Фундаментальные вопросы статистической физики и квантовой механики
Эти вопросы обсуждаются в работах группы применительно к физике, химии и биологии.
Противоречие между обратимостью во времени классических законов движения молекул и необратимостью термодинамики молекулярных систем остается вызовом науке уже более столетия. Вопрос обсуждался на круглом столе "Microscopic origins of macroscopic irreversibility" конференции по статистической физике (Париж, 1998): оппонентами в присутствии двух тысяч ученых были Либовиц и Пригожин.
В работах группы проблема расширена на другие явления и строится иерархия от простейших ко все более сложным процессам, условно разбитым на три блока:
(1) механика, электродинамика, термодинамика : тепловые процессы, плазменное, фотонное эхо и др., необратимое второе начало;
(2) (био)химия : принцип детального равновесия и микроскопической обратимости, обратимость химических реакций, необратимость некоторых молекулярных машин (синтез и гидролиз АТФ по А.Д. Виноградову), необратимость передачи информации ДНК>белок;
(3) биология : обратимость клинической смерти, необратимость биологической смерти и развития живых организмов, природы и общества.
Мы полагаем, что вся эта иерархическая башня не может стоять на фундаменте одних только обратимых уравнений Ньютона, Максвелла, Шредингера и др. Чтобы обеспечить устойчивость иерархии в ее основание добавляется постулат коллапса (редукции) волновой функции в согласии с идеей, высказанной Нейманом и Ландау. Мгновенность, случайность и нелокальность коллапса обсуждается на примере различных экспериментов, в частности, по квантовой телепортации.
Фундамент из обратимых законов движения и необратимого коллапса применен к рассмотрению трех вышеуказанных уровней:
(1) противоречие между возрастанием энтропии и классическими законами молекулярного движения устраняется, если к последним добавить квазиклассические поправки; обсуждается их величина и стохастический характер, они служат спусковым механизмом для развития ляпуновской неустойчивости и перемешивания;
(2) новые факторы возникают на этом уровне – классические бифуркации на потенциальном рельефе и квантовые бифуркации в пересечениях потенциальных поверхностей (последний эффект используется в фемтохимии);
(3) формулируется дополнение, что коллапс волновой функции есть качество, присущее живой материи, а биологическая смерть есть необратимая потеря этого качества; такая постановка смещает проблему коллапса из физики в физиологию; обсуждается связь коллапса с органами чувств.
Развитый подход применяется к проблеме предсказуемости:
(a) задача Коши для динамических процессов;
(b) детерминизм стохастических уравнений ограничен временем динамической памяти t m ;
(c) вероятностное предсказание справедливо для времен, больших t m ;
(d) накопление бифуркаций ограничивает предел вероятностного предсказания, далее работают процессы самоорганизации.
Мы полагаем, что случайность имеет объективный смысл и предел предсказуемости существует для любого динамического процесса в природе и обществе.
|