←  Предыдущая тема Все темы Следующая тема →
Автор группы пишет:

О роли случайности во Вселенной

О том, что случайности неискоренимы, каждый человек знает по собственному опыту. На земле технологические случайности, как правило, считаются следствием плохой организации производственного процесса. Но дело в том, что наблюдения астрономов подтверждают большое влияние случайностей и для космических процессов. Понятно, что космические случайности нельзя объяснить плохой организацией космического процесса, как это делается при авариях на Земле. Космос – самоорганизующаяся система. А это значит, что в каждый данный пространственно-временной момент эта система организуется оптимальным для данной ситуации образом. Из этого следует, что случайность вмонтирована в структуру Мироздания, и воспринимать это нужно как данность.  При таком подходе довольно скоро становится очевидным, что случайность является не только деструктивным механизмом, но и созидательным. Приведём примеры, подтверждающие сказанное.


Первый пример – давление газа на стенки закрытого сосуда. Давление газа есть детерминированная (т.е. не случайная) величина, но порождается она случайным, хаотическим движением молекул газа в сосуде.  


Второй пример, не столь известный, – возникновение в галактиках специфической силы, которая формирует наблюдаемые экзотические формы  галактик. Вот фотографии некоторых таких галактик.

Кольцевые галактики с ядром в центре, со слегка смещённым ядром, с сильно эксцентричным ядром, совсем без ядра.

 

 

Спиральная галактика, видная с ребра и изогнутая в виде интеграла. Большинство спиральных галактик имеет такую изогнутую форму.

 

 

ESO 510-13

 

Галактика с полярным кольцом . Слева фотография галактики, а справа от неё схема строения галактики (из спектральных наблюдений следует, что оси вращения центрального тела и кольца вокруг него взаимно перпендикулярны).

 

 

 Сила, формирующая такие экзотические формы галактик,  названа квазилоренцевой. Предпосылками к возникновению силы служат слабая ионизация газовых облаков

(~ один ион на 1000 нейтральных атомов) и слабое магнитное поле на краю галактики. Реализует эти предпосылки к возникновению формирующей силы хаотическое движение атомов в газовых облаках. То есть эта сила возникает статистически.

 

Третий пример, относящийся к самому низкому уровню организации материи, описан в статье «Эфирные теории гравитации» (http://www.astrogalaxy.ru/914.html). Это возникновение силы гравитации  из хаотичности движения простейших частиц материи –  гравитонов. Эта теория гравитации пока рассматривается как гипотеза. Но это не отменяет её статистического характера.

Подчеркнём, что во всех трёх приведенных примерах хаотическое движение элементов рассматриваемой системы приводит к возникновению детерминированной силы – силы давления, квазилоренцевой силы, силы гравитации.

Физические системы, состоящие из элементов, некоторые параметры которых имеют случайные значения, называются стохастическими (от греческого слова стохос, что можно перевести как случайность).  Стохастические системы изучаются  методами, которые носят название статистических или вероятностных – по названию соответствующих математических дисциплин. Возникновение детерминированной силы определённого вида в стохастических системах объясняется тем, что совместное действие большого числа одинаковых и независимых случайных факторов усредняется и приводит к результату, который не зависит от случая. В математике это называется законом больших чисел. Но что значит на практике «очень большое число случайных факторов»? А что мы будем наблюдать, если число случайных факторов большое, но не очень? Небольшое? Малое? Строгие, формализованные ответы на эти вопросы дают теория вероятностей и математическая статистика. Но качественное описание наблюдаемой картины при уменьшении количества действующих факторов можно дать, не углубляясь в математические дебри. Пусть, например, прибором усредняются модули импульсов молекул. Если при усреднении число молекул невелико, то в одном случае чисто случайно все слагаемые могут оказаться с большими значениями импульса. Усреднённый результат получится большим. В другом случае наоборот все слагаемые будут с малыми значениями импульса. Усреднённый результат будет иметь маленькое значение. В третьем случае результат окажется промежуточным между первым и вторым.

Чтобы понять, как могут быть истолкованы полученные результаты, нужно учесть, что окончательный вывод делает не прибор, а человек. Характерным примером двух возможных подходов в данном случае может служить известный спор между Нильсом Бором и Максом Борном с одной стороны и Альбертом Эйнштейном с другой стороны.


М. БорнДвижение частиц следует вероятностным законам.
А. ЭйнштейнБог не играет в кости. Вероятностный характер свидетельствует лишь о том, что наше знание физической сущности микропроцессов неполно.

 

Как бы соглашаясь с Эйнштейном, Макс Борн даже утверждал: «сама вероятность распространяется в соответствии с законом причинности». То есть вероятность детерминирована? Это довольно странное утверждение по отношению к вероятности.

Впрочем, представление о стохастичности систем с большим количеством элементов и о законе больших чисел  позволяет понять, в чём заключается закон причинности для распространения вероятностей, о котором говорил Макс Борн.

По-видимому, дело обстоит так, как показано в таблице 1.

стохастическая система из детерминированных объектов

 → 
стохастическая система с более крупными детерминированными объектами  →
стохастическая система с ещё более крупными детерминированными объектами

 → 
и т.д..

 (1)

 

Область знания о микрообъектах меньших, чем  атомы, почти сплошь состоит из белых пятен. Поэтому квантовая механика пока ещё не наука, а, скорее, сборник рецептов для расчётов. Недаром девизом Макса Борна было «Сперва начать считать, потом думать». Ничего катастрофического в этом нет. Человечество всегда сперва узнавало, КАК надо что-то делать, и только много позже начинало понимать, ПОЧЕМУ надо делать именно так. По-видимому, до понимания «ПОЧЕМУ» ситуация в квантовой механике ещё не дозрела. О том, как реально выглядит цепочка (1) на микроуровне  сейчас не известно. Но на макроуровне такая цепочка прослеживается вполне определённо. Вот её фрагмент: