02:01 Мир Альберта Энштейна, теории времени и др. |
http://raznoe2014.ucoz.ru/einstein_animation.gif
http://www.nkj.ru/archive/articles/3984/
Специальная теория относительности поменяла наши представления о пространстве и времени. Через десять лет после ее создания Эйнштейн сделал следующий шаг. Он сформулировал общую теорию относительности. Про специальную теорию относительности можно сказать, что она объединила время и пространство. Общая теория относительности объединила время, пространство и вещество. Оказалось, что вещество меняет свойства пространства и ход времени. Предсказания общей теории относительности, сделанные Эйнштейном, проверены и нашли свое подтверждение.
Важнейшим достижением Энштейна и, независимо, польского физика Мариана Смолуховского стала теория беспорядочного, броуновского движения. Причина этих движений оставалась непонятной до 1905 года. После этой работы стало невозможно сомневаться в том, что все тела состоят из атомов и молекул.
Альберт Эйнштейн стал также одним из создателей квантовой теории, которая позволила понять процессы, протекающие внутри атомов, молекул и внутри атомного ядра. Он заложил краеугольные камни квантовой теории. Однако ему не нравился вероятностный характер событий в квантовой механике. В классической, доквантовой, физике на вопрос: "Что произойдет при таких-то и таких-то условиях?" следовал ответ: "Произойдет то-то и то-то". Квантовая механика на такой вопрос отвечает: "произойдет то-то и то-то с такой-то вероятностью". А может произойти и что-то другое с соответствующей вероятностью. Эйнштейну классический детерминизм нравился больше и он говорил: "Бог не играет в кости". Поэтому один из создателей квантовой теории был первым ее противником.
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ: КАК УВИДЕТЬ АТОМЫ И МОЛЕКУЛЫ
В 1905 году журнал "Annalen der Physik" Альберт Эйнштейн опубликовал работу "О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты".
Во введении он писал: "В этой работе будет показано, что согласно молекулярно-кинетической теории теплоты взвешенные в жидкости тела микроскопических размеров вследствие молекулярного теплового движения должны совершать движения такой величины, что [эти движения] легко могут быть обнаружены под микроскопом".
Молекулярно-кинетическая теория теперь считается твердо установленной. Согласно этой теории все тела - газы, жидкости, твердые тела - состоят из атомов и молекул. Свойства тел определяются взаимодействием атомов и молекул, составляющих эти тела. Атомы и молекулы не находятся в покое, а совершают беспорядочное тепловое движение. В твердых телах атомы и молекулы колеблются вблизи положения равновесия, в газах и жидкостях могут перемещаться как угодно далеко. Кинетическая энергия, связанная с тепловым движением, пропорциональна температуре тела. Если T - температура тела, то среднее значение кинетической энергии молекул, составляющих это тело, пропорционально температуре. Коэффициент - постоянная Больцмана. Рассмотрим каплю жидкости при температуре T. Молекулы жидкости в этой капле находятся в непрерывном тепловом движении, причем среднее значение квадрата скорости <V2> можно определить из формулы, зная массу молекулы. Если же говорить не о квадрате скорости, а о самой скорости, то среднее значение скорости молекулы равно нулю - под ударами соседних молекул она с равной вероятностью может двигаться в любом направлении, и с каждым соударением направление это меняется. Формула для зависимости среднего квадрата смещения от времени получила название формулы Эйнштейна. Поскольку эта формула выведена на основе молекулярно-кинетической теории, она связывает среднее значение квадрата смещения с фундаментальными величинами молекулярно-кинетической теории - с универсальной газовой постоянной R и с числом Авогадро NА. Если известны размер броуновской частицы а, вязкость жидкости , температура T , то можно, измерив средний квадрат смещения , определить число Авогадро NА. Соответствующие измерения были проведены, и для числа Авогадро получилось значение, хорошо совпавшее с тем, которое было известно из теории газов.
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Вторая статья Эйнштейна 1905 года содержала законченную формулировку специальной теории относительности (СТО). В статье она была изложена в том виде, в каком теперь входит в учебники и до сегодняшнего дня остается лучшим учебником, по которому можно изучать специальную теорию относительности. Прилагательное "специальная" в названии теории означает, что она рассматривает законы природы с точки зрения наблюдателей, расположенных не в произвольных системах координат, а только в инерциальных, где выполняется закон инерции. Согласно этому закону, пока на тело не подействует сила, оно сохраняет свое состояние покоя или прямолинейного равномерного движения. В создание СТО внесли свой вклад несколько выдающихся ученых, подошедших сюда с разных сторон. Для большинства стартовой точкой исследований стала теория электромаг нитных явлений, созданная Дж. К. Максвеллом. В 1873 году вышел из печати двухтомник Максвелла "Трактат об электричестве и магнетизме". В этой книге был подведен итог работы автора по созданию теории электрических и магнитных явлений и даны знаменитые уравнения Максвелла для электромагнитного поля. Эти уравнения описали все богатство электромагнитных явлений. Максвелл с помощью своих уравнений показал, что электромагнитное поле распространяется в пустоте со скоростью света, образуя волны. Отсюда следовало, что и свет представляет собой электромагнитные волны. В 1888 году Генрих Герц создал установку для генерации электромагнитных волн, получил их в своей лаборатории и провел ряд экспериментов по их распространению, отражению, преломлению и регистрации. Оказалось, что электромагнитные волны, полученные Герцем, ведут себя во всех отношениях так же, как световые волны. После этого теория Максвелла стала единственной заслуживающей доверия теорией электромагнитных явлений. И тогда физики поставили перед собой задачу вывести теорию Максвелла из механики Ньютона. В конеце ХIХ века механика вполне заслуженно считалась основой всех естественно-научных знаний. Законы механики управляли движением небесных тел. Законы эти были настолько точны, что в середине ХIХ века два астронома - Леверрье во Франции и Адамс в Англии, - исследуя аномалии в движении планеты Уран, пришли к выводу, что их вызывает некая неизвестная планета. Они указали, где искать эту неизвестную планету - Нептун открыт на кончике пера, путем вычислений на основе ньютоновской механики. На основе ньютоновской механики развивались гидро- и аэродинамика - науки, описывающие поведение жидкостей и газов. Теория тепловых явлений тоже была развита на основе механических представлений. Оказалось, в частности, что температура газа есть, по существу, средняя кинетическая энергия его молекул, а давление есть количество движения, передаваемое на стенку, когда молекулы газа об нее ударяются. Чисто механическое объяснение получили и другие понятия и тепловые процессы.
Ученый мир поверил, что механика - главная наука и пытался получить уравнения Максвелла из уравнений механики Ньютона. При этом они пытались внести в электродинамику представления, понятия и образы классической механики. Звук может распространяться только там, где есть его носитель – среда, и каждая среда характеризуется своей скоростью распространения звука. Но звуковые волны не могут распространяться в пустоте. Из механики следовало, что волна должна иметь носитель, по которому распространяется. Но электромагнитные волны распространялись в пустоте. В частности, свет от Солнца доходил до Земли, пройдя 150 миллионов километров высокого вакуума. И было непонятно, как электромагнитные волны могут распространяться. Чтобы разрешить эту трудность, было высказано предположение, что существует среда, которая описывается законами механики, переносит электромагнитные волны и заполняет все пространство, включая пустоту. Эта предполагаемая среда получила название эфира. Никакого эфира не существует и первым это заявил Альберт Эйнштейн. Не существует механической среды, которая переносит электромагнитные волны. Но в то время физики занимались поисками такой среды, чтобы она подчинялась законам механики, а в ней распространялись упругие волны, которые можно отождествить с волнами электромагнитными. Трудности заключались в том, что светоносному эфиру необходимо придать абсолютно несовместимые свойства. С одной стороны, эфир не должен препятствовать движению небесных тел, так что его следует считать чем-то вроде очень разреженного газа. С другой стороны, скорость упругих волн в ней должна равняться скорости света, а такое возможно только в невероятно плотной среде (скорость звука в воздухе равна примерно 300 м/с, скорость звука в воде в пять раз больше, а скорость звука в металле составляет 3-5 км/с). Тем временем два американских физика, Альберт Майкельсон и Эдвард Морли, провели измерения скорости света на Земле в разных направлениях по отношению к движению Земли и выяснили, что она в пределах точности измерений, одинакова во всех направлениях. Движения Земли относительно неподвижного эфира обнаружить не удалось. Скорость света, измеренная наблюдателем на движущейся Земле, оказалась такой же, как и в неподвижном эфире. Результат Майкельсона и Морли заинтересовал Хендрика Лоренца, профессора Лейденского университета в Голландии. Тогда считалось, что уравнения Максвелла справедливы для покоящегося эфира. Лоренц исследовал вопрос, какой вид принимают уравнения Максвелла в системе отсчета, движущейся относительно эфира (например, для наблюдателя, движущегося вместе с Землей) и показал, что при переходе из системы покоя в систему, движущуюся относительно эфира, уравнения Максвелла сохраняют свой вид. Последнее утверждение означает вот что: конечно, в движущейся системе отсчета электрическое и магнитное поля имеют не такую величину, как в покоящейся. Кроме того, если мы в покоящейся системе измеряем поле в точке с заданными пространственными координатами и в заданный момент времени, то в движущейся системе эта точка имеет другие пространственные координаты, а измерение соответствует другому моменту времени. Но выпишем уравнения Максвелла для полей в покоящейся системе и произведем в этих уравнениях замену: вместо полей в покоящейся системе поставим поля в движущейся и аналогичным образом заменим координаты и время. После такой замены уравнения останутся теми же, но опишут они поля уже в движущейся системе отсчета. Лоренц нашел формулы пересчета полей и координат из одной системы в другую, получившие название преобразований Лоренца. Он также нашел формулы пересчета для токов и зарядов, но последние содержали неточность, которая была исправлена в работе знаменитого французского математика и физика Анри Пуанкаре. Все эти формулы теперь называются формулами преобразования Лоренца. Лоренц, проводя свои исследования, считал, что существует одна выделенная система координат, связанная с покоящимся эфиром. Преобразование полей и координат при переходе от системы эфира в какую-либо движущуюся систему есть операция скорее математическая, чем физическая. Полный физический смысл имеют только величины, измеренные в системе, где эфир покоится. Кроме Лоренца и Пуанкаре, Джордж Френсис Фитцджеральд и Джозеф Лармор исходили из теории светоносного эфира, и внесли важный вклад в развитие теории. Дж.Фитцджеральд за несколько лет до Лоренца высказал предположение о сокращении размеров движущегося тела вдоль направления движения. Это сокращение нередко называют сокращением Фитцджеральда - Лоренца. Джозеф Лармор получил преобразование Лоренца независимо от Лоренца в то же время. Эйнштейн шел по другому пути и не известно, знал ли он о работе Майкельсона и Морли, но идеи относительности усвоил еще на студенческой скамье. Его товарищ Мишель Бессо порекомендовал ему книгу Эрнста Маха "Механика в ее историческом развитии; историко-критическое изложение". Эрнст Мах исследовал сверхзвуковые течения газа и установил, что его характеристики зависят от отношения скорости течения к скорости звука ('числа Маха' - М). Отказавшись от ньютоновского абсолютного пространства, считал, что движение тела может быть определено только относительно других тел. Этот 'принцип Маха' сыграл важную роль в создании общей теории относительности. Генрих Рудольф Герц, основоположник электродинамики, в 1887 году создал генератор электромагнитных волн и устройство для их регистрации. Развивая теорию Максвелла, придал его уравнениям симметричную форму, демонстрирующую связь между электрическими и магнитными явлениями. Альберт Абрахам Майкельсон, специалист в области оптики и спектроскопии, изобрел интерферометр, носящий его имя. Провел ряд экспериментов с целью обнаружить движение Земли относительно неподвижного эфира и получил отрицательный результат. Хендрик Антон Лоренц, создатель классической теории электрических, магнитных и оптических свойств вещества на основе анализа движения электронов, для объяснения отрицательного результата опыта Майкельсона выдвинул гипотезу о сокращении размеров тел в направлении их движения, вывел формулы, которые определяют все кинематические эффекты специальной теории относительности. Подробнее см.: http://www.nkj.ru/archive/articles/3984/ (Наука и жизнь, ЭЙНШТЕЙН И СОВРЕМЕННАЯ КАРТИНА МИРА)
Посетите сайт Стива Хокинга http://www.hawking.org.uk/
Пол Чарльз Уильям Дэвис , род 22 апреля 1946, Великобритания . Физик, профессор Аризонского государственного университета , внесший вклад в теоретическую физику - квантовую теорию Уилера-Фейнмана (1970). Сайт http://cosmos.asu.edu/ Он связан с Институтом квантовых исследований в университете Chapman в Калифорнии. Его научные интересы лежат в области космологии , квантовой теории поля , и астробиологии . Он предположил, что если совершить путешествие в один конец, то Марс может стать обитаемой планетой. Его исследования были в основном в области квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени . Он внес известный вклад в так называемый эффект Fulling–Davies–Unruh , в соответствии с которым наблюдатель через пустое пространство будет воспринимать ускорение теплового излучения , и в вакуумное состояние Bunch–Davies, которое часто используется в качестве основы для объяснения колебаний космического фонового излучения , оставшегося после Большого Взрыва . Статья в соавторстве со Stephen Fulling и Уильямом Унру (William Unruh) была первой, где предролагалось, что черные дыры , испаряющиеся через Хокинг-эффект, теряют массу в результате потока негативной энергии в отверстие из окружающего пространства. Дэвис исследовал проблему стрелы времени , а также был одним из первых сторонников теории, что жизнь на Земле, возможно, прилетела с Марса с марсианскими метеоритами, выбитыми астероидами и кометами. Во время своего пребывания в Австралии он помог установить Австралийский центр астробиологии. Дэвис был соавтором статьи с Фелисой Вулф-Симон "Бактерия, которая может расти с помощью мышьяка вместо фосфора". В статье в Wall Street Journal он изложил историю вопроса. Он заявил: «Ну, я бы удивился, если бы только арсений был в основе организмов на земле, и Фелиса только что получила его со дна озера Моно и совершенно ясно, что это только верхушка айсберга. Я думаю, что это окно в новый мир микробиологии. Она уже имеет 20 таких организмов. Я думаю, что мы увидим целую новую область на Моно-лейке ". Следует отметить, что ДНК указанного организма не содержит вообще арсения. В том же ключе, в своей статье в The Guardian, Дэвис предполагает, что происхождение жизни будет раскрыто через теорию информации, а не химии. Астероид 6870 Pauldavies назван в его честь. Дэвис пишет замечания по научным и философским вопросам. Его документальный фильм на BBC Колыбель жизни получил Фарадеевскую премию. Он регулярно пишет для газет и журналов по всему миру. Он был гостем на многочисленных радио и телевизионных программах .
Статья, опубликованная в New York Times , породила споры по поводу изучения роли веры в научном исследовании. Дэвис утверждает, что вера ученого в неизменность физических законов имеет истоки в христианской теологии , и что утверждение, что наука находится вне веры, является "явно поддельным". Край Фонд представил критику статьи Дэвиса, которую написали Джерри Койн , Натан Myhrvold , Лоуренс Краусс , Скотт Atran , Шон Кэрролл , Джереми Бернштейн, ПЗ Майерс , Ли Смолин , Джон Хорган , Алан Сокаль (Jerry Coyne, Nathan Myhrvold, Lawrence Krauss, Scott Atran, Sean Carroll, Jeremy Bernstein, PZ Myers, Lee Smolin, John Horgan, Alan Sokal) и в ответе Дэвис заявил, что их ответы несут признаки поверхностного коленный рефлексу на вид слов "наука" и "вера". В то же время атеисты Ричард Докинз (Richard Dawkins) и Виктор Стенджер (Richard Dawkins) критикуют публичную позицию Дэвиса по вопросам науки и религии, но другие, в том числе Фонд Джона Темплтона , высоко оценили его работу.
Дэйвис, Пол - https://en.wikipedia.org/wiki/Paul_Davies Unruh effect https://en.wikipedia.org/wiki/Unruh_effect Bunch-Davies vacuum https://en.wikipedia.org/wiki/Bunch%E2%80%93Davies_vacuum Black hole https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole Arrow of time https://en.wikipedia.org/wiki/Arrow_of_time Felisa Wolfe-Simon https://en.wikipedia.org/wiki/Felisa_Wolfe-Simon
АТЕИЗМ И ПОЗНАНИЕ СЛОЖНОГО: ФЕНОМЕН ВРЕМЕНИ Вчера я имела возможность рассказать о невероятном человеке Стивене Хокинге и его космической теории всего. Сегодня я продолжу этот ряд и расскажу об одном семинаре в МГУ, посвещенном не стольео космосу, сколько самому феномену времени, несменный ведущий которого профессор биологии Анатолий П Левич. Это очень активный человек и его исследования хроноса вы легко найдете в интернет, так что перечислять их не буду. В Википедии о нем – ни слова. В рксской вики вообще бардак: там всякие Дебрянские, националисты, второстепенные личности – и ни слова о тех, кто сегодня делает науку. Я могу предположить, что Анатолий Левич – мой ровестник, истинный интеллигент, гений и все такое. Левич Александр Петрович, современный биолог и эколог, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, автор трудов по проблемам математической экологии, теории категорий в биологии. Основатель и руководитель Московского семинара по изучению времени. Я посещала его семинар в лихие 90-е. На базе него Левичем был создан Web-Институт исследований природы времени. Я дам интересные ссылки по этому поводу. Сайт института - http://www.chronos.msu.ru/ru/ Альтернативная наука - http://www.vixri.ru/?p=610
Видео http://www.people.su/youtube_video-chto-takoe-vremya-levich-ap
Механик скажет, что время - это движение, астрофизик - это расширение Вселенной, термодинамик -- это рост энтропии, биолог - это жизнь, историк - это смерть, психолог - это сознание...Четырехменный мир Минковского.
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАННЕЙ ВСЕЛЕННОЙ Благодаря специальной технической базе, экспертам Китая, Германии и Соединенных Штатов удалось исследовать условия ранней Вселенной в тот момент, когда ее возраст не превышал микросекунды. Специалисты произвели расчеты свойств фазового перехода в квантовой хромодинамике для условий ранней Вселенной.
Используя петафлопсный компьютер, физики произвели расчеты, которые показали, что в момент зарождения Вселенной материя была нагрета до температуры, достигающей десяти триллионов градусов.
Материя находилась в состоянии кварк-глюонной плазмы, представляющей собой смесь частиц в составе адроны. Такой смесью частиц являются, например, протоны и нейтроны. Более низкие показатели, чем указанные температуры, могут быть зафиксированы лишь в связанных состояниях, необходимых для возникновения адронов.
Целью расчетов являлось определение особенностей, сопровождающих переход материи от одного состояния к другому. Физики производили расчеты, чтобы выяснить, меняются ли параметры перехода скачкообразно, гладко или же промежуточно. В результате эксперты определили, что последний тип перехода наиболее вероятен.
Основной особенностью нового подхода является учет киральной симметрии между правыми и левыми состояниями кварков. Раньше физики не могли достичь подобных результатов, производя вычислительные процедуры. Чтобы найти оптимальное объяснение присутствию асимметрии, которую исследователи наблюдают между антивеществом и веществом во Вселенной, была разработана классификация.
Эксперты отметили, что в той части Вселенной, которую можно наблюдать и изучать, античастиц не так много как частиц. Кроме того, специалисты стараются разработать классификацию для согласованности моделей суперсимметрии и инфляционной космологии.
Эксперты работали над вычислениями в течение нескольких месяцев. Оказалось, что расчеты совпадают с данными о температурном фазовом переходе, полученными в 2007 году.
*** Большой андронный коллайдер (БАК) в европейском центре ядерных исследований в Швейцарии - самый крупный ускоритель тяжёлых частиц в мире. БАК представляет из себя бетонное кольцо диаметром в 26.7 км и находится на глубине 175 метров в туннеле. С помощью БАКа физики надеются зафиксировать бозон Хиггса (так называемую Частицу Бога), которая, как полагают исследователи, поможет ответить на вопрос, как происходило образование Вселенной. За одну секунду на экспериментальных установках БАКа будет происходить более одного миллиарда соударений. Баковские опыты внесут ясность: или ядерный «мистер Хиггс» будет обнаружен, или человечеству придется пересмотреть свои представления о Вселенной и Большом Взрыве.
В ускорителе лоб в лоб сталкиваются встречные пучки протонов, летящих навстречу друг другу в мощном магнитном поле со скоростью света. Можно смоделировать взрыв, энергии которого должно хватить для рождения новых, еще неизвестных науке элементарных частиц, в том числе таинственного бозона Хиггса, соприкосновение с которым, по мнению физиков-ядерщиков, наделяет другие частицы массой, как положительной, так и отрицательной. Следовательно, надо быть готовыми к рождению антивещества. Однако некоторые специалисты выражают опасения, что эксперимент может выйти из-под контроля. По их мнению, может произойти цепная реакция, которая может привести к непоправимым последствиям. http://wek.ru/k-istokam-vselennoj http://wek.ru/fizikam-udalos-vossozdat-zarozhdenie-vselennoj
МАТЕМАТИК ЛАУРА МЕРСИНИ-ХОУТОН ДЕЛАЕТ ЕЩЕ ОДИН ШАГ К РАЗГАДКЕ ПРИРОДЫ ВСЕЛЕННОЙ Теория появления Вселенной, применяемая в современном обществе, базируется на том, что звезды, масса которых превышает массу Солнца во много крат, создают черную дыру при разрушении. Под «черными дырами» подразумевается некая аномалия, где чрезвычайно большая сила гравитации не пропускает наружу свет. Однако математик, профессор Лаура Мерсини-Хоутон из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, сделал сенсационное открытие, которое может перевернуть современное представление о зарождении Вселенной, ибо оно идет в разрез с теорией об окончании жизни звезд путем образования черных дыр. Лаура уверяет, что существование черных дыр невозможно, и свои предположения подтверждает формулами. Мерсини-Хоутон говорит, что профессор Стивен Хокинг был максимально близок к разгадке одной из самых величайших тайн, когда предсказал образование излучения в момент смерти звезды. Математик считает излучение Хокинга реальным. Она также убеждена, что звезды в момент гибели могут терять значительную часть массы, а этот процесс делает возникновение черных дыр невозможным. Профессор осознает, что после предоставления экспериментальных данных весь мир будет шокирован известием об отсутствии черных дыр во Вселенной. Наличие во Вселенной черных дыр было предсказано теорией гравитации Эйнштейна. В то же время фундаментальный закон квантовой теории гласит, что информация из Вселенной не исчезает. Исследование Лауры может опровергнуть теорию Большого взрыва, в которую верят большинство физиков нашего времени. Ученые предполагают, что Вселенная в начальный момент Большого взрыва находилась в состоянии космологической сингулярности. Данное состояние характеризуется бесконечной плотностью и температурой вещества. Большой взрыв, по мнению ученых, произошел около 13,8 миллиарда лет назад. Математик Мерсини-Хоутон утверждает, что ей удалось объединить теорию гравитации и квантовую механику, чего до нее не мог сделать ни один физик на протяжении десятилетий
Лаура Мерсини-Houghton (урожденная Мерсини) - албанский космолог и физик-теоретик , адъюнкт-профессор в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилл . Она сторонник гипотезы мультивселенной, согласно которой наша Вселенная является одной из многих. Она утверждает, что аномалии в нынешней структуре из Вселенной лучше всего объяснить как гравитационное перетягивание, оказываемое другими вселенными.
Мерсини-Houghton получила степень бакалавра наук в университете Тираны, Албания , а степень магистра в Университете штата Мэриленд . Ей была присуждена степень доктора философии в 2000 году в Университете Висконсин-Милуоки . После получения докторской степени, Мерсини-Хоутон окончила постдокторантуру в итальянской Scuola Normale Superiore ди Пиза с 2000 по 2002 г. В 2002 году она была докторантом в течение двух лет в Сиракузском университете . В 2004 она стала преподавать в университете Северная Каролина в качестве помощника профессора теоретической физики и космологии в UNC. 11 октября 2010 года, Лаура появился в программе Би-би-Си с сообщением “ Что было до Большого Взрыва” (вместе с Мичио Каку , Нилом Turok , Андреем Линде , Роджером Пенроуз , Ли Смолиным и другими известными космологами и физиками), где она выдвинула свою Теорию Вселенной как волновой функции в ландшафтной мультивселенной. Еще одной темой исследования Лоры Мерсини- Хоутон является стрела времени . http://wek.ru/matematiki-zayavili-o-tom-chto-chernyx-dyr-ne-sushhestvuet 23 мая 2015 в автокатастрофе погиб Джон НЭШ - выдающийся американский математик, работавший в области теории игр и дифференциальной геометрии.
Хотя физика имеет дело с разнообразными системами, некоторые физические теории применимы в больших областях физики. Такие теории считаются в целом верными при дополнительных ограничениях. Например, классическая механика верна, если размеры исследуемых объектов намного больше размеров атомов, скорости существенно меньше скорости света, и гравитационные силы малы. Эти теории всё ещё активно исследуются; например, такой аспект классической механики, как теория хаоса был открыт только в XX веке. Тео́рия ха́оса — математический аппарат, описывающий поведение некоторых нелинейных динамических систем, подверженных динамическому или детерминированному хаосу. Поведение такой системы случайно, даже если определена описывающая модель. Примерами подобных систем являются атмосфера, турбулентные потоки, биологические популяции, общество как система коммуникаций и его подсистемы: экономические, политические, психологические (культурно-исторические и другие социальные системы. Их изучение наряду с аналитическим исследованием имеющихся рекуррентных соотношений, сопровождается математическим моделированием. Теория хаоса гласит, что сложные системы чрезвычайно зависимы от первоначальных условий, и небольшие изменения в окружающей среде могут привести к непредсказуемым последствиям. Математические системы с хаотическим поведением являются детерминированными и в некотором смысле упорядоченными. Отдельно уходит область физики изучения недетерминированные систем, подчиняющихся законам квантовой механики.
Первым исследователем хаоса был Анри Пуанкаре. В 1880-х, при изучении поведения системы с тремя телами, взаимодействующими гравитационно, он заметил, что могут быть непериодические орбиты, которые постоянно и не удаляются и не приближаются к конкретной точке. Почти вся ранняя теория была разработана только математиками. Позже нелинейные дифференциальные уравнения изучали Г. Биргхоф, A. Колмогоров, M. Каретник, Й. Литлвуд и Стивен Смэйл. Кроме С. Смэйла, на изучение хаоса всех их вдохновила физика: поведение трёх тел в случае с Г. Биргхофом, Турбулентность и астрономические исследования в случае с А. Колмогоровым, радиотехника в случае с М. Каретником и Й. Литлвудом. Хотя хаотическое планетарное движение не изучалось, экспериментаторы столкнулись с турбулентностью течения жидкости и непериодическими колебаниями в радиосхемах, не имея достаточной теории для объяснения.
А. Н. Колмогоров, В. И. Арнольд, Ю. К. Мозер построили теорию хаоса, называемую теорией Колмогорова — Арнольда — Мозера. Теория вводит понятие аттракторов и устойчивых орбит системы (т. н. КАМ-торов).
Понятие динамического хаоса
Линейные системы никогда не бывают хаотическими. В быту под «хаосом» понимают состояние беспорядка. В теории хаоса универсального определения хаоса нет, но динамическая система, которая классифицируется как хаотическая, должна быть чувствительна к начальным условиям и иметь свойство топологического смешивания, иметь нелинейные характеристики, быть глобально устойчивой, но иметь хотя бы одну неустойчивую точку равновесия колебательного типа. По теореме Пуанкаре-Бендиксона плоская непрерывная динамическая система не может быть хаотической. Среди непрерывных систем для хаотического поведения обязательно наличие не менее трёх измерений или неевклидова геометрия. Однако дискретная динамическая система на какой-то стадии может проявить хаотическое поведение даже в одномерном или двумерном пространстве.
Чувствительность к начальным условиям
Чувствительность к начальным условиям в такой системе означает, что все точки, первоначально близко приближенные между собой, в будущем имеют значительно отличающиеся траектории. Чувствительность к начальным условиям известна как «Эффект бабочки». Термин возник в связи со статьёй «Предсказание: Взмах крыльев бабочки в Бразилии вызовет торнадо в штате Техас», которую Эдвард Лоренц в 1972 году вручил американской «Ассоциации для продвижения науки» в Вашингтоне. Взмах крыльев бабочки символизирует мелкие изменения в первоначальном состоянии системы, которые вызывают цепочку событий, ведущих к крупномасштабным изменениям. Если бы бабочка не хлопала крыльями, то траектория системы была бы совсем другой, что и доказывает линейность системы. Но мелкие изменения в первоначальном состоянии не обязательно будут вызывать цепочку событий.
Топологическое смешивание
Топологическое смешивание означает такую схему расширения системы, что одна её область в какой-то стадии расширения накладывается на любую другую область. Математическое понятие «смешивание» похоже на смешивание разноцветных красок или жидкостей.
Пример этого топологического смешивания приводит к тому, что, например, синий регион в процессе развития преобразуется сначала в фиолетовый, потом в розовый и красный регионы и в конечном итоге выглядит как облако точек, разбросанных поперек пространства В определении хаоса внимание ограничивается только закрытыми системами, в которых расширение и чувствительность к первоначальным условиям объединяются со смешиванием.
Аттракторы
Аттра́ктор — множество состояний динамической системы, к которому она стремится с течением времени. Некоторые динамические системы являются хаотическими всегда, но в большинстве случаев хаотическое поведение наблюдается только в тех случаях, когда параметры динамической системы принадлежат к некоторому специальному подпространству.
Странные аттракторы
Большинство типов движения описывается простыми аттракторами, являющимися циклами. Некоторые хаотические движения описываются странными аттракторами, которые очень сложны и имеют много параметров. Например, простая трехмерная система погоды описывается известным аттрактором Лоренца, одним из самых сложных. Странные аттракторы появляются и в непрерывных динамических системах, и в некоторых дискретных. Странные аттракторы имеют рекурсивную, фрактальную структуру. Теорема Пуанкаре-Бендиксона доказывает, что в непрерывной динамической системе странный аттрактор может возникнуть только в случае, если она имеет три или больше измерений, но это ограничение не работает для дискретных динамических систем – здесь даже одномерные системы могут иметь странные аттракторы. Движение трёх или большего количества тел, испытывающих гравитационное притяжение при некоторых начальных условиях, может оказаться хаотическим движением.
Простые хаотические системы
Хаотическими могут быть и простые системы без дифференциальных уравнений. Примером может быть логистическое уравнение, описывающее демографтческий рост количества населения со временем. Логистическое уравнение является полиномиальным отображением второй степени, вызванеым хаотическим поведением составляющих. Ещё один пример — модель Рикера, которая также описывает динамику населения.
Другой пример - клеточный автомат. Клеточный автомат — это набор клеток, образующих некоторую периодическую решетку с заданными правилами перехода. Клеточный автомат является дискретной динамической системой, поведение которой полностью определяется в терминах локальных зависимостей. Показать хаос для соответствующих значений параметра может даже одномерное отображение, но для дифференциального уравнения требуется три или больше измерений.
Математическая теория
Математики изобрели много дополнительных способов описать хаотические системы количественными показателями. Сюда входят: рекурсивное измерение аттрактора, экспоненты Ляпунова, графики рекуррентного соотношения, отображение Пуанкаре, диаграммы удвоения и оператор сдвига.
Несмотря на попытки понять хаос в первой половине двадцатого столетия, теория хаоса сформировалась только с середины столетия. Тогда для некоторых учёных стало очевидно, что преобладающая в то время линейная теория не может объяснить некоторые эксперименты. Чтобы заранее исключить «помехи», их в теории хаоса стали считать полноценной составляющей изучаемой системы, но основным катализатором для развития теории хаоса стала электронно-вычислительная машина. Большая часть математики в теории хаоса выполняет повторную итерацию простых математических формул, что трудно делать вручную.
Объект, изображения которого являются постоянными в различных масштабах («самоподобие») является фракталом (например «снежинка»). В 1975 году Мандельброт опубликовал работу «Фрактальная геометрия природы», которая стала классической теорией хаоса. В декабре 1977 Нью-Йоркская академия наук организовала первый симпозиум о теории хаоса, который посетили Дэвид Руелл, Роберт Мей, Джеймс А. Иорк, Роберт Шоу, Й. Даян Фермер, Норман Пакард и метеоролог Эдвард Лоренц. В следующем году, Митчелл Фейгенбаум издал статью «Количественная универсальность для нелинейных преобразований», где он описал логистические отображения. М. Фейгенбаум применил рекурсивную геометрию к изучению естественных форм, таких как береговые линии. Особенность его работы в том, что он установил универсальность в хаосе и применял теорию хаоса ко многим явлениям. В 1979 Альберт Дж. Либчейбр на симпозиуме в Осине представил свои экспериментальные наблюдения каскада раздвоения, который ведет к хаосу. Его наградили премией Вольфа в физике совместно с Митчеллом Дж. Фейгенбаумом в 1986 «за блестящую экспериментальную демонстрацию переходов к хаосу в динамических системах». В 1987 Пер Бак, Чао Тан и Курт Висенфелд напечатали статью в газете, где впервые описали систему самодостаточности, которая является одним из природных механизмов. Многие исследования тогда были сконцентрированы вокруг крупномасштабных естественных или социальных систем. Cистема самодостаточности стала сильным претендентом на объяснение множества естественных явлений, включая землетрясения, солнечные всплески, колебания в экономических системах, формирование ландшафта, лесные пожары, оползни, эпидемии и биологическую эволюцию. В тот же самый год Джеймс Глеик издал работу «Хаос: создание новой науки», которая представила широкой публике общие принципы теории хаоса и её хронологию. Теория хаоса прогрессивно развивалась как межпредметная и университетская дисциплина, главным образом под названием «анализ нелинейных систем».
Доступность мощных компьютеров расширяет возможности применения теории хаоса. В настоящее время теория хаоса продолжает быть очень активной областью исследований, вовлекая много разных дисциплин (математика, топология, физика, биология, метеорология, астрофизика, теория информации, и т. д.).
Теория хаоса применяется во многих научных дисциплинах, в природе хаотическое поведение наблюдается в движении спутников солнечной системы, эволюции магнитного поля астрономических тел, приросте населения, в экологии, динамике молекулярных колебаний. Есть сомнения о существовании динамики хаоса в тектонике плит и в экономике.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D1%85%D0%B0%D0%BE%D1%81%D0%B0 «Теория Большого взрыва» стартовала в эфире телеканала CBS осенью 2007 года. Сериал рассказывает о работе и жизненных перипетиях молодых и талантливых ученых-физиков Шелдона Купера и Леонарда Хофстедтера. Кроме того, в комедийном проекте важные роли играют персонажи легкомысленной соседки ученых, официантки и актрисы-неудачницы Пенни, и двух друзей – астрофизика Раджеше Кутраппали и инженера Говарда Воловица. События сериала происходят в JET лаборатории НИСА в Пасадене, Лос Анджелес. http://wek.ru/uchenye-poluchat-finansovuyu-pomoshh-ot-sozdatelej-teorii-bolshogo-vzryva
|
|
|
| Всего комментариев: 0 | |