Есть понятия, которые на первый взгляд никак не связаны между собой. В современной физике с её очень высокой степенью специализации и сложности понятийного и математического аппарата многократно возросли препятствия для всеобъемлющего взгляда на природу явлений. Охватить целостную картину мозаики естествознания, составленную из отдельных кусочков, становится все труднее. Во времена Аристотеля или Леонардо да Винчи один человек мог быть и философом, и механиком, и математиком, и художником, во времена Ньютона один учёный мог прекрасно разбираться в теории упругости, небесной механике и математическом анализе, во времена Максвелла и Карно уже явно обозначилось разделение физиков на специалистов по электричеству, термодинамике, механике и оптике. В XX веке физика "пошла в разнос". Охватить одинаково хорошо все её разделы стало невозможно. Сейчас специализация стала совсем узкой. Астрофизик не поймет твердотельщика, а эксперт по фундаментальным взаимодействиям вряд ли найдет общий язык со специалистом по гидродинамике. Скорость накопления новых знаний превышает возможность их обобщенного восприятия.
В такой ситуации формальное описание явлений природы обгоняет их осознание. Математика подавляет физику. Мы отказываемся от понятий-образов и заменяем их на понятия-фантомы. Одним из таких фантомов является корпускулярно-волновой дуализм. Это понятие фактически объявляет нормальным раздвоенность сознания, характерное для шизофреников. Мы должны признать реальным существование взаимно исключающих сущностей в одном объекте. Неопределенность Шрёдингера и квантовая запутанность - из той же оперы. Нас приучают к мнению, что это нормально, что так уж устроен мир, и перечить этому мнению стало даже как-то неприлично.
Однако, квантовая механика работает, ведь она даёт точные предсказания для ядерных реакций, отлично согласуется со спектрами излучения атомов и вообще позволила разложить по полочкам элементарные частицы. Этот аргумент кажется непробиваемым. Но это не так! Любой грамотный человек знает, что к одному и тому же результату можно прийти разными путями. Если теория даёт правильный результат, это хороший аргумент в её пользу, но вовсе не окончательный. Сегодня мы имеем некоторое решение в виде квантовой (волновой) механики и стандартной модели элементарных частиц. Также мы имеем приемлемое для современных задач решение для гравитационного взаимодействия. Но эти решения имеют по меньшей мере два существенных недостатка. Один из них - курпускулярно-волновой парадокс в квантовой механике, второй - проблема сингулярности в теории гравитации (ОТО). Кроме того, эти две концепции несовместимы на фундаментальном уровне. И эти противоречия неустранимы в рамках современных представлений.
Физики пока не могут найти выход и довольствуются сложившейся по сути шизофренической моделью мироздания. До недавнего времени физики дружно условились терпеть такое раздвоение сознания, но в последние годы появляются дополнительные сведения, заставляющие все больше сомневаться в самих основах современных теорий. Например, для объяснения поведения галактик приходится вводить новые и довольно надуманные понятия наподобие тёмных масс и энергий. Попытки построить квантовую теорию гравитации тоже пока не увенчались успехом.
Ясная с математической точки зрения картина становится все более туманной, обрастает новыми дополнительными искусственно вводимыми слагаемыми. Это начинает напоминать подгонку под результат. Этот приём хорошо знаком студентам технических вузов, когда нужно подогнать результаты лабораторной работы под нужный теоретически обоснованный результат. Только здесь обратный процесс: теория подгоняется под результаты наблюдений.
Такое положение дел должно стимулировать у честных физиков поиск альтернативных путей описания известных квантовых и гравитационных явлений.
Возможно, дело в том, что мы пытаемся "улучшить" существующие теории, опираясь на фантомный фундамент? А опору надо искать совсем не там? Возможно, "волновые" свойства вообще не связаны ни с какими волнами и полями, в которых они якобы существуют. Да и само понятие поля как физической (не фантомной) сущности является не состоятельным? Между прочим, для квантовой механики это понятие - атавизм. Все взаимодействия осуществляются непосредственно квантами без участия каких-либо полей. И употребляя термин "электромагнитное поле", мы скорее отдаём дань традиции, чем соотносим это сочетание слов с реальной физической сущностью.
В связи с вышесказанным очевидно, что первым шагом на пути к примирению квантовой теории и ОТО, к заветной мечте всех физиков - Великому Объединению, должен стать чёткий выбор в пользу либо квантов, либо полей. Без этого усилия мы не сдвинемся с мёртвой точки, а так и будем сидеть у камня на распутье.
Если сделать выбор в пользу квантов, то в квантовой механике мы должны отказаться от волновых функций, как физических понятий, оставив им роль вспомогательного (фантомного) математического инструментария (формального аппарата, полезного для расчётов определённых квантовых систем). А в теории гравитации придётся отказаться от "искривления" неразрывной ткани пространства-времени, отдав предпочтение дискретной (ячеистой) концепции пространства и локальному времени.
Фантомные понятия часто бывают полезными. Используем же мы понятие степеней свободы в теоретической механике! Да, мы вводим для них формальные переменные-координаты в некотором фантомном пространстве. Это существенно облегчает расчёты. Но мы не говорим о пространстве степеней свободы, как о реально существующем в природе. Я намеренно избегаю терминов "абстрактный" или "виртуальный", чтобы выделить фантомные понятия в отдельный класс, поскольку абстрактными и виртуальными часто называют понятия, относящиеся к вполне реальным объектам (хотя это не корректно, но это отдельный вопрос терминологии). Но именно с понятиями-фантомами нужно оперировать особенно осторожно. Например, виртуальный (обменный) фотон в электрослабом взаимодействии может быть вполне реальным объектом, а пространство степеней свободы - нет (только если оно не совпадает с реальным пространством) .
Итак, отказавшись от волновой природы, мы должны найти способ объяснить такие явления как, например, интерференционные полосы в опыте Юнга с отдельными фотонами. Признанный авторитет в области квантовой механики Ричард Фейнман в своих всемирно известных лекциях утверждал, что этот опыт невозможно объяснить никаким классическим образом. Фактически он озвучил признание того факта, что человеческому разуму не дано осознать это явление непротиворечивым образом.
Но почему бы все-же не попытаться? Идея заключается в том, что кванты движутся в дискретном пространстве по законам, подобным тому, который действует в цепях Маркова (подробная информация о цепях Маркова общедоступна). Простейшая цепь Маркова состоит из двух ячеек, переходы между которыми происходят с известной вероятностью и зависят только от текущего положения объекта (частицы). В цепях Маркова направление следующего шага (будущего) зависит только от текущего положения (настоящего) и не зависит от предыдущих шагов (прошлого). Это хорошо согласуется также с интуитивным представлением о времени, в котором есть прошлое, которое невозможно изменить, есть настоящее, только в котором мы существуем и только в нем можем осуществлять свою волю, оказывая влияние на будущее.
Если предположить, что реальный мир на элементарном уровне устроен подобным образом, то в принципе можно построить модель, математически идентичную волновой квантовой механике, но опирающуюся не на волновую природу квантов, а на стохастический (вероятностный) характер передвижения квантов по ячейкам квантового пространства.
Для этого надо расширить правило следования шагов для цепей Маркова, распространить его на систему объектов в ячейках пространства. При этом распределение вероятностей для следующего шага каждой частицы системы будет зависеть только от текущего распределения частиц в ячейках.
Однако, здесь возникает трудность с определением текущего состояния системы, если принять во внимание относительность одновременности. Вообще, определение понятия физического времени в такой концепции - не тривиальная задача. Одно из простейших решений - определить время как локальную сущность, когда одновременность можно определить только для непосредственно соседствующих ячеек пространства. Ячейки же, не имеющие непосредственной связи, вообще не имеют общего времени, оно для таких ячеек просто не может быть определено. И тогда распределение вероятностей переходов в данной ячейке цепи зависит только от её текущего состояния и текущего состояния соседних ячеек. Тогда для перехода к классическому пониманию времени, когда мы говорим о нем в протяженном (глобальном) смысле, мы должны ожидать, что для достаточно равновесных систем (в частности, инерциальных) локальное время может совпадать для отдельных квантов и может использоваться представление о глобальном времени.
Так может выглядеть решение сразу двух фундаментальных проблем современной физики.
Надежда на перспективность описания квантовых явлений на основе цепей Маркова подкрепляется поведением математических моделей, использующих вероятностный характер шагов, подчинённый некотором правилу. Наглядными примерами таких структур являются, например, треугольник Серпинского или папоротник Барнсли. Часто такие законы движения приводят к возникновению аттракторов (attract - притягивать, захватывать), когда частица не выходит за пределы ограниченной области и, более того, избегает посещать определённые зоны, всякий раз оказываясь только в "разрешённых" местах, несмотря на хаотический характер выбора каждого следующего шага. И след частицы при этом образует фрактальную структуру. Интерференционные и дифракционные картины, характерные для распространения волн очень напоминают фпакталы.
Суть проблемы в опыте Юнга заключается в том, что отдельные фотоны, прошедшие через одно из двух отверстий в разное время, "рисуют" на экране картину интерференционные полос, то есть ведут себя так, как будто они связаны между собой, как будто бы они сидят на одной волне, хотя физически их ничто не связывает. Нет никакой причины им зависеть друг от друга. Они испускаются источником света независимо и не одновременно. Но если их связывает общее правило аттрактора, то им и не нужно быть связанными. Нужно только найти это правило, найти закон, по которому природа "рисует" свои "папоротник Барнсли".
Спасибо, если дочитали до конца.