Глава 1. Теория Дэвида Бома

Реферат по физике

«Г О Л О Г Р А Ф И Ч Е С К А Я П А Р А Д И Г М А»

 

 

Выполнила:

Иванова Анна Викторовна,

Ученица 10 А класса

Научный руководитель:

Учитель физики

Зарудная Людмила     Александровна

 

 

Тверь, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.......................................................................................................................2

Глава 1. Теория Дэвида Бома.....................................................................................4

1.1 Понятие элементарной частицы.................................................................4

1.2 Нелокальность пространства......................................................................5

1.3 Импликативность.........................................................................................6

1.4 Голограмма...................................................................................................8

Глава 2. Теория Карла Прибрама.............................................................................11

2.1 Голографический принцип работы мозга...............................................11

2.2 Преобразование волновых форм по принципу Фурье...........................14

Глава 3. Голографическая парадигма......................................................................16

Заключение.................................................................................................................18

Приложения................................................................................................................19

Литература..................................................................................................................20

 

 

Подобно завороженному ребенку, опуститесь на колени перед фактом – в готовности, отвергнув любые предвзятые мнения, смиренно следовать за природой, в какие бездны ни вел бы указуемый ею путь; иначе вы ничему не научитесь.

Т. Гексли

ВВЕДЕНИЕ

Еще с древних времен физика играет огромную роль в жизни человека. Именно этой науке мы обязаны появлением всех технических устройств и приборов, которые нас сейчас окружают. Физика затронула все стороны нашей жизни, и мы не можем представить современный мир без этой науки. Но физика еще и теория, которая помогает не только создавать что-то новое, но и объяснять загадки природы и мироздания, окружающие человека с момента его появления на Земле. Эта наука внесла наибольший вклад в объяснение законов взаимодействия тел и появления Вселенной как таковой. Физика – это наука, сама себя развивающая, она в равной степени дает как возможность познавать, так и возможность использовать эти знания в дальнейших исследованиях.

Как и всякая другая наука, физика не стоит на месте и активно развивается в наши дни. И сейчас перед ней стоит нелегкая задача объяснения новых явлений, которых невозможно больше не замечать и которые прочно вошли в нашу жизнь. К сожалению, классическая теория физики может объяснить далеко не все явления, происходящие на Земле, и поэтому им долго приписывались свойства мистических, нереальных. Эти явления документально подтверждены, и история предоставляет множество примеров как людей, обладающих паранормальными способностями (телепатия, телекинез), так и событий, объяснение которым все больше ученых стараются найти именно в физике. Поэтому в последнее время ученые стали выдвигать другие теории, дополняющие или оспаривающие классическую теорию физики. Многие из них, какими бы они ни казались на первый взгляд невероятными, могут объяснить и доказать эти явления.

Наиболее распространенной среди таких теорий является Голографическая парадигма[1], которую начали разрабатывать в середине XX века известный физик Дэвид Бом, ученик и последователь Эйнштейна, и нейрофизиолог Карл Прибрам. По мнению многих современных ученых, таких как Роджер Пенроуз из Оксфорда, создатель современной теории черных дыр; Бернард Эспанья из Парижского университета, один из мировых авторитетов в области концептуальных основ квантовой теории; Брайан Джозефсон, Нобелевский лауреат 1973 года в области физики, голографическая модель Вселенной является одной из самых перспективных картин реальности, имеющейся в нашем распоряжении на сегодняшний день.

Все это доказывает актуальность и важность выбранной темы, и именно поэтому в данной работе рассматривается принцип существования Вселенной с точки зрения Голографической парадигмы.

Целью реферата является:

Ознакомление с концепциями, дополняющими теорию классической физики о строении Вселенной и происхождении различных природных явлений.

Задачами реферата являются:     

1. Рассмотреть основные положения теории Д. Бома.

2. Ознакомиться с открытиями, объясняющими работу мозга по принципу голограммы.

3. Ознакомиться с голографической моделью Вселенной.

 

 

ГЛАВА 1. ТЕОРИЯ ДЭВИДА БОМА

В основу книги Майкла Талбота «Голографическая вселенная», по которой написана данная работа, положены гипотезы двух выдающихся современных ученых: Дэвида Бома, профессора Лондонского университета, любимого ученика Эйнштейна, одного из наиболее выдающихся специалистов в области квантовой физики, – и Карла Прибрама, нейрофизиолога при Стэнфордском университете, автора книги «Языки мозга» – классического труда по нейропсихологии.

1.1 Понятие элементарной частицы.

Научный путь Дэвида Бома начинался у самого истока представления о материи – с мира элементарных частиц. Он не опровергает теории физиков – атомщиков о понятии элементарной частицы, но в основе его теории лежит положение о том, что электрон может проявлять себя и как частица и как волна.

Это подтверждено экспериментами. Если выстрелить электроном в экран выключенного телевизора, можно увидеть маленькую световую точку на экране. Появившийся на фосфоресцирующем слое след, доказывает о сходной с частицей природе электрона. Но это не единственная форма, которую может принимать электрон, он также может вести себя как распределенная в пространстве волна. Если им выстрелить в экран с двумя микроскопическими отверстиями, он пройдет сквозь оба отверстия одновременно. Когда волнообразные электроны соударяются между собой, они образуют интерференционные картины.

Такое изменчивое поведение присуще всем элементарным частицам. Оно также характерно для всех явлений, ранее считавшихся чисто волновыми. Свет, гамма-лучи, радиоволны, рентгеновские лучи – все они могут превращаться из волны в частицу и обратно. Сегодня физики рассматривают такие внутриатомные явления не в рамках отдельных категорий волн или частиц, а как единую категорию, обладающую сразу двумя свойствами.

 

1.2 Нелокальность пространства.

Еще одним положением теории Бома является нелокальность пространства. На уровне нашей обычной реальности все вещи обладают вполне конкретной локализацией, однако, в интерпретации Бома, на квантовом уровне локализация отсутствует. Все частицы имеют взаимосвязь, они не разрознены и представляют собой часть неделимого целого. Такая точка зрения сильно отличается от положений классической науки, которая всегда рассматривает систему как простое сложение поведения ее отдельных частей.

В конце 1950-х годов Бом работает в Англии, в Бристольском университете, где активно продолжает вести научную работу. Там вместе с молодым исследователем Якиром Аароновым он обнаружил подтверждение нелокального взаимодействия. Бом и Ааронов установили, что при определенных обстоятельствах электрон может «почувствовать» присутствие магнитного поля в области, где вероятность нахождения электрона равна нулю. Это явление известно сегодня под именем эффекта Ааронова-Бома.

Идеи Бома вызвали интерес у многих физиков. Одним из них был Джон Стюарт Белл, теоретик из CERN'a – Центра ядерных исследований в Швейцарии. Он быстро нашел элегантное математическое обоснование экспериментальной проверке теории Бома. Единственной проблемой проведения эксперимента было ограничение точности, обусловленное тогдашним развитием техники, так как экспериментальные измерения должны были производиться за бесконечно малый промежуток времени, в течение которого луч света не успевал бы пройти расстояние между частицами.

В 1980-е годы уровень развития технологии позволил поставить такой эксперимент, и в 1982 году физики Ален Аспект, Жан Далибар и Жерар Роже из Института оптики Парижского университета получили положительный результат.

Сначала они произвели серию одинаковых фотонов путем нагрева атомов кальция лазерами. Затем они позволили каждому фотону бежать в противоположных направлениях через трубку длиной 6,5 метров и проходить через специальные фильтры, направляющие их к одному из двух возможных анализаторов[2]. Каждый фильтр производил переключение между одним и другим анализатором за 10 миллиардных секунды, то есть на 30 миллиардных секунды меньше, чем было необходимо свету для прохождения 13 метров, отделяющих каждую группу фотонов. Таким путем Аспект и его коллеги смогли исключить любую возможность связи фотонов через известные физические процессы.

Аспект и его коллеги обнаружили, что, как и предсказывала квантовая теория, каждый фотон может коррелировать[3] свой угол поляризации[4] с углом своего двойника. Это указывало либо на нарушение эйнштейновского запрета на связь, превышающую скорость света, либо на нелокальную связь обоих фотонов. Поскольку большинство физиков не могли согласиться с привнесением в физику процессов, скорость которых превышает скорость света, эксперимент Аспекта стал рассматриваться как подтверждение нелокальной связи двух фотонов.

 1.3 Импликативность.

В 1960-х годах Бом занялся пристальным изучением порядка. В классической науке все объекты обычно разделяются на две категории: объекты, обладающие упорядоченностью своих частей, и объекты, части которых находятся в неупорядоченном, или случайном состоянии. Снежинки, компьютеры и живые существа – все это примеры упорядоченных объектов. Рассыпанные зерна кофе на полу, обломки после взрыва, числа, генерируемые рулеткой, – примеры неупорядоченных объектов.

 По мере того как Бом все более углублялся в изучаемый предмет, он стал понимать, что существуют различные степени порядка. Некоторые вещи более упорядочены, чем другие, причем иерархия порядка бесконечна во Вселенной. Из этого Бом сделал вывод: что нам кажется неупорядоченным, может и не являться таковым. Возможно, порядок этих вещей имеет «такую бесконечно большую величину», что они кажутся беспорядочными.

Позже Бом увидел в телевизионной программе устройство, способствовавшее дальнейшему развитию его идей. Устройство представляло собой специально спроектированный сосуд, содержащий большой вращающийся цилиндр. Пространство сосуда было заполнено глицерином – плотной, прозрачной жидкостью – с неподвижно плавающей в нем каплей чернил. Бома заинтересовало следующее. Когда ручку цилиндра поворачивали, чернильная капля расползалась по глицерину и казалась растворенной. Но как только ручку начинали крутить в противоположном направлении, слабая чернильная траектория медленно исчезала и превращалась в исходную каплю. Этот опыт наглядно иллюстрировал представления Бома о порядке, то есть когда чернильное пятно расползалось, оно все-таки имело «скрытый» (то есть непроявленный) порядок, который проявлялся, как только капля восстанавливалась. С другой стороны, на нашем обычном языке мы сказали бы, что чернила были в состоянии «беспорядка», растворившись в глицерине. Этот опыт привел Бома к новому определению порядка.

Аналогично понятию порядка, Бом дает понятие реальности. Как в случае с каплей чернил в цилиндре, наполненном глицерином, наша повседневная, привычная реальность имеет раскрытый порядок. Как только капля чернил расплывается, порядок становится скрытым, но он никуда не исчезает. Также происходит и с реальностью, она становится более глубокой, то есть раскрывает более глубокий порядок бытия. Бом называет этот глубинный уровень реальности импликативным (то есть «скрытым») порядком, в то время как наш собственный уровень существования он определяет как экспликативный, или раскрытый порядок.

Импликативным порядком и нелокальностью пространства объясняются многие свойства элементарных частиц. Эти свойства можно легко рассмотреть на примере атома позитрония. Атом позитрония состоит из электрона и позитрона. Поскольку позитрон является античастицей электрона, эти две частицы в конце концов аннигилируют и распадаются на два кванта света, или «фотона», бегущих в противоположных направлениях. Первое необычное свойство квантового микромира - способность одного типа частиц превращаться в другой тип. Согласно квантовой физике, вне зависимости от того, как далеко разбегутся фотоны, при измерении они дают одинаковые углы поляризации, то есть пространственной ориентации волновой формы фотона, исходящей из точки. Второе необычное свойство - способность  каждого фотона  к корреляции своего угла поляризации с углом своего двойника.

Первое свойство элементарных частиц в теории Бома объясняется импликативным порядком или реальностью. Постоянный и динамический обмен между двумя порядками (экспликативным и импликативным) объясняет, как частицы, такие как электрон в атоме позитрония, могут превращаться из одного типа в другой. Такие превращения можно рассматривать как свертывание, скажем, электрона обратно в импликативный порядок и развертывание фотона на его месте. Это также объясняет, каким образом квант может проявляться в виде либо частицы, либо волны. Второе свойство, как уже было рассмотрено ранее, объясняется нелокальностью пространства, то есть взаимосвязью всех частиц.

1.4 Голограмма.

Открытие импликативности сильно воодушевило Бома. Наконец он нашел метафору для понимания порядка, которая позволила не только свести воедино все его разрозненные мысли за многие годы, но и предоставила мощный аналитический аппарат в его распоряжение. Этой метафорой была голограмма. Как только Бом начал внимательно изучать голограмму, он увидел, что она тоже представляла собой новый способ объяснения реальности.

Чтобы понять голографическую теорию Бома, следует разобраться в понятии и свойствах самой голограммы. Явление, лежащее в основе голограммы, – это интерференция, возникающая в результате наложения двух или более волн. При этом возникает сложная конфигурация из пересекающихся вершин и впадин, которая и известна как интерференционная картина. Такую картину может создавать любое волновое явление, но особенно эффективен в данном случае лазерный луч, поскольку он является исключительно чистым, когерентным источником света, поэтому принцип создания голограммы лучше рассмотреть на примере интерференции лазерных лучей.

Голограмма создается, когда одиночный луч лазера расщепляется на два отдельных луча. Первый луч отражается от фотографируемого объекта, после чего второй луч сталкивается с отраженным светом первого. При этом они создают интерференционное изображение, которое затем записывается на пленку. Как только луч другого лазера попадает на пленку, возникает трехмерное изображение первоначального объекта (приложение 1).

Как заметил Бом, все свойства голограммы очень схожи со свойствами Вселенной в том виде, в каком он описывает ее в своей теории.

Первое такое свойство - трехмерность. Трехмерность изображения голографических объектов удивительно реальна. Можно обойти голографическую картинку и увидеть ее под разными углами, как будто это реальный объект. Действительно, все в нашей Вселенной трехмерно.

Второе свойство голограммы - нелокальность. Если часть голографической пленки, содержащей, например, изображение яблока, разрезать на две половинки и затем осветить лазером, каждая половинка будет содержать целое изображение яблока! Даже если каждую из половинок снова и снова делить пополам, целое яблоко по-прежнему будет появляться на каждом маленьком кусочке пленки (хотя изображения будут ухудшаться по мере уменьшения кусочков). Все это очень напоминает положение теории Бома о нелокальности пространства и неразрозненности и взаимосвязи всех частиц и объектов во Вселенной.

Третье свойство голограммы - наличие импликативного порядка. Для невооруженного глаза картинка, получаемая на фотографической пленке, совершенно не похожа на фотографируемый объект. Отдаленно она напоминает концентрические круги, беспорядочно и неравномерно расположенные на фотопластинке. Человеческий мозг не в состоянии упорядочить картинку и найти в ней какие-либо закономерности. Однако это не значит, что их нет. Достаточно осветить фотопленку лазерным лучом и в пространстве возникает трехмерное изображение сфотографированного объекта. По теории Бома, во Вселенной также присутствует импликативная и экспликативная реальности. Как два аспекта голограммы, импликативная реальность или порядок будет соответствовать трехмерному изображению объекта, а экспликативный - картинке на фотопленке. Как трехмерное изображение предмета и его фотография будут абсолютно реальными и существующими одновременно, но проявляющими себя в определенных условиях (при освещении картинки лучом лазера), так и обе реальности будут существовать одновременно и проявлять себя в зависимости от определенных условий.

Чем больше Бом думал над этими особенностями голограммы, тем более он убеждался в том, что Вселенная фактически использует голографический принцип в своей работе, да и сама представляет своего рода огромную, плавающую голограмму. Но поскольку термин «голограмма» обычно относится к статичному изображению и не передает динамику и активный характер бесконечных свертываний и развертываний, непрерывно создающих нашу вселенную, Бом предпочитает определять вселенную не как голограмму, а как «голодинамику» (holomovement).

Идея о голографичности Вселенной в конце концов позволила Бому выкристаллизовать различные догадки в целостную теорию. Свои первые статьи о голографическом характере Вселенной Бом опубликовал в начале 1970-х годов, а в 1980 году издал законченный труд под названием «Полнота и импликативный порядок». Конечно, Бом не верит, что какая-нибудь теория может быть совершенно непогрешимой, включая и его собственную, но целый ряд поразительных открытий новейшей физики свидетельствует: Бом может быть прав.