На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Гефтер Аманда

Супергравитация – теория, которая объединяет общую теорию относительности с суперсимметрией. Поскольку суперсимметричные преобразования локальны и то, что выглядит как бозон в одной системе отсчета, может выглядеть как фермион в другой, требуется калибровочная сила для компенсации рассогласования между системами отсчета. Таким калибровочным взаимодействием является гравитация.

Суперпозиция – явление, связанное со способностью квантовой системы находиться одновременно в нескольких взаимоисключающих квантовых состояниях, вроде шрёдингеровского кота, который и жив и мертв в одно и то же время. Мы не можем измерить квантовую систему, пока она находится в суперпозиции – при измерении суперпозиция сразу исчезает. Тем не менее у нас есть проявление суперпозиции в виде интерференционной картины. Суперпозиции отражают небулеву логику квантовой теории.

Суперсимметрия – теория, согласно которой бозоны и фермионы – это разные представления одного и того же универсального объекта. Отсюда следует, что всякий известный бозон – это какой-то известный фермион, только замаскированный, и наоборот; в результате число элементарных частиц должно уменьшиться вдвое. Но на деле это не так. Вместо этого у всех известных бозонов появляется в качестве партнера какой-то неизвестный фермион, и наоборот, то есть количество элементарных частиц удваивается, причем половина из них никогда еще не наблюдалась. С другой стороны, суперсимметрия элегантно сокращает число семейств частиц до одного и при локальной симметрии объединяет гравитацию с другими известными взаимодействиями. Иногда бритва Оккама режет в обоих направлениях.

Темная материя – гипотетическая форма материи, не участвующая ни в электромагнитных, ни в сильных ядерных взаимодействиях, но ее гравитационное поле, по мнению ученых, не дает разлетаться звездам в галактике.

Темная энергия – непознанная причина ускоренного расширения Вселенной. Наиболее вероятный подозреваемый – эйнштейновская космологическая константа.

Теорема Гёделя о неполноте утверждает, что если математическая система аксиом – достаточно сложная, чтобы, по крайней мере, формулировать утверждения о себе самой – непротиворечива, то она не может быть полной. То есть она будет содержать утверждения, которые в рамках данной системы принципиально недоказуемы.

Теорема о запрете клонирования – неизвестное квантовое состояние не может быть скопировано.

Теория петлевой квантовой гравитации – теория квантовой гравитации, в которой пространство-время состоит из дискретных единиц площади и объема.

Теория струн – одна из версий теории квантовой гравитации, полагающая, что все разные типы элементарных частиц представляют собой колебания одной сущности: струны. Суперсимметричные струны вибрируют в девяти пространственных измерениях.

Ускорение – скорость, с которой вектор скорости меняется во времени.

Ускоренный наблюдатель – наблюдатель, чьи скорость или направление движения претерпевают изменение. Встречается в книге под условным именем Сэйф. Ему не грозит падение в черную дыру.

Фаза – параметр, указывающий мгновенное состояние данного волнового процесса относительно данного наблюдателя. Фаза – это вовсе не какое-то внутреннее свойство волны, она зависит и от системы отсчета, от точки, в которой рассматривается волна.

Фермион – элементарная частица с полуцелым спином. Самый известный пример фермиона – электрон, спин которого 1/2.

Фиктивная сила – сила, возникающая вследствие определенного выбора состояния наблюдателя. Все четыре фундаментальные взаимодействия, существующие в природе, – гравитация, электромагнетизм, сильные и слабые ядерные силы – переносятся калибровочными полями, поэтому возникающие в результате силы являются фиктивными.

Фридманово пространство (пространство с метрикой Фридмана – Робертсона – Уокера, или, сокращенно, FRW-метрикой) – простая модель однородной расширяющейся или сужающейся вселенной.

Хиггсовский бозон – элементарное возбуждение хиггсовского поля.

Хиггсовское поле – всепроникающее поле, благодаря которому левоспиральные частицы симметричны правоспиральным. В результате и те, и другие могут иметь массу без нарушения калибровочной инвариантности.

Черная дыра – область пространства-времени, где настолько сильна гравитация, что даже свет не может выбраться из нее.

Черные дыры: парадокс потери информации. Что происходит с информацией внутри черной дыры, испаряющейся вследствие хокинговского излучения? Если информации удается оттуда выскользнуть, то теория относительности Эйнштейна неверна. Если информация не может избежать разрушения, то неверна квантовая механика. Но ни теория относительности, ни квантовая механика не должны оказаться ошибочными.

Эксперимент с двойной щелью – классический эксперимент, иллюстрирующий особенности квантового поведения частиц. В эксперименте частицы направляются на экран с двумя узкими параллельными щелями. За экраном расположена фотографическая пластинка для регистрации частиц. Когда обе щели открыты, на фотопластинке возникает интерференционная картина из чередующихся темных и светлых полос, характерная для налагающихся друг на друга волн. Даже в случае одиночных фотонов, проходящих через экран один за другим со значительной задержкой, возникает такая же интерференционная картина – факт удивительный, указывающий на то, что отдельные фотоны проходят через обе щели одновременно. Но если для регистрации фотонов в одной из щелей устанавливается детектор, то фотон будет проходить только через одну щель, и интерференционная картина исчезает.

Эксперимент с отложенным выбором – предложенная Уилером версия эксперимента с двойной щелью, в котором наблюдатель принимает решение либо измерить интерференционную картину, возникающую при прохождении частицы через обе щели, либо измерить траекторию, по которой проходит частица, и тем самым нарушить интерференцию уже после того, как частица, предположительно, прошла либо через обе щели, либо через одну. Другими словами, выбор наблюдателя определяет историю Вселенной после того, как она уже произошла.

Элементарная частица – неприводимое представление группы симметрии Пуанкаре. Это определение имеет значение лишь в таком пространстве-времени, которое инвариантно относительно движений этой группы, то есть в плоском пространстве-времени без гравитации. В присутствии гравитации не существует независимого от наблюдателя определения элементарной частицы. И в любом случае она, однозначно, совсем не похожа на крошечный шарик.

Энтропия – мера информации, требуемой, чтобы в деталях описать физическую систему.

Эпистемология – наука о познании: о том, что познаваемо и как, и о том, что непознаваемо и почему.

ЭПР – мысленный эксперимент, придуманный Эйнштейном, Борисом Подольским и Натаном Розеном в попытке доказать, что квантовая теория как описание реальности неполна. Если какие-то параметры двух физических систем – скажем, спины двух частиц – коррелированы, то при измерении параметров одной системы должны быть немедленно определены параметры другой, как бы далеко они ни находились друг от друга. Авторы эксперимента считали, что поскольку теория относительности запрещает мгновенные действия на расстоянии, то должны существовать так называемые скрытые параметры квантовых состояний, которые определяют свойства в любой момент времени, даже до измерения. Теорема Белла впоследствии доказала ошибочность такой интерпретации, а реляционная интерпретация квантовой механики Карло Ровелли устранила ЭПР-парадокс, показав зависимость результатов квантовых измерений от наблюдателя.