Коллега, в 2013 году официально признано, что вся структура нашей Вселенной образована в результате квантовых флуктуаций и это является одним из самых впечатляющих проявлений влияния законов квантовой механики на Вселенную в космологически больших масштабах.

Вы, мой друг, совершенно правы. Влияние квантовой механики на всё, что происходит во Вселенной действительно огромно. Но, сначала давайте уточним основополагающие определения:
Флуктуации (от лат. fluctuatio – колебание) – случайные отклонения наблюдаемых физических величин от их средних значений.
Квантовые флуктуации – мельчайшие неоднородности, предсказанные Принципом неопределённости Гейзенберга, которые всегда присутствуют во Вселенной. 

Обычно мы сталкиваемся с электрическими флуктуациями (тепловой шум) на микроуровне. Считается, что они обусловлены тепловым движением носителей заряда в проводнике, в результате чего на концах проводника возникает флуктуирующая разность потенциалов. Эти флуктуации возникают в металлических и неметаллических проводниках, в электронных, ионных и полупроводниковых приборах.

Но, есть флуктуации и на макроуровне. Типичным примером этому являются флуктуации давления в броуновском движении. Подробно об этом мы говорили, рассматривая Броуновское движение. Более того, уже более века существует космологическая гипотеза Больцмана (1844-1906), согласно которой весь наблюдаемый звёздный мир, включая Солнечную систему, является одной из грандиозных флуктуаций во Вселенной, находящейся в целом в состоянии термодинамического равновесия.

Проблему образования Вселенной в 70-е годы прошлого века безуспешно пытался решить Старобинский (Институт Ландау), но его идея о том, что квантовые флуктуации растянуты далеко за пределы масштабов квантового мира, получила продолжение. И уже в 1981 году Мухаров (МФТИ) и Чибисов (Институт Физики им. Лебедева) открыли, что «эти флуктуации могли играть роль семян, которые постепенно проросли в структуру современной Вселенной в виде паутины – галактики, скопления и сверхскопления галактик».

Поначалу это предположение было похоже на научную фантастику. Квантовые флуктуации проявляют себя на субатомном уровне, поэтому сама идея того, что из них могли вырасти галактики, казалась чем-то нелепым. Но дальнейшие теоретические изыскания и наблюдения дали серьёзные подтверждения этой точки зрения.

Кульминацией этих исследований была адаптация теории квантовых флуктуаций для Вселенной. Эта теория официально признана в 2013 году. Она кардинально изменили наш взгляд на происхождение Вселенной и на механизм её формирования.

Коллега, пока официально признаны лишь математические выкладки. А можно придать им хоть какой-то физический смысл?

Конечно, можно, мой друг. Согласно той же гипотезе Больцмана, в равновесной Вселенной, если она достаточно велика (а она бесконечна!), должны возникать не только малые, но и грандиозные флуктуации. Здесь логика проста: в малых объёмах – малые флуктуации, а в огромных – огромные флуктуации. Этот процесс рассмотрен нами в Полевой модели всего.

Тут можно представить бесконечное по размерам потенциальное поле, на всем пространстве которого колеблется энергия в виде волн с одинаковой амплитудой (высотой) и периодом (длиной волны). Однако в Природе нет строго одинаковых волн. Всякая реальная гармоническая волна в действительности представляет собой группу волн с периодически меняющейся амплитудой. Соответствующий спектральный прибор обнаружит в ней не одну частоту, а несколько с близкими значениями. Чем меньше разница этих частот, тем больше длина группы волн отличается от длин волн, составляющих эту группу.

Дополнение: Приходящий к нам от далёкой звезды или галактики свет несёт очень мало прямой информации. Все звёзды (за редким исключением) для наших телескопов представляют собой точечные источники света. Мы не в состоянии увидеть их поперечные размеры, структуру и внутренние движения. Однако свет от них можно разложить в спектр различных частот. Основная часть света концентрируется на отдельных дискретных частотах, которые соответствуют определённым атомным процессам. Каждый атом создаёт свой собственный «отпечаток пальцев» из определённых частот. Так мы с помощью приходящего света узнаём, какие атомы содержат звёзды и галактики. 

Справка: Гармонические колебания – колебания, при которых физическая величина изменяется с течением времени по закону синуса или косинуса.
Групповая скорость – скорость движения группы или цуга (вереницы) волн с достаточно узким спектром, которая при отсутствии поглощения в среде совпадает со скоростью перемещения энергии этой группы волн. Обычно интерпретируется как скорость перемещения максимума амплитудной огибающей волнового пакета или цуга волн.
 
В качестве примера рассмотрим простейший случай наложения (интерференции) двух волн, близких между собой по периоду и высоте. Результат интерференции двух таких волн представлен на рисунке. 

Здесь пунктиром показаны интерферирующие волны 1 и 2, сплошной линией - результирующая волна, а прерывистой линией – её огибающая, которая охватывает несколько результирующих волн (в данном случае их число равно шести), изменяющих свою амплитуду (высоту) от почти нулевых значений до наибольшей и вновь до минимума. Эту совокупность результирующих волн мы и называем группой волн.

Теперь рассмотрим более сложный волновой процесс, в котором амплитуда отлична от нуля только в небольшой части пространства (волновой пакет), а в остальном пространстве практически равна нулю. Для этого наложения двух плоских волн уже недостаточно. Такой процесс можно образовать путем наложения волн, у которых частота (длина волны) непрерывно меняется в пределах некоторого интервала. 

В этом случае необходимо озвучить ансамбль звуков с изменяющимися частотами, то есть следует «озвучить Слово». Поэтому в Библии и сказано, что «В начале было Слово,,,» (От Иоанна, 1:1). Причём, это должно быть не простое слово, а определённый набор звуков соответствующих частот: «…и Слово было Бог» (От Иоанна, 1:1).

Справка: <b>Волновой пакет</b> – распространяющееся волновое поле, занимающее в каждый момент времени ограниченную область пространства. Он может возникнуть у волн любой природы (звуковых, электромагнитных и т.п.). Такой волновой «всплеск» в некоторой области пространства может быть разложен на сумму монохроматических волн, частоты которых лежат в определённых пределах.

Волновой пакет обычно связывают с движущейся частицей, механическая скорость которой совпадает со скоростью перемещения его центра. Отсюда можно сделать вывод, что волновой пакет описывает свободно движущуюся частицу, возможная локализация которой в каждый данный момент времени ограничена некоторой небольшой областью координат (т. е. волновой пакет является волновой функцией такой частицы).

Если частица локализована в некоторой ограниченной области пространства, то её импульс уже не является точно определённой величиной – имеется некоторый разброс возможных его значений. Состояние такой частицы представится суммой (точнее, интегралом, так как импульс свободной частицы изменяется непрерывно) монохроматических волн с частотами, соответствующими интервалу возможных значений импульса. Наложение (суперпозиция) группы таких волн, имеющих почти одинаковое направление распространения, но слегка отличающихся по частотам, и образует волновой пакет. Это означает, что результирующая волна будет отлична от нуля лишь в некоторой ограниченной области. В квантовой механике это соответствует тому, что вероятность обнаружить частицу в области, занимаемой волновым пакетом, велика, а вне этой области практически равна нулю.
  
Если частица не свободна, а находится вблизи центра потенциального поля, например электрон в кулоновском поле протона в атоме водорода, то такой связанной частице будут соответствовать стоячие волны, сохраняющие стабильность. Форма волнового пакета, при этом, остаётся неизменной, что отвечает стационарному состоянию системы.

Распространяющимися волновыми полями, занимающими в каждый момент времени ограниченную область пространства, являются и потенциальные поля галактик, каждой звезды (в том числе и нашей звезды – Солнце), всех планет, и даже их спутников. Подробнее об этом мы говорили, рассматривая Полевую модель всего.

Дополнение: «В начале было Слово, и Слово было у Бога, и Слово было Бог» – первая строка Евангелия от Иоанна (Новый Завет). Первый перевод этой строки на славянский язык осуществили Кирилл и Мефодий, именно они понятием Слово переводили греческое понятие Логос. Далее под Логосом подразумевали и закон всемирного развития, и некую Высшую Силу, управляющую Миром.
В большинстве китайских переводов Библии для «Логос» используется понятие Дао.
В китайской философии Дао обозначает вечное действие или принцип творения, который отвечает за происхождение единицы и двойственности, ибо из Дао возникает полярность Инь и Ян и вследствие этого возникают противоположности, о чём мы с Вами говорили, рассматривая параметр Энергия. Из согласованных действий этих противоположностей (потенциальная и кинетическая энергия) возникают движение и взаимное проникновение – и вследствие этого возникает Мир. Возникновение Мира не означает факт какого-то времени, когда он начал существовать. Мир существовал всегда. Речь идёт не о начале времён, как в Библии, а об осмыслении принципа существования.
Дао является источником всех форм. Одновременно это энергия, которая формирует весь процесс творения и само творение. Это творящий дух, который и создаёт, и разрушает, но создание и разрушение одинаково творят и поддерживают этот Мир, обеспечивая его существование в том виде, в котором мы его знаем. Подробнее об этом мы говорили, рассматривая различие Материи и Духа.

На главную