Problemas de la física moderna, número 3, 1955. Dos aproximaciones al problema de la relación entre geometría y física.

Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia Agencia Federal de Educación Yaroslavski estado universidad a ellos.<...>SP Zimin © Yaroslavski estado universidad, 2007 2 Índice SOBRE LA CUESTIÓN DE LA EVALUACIÓN DE LA CALIDAD RESTAURADO IMÁGENES 7 <...>TK Artiomova, A.S. Gvozdarev, E.A. Kuznetsov................................... 14 SOBRE LA INFLUENCIA DE LA CARGA ELÉCTRICA EN LAS CONDICIONES DE DESARROLLO DE CONVECCIÓN TÉRMICA EN LÍQUIDO CAPA CON SUPERFICIE LIBRE<...>AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO. Abdulloev, E.Yu. Sautov∗ Resumen La cuestión de la evaluación de la calidad se considera restaurado imágenes. <...>Por el momento, la medida objetiva más popular es cima actitud señal a ruido (SNR).<...>P.G. Demidova MODELANDO UN OBJETO CERCANO RADIOLOGRAFÍA SEGÚN SU DIAGRAMA DE DISPERSIÓN BESTÁTICA<...>TK Artiomova, A.S. Gvozdarev, E.A. Kuznetsov Resumen La posibilidad de identificar un objeto por el campo dispersado por él fue estudiada durante tareas cerca holografía de radio. <...>donde (ψ~hs ) son nuevos coeficientes de expansión, ahs son tensor dispersión, y las funciones base (H hs ) se eligen de modo que el campo resultante satisfaga la condición de radiación de Sommerfeld: 16 lim<...>Teniendo en cuenta que el cilindro se considera perfectamente conductor, tensor dispersión se puede representar como una matriz diagonal:  a ρ Ar 0 0   hs<...>P.G. Demidova SOBRE LA INFLUENCIA DE LA CARGA ELÉCTRICA EN LAS CONDICIONES DE DESARROLLO DE LA CONVECCIÓN TÉRMICA EN LÍQUIDO CAPA CON SUPERFICIE LIBRE<...>Introducción La cuestión de determinar las condiciones para el desarrollo de la convección térmica en un líquido capa Se ha estudiado repetidamente en diversas formulaciones, incluidas aquellas que tienen en cuenta la posibilidad de desarrollar deformaciones en la forma de la superficie libre del líquido.<...>movimiento en un líquido con un campo de velocidades U (x, t) y distorsión ondulatoria del relieve de la superficie libre del líquido ξ (x, t), y tienen el mismo orden un poco, como ξ, a saber: T ~ ρ ~ ​​​​p ~ U ~ ξ ~ kT γ.<...>E = − grad (Φ 0 (z) + Φ(x, z, t)), donde la pequeña corrección Φ(x, z, t) asociada con la deformación ondulatoria de la superficie libre<...>

Problemas_actuales_de_física._Número_6_Colección_de_trabajos_científicos_de_jóvenes_científicos,_estudiantes_graduados_y_estudiantes.pdf

Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia Agencia Federal para la Educación Universidad Estatal de Yaroslavl que lleva el nombre. P.G. Demidova Problemas actuales de la física Colección de trabajos científicos de jóvenes científicos, estudiantes de posgrado y estudiantes Número 6 Yaroslavl 2007 1

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UDC 53 BBK V3ya43 A 44 Recomendado por el Consejo Editorial y Editorial Universitario como publicación científica. Plan para 2005 Problemas actuales de la física: sáb. científico tr. Jóvenes científicos, estudiantes de posgrado y estudiantes. Número 6 / Rep. por número Doctor en Física y Matemáticas Ciencias S.P. Zimín; Yarosl. estado univ. – Yaroslavl: YarSU, 2007. –262 p. La colección presenta artículos sobre diversas áreas de la física, escritos por jóvenes científicos, estudiantes de posgrado y estudiantes de la Facultad de Física de la Universidad Estatal de Yaroslavl. P.G. Demidova. UDC 53 BBK V3ya43 El responsable del tema es el Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas S.P. Zimin © Universidad Estatal de Yaroslavl, 2007 2

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Índice SOBRE LA CUESTIÓN DE LA EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE LAS IMÁGENES RESTAURADAS 7 A.A. Abdulloev, E.Yu. Sautóv................................................. ....... ................. 7 MODELADO DE UN OBJETO EN RADIOLOGRAFÍA CERCANA SEGÚN SU DIAGRAMA DE DISPERSIÓN BESTÁTICA T.K. Artiomova, A.S. Gvozdarev, E.A. Kuznetsov................................. 14 SOBRE LA INFLUENCIA DE LA CARGA ELÉCTRICA EN LAS CONDICIONES PARA EL DESARROLLO DE CONVECCIÓN TÉRMICA EN CAPA LÍQUIDA CON SUPERFICIE LIBRE D.F. Belonozhko, A.V. Kozín................................................. ................ 22 INVESTIGACIÓN DE LAS PROPIEDADES DE DISPERSIÓN DE UN REFLECTOR PASIVO CONTROLADO PARA PROBLEMAS DE RADIOLOGRAFÍA DE IMÁGENES ENFOCADAS M.A. Bokov, A.S. Leóntiev................................................. ........ ................. 31 OSCILACIONES NO LINEALES NO AXISIMÉTRICAS DE UN CHORRO CARGADO DE LÍQUIDO DIELÉCTRICO N.V. Voronina................................................ ......... ................................ 39 APLICACIÓN DEL APARATO DE CADENAS MARKOV PARA EL ESTUDIO DEL SISTEMA DE SINCRONIZACIÓN CÍCLICA EN SISTEMAS OFDM I.A.Denezhkin, V.A.Chvalo................................................ .... ................................. 48 INSTALACIÓN DEL MICROCONTROLADOR PARA LA OBTENCIÓN DE HODOGRAFÍAS DE LA TENSIÓN DE SALIDA DE UN CONVERTIDOR DE CORRIENTE EDY A.E. Gladún................................................. ....................................................... .... 59 CÁLCULO DE UN LABORATORIO CONTROLADO POR COMPUTADORA IMÁN S.A. Golyzina................................................. ............................................................ 65 CARACTERÍSTICAS DEL MICRORELIEVE DE PELÍCULAS EPITAXIALES DE PbSe TRAS EL TRATAMIENTO EN ARGÓN PLASMA E.S. Gorlachev, S.V. Kutrovskaya................................................. ....... ......... 72 3

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SISTEMA DE TRIANGULACIÓN LÁSER ÓPTICO DE ALTA CONFIABILIDAD................................. ......................... ....... 78 E.V. Davydenko................................................. ....................................................... ........ 78 ABSORCIÓN DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA POR EL HOMBRO HUMANO EN LOS RANGOS DE FRECUENCIA DE LAS COMUNICACIONES CELULARES Y DE RADIO RELÉ V.V. Deryabina, T.K. Artiomova................................................. ....... ............ 86 INFLUENCIA DE LA CURVATURA DEL FRENTE DE FASE EN EL DEBILITAMIENTO DEL CAMPO DURANTE LA DIFRACCIÓN POR UN CONJUNTO DE PANTALLAS ABSORBENTES A.V. Dímov................................................. ........................................................ ..... 94 INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES DE TEMPERATURA EN LAS OSCILACIONES DE LA BURBUJA EN EL LÍQUIDO I.G. Zharova................................................. ....... ........................................ 102 OPTIMIZACIÓN DEL ALGORITMO FRACTAL PARA COMPRIMIR IMÁGENES ESTÁTICAS D.A .Zaramensky................................................ ................................. 110 ANÁLISIS DE LA EFECTIVIDAD DE LA ESTIMACIÓN DE LA FRECUENCIA PORTADORA Y FASE INICIAL DEL RECONOCIMIENTO DE LA CONSTELACIÓN DE MANIPULACIÓN DE FASE O. EN. Caravana................................................. ......................................... 118 ONDAS PERIÓDICAS NO LINEALES EN UNA DELGADA CAPA DE LÍQUIDO VISCOSO A. EN. Klímov, A.V. Prisyazhnyuk................................................. ....... .......... 124 CLASIFICACIÓN DE CÓDIGOS RESISTENTES A INTERFERENCIAS EN SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN O.O. Kozlova................................................. ....................................................... 133 ESTUDIO DE LA PROPIEDADES MECÁNICAS DEL LÍQUIDO USANDO EL MÉTODO ÓPTICO E.N. Kokomová................................................. ....... ................................... 138 ALGORITMO PARA RECONOCER COMANDOS CON UNA LIMITADA DICCIONARIO A.V. Konovalov................................................. .................................................... 144 4

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ANÁLISIS DE SINCRONIZACIÓN CAÓTICA DE FASES DE SISTEMAS PLL ACOPLADOS UTILIZANDO TRANSFORMADA DE ONDAS CONTINUAS Yu.N. Konovalova, A.A. Kotochigov, A.V. Khodunin........................ 151 CONTANDO LA INFLUENCIA DE LA ROTACIÓN DEL MAGNETRÓN Yu.V. Kostrikina................................................. ......................................... 159 OSCILACIONES NO LINEALES DE UN CAPA CARGADA DE UN LÍQUIDO IDEAL EN LA SUPERFICIE DE UN NÚCLEO ESFÉRICO SÓLIDO EN EL CAMPO DE FUERZAS DE FLUCTUACIÓN O.S. Kryuchkov................................. ................................. .................... .......................... 164 INVESTIGACIÓN DE LAS PROPIEDADES ÓPTICAS DE LAS ESTRUCTURAS CrOx/Si M. Yu. Kurashov ........ ................................................ .. ................................ 172 ERRORES EN EL DISEÑO DE ELEMENTOS DE ENFOQUE Y SU INFLUENCIA EN LA CALIDAD DE LA IMAGEN RADIO A.S. Leóntiev................................................. ......................................... 176 TRANSMISIÓN DE VIDEO STREAMING RED SOBRE IP CON CARGA SIGNIFICATIVA DE CANALES UTILIZANDO ALGORITMO DE RECUPERACIÓN QoS V.G. Medvédev, V.V. Tupitsyn, E.V. Davydenko................................ 181 ELIMINACIÓN DE RUIDO DE IMÁGENES BASADA EN LA TRANSFORMACIÓN DE ONDAS A.A. Moiseev, V.A. Vólojov................................................. ....... ................. 189 SÍNTESIS DE UN ALGORITMO PARA ESTIMAR LA INTERFERENCIA FRACCIONAL EN EL ESPECTRO DE SEÑAL DE UN ΔΣ-SINTETIZADOR DE FRECUENCIAS DE ALTA ESTABILIDAD M.V. Nazarov, V.G. Shushkov................................................. ............. 198 DINÁMICA ESTADÍSTICA DEL ANILLO PLL DE PULSO CON DETECTOR DE FASE ESTROBOSCÓPICA V.Yu. Novikov, A.S. Teperev, V.G. Shushkov................................................ 209 APLICACIÓN DE FILTROS DE ONDAS UNIDIMENSIONALES EMPAREJADOS EN EL PROBLEMA DE RECONOCIMIENTO DE SEÑALES DE VOZ S.A. Novosélov................................................. ................................................... 217 5

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ESTUDIO DE INHOMOGENEIDADES EN LÍQUIDOS A.V. Permínov................................................. ....... ................................................... 224 CÁMARA TÉRMICA DIGITAL BASADA EN DISPOSITIVO RECEPTOR DE FOTOS FUR-129L A.I. Topnikov, A.N. Popov, A.A. Selifontov................................ 231 FLUCTUACIONES DE ONDAS MILÍMETRICAS EN UNA ATMÓSFERA ABSORBENTE TURBULENTA TIERRA E.N. Turkina................................................. ....................................................... 239 USO DEL RECONOCIMIENTO DE VOZ Y ALGORITMOS DE SÍNTESIS PARA CREAR UN CODEC DE HABLA EFICAZ S.V. Uldínovich................................................. ....... ................................. 246 INESTABILIDAD ELECTROSTÁTICA PARAMÉTRICA DE LA INTERFAZ DE DOS AMBIENTES S.V. Chernikova, A.S. Golovanov................................................. ....... ....... 253 6

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SOBRE LA CUESTIÓN DE EVALUAR LA CALIDAD DE LAS IMÁGENES RESTAURADAS A.A. Abdulloev, E.Yu. Sautov∗ Resumen Se considera la cuestión de evaluar la calidad de las imágenes reconstruidas. Para evaluar la distorsión visual, se propone utilizar un índice de calidad universal. A diferencia de algoritmos similares basados ​​en el criterio del error cuadrático medio, el enfoque propuesto tiene en cuenta las distorsiones de brillo y contraste, así como el grado de correlación entre las imágenes de referencia y reconstruidas. Los resultados de la simulación muestran una buena correlación de este criterio con la calidad visual de las imágenes. Introducción Hasta ahora, se considera que la evaluación más fiable de la calidad de la imagen es la evaluación media de los expertos. Pero requiere el trabajo continuo de varias personas y, por tanto, es caro y demasiado lento para su uso práctico. En este sentido, son más preferibles los criterios objetivos (algorítmicos) de calidad de imagen, que permiten evaluaciones automáticas. Actualmente, se imponen los siguientes requisitos a las medidas de calidad objetivas. En primer lugar, estas métricas deben ser lo más confiables visualmente posible, es decir, estar en buena concordancia con los resultados de las evaluaciones subjetivas. En segundo lugar, deben tener una baja complejidad computacional, lo que aumenta su importancia práctica. En tercer lugar, es deseable que estas métricas tengan una forma analítica simple y que puedan usarse como criterios de optimización al elegir parámetros para un sistema de procesamiento de imágenes. Actualmente, la medida objetiva más popular es la relación señal-ruido máxima (PSNR). Se utiliza comúnmente para comparar diferentes algoritmos de procesamiento. ∗ El trabajo se realizó bajo la dirección de V.V. Khryashchev. 7

Ensayo

en física

sobre el tema de:

"Problemas de la física moderna"

Comencemos con el problema que actualmente atrae la mayor atención de los físicos, en el que, quizás, están trabajando el mayor número de investigadores y laboratorios de investigación de todo el mundo: este es el problema del núcleo atómico y, en particular, como su más parte relevante e importante: el llamado problema del uranio.

Se pudo establecer que los átomos están formados por un núcleo relativamente pesado cargado positivamente, rodeado por un cierto número de electrones. La carga positiva del núcleo y las cargas negativas de los electrones que lo rodean se anulan entre sí. En general, el átomo parece neutro.

Desde 1913 hasta casi 1930, los físicos estudiaron cuidadosamente las propiedades y manifestaciones externas de la atmósfera de los electrones que rodean el núcleo atómico. Estos estudios condujeron a una teoría única y completa que descubrió nuevas leyes del movimiento de los electrones en un átomo, previamente desconocidas para nosotros. Esta teoría se llama teoría cuántica u ondulatoria de la materia. Volveremos sobre ello más tarde.

Aproximadamente desde 1930, la atención se centró en el núcleo atómico. El núcleo nos interesa especialmente porque en él se concentra casi toda la masa del átomo. Y la masa es una medida de la reserva de energía que posee un sistema determinado.

Cada gramo de cualquier sustancia contiene una energía conocida con precisión y, además, muy significativa. Por ejemplo, un vaso de té que pesa aproximadamente 200 g contiene una cantidad de energía que requeriría quemar alrededor de un millón de toneladas de carbón para obtenerla.

Esta energía se encuentra precisamente en el núcleo atómico, porque el núcleo contiene el 0,999 de la energía total, la masa total del cuerpo, y sólo menos del 0,001 de la masa total puede atribuirse a la energía de los electrones. Las colosales reservas de energía que se encuentran en los núcleos son incomparables con cualquier forma de energía que hayamos conocido hasta ahora.

Naturalmente, la esperanza de poseer esta energía es tentadora. Pero para hacer esto, primero necesitas estudiarlo y luego encontrar formas de usarlo.

Pero, además, el núcleo nos interesa por otros motivos. El núcleo de un átomo determina por completo toda su naturaleza, determina sus propiedades químicas y su individualidad.

Si el hierro se diferencia del cobre, del carbono y del plomo, entonces esta diferencia radica precisamente en los núcleos atómicos y no en los electrones. Todos los cuerpos tienen los mismos electrones, y cualquier átomo puede perder parte de sus electrones, hasta el punto de que se pueden arrancar todos los electrones del átomo. Mientras el núcleo atómico con su carga positiva esté intacto y sin cambios, siempre atraerá tantos electrones como sean necesarios para compensar su carga. Si el núcleo de plata tiene 47 cargas, siempre se unirá a sí mismo 47 electrones. Por lo tanto, mientras apunto al núcleo, estamos tratando con el mismo elemento, con la misma sustancia. Tan pronto como se cambia el núcleo, un elemento químico se convierte en otro. Sólo entonces se haría realidad el viejo y abandonado sueño de la alquimia: la transformación de unos elementos en otros. En la etapa actual de la historia, este sueño se ha hecho realidad, aunque no en las formas ni con los resultados que esperaban los alquimistas.

¿Qué sabemos sobre el núcleo atómico? El núcleo, a su vez, consta de componentes aún más pequeños. Estos componentes representan los núcleos más simples que conocemos en la naturaleza.

El núcleo más ligero y, por tanto, más simple es el núcleo del átomo de hidrógeno. El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica con un peso atómico de aproximadamente 1. El núcleo de hidrógeno es parte de todos los demás núcleos. Pero, por otro lado, es fácil ver que todos los núcleos no pueden estar formados únicamente por núcleos de hidrógeno, como supuso Prout hace mucho tiempo, hace más de 100 años.

Los núcleos de los átomos tienen una determinada masa, que viene dada por el peso atómico, y una determinada carga. La carga del núcleo determina el número que ocupa un determinado elemento en la tabla periódica de Mendeleev.

El hidrógeno es el primer elemento de este sistema: tiene una carga positiva y un electrón. El segundo elemento en orden tiene un núcleo con doble carga, el tercero con triple carga, etc. hasta el último y más pesado de todos los elementos, el uranio, cuyo núcleo tiene 92 cargas positivas.

Mendeleev, sistematizando un enorme material experimental en el campo de la química, creó la tabla periódica. Él, por supuesto, no sospechaba en ese momento la existencia de núcleos, pero no creía que el orden de los elementos en el sistema creado por él estuviera determinado simplemente por la carga del núcleo y nada más. Resulta que estas dos características de los núcleos atómicos (peso atómico y carga) no corresponden a lo que esperaríamos según la hipótesis de Prout.

Entonces, el segundo elemento, el helio, tiene un peso atómico de 4. Si consta de 4 núcleos de hidrógeno, entonces su carga debería ser 4, pero mientras tanto su carga es 2, porque es el segundo elemento. Por tanto, hay que pensar que en el helio solo hay 2 núcleos de hidrógeno. A los núcleos de hidrógeno los llamamos protones. Pero además, en el núcleo de helio hay 2 unidades de masa más que no tienen carga. El segundo componente del núcleo debe considerarse un núcleo de hidrógeno descargado. Tenemos que distinguir entre núcleos de hidrógeno que tienen carga, o protones, y núcleos que no tienen carga eléctrica, los neutros, los llamamos neutrones.

Todos los núcleos están formados por protones y neutrones. El helio tiene 2 protones y 2 neutrones. El nitrógeno tiene 7 protones y 7 neutrones. El oxígeno tiene 8 protones y 8 neutrones, el carbono C tiene protones y 6 neutrones.

Pero luego esta simplicidad se viola un poco, el número de neutrones aumenta cada vez más en comparación con el número de protones, y en el último elemento, el uranio, hay 92 cargas, 92 protones y su peso atómico es 238. En consecuencia, otro A 92 protones se suman 146 neutrones.

Por supuesto, no se puede pensar que lo que sabemos en 1940 sea ya un reflejo exhaustivo del mundo real y que la diversidad termine con estas partículas, que son elementales en el sentido literal de la palabra. El concepto de elementalidad significa sólo una cierta etapa en nuestra penetración en las profundidades de la naturaleza. Sin embargo, en esta etapa sólo conocemos la composición del átomo hasta estos elementos.

En realidad, esta sencilla imagen no era tan fácil de comprender. Tuvimos que superar toda una serie de dificultades, toda una serie de contradicciones, que incluso en el momento de su identificación parecían irremediables, pero que, como siempre en la historia de la ciencia, resultaron ser sólo diferentes aspectos de un cuadro más general. , que era una síntesis de lo que parecía ser una contradicción, y pasamos al siguiente, una comprensión más profunda del problema.

La más importante de estas dificultades resultó ser la siguiente: a principios de nuestro siglo ya se sabía que las partículas B (resultaron ser núcleos de helio) y las partículas B (electrones) salen volando de las profundidades del planeta. Átomos radiactivos (el núcleo aún no se sospechaba en ese momento). Parecía que lo que sale volando del átomo es en qué consiste. En consecuencia, los núcleos de los átomos parecían estar formados por núcleos de helio y electrones.

La falacia de la primera parte de esta afirmación es clara: es obvio que es imposible componer un núcleo de hidrógeno a partir de núcleos de helio cuatro veces más pesados: la parte no puede ser mayor que el todo.

La segunda parte de esta afirmación también resultó ser incorrecta. De hecho, durante los procesos nucleares se expulsan electrones y, sin embargo, no hay electrones en los núcleos. Parecería que aquí hay una contradicción lógica. ¿Es tan?

Sabemos que los átomos emiten luz, cuantos de luz (fotones).

¿Por qué estos fotones están almacenados en el átomo en forma de luz y esperando el momento para ser liberados? Obviamente no. Entendemos la emisión de luz de tal manera que las cargas eléctricas de un átomo, al pasar de un estado a otro, liberan una determinada cantidad de energía, que se transforma en forma de energía radiante y se propaga por el espacio.

Se pueden hacer consideraciones similares con respecto al electrón. Por diversas razones, un electrón no puede ubicarse en el núcleo atómico. Pero no puede crearse en el núcleo, como un fotón, porque tiene una carga eléctrica negativa. Está firmemente establecido que la carga eléctrica, como la energía y la materia en general, permanece inalterada; la cantidad total de electricidad no se crea en ninguna parte y no desaparece en ninguna parte. En consecuencia, si se elimina una carga negativa, el núcleo recibe una carga positiva igual. El proceso de emisión de electrones va acompañado de un cambio en la carga del núcleo. Pero el núcleo está formado por protopops y neutrones, lo que significa que uno de los neutrones sin carga se convirtió en un protón con carga positiva.

Un electrón negativo individual no puede aparecer ni desaparecer. Pero dos cargas opuestas, si se acercan lo suficiente, pueden anularse o incluso desaparecer por completo, liberando su suministro de energía en forma de energía radiante (fotones).

¿Cuáles son estas cargas positivas? Se pudo establecer que, además de los electrones negativos, en la naturaleza se observan cargas positivas y pueden crearse mediante laboratorios y tecnología, que en todas sus propiedades: en masa, en magnitud de carga, son bastante consistentes con los electrones, pero sólo tiene carga positiva. A esta carga la llamamos positrón.

Así, distinguimos entre electrones (negativos) y positrones (positivos), diferenciándose únicamente en el signo opuesto de la carga. Cerca de los núcleos, pueden ocurrir ambos procesos de combinar positrones con electrones y dividirse en un electrón y un positrón, donde un electrón sale del átomo y un positrón ingresa al núcleo, convirtiendo un neutrón en un protón. Simultáneamente con el electrón, también sale una partícula sin carga, un neutrino.

También se observan procesos en el núcleo en los que un electrón transfiere su carga al núcleo, convirtiendo un protón en un neutrón, y un positrón sale volando del átomo. Cuando un átomo emite un electrón, la carga del núcleo aumenta en uno; Cuando se emite un positrón o un protón, la carga y el número en la tabla periódica disminuyen en una unidad.

Todos los núcleos están formados por protones cargados y neutrones sin carga. La pregunta es: ¿qué fuerzas los retienen en el núcleo atómico, qué los conecta entre sí, qué determina la construcción de varios núcleos atómicos a partir de estos elementos?

Física

• Traducción

Nuestro modelo estándar de partículas elementales e interacciones recientemente se ha vuelto tan completo como se podría desear. Cada partícula elemental, en todas sus formas posibles, se creó en el laboratorio, se midió y se determinaron sus propiedades. Los más duraderos, el quark top, el antiquark, el neutrino y antineutrino tau y, finalmente, el bosón de Higgs, fueron víctimas de nuestras capacidades.

Y este último, el bosón de Higgs, también resolvió un viejo problema de la física: ¡por fin podemos demostrar de dónde obtienen su masa las partículas elementales!

Todo esto está bien, pero la ciencia no termina cuando terminas de resolver este acertijo. Al contrario, plantea preguntas importantes, y una de ellas es “¿qué sigue?” Respecto al Modelo Estándar, podemos decir que aún no lo sabemos todo. Y para la mayoría de los físicos, una pregunta es especialmente importante: para describirla, consideremos primero la siguiente propiedad del modelo estándar.

Por un lado, las fuerzas débil, electromagnética y fuerte pueden ser muy importantes, dependiendo de sus energías y de las distancias a las que se produce la interacción. Pero este no es el caso de la gravedad.

Podemos tomar dos partículas elementales cualesquiera, de cualquier masa y sujetas a cualquier interacción, y encontrar que la gravedad es 40 órdenes de magnitud más débil que cualquier otra fuerza en el Universo. Esto significa que la fuerza de gravedad es 10 40 veces más débil que las tres fuerzas restantes. Por ejemplo, aunque no son fundamentales, si tomas dos protones y los separas un metro, la repulsión electromagnética entre ellos será 10 40 veces más fuerte que la atracción gravitacional. O, en otras palabras, necesitamos aumentar la fuerza de gravedad en un factor de 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 para igualar cualquier otra fuerza.

En este caso, no se puede simplemente aumentar la masa de un protón entre 10 y 20 veces para que la gravedad los acerque, superando la fuerza electromagnética.

En cambio, para que reacciones como la ilustrada arriba ocurran espontáneamente cuando los protones superan su repulsión electromagnética, es necesario reunir 10 56 protones. Sólo uniéndose y sucumbiendo a la fuerza de la gravedad podrán superar el electromagnetismo. Resulta que 10 56 protones constituyen la mínima masa posible de una estrella.

Esta es una descripción de cómo funciona el Universo, pero no sabemos por qué funciona como lo hace. ¿Por qué la gravedad es mucho más débil que otras interacciones? ¿Por qué la "carga gravitacional" (es decir, la masa) es mucho más débil que la eléctrica o el color, o incluso más débil?

Éste es el problema de la jerarquía y, por muchas razones, es el mayor problema sin resolver de la física. No sabemos la respuesta, pero no podemos decir que seamos completamente ignorantes. En teoría, tenemos algunas buenas ideas para encontrar una solución y una herramienta para encontrar pruebas de que son correctas.

Hasta ahora, el Gran Colisionador de Hadrones (el colisionador de mayor energía) ha alcanzado niveles de energía sin precedentes en el laboratorio, recopiló una gran cantidad de datos y reconstruyó lo que sucedió en los puntos de colisión. Esto incluye la creación de partículas nuevas, hasta ahora invisibles (como el bosón de Higgs), y la aparición de partículas antiguas y conocidas del modelo estándar (quarks, leptones, bosones de calibre). También es capaz, si existen, de producir cualesquiera otras partículas no incluidas en el Modelo Estándar.

Hay cuatro formas posibles que conozco (es decir, cuatro buenas ideas) para resolver el problema de la jerarquía. La buena noticia es que si la naturaleza eligió uno de ellos, ¡el LHC lo encontrará! (Y si no, la búsqueda continuará).

Aparte del bosón de Higgs, descubierto hace varios años, en el LHC no se han encontrado nuevas partículas fundamentales. (Además, no se observa ninguna partícula nueva e intrigante). Y, sin embargo, la partícula encontrada correspondía plenamente a la descripción del Modelo Estándar; No se observaron indicios estadísticamente significativos de nueva física. Ni a bosones de Higgs compuestos, ni a múltiples partículas de Higgs, ni a desintegraciones no estándar, nada de eso.

Pero ahora hemos empezado a obtener datos de energías aún mayores, el doble de las anteriores, hasta 13-14 TeV, para encontrar algo más. ¿Y cuáles son las soluciones posibles y razonables al problema de la jerarquía en este sentido?

1) Supersimetría o SUSY. La supersimetría es una simetría especial que puede hacer que las masas normales de cualquier partícula lo suficientemente grande como para que la gravedad sea comparable a otras influencias se cancelen entre sí con un alto grado de precisión. Esta simetría también sugiere que cada partícula en el modelo estándar tiene una superpartícula compañera, y que hay cinco partículas de Higgs y sus cinco supercompañeras. Si tal simetría existe, hay que romperla, o las supercompañeras tendrían las mismas masas que las partículas ordinarias y se habrían encontrado hace mucho tiempo.

Si SUSY existe a una escala adecuada para resolver el problema de la jerarquía, entonces el LHC, al alcanzar energías de 14 TeV, debería encontrar al menos una supercompañera, así como una segunda partícula de Higgs. De lo contrario, la existencia de supercompañeros muy pesados ​​conducirá por sí misma a otro problema de jerarquía que no tendrá una buena solución. (Curiosamente, la ausencia de partículas SUSY en todas las energías refutaría la teoría de cuerdas, ya que la supersimetría es una condición necesaria para las teorías de cuerdas que contienen el modelo estándar de partículas elementales).

Aquí está la primera solución posible al problema de la jerarquía, del que actualmente no hay evidencia.

Es posible crear pequeños soportes superenfriados llenos de cristales piezoeléctricos (que producen electricidad cuando se deforman), con distancias entre ellos. Esta tecnología nos permite imponer límites de 5 a 10 micrones en mediciones "grandes". En otras palabras, la gravedad funciona según las predicciones de la relatividad general en escalas mucho más pequeñas que un milímetro. Entonces, si hay grandes dimensiones adicionales, se encuentran en niveles de energía inaccesibles para el LHC y, lo que es más importante, no resuelven el problema de la jerarquía.

Por supuesto, para el problema de la jerarquía puede haber una solución completamente diferente que no se puede encontrar en los colisionadores modernos, o no existe ninguna solución; podría ser simplemente una propiedad de la naturaleza sin ninguna explicación para ello. Pero la ciencia no avanzará sin intentarlo, y eso es lo que estas ideas y búsquedas intentan hacer: impulsar nuestro conocimiento del universo. Y, como siempre, con el inicio de la segunda ejecución del LHC, espero con ansias ver qué podría aparecer allí, ¡además del ya descubierto bosón de Higgs!

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Cualquier teoría física que contradiga

La existencia humana es obviamente falsa.

P.Davis

Lo que necesitamos es una visión darwiniana de la física, una visión evolutiva de la física, una visión biológica de la física.

I. Prigogine

Hasta 1984, la mayoría de los científicos creían en la teoría. supersimetría (supergravedad, superfuerzas) . Su esencia es que todas las partículas (partículas de materia, gravitones, fotones, bosones y gluones) son diferentes tipos de una "superpartícula".

Esta “superpartícula” o “superfuerza”, con energía decreciente, se nos presenta de diferentes formas, como interacciones fuertes y débiles, como fuerzas electromagnéticas y gravitacionales. Pero a día de hoy el experimento aún no ha alcanzado las energías necesarias para comprobar esta teoría (se necesita un ciclotrón del tamaño del sistema solar), pero probarlo en un ordenador llevaría más de 4 años. S. Weinberg cree que la física está entrando en una era en la que los experimentos ya no pueden arrojar luz sobre problemas fundamentales (Davis 1989; Hawking 1990: 134; Nalimov 1993: 16).

En los 80s se vuelve popular teoria de las cuerdas . En 1989 se publicó un libro con un título característico, editado por P. Davis y J. Brown. Supercuerdas: la teoría del todo ? Según la teoría, las micropartículas no son objetos puntuales, sino finos trozos de cuerda, determinados por su longitud y apertura. Las partículas son ondas que corren a lo largo de cuerdas, como ondas en una cuerda. La emisión de una partícula es una conexión, la absorción de una partícula portadora es una separación. El Sol actúa sobre la Tierra a través de un gravitón que corre a lo largo de una cuerda (Hawking 1990: 134-137).

Teoría cuántica de campos colocó nuestros pensamientos sobre la naturaleza de la materia en un nuevo contexto y resolvió el problema del vacío. Nos obligó a desviar la mirada de lo que “se puede ver”, es decir, las partículas, a lo que es invisible, es decir, el campo. La presencia de materia es simplemente un estado excitado del campo en un punto dado. Al llegar al concepto de campo cuántico, la física encontró la respuesta a la vieja pregunta de en qué consiste la materia: los átomos o el continuo que subyace a todo. El campo es un continuo que impregna todo Pr, que, sin embargo, tiene una estructura extendida, como “granular”, en una de sus manifestaciones, es decir, en forma de partículas. La teoría cuántica de campos de la física moderna ha cambiado las ideas sobre las fuerzas y ayuda a resolver los problemas de la singularidad y el vacío:

en física subatómica no hay fuerzas que actúen a distancia, se reemplazan por interacciones entre partículas que ocurren a través de campos, es decir, otras partículas, no fuerza, sino interacción;

es necesario abandonar la oposición entre partículas “materiales” y vacío; las partículas están asociadas con Pr y no pueden considerarse aisladas de él; las partículas influyen en la estructura del Pr, no son partículas independientes, sino coágulos en un campo infinito que impregna todo el Pr;

nuestro Universo nace de singularidad, inestabilidad del vacío;

el campo existe siempre y en todas partes: no puede desaparecer. El campo es un conductor de todos los fenómenos materiales. Este es el "vacío" a partir del cual el protón crea los mesones π. La aparición y desaparición de partículas son sólo formas de movimiento de campo. La teoría de campos establece que el nacimiento de partículas del vacío y la transformación de partículas al vacío ocurren constantemente. La mayoría de los físicos consideran el descubrimiento de la esencia dinámica y la autoorganización del vacío como uno de los logros más importantes de la física moderna (Capra 1994: 191-201).

Pero también quedan problemas sin resolver: se ha descubierto una autoconsistencia ultraprecisa de las estructuras de vacío, a través de las cuales se expresan los parámetros de las micropartículas. Las estructuras de vacío deben coincidir con el decimal 55. Detrás de esta autoorganización del vacío se esconden leyes de un nuevo tipo que desconocemos. El principio antrópico 35 es una consecuencia de esta autoorganización, superpotencia.

Teoría de la matriz S describe los hadrones, el concepto clave de la teoría fue propuesto por W. Heisenberg, sobre esta base los científicos construyeron un modelo matemático para describir interacciones fuertes. La matriz S recibió su nombre porque todo el conjunto de reacciones hadrónicas se presentó como una secuencia infinita de células, que en matemáticas se llama matriz. La letra “S” se conserva del nombre completo de esta matriz: la matriz de dispersión (Capra 1994: 232-233).

Una innovación importante de esta teoría es que cambia el énfasis de los objetos a los eventos; no se estudian las partículas, sino las reacciones de las partículas. Según Heisenberg, el mundo no está dividido en diferentes grupos de objetos, sino en diferentes grupos de transformaciones mutuas. Todas las partículas se entienden como pasos intermedios en una red de reacciones. Por ejemplo, un neutrón resulta ser un eslabón en una enorme red de interacciones, una red de "eventos entrelazados". Las interacciones en una red de este tipo no se pueden determinar con un 100% de precisión. Sólo se les pueden asignar características probabilísticas.

En un contexto dinámico, el neutrón puede considerarse como el “estado ligado” del protón (p) y el pión () a partir del cual se formó, así como el estado ligado de las partículas  y  que se encuentran formado como resultado de su descomposición. Las reacciones hadrónicas son un flujo de energía en el que aparecen y “desaparecen” partículas (Capra 1994: 233-249).

Un mayor desarrollo de la teoría de la matriz S condujo a la creación hipótesis de arranque , que fue propuesto por J. Chu. Según la hipótesis bootstrap, ninguna de las propiedades de ninguna parte del Universo es fundamental; todas ellas están determinadas por las propiedades de otras partes de la red, cuya estructura general está determinada por la consistencia universal de todas las relaciones.

Esta teoría niega entidades fundamentales (“bloques de construcción” de la materia, constantes, leyes, ecuaciones); el Universo se entiende como una red dinámica de eventos interconectados.

A diferencia de la mayoría de los físicos, Chu no sueña con un solo descubrimiento decisivo; considera que su tarea consiste en crear lenta y gradualmente una red de conceptos interrelacionados, ninguno de los cuales es más fundamental que los demás. En la teoría de partículas bootstrap no existe Pr-Vr continuo. La realidad física se describe en términos de eventos aislados, relacionados causalmente, pero no incluidos en el Pr-Vr continuo. La hipótesis del bootstrap es tan ajena al pensamiento tradicional que es aceptada por una minoría de físicos. La mayoría busca los constituyentes fundamentales de la materia (Capra 1994: 258-277, 1996: 55-57).

Las teorías de la física atómica y subatómica revelaron la interconexión fundamental de varios aspectos de la existencia de la materia, descubrieron que la energía se puede convertir en masa y sugirieron que las partículas son procesos más que objetos.

Aunque la búsqueda de los componentes elementales de la materia continúa hasta el día de hoy, en la física se presenta otra dirección, basada en el hecho de que la estructura del universo no se puede reducir a ninguna unidad fundamental, elemental y finita (campos fundamentales, partículas "elementales" ). La naturaleza debe entenderse en coherencia consigo misma. Esta idea surgió en línea con la teoría de la matriz S y luego formó la base de la hipótesis bootstrap (Nalimov 1993: 41-42; Capra 1994: 258-259).

Chu esperaba llevar a cabo una síntesis de los principios de la teoría cuántica, la teoría de la relatividad (el concepto de Pr-Vr macroscópico), las características de observación y medición basadas en la coherencia lógica de su teoría. Un programa similar fue desarrollado por D. Bohm y creado teoría de lo implícito orden . Introdujo el término movimiento frio , que se utiliza para denotar la base de las entidades materiales y tiene en cuenta tanto la unidad como el movimiento. El punto de partida de Bohm es el concepto de “integridad indivisible”. El tejido cósmico tiene un orden implícito y plegado que puede describirse mediante la analogía de un holograma, en el que cada parte contiene el todo. Si ilumina cada parte del holograma, se restaurará la imagen completa. Alguna apariencia de orden implicativo es común tanto a la conciencia como a la materia, por lo que puede facilitar la comunicación entre ellas. En la conciencia, tal vez, todo el mundo material esté colapsado.(Bohm 1993: 11; Capra 1996: 56)!

Los conceptos de Chu y Bom implican la inclusión de la conciencia en la conexión general de todas las cosas. Llevados a su conclusión lógica, establecen que la existencia de la conciencia, junto con la existencia de todos los demás aspectos de la naturaleza, es necesaria para la autoconsistencia del todo (Capra 1994: 259, 275).

tan filosófico problema de materia mental (el problema del observador, el problema de la conexión entre los mundos semántico y físico) se convierte en un problema serio en física, “eludiendo” a los filósofos, esto se puede juzgar sobre la base de:

resurgimiento de las ideas del panpsiquismo en un intento de explicar el comportamiento de las micropartículas, R. Feynman escribe 36 que la partícula “decide”, “reconsidera”, “huele”, “siente”, “sigue el camino correcto” (Feynman et al. .1966: 109);

la imposibilidad de separar sujeto y objeto en la mecánica cuántica (W. Heisenberg);

el fuerte principio antrópico en cosmología, que presupone la creación consciente de la vida y del hombre (D. Carter);

hipótesis sobre formas débiles de conciencia, conciencia cósmica (Nalimov 1993: 36-37, 61-64).

Los físicos están intentando incluir la conciencia en la imagen del mundo físico. En el libro de P. Davis, J. Brown Espíritu en un átomo habla sobre el papel del proceso de medición en la mecánica cuántica. La observación cambia instantáneamente el estado de un sistema cuántico. Un cambio en el estado mental del experimentador se retroalimenta con el equipo de laboratorio y,  , con un sistema cuántico, cambiando su estado. Según J. Jeans, la naturaleza y nuestra mente que piensa matemáticamente funcionan según las mismas leyes. V.V. Nalimov encuentra paralelos en la descripción de dos mundos, físico y semántico:

vacío físico desempaquetado – la posibilidad de creación espontánea de partículas;

vacío semántico desempaquetado – la posibilidad del nacimiento espontáneo de textos;

el desempaque del vacío es el nacimiento de partículas y la creación de textos (Nalimov 1993:54-61).

V.V. Nalimov escribió sobre el problema de la fragmentación de la ciencia. Será necesario liberarnos de la localidad de la descripción del universo, en la que el científico se preocupa por estudiar un determinado fenómeno sólo en el marco de su estrecha especialidad. Hay procesos que ocurren de manera similar en diferentes niveles del Universo y requieren una descripción única de un extremo a otro (Nalimov 1993: 30).

Pero hasta ahora la imagen física moderna del mundo es fundamentalmente incompleta: el problema más difícil de la física es el problema de combinar teorías particulares, por ejemplo, la teoría de la relatividad no incluye el principio de incertidumbre, la teoría de la gravedad no está incluida en la teoría de las 3 interacciones y en química no se tiene en cuenta la estructura del núcleo atómico.

Tampoco se ha resuelto el problema de combinar 4 tipos de interacciones dentro de una teoría. Hasta los años 30. Creía que existen 2 tipos de fuerzas a nivel macro: gravitacional y electromagnética, pero descubrió interacciones nucleares débiles y fuertes. Se descubrió el mundo interior de protones y neutrones (el umbral de energía es más alto que en el centro de las estrellas). ¿Se descubrirán otras partículas “elementales”?

El problema de unificar las teorías físicas está relacionado con El problema de alcanzar altas energías. . Con la ayuda de aceleradores, es poco probable que en un futuro previsible se pueda tender un puente para salvar la brecha entre la energía de Planck (superior a 10,18 gigaelectrones voltios) y lo que se logra hoy en el laboratorio.

En los modelos matemáticos de la teoría de la supergravedad, surge problema de infinitos . Las ecuaciones que describen el comportamiento de las micropartículas dan como resultado números infinitos. Hay otro aspecto de este problema: viejas preguntas filosóficas: ¿es el mundo en Pr-Vr finito o infinito? Si el Universo se está expandiendo desde una singularidad de dimensiones de Planck, entonces ¿dónde se está expandiendo: en el vacío o se está estirando la matriz? ¿Qué rodeaba la singularidad, este punto infinitamente pequeño antes del inicio de la inflación o nuestro mundo se “se separó” del Megaverso?

En las teorías de cuerdas, los infinitos también se conservan, pero surge problema de multidimensionalidad Pr-Vr, por ejemplo, un electrón es una pequeña cuerda vibrante de longitud de Planck en un Pr de 6 dimensiones e incluso de 27 dimensiones. Hay otras teorías según las cuales nuestro Pr en realidad no es tridimensional, sino, por ejemplo, décimo. Se supone que en todas las direcciones excepto 3 (x, y, z), Pr está, por así decirlo, enrollado en un tubo muy delgado, "compactado". Por lo tanto, sólo podemos movernos en 3 direcciones diferentes e independientes, y Pr nos parece tridimensional. Pero ¿por qué, si hay otras medidas, sólo se implementaron 3 medidas de RP y 1 de VR? S. Hawking ilustra los viajes en diferentes dimensiones con el ejemplo de un donut: el camino bidimensional a lo largo de la superficie del donut es más largo que el camino a través de la tercera dimensión volumétrica (Linde 1987: 5; Hawking 1990: 138).

Otro aspecto del problema de la multidimensionalidad es el problema de los demás, no unidimensional mundos para nosotros. ¿Existen Universos paralelos 37 que no sean unidimensionales para nosotros y, finalmente, puede haber otras formas de vida e inteligencia que no sean unidimensionales para nosotros? La teoría de cuerdas permite la existencia de otros mundos en el Universo, la existencia de Pr-Vr de 10 o 26 dimensiones. Pero si hay otras medidas, ¿por qué no las tomamos en cuenta?

En la física y en toda la ciencia surge El problema de crear un lenguaje universal. : Nuestros conceptos ordinarios no se pueden aplicar a la estructura del átomo. En el lenguaje artificial abstracto de la física, las matemáticas, los procesos, los patrones de la física moderna. No Son descritos. ¿Qué significan características de partículas como sabores de quarks “encantados” o “extraños” o partículas “esquizoides”? Esta es una de las conclusiones del libro. Tao de la física F.Capra. ¿Cuál es la salida: volver al agnosticismo, a la filosofía mística oriental?

Heisenberg creía: los esquemas matemáticos reflejan más adecuadamente los experimentos que el lenguaje artificial; los conceptos ordinarios no pueden aplicarse a la estructura del átomo; Born escribió sobre el problema de los símbolos para reflejar procesos reales (Heisenberg 1989: 104-117).

Tal vez intentar calcular la matriz básica del lenguaje natural (cosa - conexión - propiedad y atributo), algo que sea invariante para cualquier articulación y, sin criticar la diversidad de lenguajes artificiales, intentar "obligar" a uno a hablar un lenguaje natural común. ? En el artículo se analiza el papel estratégico de la sinergia y la filosofía en la solución del problema de crear un lenguaje universal de la ciencia. Filosofía dialéctica y sinergética. (Fedorovich 2001: 180-211).

La creación de una teoría física unificada y una teoría de la energía humana, una E unificada del hombre y la naturaleza es una tarea científica extremadamente difícil. Una de las preguntas más importantes de la filosofía de la ciencia moderna es: ¿está nuestro futuro predeterminado y cuál es nuestro papel? Si somos parte de la naturaleza, ¿podemos desempeñar algún papel en la configuración del mundo que está en construcción?

Si el Universo es uno, ¿puede haber una teoría unificada de la realidad? S. Hawking considera 3 opciones de respuesta.

Existe una teoría unificada y algún día la crearemos. I. Newton así lo pensó; M. Nacido en 1928, después de que P. Dirac descubriera la ecuación del electrón, escribió: La física terminará en seis meses.

Las teorías se refinan y mejoran constantemente. Desde el punto de vista de la epistemología evolutiva, el progreso científico es la mejora de la competencia cognitiva de la especie Homo Sapiens (K. Hahlweg). Todos los conceptos y teorías científicas son sólo aproximaciones a la verdadera naturaleza de la realidad, importantes sólo para una determinada gama de fenómenos. El conocimiento científico es un cambio sucesivo de modelos, pero ningún modelo es definitivo.

La paradoja de la imagen evolutiva del mundo aún no se ha resuelto: la dirección descendente de E en física y la tendencia ascendente de la complejidad en biología. La incompatibilidad de la física y la biología se descubrió en el siglo XIX; hoy existe la posibilidad de resolver la colisión entre la física y la biología: una consideración evolutiva del Universo en su conjunto, traducción del enfoque evolutivo a la física (Stopin, Kuznetsova 1994: 197 -198; Khazen 2000).

I. Prigogine, a quien E. Toffler en el prefacio del libro. Orden en el caos llamado Newton del siglo XX, habló en una de sus entrevistas sobre la necesidad de introducir las ideas de irreversibilidad y historia en la física. La ciencia clásica describe la estabilidad, el equilibrio, pero hay otro mundo: inestable, evolutivo, necesitamos otras palabras, una terminología diferente, que no existía en la época de Newton. Pero incluso después de Newton y Einstein, no tenemos una fórmula clara para la esencia del mundo. La naturaleza es un fenómeno muy complejo y nosotros somos parte integral de la naturaleza, parte del Universo, que está en constante autodesarrollo (Horgan 2001: 351).

Posibles perspectivas para el desarrollo de la física. lo siguiente: finalización de la construcción de una teoría física unificada que describa el mundo físico tridimensional y la penetración en otras dimensiones Pr-Vr; estudio de nuevas propiedades de la materia, tipos de radiación, energía y velocidades superiores a la velocidad de la luz (radiación de torsión) y el descubrimiento de la posibilidad de movimiento instantáneo en la Metagalaxia (varios trabajos teóricos han demostrado la posibilidad de la existencia de topológicos túneles que conectan cualquier región de la Metagalaxia, MV); establecer una conexión entre el mundo físico y el mundo semántico, lo que V.V. intentó hacer. Nalímov (Gindilis 2001: 143-145).

Pero lo principal que deben hacer los físicos es incluir la idea evolutiva en sus teorías. En física de la segunda mitad del siglo XX. Se establece una comprensión de la complejidad de los micro y mega mundos. La idea del Universo físico E también cambia: no hay existencia sin surgir . D. Horgan cita las siguientes palabras de I. Prigozhin: no somos los padres del tiempo. Somos hijos del tiempo. Aparecimos como resultado de la evolución. Lo que debemos hacer es incorporar modelos evolutivos en nuestras descripciones. Lo que necesitamos es una visión darwiniana de la física, una visión evolutiva de la física, una visión biológica de la física (Prigogine 1985; Horgan 2001: 353).