную с суперсимметричными частицами, преобразуется в соответствующую ей виртуальную суперсимметричную частицу. В этих случаях у частиц изменяется спин. И эти изменения определяются величинами FPC, характерными для каждой вселенной. В случае со вселенной, в которой существуют тахионы, при виртуальном туннелировании тоже происходят изменения в соответствии с существующими там величинами FPC.
Детальное описание новой интерпретации
Сначала необходимо рассмотреть общую модель PVRAD. Виртуально туннелировать из одной вселенной в другую могут как единичные объекты (например, электроны), так и обладающие сложной структурой (например, протоны, атомы, молекулы и другие, состоящие из многих частей объекты). Кроме того, PVRAD можно рассматривать не только как одноразовые акты (хотя они могут быть рассмотрены как одноразовые), а как череду постоянно повторяющихся туннелирований. Причём в промежутках между отдельными туннелированиями частицы, в том числе и виртуальные, могут перемещаться в пространствах соответствующих вселенных. И вообще, череда постоянно повторяющихся актов туннелирования и промежутков между ними является не останавливающейся и эти непрерывные виртуальные туннелирования создают взаимосвязь разных вселенных друг с другом, порождая таким образом GNCER. Каждый реальный объект, принадлежащий нашей Вселенной, фактически находится в пространстве нашей Вселенной только, скажем, 95% от всего времени своего существования. Остальные 5% времени он находится в виртуальном состоянии в других вселенных (приведённые здесь числа являются предположением автора). Время одного виртуального туннелирования, видимо, может колебаться весьма в широких пределах, но как было отмечено выше, оно меньше, чем t=ħ/E. Такие виртуальные туннелирования присущи всем без исключения физическим объектам в нашей Вселенной.
Рис. Модель возникновения вероятностей, вычисляемых с помощью уравнения Шредингера: 1 – граница между вселенными (горизонт событий); 2 – PVRAD реального электрона и виртуальных сэлектронов; 3 – собственные движения виртуальных сэлектронов; 4 – виртуальныеьсэлектроны; 5 – реальный электрон
На рис. изображена схема модели возникновения вероятности в поведении квантовых объектов на примере электрона. В верхней части рис. расположено пространство вселенной с суперсимметричными частицами, а в нижней – пространство нашей Вселенной. Реальный электрон, принадлежащий атому, находящемуся в пространстве нашей Вселенной, виртуально туннелирует во вселенную с суперсимметричными частицами. При этом он преобразуется в виртуальный сэлектрон – суперсимметричную частицу, возможно ответственную за передачу физических взаимодействий, то есть по функции некий аналог нашего фотона. Поэтому для него характерно передвижение (перемещение) по пространству вселенной с суперсимметричными частицами. В этом виде он проходит некоторое расстояние и возвращается в нашу Вселенную, преобразуясь в исходный электрон, но уже находящийся несколько в другом месте. Такой процесс повторяется много раз. И этот многоразовый PVRAD можно назвать «виртуальной траекторией». Результаты упомянутой выше работы [5] можно интерпретировать так, что во вселенной, где существуют виртуальные сэлектроны, численное значение приведённой постоянной Планка равно ≈10-37-10-36 Дж*с. Соответственно, там значительно уменьшается комптоновская длина у всех объектов. И соответственно, там для объектов с массой, равной массе исходного электрона комптоновская длина будет тоже существенно меньше, чем у электрона в условиях нашей Вселенной. А потому понятие «траектория сэлектрона» уже будет иметь физический смысл. Но такая траектория будет настолько извилистая, что фактически из тех точек, в которых можно зарегистрировать исходный электрон, получается нечто очень похожее на облако. Такой же результат следует и из уравнения Шредингера.
К тому же, так как импульс электрона в течение PVRAD в пространстве нашей Вселенной почти совершенно не определён (основное движение происходит в другой вселенной), координата реального электрона может быть определена довольно точно и без нарушения принципа неопределённости.
Ещё о виртуальном исчезновении. С позиций теории PVRAD, всё сущее в нашей Вселенной можно сравнить с кинематографом двадцатого века. При быстром прокручивании фильма отдельные кадры сливаются, и видно всё только в движении, а отдельные картинки, как на рис., совершенно незаметны.
На примере того же электрона попробуем оценить частоту, с которой могут происходить отдельные акты виртуальных туннелирований. Как было отмечено выше, время непрерывного PVRAD должно быть меньше, чем t=ħ/E. Для объекта с массой электрона это te=ħ/mec2≈1.3*10-21 с. Используя этот верхний предел продолжительности одного акта PVRAD, получаем возможную частоту отдельных актов fmin≈1/1.3*10-21с≈7.7*1020гц (Hz). Если считать планковское время tplank≈5.4*10-44с нижним пределом продолжительности одного акта PVRAD, соответственно получаем возможную частоту отдельных актов fmax≈1/5.4*10-44с≈1.8*1043гц (Hz). Таким образом, для объекта с массой, равной массе электрона, частота отдельных актов PVRAD может находиться в диапазоне от 7.7*1020 до 1.8*1043гц (Hz). Похоже, такой частоты виртуальных туннелирований с избытком хватит для того, чтобы объяснить все открытые к настоящему времени особенности размещения электронов в атомах и молекулах.
К объяснению коллапса волновой функции. Те вероятности, которые рассчитываются с помощью уравнения Шредингера, строго говоря, относятся не к реальным электронам нашей Вселенной, а к их виртуальным суперсимметричным двойникам – сэлектронам. Эти вероятности определяют движение виртуальных сэлектронов, то есть их «виртуальную траекторию». А вот акт наблюдения (регистрации) относится к реальному электрону и происходит в тот момент, когда он находится в нашей Вселенной. Поэтому нет ничего удивительного, что электрон регистрируется в какой-либо единственной точке. Никакого парадокса тут нет. А то, что считают коллапсом волновой функции – это вторичный процесс, являющийся следствием первичного явления – PVRAD. Вероятность в предлагаемой интерпретации возникает как результат действия причинно-следственных связей. При этом необходимо учитывать и те причинно-следственные связи, которые локализованы в других вселенных.
Уже сейчас можно сделать вывод. Уравнение Шредингера определяет вероятности, где находятся виртуальные частицы, а решения этого уравнения зависят от величин масс и энергий исходных физических объектов. Значит, основные условия виртуально-обратимого появления-исчезновения зависят от величин массы и энергии туннелирующего объекта. И второй вывод: конфигурации реальных объектов в разных вселенных, обменивающихся виртуальными частицами, зависят друг от друга.
И ещё – процесс наблюдения (регистрации) у микрообъектов всегда сопровождается созданием системы, состоящей из наблюдаемого объекта, регистрирующего прибора и наблюдателя. А это меняет энергетические характеристики и должно существенно изменять режимы PVRAD. Всё это происходит при любом измерении.
Также можно здесь отметить, что виртуальные фотоны, например переносящие в нашей Вселенной электромагнитное взаимодействие между электронами и протонами в атомах, – это следствие виртуально-обратимого появления-исчезновения реальных фотино, виртуально туннелирующих из вселенной с суперсимметричными частицами в нашу Вселенную.
Конечно, приведённая выше схема очень упрощённая и не объясняет многие наблюдаемые явления, например, рождение пар частица-античастица. Но, с другой стороны, в эту схему ещё не включены эффекты от PVRAD в нашей Вселенной с другими вселенными, входящими в Мультивселенную, например, с вселенными, в которых существуют античастицы. Во всяком случае, автор считает, что приведённая здесь схема даёт достаточный толчок для дальнейших размышлений, которые должны привести к новым находкам и обобщениям. Например, в рамках гипотезы, что другие тардионные вселенные дают в нашей Вселенной эффект тёмного вещества, а тахионные – тёмной энергии. Такая гипотеза вполне имеет право на существование хотя бы потому, что гравитационное взаимодействие передаётся сквозь горизонты событий, разделяющие пространства разных вселенных.
По сути своей, предложенная схема и её логическое обоснование восстанавливает абсолютный и всеобщий характер физических причинно-следственных связей. Заметим, что именно такой характер был нормой всех научных исследований почти всю историю человечества – от Галилео Галилея и до Давида Гильберта, от Аристотеля и до Альберта Эйнштейна.
О сверхсветовых скоростях
Известно, что при квантовой запутанности значительно удалённых друг от друга объектов, измерение параметра одной частицы сопровождается почти мгновенным (то есть передающимся со скоростью большей, чем скорость света в вакууме) прекращением запутанного состояния другой частицы [9]. Это явление можно объяснить с помощью PVRAD, предположив, что запутанные друг с другом частицы – это не только реальные частицы нашей Вселенной, но ещё и тахионы, присутствующие в другой вселенной. Дело тут в том, что реальные частицы в нашей Вселенной (например, фотоны) могут оказаться запутанными со структурой, расположенной в другой вселенной и состоящей из тахионов. Причём тахионы могут быть как реальными, так и виртуальными. При почти мгновенном перемещении тахионов создаётся иллюзия передачи сигнала в пространстве нашей Вселенной со скоростью, которая больше скорости света. А на самом деле со сверхсветовой скоростью перемещаются тахионы. И для них сверхсветовые скорости – это норма. Но возможно, что описанные выше «сверхсветовые события» являются довольно редкими явлениями.
О законе сохранения энергии
Необходимо коснуться фундаментального значения закона сохранения энергии. Общепризнано, что в процессах появления виртуальных элементарных частиц, хоть и временно, но нарушается закон сохранения энергии. Вводя в рассмотрение процессы виртуального исчезновения, можно считать их дополняющими к процессам виртуального появления и полагать все эти процессы взаимно компенсирующими друг друга. То есть та энергия, которая выделяется в одном процессе, одновременно поглощается в другом. Таким образом, закон сохранения энергии не нарушается и Мультивселенная в целом становится замкнутой системой с уравновешенными по энергии потоками виртуальных физических объектов между отдельными вселенными. Эту взаимную компенсацию энергии можно считать косвенным доказательством существования PVRAD.
Заключение
Подводя итоги вышесказанному, можно сформулировать шесть постулатов, определяющих PVRAD физических объектов.
Постулат 1. Различные вселенные, входящие в Мультивселенную, имеют разные численные значения FPC: приведённой постоянной Планка (ħ), гравитационной постоянной Ньютона (G) и постоянной Больцмана (k).
Постулат 2. Пространства различных вселенных ограничиваются и отделяются друг от друга горизонтами событий.
Постулат 3. Все реальные физические объекты во всех вселенных, входящих в Мультивселенную (включая и находящиеся в нашей Вселенной), под влиянием физических градиентов, создаваемых разностями величин FPC, активно и непрерывно участвуют в PVRAD с соблюдением условия tpvrad<ħ/E.
Постулат 4. Масса и энергия виртуально туннелирующих объектов определяют основные условия PVRAD.
Постулат 5. Процессы виртуального появления и процессы виртуального исчезновения взаимно компенсируют друг друга по суммарным потокам энергии и таким образом закон сохранения энергии в PVRAD не нарушается.
Постулат 6. Все физические объекты, находящиеся в различных вселенных, входящих в Мультивселенную (включая нашу Вселенную), структуры, созданные этими объектами и динамика их изменений взаимосвязаны, и они с помощью PVRAD включены в единую мировую сеть причинно-следственных связей (GNCER).
Эти постулаты органично входят в новую интерпретацию квантовой механики и позволяют объяснить коллапс волновой функции как вторичный процесс, являющийся следствием первичного. А первичным является PVRAD реальных объектов из нашей Вселенной в другие вселенные, в том числе во вселенную с суперсимметричными частицами.
И наконец, надо отметить, что дальнейшая, более детальная разработка теории виртуально-обратимого появления-исчезновения физических объектов в Мультивселенной – задача и дело ближайшего будущего.
Благодарности
Автор благодарит свою жену, Ирину Анатольевну Беляеву за оказанную всемерную поддержку при создании настоящей работы. А также автор благодарит своего сына, Василия Анатольевича Беляева и его жену Юлию Сергеевну Беляеву за помощь, оказанную при оформлении статьи. Так как работа была выполнена без внешних источников финансирования, автор будет благодарен любому человеку или любой организации, которые предоставят финансовую помощь для производства дальнейших работ по тематике, описанной в настоящей статье.
