Ich erinnere mich, dass ich in der Uni auf ein paar Bücher in der Physikbibliothek von Mendel Sachs gestoßen bin . Beispiele sind:
Allgemeine Relativitätstheorie und Materie
Quantenmechanik und Gravitation
Quantenmechanik aus der Allgemeinen Relativitätstheorie
Hier ist etwas auf dem arXiv, das einige seiner Arbeiten betrifft.
In diesen Büchern (von denen ich anmerke, dass sie seltsamerweise auch in den meisten Bibliotheken der Physikfakultät erhältlich sind) beschreibt er ein Programm, das die Umformung von GR unter Verwendung von Quaternionen beinhaltet. Er tut Dinge, die bemerkenswert erscheinen, wie die Ableitung von QM als Niederenergiegrenze von GR. Ich habe nicht den GR-Hintergrund, um seine Arbeit eindeutig zu verifizieren oder abzulehnen, aber diesen Typen gibt es schon seit Jahrzehnten, und ich habe nie ein Papier oder einen Artikel gefunden, der seine Arbeit ernsthaft „entlarvt“. Es scheint nur so, als würde er ignoriert. Gibt es eklatante Löcher in seiner Arbeit? Ist er einfach ein Vollidiot ? Was ist das Problem?
In der Literatur gibt es viele Formalismen, die die allgemeine Relativitätstheorie mit Quaternionen in Beziehung setzen, und es wäre eine große Aufgabe, ihre Wechselbeziehungen zu verschränken und zu sehen, wer sich gegenseitig zitiert. Quaternionen oder geteilte Quaternionen oder Biquaternons können mit den Pauli-Matrizen in Beziehung gesetzt werden, sodass leicht zu erkennen ist, wie jemand dann GR mit QM in Beziehung setzen könnte. (Dies bedeutet nicht, dass QM eher auf Quaternionen als auf komplexen Zahlen basieren muss.) Alle Theorien, die Twistoren oder Spinor-Formalismen zur Quantisierung der Schwerkraft verwenden, haben einen ähnlichen Geschmack und könnten wahrscheinlich in irgendeiner Weise mit der Arbeit von MS verwandt sein.
Es ist unwahrscheinlich, dass MS die Quantenfeldtheorie von GR abgeleitet hat, da GR eine lokale Theorie und QFT nicht-lokal ist. Es ist möglich, dass er einige Formulierungen von GR mit "ersten quantisierten" lokalen Gleichungen wie der Dirac-Gleichung in Verbindung brachte. Beachten Sie, dass die Dirac-Gleichung aus heutiger Sicht als klassisch angesehen wird, obwohl sie Spin-Halbvariablen und die Planck-Konstante enthält. Die Unterscheidung zwischen Klassik und Quanten ist nicht so sauber, wie manche Leute gerne glauben.
Ich habe seine Arbeit nicht studiert, aber ich wage zu vermuten, dass seine Arbeit nicht wirklich ignoriert oder entlarvt wurde. Es wurde nur in andere Ansätze mit unterschiedlichen Interpretationen aufgenommen, die es möglicherweise nicht offensichtlich gemacht haben, dass einige seiner Ideen enthalten waren. Eines Tages, wenn wir die endgültige Theorie der Physik kennen, wird es viele Wissenschaftshistoriker geben, die sich durch alte Papiere wühlen und herausfinden, wer wirklich zuerst die wichtigen Ideen hatte, dann wird MS vielleicht mehr Anerkennung erhalten (wenn seine Ideen Teil der endgültigen Antwort sind und er dachte zuerst an sie). Bis dahin gibt es nur einen großen Schmelztiegel von Ideen, die oft neu erfunden werden, und die schiere Menge an Papieren bedeutet, dass Sie selbst niemals Fortschritte machen werden, wenn Sie Ihre Zeit damit verbringen, alles zu lesen, was andere getan haben.
Möglicherweise wurde Mendel Sachs auf die schwarze Liste gesetzt, was sicherlich falsch wäre. Aber seine Theorie hat einen fatalen Fehler. Seine Herleitung beruht auf der Annahme, dass gewisse 2x2 komplexe Matrizen, die für Quaternionen stehen, sich den Pauli-Spin-Matrizen im Grenzfall der Nullkrümmung annähern. Das ist unmöglich; die Pauli-Matrizen sind keine Quaternionen und das Argument bricht zusammen.
Erstens, wenn Mendel Sachs Dinge wie die Ableitung von QM als Niederenergiegrenze von GR tut, hat er die Dinge völlig auf den Kopf gestellt. Die Grundgesetze der Physik sind Quanten, also kann die Quantenmechanik nicht von etwas anderem abgeleitet werden. Vielmehr lässt sich die Allgemeine Relativitätstheorie als klassische untere Energiegrenze aus einer hochenergetischen quantenmechanischen Gravitationstheorie (oder kurz Quantengravitation) ableiten. Dies funktioniert zum Beispiel für die Stringtheorie.
Darüber hinaus sind komplexe Zahlen das einzige vernünftige Zahlensystem, um die Quantenmechanik zu beschreiben. Einige Argumente, warum die Quantenmechanik komplexe Variablen (anstelle von reellen Variablen) verwenden muss, werden hier angeführt . Komplexe Zahlen werden benötigt, damit die Schrödinger-Gleichung funktioniert, um Gesamtwahrscheinlichkeiten zu erhalten, um Kommutatoren zwischen nicht kommutierenden Operatoren (Observablen) zu beschreiben, um ebene Wellenimpuls-Eigenzustände zu haben usw. Im Allgemeinen erfordern wichtige physikalische Operationen in der Quantenmechanik diese Wahrscheinlichkeitsamplituden die Additions- und Multiplikationsregeln für komplexe Zahlen befolgen, müssen sie selbst komplexe Zahlen sein.
In diesem Artikel, der beschreibt, warum die Quantenmechanik nicht anders sein kann, als sie ist, werden einige Erklärungen gegeben, warum die Verwendung größerer Zahlensysteme als komplexer Zahlen zur Beschreibung der Quantenmechanik ebenfalls nicht gut ist. Mittels Quaternionen lässt sich beispielsweise die quaternionische Wellenfunktion auf komplexe Bausteine reduzieren, sodass der Übergang von einer komplexen Zahlenbeschreibung der Quantenmechanik zu Oktanionen aus physikalischer Sicht nichts Neues bringt. Die Verwendung von Oktanionen wäre wirklich schlecht, da Oktanionen den tödlichen Fehler haben, dass sie nicht assoziativ sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mein Grund, Mendel Sachs' Arbeit, wie sie hier beschrieben wird, misstrauisch zu sein oder ehrlicher sogar abzulehnen, dass er die Beziehung zwischen Quantentheorien und ihren klassischen Grenzen offenbar grundlegend missversteht. Außerdem sind komplexe Zahlen das einzig vernünftige Zahlensystem zur Beschreibung der Quantenmechanik, daher stimme ich Ron Maimon zu, dass die Einführung von Quaternionen bestenfalls leerer Formalismus wäre.
Ich weiß nicht viel über die allgemeine Relativitätstheorie, also habe ich wenig oder gar nichts über die Arbeit von M. Sachs zu sagen. Ich möchte hier jedoch einige Anmerkungen zu einigen Antworten machen, in denen Sachs kritisiert wird, und so ist das Folgende für die Frage relevant. Zum Beispiel verstehe ich die Kritik von @RS Chakravarti nicht ganz: "Die Pauli-Matrizen sind keine Quaternionen". Es ist bekannt, dass die Pauli-Matrizen eng mit Quaternionen verwandt sind ( http://en.wikipedia.org/wiki/Pauli_matrices#Quaternions), also bedarf diese Kritik vielleicht einer Erweiterung/Erklärung. Ich stimme auch respektvoll einigen Aussagen/Argumenten von @Dilaton zu, z. B. "Das einzige vernünftige Zahlensystem zur Beschreibung der Quantenmechanik sind komplexe Zahlen". Antwort bei QM ohne komplexe Zahlen . Vielleicht kommen wir in der Quantentheorie irgendwann nicht mehr ohne komplexe Zahlen aus, aber es sieht so aus, als bräuchte man ausgefeiltere Argumente, um das zu beweisen.
BEARBEITEN (31.05.2013) Dilaton bat mich, näher darauf einzugehen, warum ich die Argumente in Frage stelle, die zu beweisen scheinen, dass man in der Quantentheorie nicht auf komplexe Zahlen verzichten kann.
Lassen Sie mich die konstruktiven Ergebnisse beschreiben, die zeigen, dass die Quantentheorie tatsächlich nur mit reellen Zahlen beschrieben werden kann, zumindest in einigen sehr allgemeinen und wichtigen Fällen. Ich möchte ausdrücklich betonen, dass ich nicht daran denke, Paare von reellen Zahlen anstelle von komplexen Zahlen zu verwenden – eine solche Verwendung wäre trivial.
Schrödinger (Nature (London) 169, 538 (1952)) bemerkte, dass man mit einer Lösung der Klein-Gordon-Gleichung für ein geladenes Skalarfeld im elektromagnetischen Feld beginnen kann (das geladene Skalarfeld wird durch eine komplexe Funktion beschrieben) und erhält a Physikalisch äquivalente Lösung mit einem echten Skalarfeld unter Verwendung einer Eichtransformation (natürlich wird das Vierpotential des elektromagnetischen Felds im Vergleich zum ursprünglichen Vierpotential ebenfalls modifiziert). Das ist ziemlich offensichtlich, wenn man darüber nachdenkt. Schrödinger kommentierte: „Dass die Wellenfunktion ... durch eine Änderung der Spurweite real gemacht werden kann, ist nur eine Binsenweisheit, obwohl sie der weit verbreiteten Meinung widerspricht, dass ‚geladene‘ Felder eine komplexe Darstellung erfordern.“
L. Motl bietet einige Argumente zum Spin an. Darüber hinaus hat Schrödingers Ansatz keine offensichtliche Verallgemeinerung für Gleichungen, die ein Teilchen mit Spin beschreiben, wie z. B. die Pauli-Gleichung oder die Dirac-Gleichung, da man im Allgemeinen nicht gleichzeitig zwei oder mehr Komponenten einer Spinor-Wellenfunktion mit einer Eichtransformation real machen kann. Scheinbar suchte Schrödinger nach einer solchen Verallgemeinerung, wie er in demselben kurzen Artikel schrieb: „Man interessiert sich dafür, was passiert, wenn [die Klein-Gordon-Gleichung] durch Diracs Wellengleichung von 1927 oder andere Gleichungen erster Ordnung ersetzt wird. Dies … wird an anderer Stelle ausführlicher erörtert.“ Soweit ich weiß, hat Schrödinger keine Fortsetzung seiner Notiz in Nature veröffentlicht, aber überraschenderweise können seine Schlussfolgerungen tatsächlich auf den Fall der Dirac-Gleichung im elektromagnetischen Feld verallgemeinert werden – siehe meinen Artikelhttp://akhmeteli.org/wp-content/uploads/2011/08/JMAPAQ528082303_1.pdf oder http://arxiv.org/abs/1008.4828(veröffentlicht im Journal of Mathematical Physics). Ich zeige dort, dass in einem allgemeinen Fall 3 von 4 Komponenten des Dirac-Spinors algebraisch aus der Dirac-Gleichung eliminiert werden können und die verbleibende Komponente (die eine PDE 4. Ordnung erfüllt und) durch eine Eichtransformation real gemacht werden kann. Daher ist eine PDE 4. Ordnung für eine echte Wellenfunktion im Allgemeinen äquivalent zur Dirac-Gleichung und beschreibt dieselbe Physik. Daher brauchen wir in der Quantentheorie nicht unbedingt komplexe Zahlen, zumindest nicht in einigen sehr wichtigen und allgemeinen Fällen. Ich glaube, die obigen konstruktiven Beispiele zeigen, dass die gegenteiligen Argumente einfach nicht wasserdicht sein können. Ich habe jetzt keine Zeit, jedes dieser Argumente einzeln zu betrachten.
Gute Frage! (Das habe ich mich auch schon gefragt.)
Ich halte Mendel Sachs (verstorben am 05.05.12) für den klügsten theoretischen Physiker seit Einstein. Sein Quaternion-Formalismus war zweifellos genau das, was Einstein in seinen letzten dreißig Jahren suchte, um GR zu vervollständigen. Und ihre Spinor-Basis lässt mich vermuten, dass Sachs' Interpretation der QM über Einsteins Mach-Prinzip als kovariante Feldtheorie der Trägheit ebenfalls ins Schwarze trifft.
In Anbetracht der Produktionsmenge von Sachs musste ich nach langem Nachdenken schließlich zu dem Schluss kommen, dass er auf der „schwarzen Liste“ stand, und das Establishment keine Diskussion zuließ, ob sie etwas damit zu tun haben könnten! Ich kann mir keinen anderen Weg vorstellen, wie diese Quantität – geschweige denn die Qualität – der Arbeit hätte ignoriert werden können.
Ron Maimon
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Benutzer1247
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Mond Ritter