Исследовательская программа

Причинная или несимметричная механика - область физики, изучающая природу фундаментальной асимметрии времени и связанные с ней явления. Ее основы были заложены в 50-80 годах выдающимся российским ученым Николаем Александровичем Козыревым (1908-1983).

Основной постулат - признание необратимости фундаментальным свойством самого времени, а не частных систем. Признание такого свойства(названного направленностью или ходом времени ) влечет очень важные новые эффекты, которые могут изучаться экспериментально и которые, возможно, играют принципиальную роль в крупномасштабных естественных процессах (например в происхождении энергии звезд). К таким эффектам относятся, в частности появление новых дополнительных сил в гироскопических системах (вдоль оси вращения, отсутствующих в классике), принципиально новый механизм дистанционного взаимодействия необратимых процессов, наконец, появление энергии у самого времени и, в этом смысле, его определенная материализация.

Появление причинной механики вызвало в свое время бурные дискуссии, но, в целом, негативную реакцию физического истеблишмента. Последнее объяснялось тремя обстоятельствами: резким расхождением с марксистско-правильной философией науки, слабой формализацией теоретических построений и сомнением в строгости экспериментов. Первое обстоятельство ныне отпало, но инерция отрицания продолжает действовать, т.к. ее носители и по сей день возглавляют пирамиду академической науки. Но более существенны второе и третье. Действительно, Н.А. Козырев использовал в теоретических рассуждениях как операциональные такие неопределенные понятия как "причина", "следствие", "прочность причинной связи" и т.п. И действительно, уровень строгости его экспериментов был, в целом, невысок (другое дело, что концепция Н.А. Козырева обладала в отличие от его критиков, экспериментально верифицированной предсказательной способностью, а критики даже не попытались в своих лабораториях воспроизвести эти эксперименты). После смерти Н.А. Козырева его эксперименты были успешно воспроизведены рядом исследователей, но уровень строгости у них был не выше, поэтому их результаты не изменили неопределенность ситуации.

Некоторые члены коллектива лаборатории-кафедры работают в данной области с середины 70-х годов, большая часть - с середины 90-х, или начала 2010-х когда произошла резкая активизация исследований. Основные достижения могут быть сформулированы в следующих поколениях.

1. Дана математическая формулировка исходных положений причинной механики.
2. Построен и испытан на теоретических и многочисленных экспериментальных примерах метод классического причинного анализа, позволяющий формально различать причины и следствия и вычислять количественную меру причинной связи.
3. Построена теория квантового причинного анализа. На множестве моделей квантовых запутанных состояний проанализированы отличительные особенности квантовой причинности.
4. Проанализирован механизм возникновения и роль обратно-временной причинности в процессах квантовой телепортации и на замкнутых времениподобных траекториях
5. Проанализированы гироскопические эффекты причинной механики в геофизике проявляющиеся в асимметрии фигуры, геологического строения и распределения физических полей в твердой Земле и атмосфере.
6. Сформулировано уравнение макроскопической запутанности , синтезирующая принципы квантовой нелокальности и теории прямого межчастичного взаимодействия, и удовлетворяющее эмпирическим результатам Н.А. Козырева
7. Построена теория детекторов макроскопических нелокальных корреляций.
8. Созданы две лабораторно-обсерваторские экспериментальные установки для изучения макроскопических нелокальных корреляций диссипативных процессов.
9. Выполнена серия долговременных экспериментов по изучению макроскопических нелокальных корреляций с крупномасштабными естественными процессами.
10. Экспериментально показано существование нелокальных корреляций пробных случайных диссипативных процессов в детекторах между собой и с естественными диссипативных процессами с большой случайной составляющей: солнечной, синоптической, геоэлектромагнитной и, ионосферной активности, Доминирующим процессом-источником оказалась солнечная активность. Нелокальный характер этого взаимодействия доказан нарушением неравенства стирингов. Подтверждено существование запаздывающего, нулевого и симметрично опережающего временного сдвига в нелокальных корреляциях. Подтверждено теоретическое предположение о превышении величины опережающей корреляции над запаздывающей. Реализован метод прогноза случайных компонент солнечной игеомагнитной активности.
11. Выполнены эксперименты по изучению отклика детектора на искусственные детерминированные диссипативные процессы, подтвердивший универсальный характер макроскопических нелокальных корреляций, но имеющих для детерминированных процессов-источников только запаздывающую компоненту.
12. С 2012 г. развернут длительный глубоководный эксперимент по измерению макроскопических нелокальных корреляций на базе Байкальской нейтринной обсерватории. Глубоководная экспериментальная установка позволила измерять эти корреляции со значительно большей, чем ранее надежностью, а также реализовать недоступные ранее измерения на различных горизонтах, разделенных поглощающей водной толщей. Эксперимент подтвердил основные выводы предшествующих лабораторных экспериментов, причем важнейшие из них: существование в случайных процессах в запутанных макросистемах не просто опережающих корреляций, а обратно-временной причинности, превышение опережающих корреляций над запаздывающими, нарушение неравенства стирингов, установлены с большей достоверностью. Кроме того изучен отклик детекторов на региональных случайных диссипативных процесса :мощных, хотя достаточно редких землетрясений и слабого, но постоянно действующего – макротурбулентности в деятельном слое Байкала. Продемонстрирована классически запрещенная возможность прогнозов случайных процессов.

В итоге нынешнее состояние вопроса может быть описано следующим образом. Основные идеи причинной механики тесно перекликаются с идеями квантовой нелокальности и теории прямого межчастичного взаимодействия Уилера-Фейнмана. Последняя предусматривает равноправное существование запаздывающих и опережающих полей и в этом смысле восстанавливает временную симметрию, искусственно нарушаемую при обычных полевых подходах (путем отбрасывания опережающих решений). Но асимметрия времени (Т-неинвариантность) проявляет себя как асимметрия эффективности поглощения запаздывающих и опережающих полей. Опережающее поле непосредственно не наблюдаемо, но ответственно за механизм радиационного затухания. Последнее сопровождает всякий диссипативный (необратимый) процесс. Поэтому любые диссипативные процессы взаимодействуют друг с другом. Это взаимодействие выражается через связь производств энтропии и может быть измерено детектором на основе контролируемого пробного процесса. Взаимодействие носит нелокальный характер (отсутствуют его локальные носители) и является проявлением квантовой нелокальности в сильном макропределе. Оно обладает рядом замечательных свойств, в частности, наличием для случайных процессов-источников опережающих корреляций обратно-временной причинности. Последняя, в отличие от прямой, не образует причинных цепей. Но регистрируемые опережающие корреляции позволяют наблюдать случайное будущее е процесса-источника.

Описанная картина является результатом эвристического формализма, подтвержденного экспериментом. Поэтому, насущным является развитие теории причинной механики. Столь же необходимым является развитие эксперимента, поскольку важность идеи и предвидимые следствия нуждаются в большой экспериментальной базе.