Akce na dálku - Action at a distance

Ve fyzice je akce na dálku konceptem, že objekt lze přesouvat, měnit nebo jinak ovlivňovat, aniž by se ho fyzicky dotýkal (jako při mechanickém kontaktu) jiný předmět. To znamená, že je to nelokální interakce objektů, které jsou v prostoru odděleny.

Tento termín byl nejčastěji používán v kontextu raných teorií gravitace a elektromagnetismu k popisu toho, jak objekt reaguje na vliv vzdálených objektů. Například Coulombův zákon a Newtonův zákon univerzální gravitace jsou takové rané teorie.

Obecněji „akce na dálku“ popisuje selhání raných atomistických a mechanistických teorií, které se snažily redukovat veškerou fyzickou interakci na kolizi. Zkoumání a řešení tohoto problematického jevu vedla k výraznému rozvoji ve fyzice, z konceptu poli, aby popisy kvantového zapletení a mediátorů částic ze standardního modelu .

Elektřina a magnetismus

Filozof William Ockham diskutoval o akcích na dálku, aby vysvětlil magnetismus a schopnost Slunce ohřívat zemskou atmosféru, aniž by to ovlivnilo zasahující prostor.

Snahy vysvětlit působení na dálku v teorii elektromagnetismu vedly k vývoji konceptu pole, které zprostředkovávalo interakce mezi proudy a náboji napříč prázdným prostorem. Podle teorie pole účtujeme Coulombovu (elektrostatickou) interakci mezi nabitými částicemi tím, že náboje kolem sebe vytvářejí elektrické pole , které mohou ostatní náboje cítit jako síla. Maxwell se přímo zabýval tématem akce na dálku v kapitole 23 svého pojednání o elektřině a magnetismu v roce 1873. Začal přezkoumáním vysvětlení Ampérova vzorce, které uvedli Gauss a Weber . Na straně 437 naznačuje znechucení fyziků akcí na dálku. V roce 1845 Gauss Weberovi napsal, že si přeje „akci, ne okamžitou, ale šířenou v čase podobným způsobem jako světlo“. Tuto aspiraci vyvinul Maxwell s teorií elektromagnetického pole popsanou Maxwellovými rovnicemi , která pole využívala k elegantnímu vysvětlení všech elektromagnetických interakcí, nyní také včetně světla (které do té doby bylo podezřelé pouze jako související jev). V Maxwellově teorii je pole vlastní fyzickou entitou, která přenáší hybnost a energii napříč prostorem, a působení na vzdálenost je pouze zdánlivým efektem lokálních interakcí nábojů s jejich okolním polem.

Elektrodynamika byla později popsána bez polí (v Minkowského prostoru ) jako přímá interakce částic se světelnými separačními vektory. Výsledkem byl akční integrál Fokker-Tetrode-Schwarzschild. Tento druh elektrodynamické teorie se často nazývá „přímá interakce“, aby se odlišil od polních teorií, kde je působení na dálku zprostředkováno lokalizovaným polem (lokalizováno v tom smyslu, že jeho dynamika je určena parametry blízkého pole). Tento popis elektrodynamiky, na rozdíl od Maxwellovy teorie, vysvětluje zdánlivé působení na dálku nikoli postulováním zprostředkující entity (pole), ale odvoláním se na přirozenou geometrii speciální relativity.

Elektrodynamika přímé interakce je v čase výslovně symetrická a vyhýbá se nekonečné energii předpovídané v poli bezprostředně obklopujícím bodové částice. Feynman a Wheeler ukázali, že to může být způsobeno zářením a radiačním tlumením (což bylo považováno za silný důkaz pro nezávislou existenci pole). Různé důkazy, počínaje Diracovými , však ukázaly, že teorie přímé interakce (za rozumných předpokladů) nepřijímají Lagrangeovy ani Hamiltonovské formulace (jedná se o takzvané věty o žádné interakci ). Významné je také měření a teoretický popis Beránkova posunu, který silně naznačuje, že nabité částice interagují s vlastním polem. Pole, kvůli těmto a dalším obtížím, byla povýšena na základní operátory v kvantové teorii pole a moderní fyzika tak do značné míry opustila teorii přímé interakce.

Gravitace

Newton

Newtonova klasická gravitační teorie nenabízela žádnou perspektivu identifikace jakéhokoli prostředníka gravitační interakce. Jeho teorie předpokládala, že gravitace působí okamžitě, bez ohledu na vzdálenost. Keplerova pozorování poskytla silný důkaz, že hybnost hybnosti planetárního pohybu je zachována. (Matematický důkaz je platný pouze v případě euklidovské geometrie .) Gravitace je také známá jako síla přitažlivosti mezi dvěma objekty kvůli jejich hmotnosti.

Z newtonovské perspektivy lze akci na dálku považovat za „jev, ve kterém změna vnitřních vlastností jednoho systému vyvolá změnu vnitřních vlastností vzdáleného systému, nezávisle na vlivu jakýchkoli jiných systémů na vzdálený systém. , a aniž by existoval proces, který tento vliv nese souvisle v prostoru a čase “(Berkovitz 2008).

Související otázkou, kterou nastolil Ernst Mach , bylo, jak rotující tělesa vědí, jak moc se mohou na rovníku vyboulit. Zdá se, že to vyžaduje akci ve vzdálenosti od vzdálené hmoty, která informuje rotující objekt o stavu vesmíru. Einstein pro tuto otázku vytvořil termín Machův princip .

Je nemyslitelné, aby neživá hmota bez zprostředkování něčeho jiného, ​​co není hmotné, operovala a ovlivňovala jinou hmotu bez vzájemného kontaktu ... Že gravitace by měla být vrozená, inherentní a podstatná pro hmotu, aby jedno tělo mohlo jednat další na dálku vakuum, bez zprostředkování něčeho jiného, ​​prostřednictvím kterého a prostřednictvím kterého lze jejich akci a sílu přenášet z jednoho na druhého, je pro mě tak velká absurdita, že nevěřím žádnému člověku, který má ve filozofických záležitostech kompetentní fakulta myšlení do toho může někdy spadnout. Gravitaci musí způsobit agent jednající neustále podle určitých zákonů; ale ať už je tento agent hmotný nebo nehmotný, nechal jsem na úvaze svých čtenářů.

-  Isaac Newton, Dopisy Bentleymu, 1692/3

Různí autoři se pokusili objasnit aspekty vzdálené akce a Boží účasti na základě textových průzkumů, zejména z matematických principů přírodní filozofie , Newtonovy korespondence s Richardem Bentleyem (1692/93) a dotazů, které Newton představil na konec knihy Opticks v prvních třech edicích (mezi 1704 a 1721).

Andrew Janiak , v Newtonu jako filozof , usoudil, že Newton popírá, že by gravitace mohla být pro hmotu zásadní, odmítl přímou akci na dálku a také odmítl myšlenku hmotné látky. Newton ale podle Janiaka souhlasil s nehmotným éterem , o kterém se domníval, že se Newton ztotožňuje se samotným Bohem : „Newton si zjevně myslí, že Bůh by mohl být tím„ nehmotným prostředím “, které je základem všech gravitačních interakcí mezi hmotnými těly.

Steffen Ducheyne v Newtonu o akci na dálku usoudil, že Newton nikdy nepřijímal přímou dálkovou akci, pouze materiální zásah nebo nehmotnou látku.

Hylarie Kochiras v problému gravitace a Newtonova počítání látek tvrdila, že Newton byl nakloněn odmítnout přímou akci, přičemž dal přednost hypotéze o nehmotném prostředí. Ale ve svých spekulativních chvílích Newton osciloval mezi přijetím a odmítnutím přímé dálkové akce. Newton podle Kochirase tvrdí, že Bůh je virtuální všudypřítomný, síla/agent musí existovat v podstatě a Bůh je všudypřítomný v podstatě, což má za následek skrytý předpoklad, princip místního jednání.

Eric Schliesser v Newtonově látkovém monismu, vzdálené akci a povaze Newtonova empirismu tvrdil, že Newton kategoricky neodmítá myšlenku, že hmota je aktivní, a proto připustil možnost přímého působení na dálku. Newton kromě své podstatné všudypřítomnosti potvrzuje virtuální všudypřítomnost Boha.

John Henry, v Gravity and De gravitatione: The Development of Newton's Ideas on Action at a Distance , také tvrdil, že přímé dálkové působení nebylo pro Newtona nemyslitelné, odmítl myšlenku, že gravitaci lze vysvětlit subtilní hmotou, a přijal myšlenku všemocného Bůh , a odmítání epikurejské přitažlivosti.

Další diskusi viz Ducheyne, S. „Newton o akci na dálku“. Časopis dějin filozofie sv. 52,4 (2014): 675–702.

Einstein

Podle Albert Einstein ‚s teorie speciální relativity , okamžité působení na dálku porušuje relativistické horní limit na rychlost šíření informací. Pokud by jeden z interagujících předmětů byl náhle přemístěn ze své polohy, druhý objekt by okamžitě cítil jeho vliv, což znamená, že informace byly přenášeny rychleji než rychlost světla .

Jednou z podmínek, které musí relativistická gravitační teorie splňovat, je, že gravitace je zprostředkována rychlostí, která nepřesahuje c , rychlost světla ve vakuu. Z předchozího úspěchu elektrodynamiky bylo předvídatelné, že relativistická gravitační teorie bude muset použít koncept pole nebo něco podobného.

Toho bylo dosaženo Einsteinovou teorií obecné relativity , ve které je gravitační interakce zprostředkována deformací časoprostorové geometrie. Hmota deformuje geometrii časoprostoru a tyto efekty se-stejně jako u elektrického a magnetického pole-šíří rychlostí světla. V přítomnosti hmoty se tedy časoprostor stává neeuklidovským , čímž se vyřeší zjevný konflikt mezi Newtonovým důkazem zachování hybnosti a Einsteinovou teorií speciální relativity .

Machova otázka týkající se vyboulení rotujících těles je vyřešena, protože místní časoprostorová geometrie informuje rotující těleso o zbytku vesmíru. V Newtonově teorii pohybu prostor působí na objekty, ale není na něj působeno. V Einsteinově teorii pohybu hmota působí na časoprostorovou geometrii a deformuje ji; a časoprostorová geometrie působí na hmotu tím, že ovlivňuje chování geodetiky .

V důsledku toho a na rozdíl od klasické teorie obecná relativita předpovídá, že zrychlující se hmoty vyzařují gravitační vlny , tj. Poruchy zakřivení časoprostoru, které se šíří směrem ven při světelné rychlosti. Jejich existenci (jako mnoho dalších aspektů relativity ) experimentálně potvrdili astronomové - nejdramatičtěji v přímé detekci gravitačních vln pocházejících z fúze černé díry, když prošly LIGO v roce 2015.

Kvantová mechanika

Od počátku dvacátého století představuje kvantová mechanika nové výzvy pro názor, že fyzikální procesy by se měly řídit lokalitou . Zda se kvantové zapletení počítá jako působení na vzdálenost, závisí na povaze vlnové funkce a dekoherenci , otázky, o kterých mezi vědci a filozofy stále existuje značná debata.

Jedna důležitá linie debaty pochází od Einsteina, který zpochybnil myšlenku, že kvantová mechanika nabízí kompletní popis reality, spolu s Borisem Podolským a Nathanem Rosenem . Navrhli myšlenkový experiment zahrnující zapletenou dvojici pozorovatelných s nepřejíždějícími operátory (např. Poloha a hybnost).

Tento myšlenkový experiment, kterému se začalo říkat paradox EPR , závisí na principu lokality. Běžná prezentace paradoxu je následující: dvě částice interagují a odlétají opačnými směry. I když jsou částice tak daleko od sebe, že by jakákoli klasická interakce nebyla možná (viz princip lokality ), měření jedné částice nicméně určuje odpovídající výsledek měření druhé.

Po dokumentu EPR studovalo několik vědců, jako je de Broglie, teorie místních skrytých proměnných . V 60. letech John Bell odvodil nerovnost, která naznačovala testovatelný rozdíl mezi předpověďmi kvantové mechaniky a místními teoriemi skrytých proměnných . K dnešnímu dni mají všechny experimenty testující nerovnosti Bellova typu v situacích analogických s myšlenkovým experimentem EPR výsledky konzistentní s předpověďmi kvantové mechaniky, což naznačuje, že teorie místních skrytých proměnných lze vyloučit. To, zda je to interpretováno jako důkaz nelokality, závisí na něčí interpretaci kvantové mechaniky .

Interpretace kvantové mechaniky se liší v reakci na experimenty typu EPR. Výklad Bohm poskytuje vysvětlení založené na nelokální skryté proměnné pro korelací vidět v zapletení. Mnoho zastánců interpretace mnoha světů tvrdí, že může tyto korelace vysvětlit způsobem, který nevyžaduje narušení lokality, a to tak, že měření bude mít nejedinečné výsledky.

Pokud je „akce“ definována jako síla, fyzická práce nebo informace, pak by mělo být jasně řečeno, že propletení nemůže komunikovat akci mezi dvěma zapletenými částicemi (Einsteinova starost o „strašidelné působení na dálku“ ve skutečnosti neporušuje speciální relativitu ). Při zapletení se stane, že měření na jedné zapletené částici poskytne náhodný výsledek, pak pozdější měření na jiné částici ve stejném zapleteném (sdíleném) kvantovém stavu musí vždy přinést hodnotu korelovanou s prvním měřením. Protože není sdělována žádná síla, práce nebo informace (první měření je náhodné), rychlost světelného limitu neplatí (viz experimenty s kvantovým zapletením a Bell ). Ve standardní kodaňské interpretaci , jak je diskutováno výše, spletení ukazuje skutečný nelokální účinek kvantové mechaniky, ale nekomunikuje informace, ani kvantové, ani klasické.

Viz také

Reference

Definice loga bezplatné kulturní práce notext.svg Tento článek obsahuje text z bezplatného obsahu . Licencováno pod CC-BY-SA Text převzatý z Newtonovy akce na dálku-Různé pohledy , Nicolae Sfetcu, Chcete-li se dozvědět, jak přidat otevřený text licence do článků Wikipedie, podívejte se na tuto stránku s návodem . Informace o opětovném použití textu z Wikipedie naleznete v podmínkách použití .