Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Квантовая физика

Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

12.06.2021 20:15:59 | Автор: admin

Может ли квантовая физика являться ключом к пониманию Вселенной?

Удивительная способность предков каждого из ныне живущих на планете людей к выживанию позволила нам с вами наслаждаться всеми благами и достижениями цивилизации. Но раз уж на то пошло и миллионы лет эволюции позволили нам познать самих себя и окружающий мир, то что за это время нам удалось узнать о Вселенной? На самом деле не так уж много по меркам той же Вселенной мгновение. И все же, все существующие на сегодняшний день физические теории описывают мир невероятно точно. Так, и классическая физика и квантовая механика по отдельности превосходно работают. Вот только все попытки объединить их в единую теорию по-прежнему не увенчались успехом, а значит наше понимание Вселенной и реальности нельзя назвать полноценным. В начале 1900-х годов рождение квантовой физики ясно показало, что свет состоит из крошечных неделимых единиц, или квантов энергии, которую мы называем фотонами. Эксперимент Юнга, проведенный с одиночными фотонами или даже отдельными частицами материи, такими как электроны и нейтроны, представляет собой головоломку, поднимающую фундаментальные вопросы о самой природе реальности. Решить ее ученые не могут до сих пор.

Двухщелевой эксперимент

В современной квантовой форме эксперимент Юнга включает в себя излучение отдельных частиц света или материи через две щели или отверстия, вырезанные в непрозрачном барьере. По другую сторону барьера находится экран, который регистрирует прибытие частиц (скажем, фотопластинка в случае фотонов). Исходя из здравого смысла мы ожидаем, что фотоны пройдут через ту или иную щель и начнут накапливаться за каждой из них.

Но этого не происходит. Скорее, фотоны переходят в определенные части экрана и избегают других, создавая чередующиеся полосы света и тьмы, так называемые интерференционные полосы. Они возникают, когда два набора волн накладываются друг на друга. И все же, в любой момент времени через аппарат проходит только один фотон. Как будто каждый фотон проходит через обе щели одновременно и интерферирует сам с собой. Это не имеет классического смысла. Так в чем же дело?

Двухщелевой эксперимент демонструет, что свет и материя в целом могут проявлять характеристики как классических волн, так и частиц.

Картина несколько проясняется, если посмотреть на нее с математической точки зрения. То, что проходит через обе щели это не физическая частица или физическая волна, а нечто, называемое волновой функцией абстрактная математическая функция, которая представляет состояние фотона (в данном случае его положение). Волновая функция ведет себя как волна. Фотон попадает в обе щели, и новые волны исходят из каждой щели с другой стороны, распространяются и в конечном итоге мешают друг другу. Комбинированная волновая функция может быть использована для определения вероятностей того, где можно найти фотон.

Еще больше увлекательных статей о последних открытиях в области физики и высоких технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Природа реальности

Немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики Вернер Гейзенберг интерпретировал математику так, что реальность не существует до тех пор, пока ее не наблюдают. «Идея объективного реального мира, мельчайшие части которого существуют объективно в том же смысле, в каком существуют камни или деревья, независимо от того, наблюдаем мы их или нет … это невозможно», писал он.

Как пишет Scientific American, американский физик Джон Уилер также использовал вариант эксперимента с двумя щелями, чтобы доказать, что «ни одно элементарное квантовое явление не является явлением, пока оно не является зарегистрированным (то есть «наблюдаемым») явлением».

Это интересно: Почему квантовая физика сродни магии?

Принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что соотношение неопределенности возникает между любыми квантовыми наблюдаемыми, определяемыми некоммутирующими операторами.

Существуют и другие способы интерпретации эксперимента с двумя щелями. Так, лауреат Нобелевской премии по физике сэр Роджер Пенроуз предполагает, что чем больше масса объекта в суперпозиции, тем быстрее он коллапсирует в то или иное состояние из-за гравитационной нестабильности.

«Идея заключается в том, чтобы не просто поместить фотон в суперпозицию прохождения через две щели одновременно, но и поместить одну из щелей в суперпозицию нахождения в двух местах одновременно».

Лауреаты Нобелевской премии по физике 2020 года.

Согласно Пенроузу, смещенная щель либо останется в суперпозиции, либо схлопнется, пока фотон находится в полете, что приведет к различным типам интерференционных картин. В общем и целом, эти эксперименты показывают, что мы пока не можем делать никаких заявлений о природе реальности. А вот о том, может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени можно узнать в этой статье.

Подробнее..

Итальянский физик-теоретик Карло Ровелли считает, что наша реальность это игра квантовых зеркал

11.09.2021 22:13:11 | Автор: admin

Наш мир, по мнению итальянского физика-теоретика Карло Ровелли, является квантовым.

Итальянский физик-теоретик, основоположник теории петлевой квантовой гравитации Карло Ровелли в своей книге под названием «Гельголанд» пытается объяснить безумно сложную теорию квантовой механики, рассматривая мир фотонов, электронов, атомов и молекул, который подчиняется правилам, идущим вразрез с нашей повседневной физической реальностью. Ранее Ровелли разработал математические таблицы (матрицы), чтобы предсказать волновую механику электронов. Его работа вскоре была усовершенствована Эрвином Шредингерегом и Полом Дираком. Напомню, что квантовая теория возникла из наблюдений Гейзенберга и более ранней теории относительности Эйнштейна. До Эйнштейна ученые верили в предсказуемую, детерминированную Вселенную, управляемую часовым механизмом. Ньютоновской идее об абсолютном «истинном времени», неумолимо тикающем во Вселенной, противостояла теория Эйнштейна о том, что единого «сейчас» нет, скорее, существует множество «сейчас». Гейзенберг и его последователи считали, что мы не можем знать современное состояние мира во всех деталях. Все, что нам дозволено исследовать мир с помощью моделей неопределенности и вероятности.

"Загадка квантовой теории в конечном счете может оказаться за пределами нашего приблизительного понимания на Земле. Но ньютоновская механика, хотя и далеко не устарела, больше не может объяснить каждый аспект мира, в котором мы живем", пишет Ровелли.

Квантовая реальность

Квантовая теория предлагает нам увидеть мир как гигантскую кошачью колыбель отношений, где объекты существуют только в терминах их взаимодействия друг с другом. Ровелли считает, что теория Гейзенберга это теория о том, как вещи «влияют» друг на друга. Она составляет основу всех современных технологий от компьютеров до ядерной энергетики, лазеров, транзисторов и МРТ-сканеров.

В своих измышлениях итальянский физик применяет квантовую теорию к различным философиям. Люди существуют благодаря их непрерывному взаимодействию друг с другом; то же самое происходит с атомами и электронами.

Карло Ровелли на лекции в Риме / Marco Tambara/Wikipedia

Итак, возьмем электрон, который испускается в точке А и обнаруживается в точке В. Можно было бы предположить, что электрон следует по траектории (как автомобиль из точки А в точку В), однако чтобы объяснить экспериментальные наблюдения, Гейзенберг отверг понятие траектории электрона. А полученная в результате квантовая теория имеет дело с вероятностями и позволяет рассчитать вероятность нахождения электрона в точке B.

Больше по теме: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

При этом, мы ничего не знаем о пути, по которому движется электрон. В своей самой строгой форме квантовая теория и вовсе отрицает какую-либо реальность электрона до тех пор, пока он не будет обнаружен (что приводит некоторых к утверждению, что сознательный наблюдатель каким-то образом создает реальность).

Скрытая реальность

С 1950-х годов ученые пытались привести квантовую теорию в соответствие с требованиями классической физики, в том числе отстаивая «скрытую» реальность, в которой электрон действительно имеет траекторию, или предполагая, что электрон проходит все возможные пути, но эти пути проявляются в разных мирах. Но Ровелли отвергает эти попытки.

Вместо этого в своей новой книге ("Гельголанд") физик объясняет "реляционную" интерпретацию, в которой электрон, скажем, обладает свойствами только тогда, когда он взаимодействует с чем-то другим. Когда электрон не взаимодействует, он лишен физических свойств: ни положения, ни скорости, ни траектории.

Еще более радикальным является утверждение Ровелли о том, что свойства электрона реальны только для объекта, с которым он взаимодействует, а не для других объектов. «Мир раскалывается на множество точек зрения, которые не допускают однозначного глобального видения», пишет Ровелли.

Как пишет Financial Times, Квантовую физику нельзя сделать совершенно ясной, но Ровелли прекрасно обеспечивает максимальную ясность, насколько это возможно.

Ожидание того, что объекты будут иметь свое собственное независимое существование независимо от нас и любых других объектов на самом деле является глубоко укоренившимся предположением, которое мы делаем о мире. Это предположение берет свое начало в научной революции 17 века и является частью того, что мы называем механистическим мировоззрением. Согласно этой точке зрения, мир подобен гигантскому часовому механизму, части которого управляются установленными законами движения, Карло Ровелли, «Гельголанд».

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира физики и научных исследований, подписывайтесь на наш Telegram-канал. Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Взаимодействия объектов и пространство-время

Итак, если рассматривать пространство и время как сумму расстояний и длительностей между всеми объектами и событиями мира и убрать из уравнения содержимое Вселенной, то мы автоматически «удалим» и пространство и время. Это «реляционный» взгляд на пространство-время: они являются только пространственными и временными отношениями между объектами и событиями. Реляционный взгляд на пространство и время был ключевым источником вдохновения для Эйнштейна, когда он разработал общую теорию относительности.

Наше понимание пространства-времени вряд ли можно назвать полноценным.

Ровелли использует эту идею для понимания квантовой механики. Он утверждает, что объекты квантовой теории, такие как фотон, электрон или другая фундаментальная частица, являются не чем иным, как свойствами, которые они проявляют при взаимодействии с другими объектами по отношению к ним. Эти свойства квантового объекта определяются с помощью эксперимента и включают такие вещи, как положение объекта, импульс и энергия. Вместе они составляют состояние объекта.

Согласно реляционной интерпретации Ровелли, эти свойства это все, что есть у объекта, а значит нет никакой лежащей в основе индивидуальной субстанции, которая "обладает" свойствами.

Как понять квантовую теорию?

В своей статье для The Conversation Ровелли предлагает рассмотреть хорошо известную квантовую головоломку кота Шредингера. Мы помещаем кошку в коробку с каким-нибудь смертельным веществом (например, флакон с ядовитым газом), запускаемым квантовым процессом (например, распадом радиоактивного атома), и закрываем крышку.

Квантовый процесс это случайное событие. Предсказать его невозможно, но мы можем описать произошедшее таким образом, чтобы определить различные шансы распада атома или его отсутствия в течение определенного периода времени. Поскольку открыв коробку мы высвободим газ из флакона, следовательно, и смерть кошки и ее жизнь также являются чисто случайным событием.

Согласно квантовой теории, кот ни мертв, ни жив, пока мы не откроем коробку и не понаблюдаем за системой. Остается загадкой, каково было бы кошке, если бы она не была ни живой, ни мертвой.

Но согласно реляционной интерпретации, состояние любой системы всегда находится по отношению к какой-либо другой системе. Таким образом, квантовый процесс в коробке может иметь неопределенный результат по отношению к нам, но определенный результат для кошки.

Так что вполне разумно, что кошка для нас ни жива ни мертва, но в то же самое время может быть и мертвой и живой. Для нас во всей этой истории реален один факт и один факт реален для кошки. Когда мы открываем коробку, состояние кошки становится для нас определенным, но кошка никогда не была в неопределенном состоянии для себя. В реляционной интерпретации глобального, «Божественного» взгляда на реальность е существует. Но что, в таком случае, это говорит нам о природе реальность?

Читайте также: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

Скорее всего ответ на вопрос о том, что такое квантовая реальность, мы так и не узнаем. Но попытаться стоит.

Ровелли утверждает, что, поскольку наш мир в конечном итоге квантовый, стоит обратить внимание на его подобное восприяти. В частности, такие объекты, ка, например, любимая книга, могут обладать своими свойствами только по отношению к другим объектам, включая вас. К счастью, это также включает в себя все другие предметы, такие как смартфон или кухонный шкаф. Но несмотря на свою кажущуюся простоту, подобный взгляд на мир это драматическое переосмысление природы реальности.

Это интерсно: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

С этой точки зрения мир представляет собой сложную сеть взаимосвязей, так что объекты больше не имеют собственного индивидуального существования, независимого от других объектов, подобно бесконечной игре квантовых зеркал. Более того, вполне возможно, что в основе этой сети нет независимой «метафизической» субстанции, составляющей нашу реальность, пишет Ровелли.

Так что не исключено (как выразился сам Ровелли), что окружающая реальность, включая нас самих ни что иное, как тонкая и хрупкая завеса, за которой … нет ничего. А если прибавить к этому еще и загадку природы сознания, то все становится еще сложнее. Кстати, подробнее о том, что такое сознание, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению.

Подробнее..

Наша Вселенная родилась в лаборатории?

18.01.2022 02:15:25 | Автор: admin

Живем ли мы в компьютерной симуляции и как это узнать?

Как появилась Вселенная? Мы знаем, что Большой взрыв состоялся около 14 млрд лет назад, сделав возможным наше существование. Мир удивителен и вряд ли нам когда-нибудь удастся раздать все его тайны. Но мы попробуем это сделать и учтем даже самые безумные предположения. Например о многомировой интерпретации, согласно которой наша Вселенная не единственная в своем роде, а лишь песчинка в бескрайнем море Мультивселенных. Это предположение естественным образом следует из квантовой механики, но никаких доказательства существования Мультиверса на сегодняшний день нет. Как нет и возможности путешествий во времени (что, кстати, удается квантовым частицам), в противном случае мы об этом знали. Некоторые ученые, например, профессор Ави Леб из Гарвардского университета и вовсе не исключает, что наш мир создан в лаборатории. Но если это действительно так, то кому понадобилась подобная «игрушка»?

Лабораторный эксперимент

Давайте представим, что наш мир это компьютерная симуляция. Как, например, в одной из серий «Рик и Морти», где главный герой создал крошечную Вселенную, внутри которой находилась еще одна, а затем еще и еще. И если в мультфильме цель Рика заключалась в производстве энергии, то могло ли нечто подобное произойти с нами?

И если это так, то какова цель нашей «симуляции»? Кто задумал ее и почему? Возможно, наш мир был сконструирован подобно игре Sims развлечения ради. В любом случае, это настолько безумная идея, что мало кто относится к ней всерьез. Однако бывший заведующий кафедрой астрономии Гарвардского университета профессор Али Леб рискнул рассмотреть лабораторную вселенную всерьез.

Ави Леб предполагает, что в космосе нужно искать не пришельцев, а их технологии

«В статье для Scientific American он полагает, что Вселенная могла быть сформирована в лаборатории «развитой технологической цивилизацией». Если это правда, то история происхождения Вселенной объединит религиозную идею о творце с теорией квантовой гравитации и квантового туннелирования», пишет Леб.

Больше по теме: Симуляция или реальность? Физики полагают, что Вселенная способна к самообучению

Классы цивилизаций

В статье Леб делает упор на классификацию цивилизаций по уровню технологического развития, относя нашу цивилизацию к классу С то есть цивилизацию, жизнь которой зависит от Солнца, нашей родной звезды. Теперь представим, что если (и когда) наши технологии продвинутся до такой степени, что мы сможем стать независимыми от Солнца, то поднимемся на уровень выше класс B.

И если мы научимся создавать наши собственные карманные вселенные в лаборатории (как наши теоретические создатели), то приблизимся к финалу классу А. Конечно, на нашем пути стоит множество препятствий и самым большим является наша неспособность создать «достаточно большую плотность темной энергии в небольшом регионе».

Когда-нибудь наша планета станет необитаемой. Но если наш мир симуляция, возможно все

Интересно и еще кое-что предположение Леба фактически решает пару различных проблем как с научными, так и с религиозными объяснениями начала Вселенной и появления жизни.

В попытках представить себе, что существуют иерархии видов или цивилизаций, которые могли бы создать такого рода научный феномен мы понимаем, что впереди долгий путь. По мнению профессора мы относимся к категории «класса С» из-за привязанности к Солнцу. Более того, мы движемся к классу D, так как фактически убиваем место, где живем.

Следующий шаг класс B, группа, которая вообще не нуждается в звездной энергии, но разработала источники энергии, достаточные для для выживания. Класс А это группа, которая гипотетически создала нашу вселенную в лаборатории. Та самая, что могла бы объяснить квантовое туннелирование и использовать его для создания карманных вселенных.

Хотите знать все о последних научных открытиях? Подписывайтесь на наш канал в Telegram так вы точно не пропустите ничего интересного!

Реальность или иллюзия?

Стоит отметить, что лабораторное создание Вселенной отличается от теории моделирования ее существования. В таком случае мы просто живем в цифровой конструкции, созданной программой, находящейся далеко за пределами нашего понимания. Подумайте о Матрице (но не о четвертой части, а о первой). Что, если мы если просто живем в запрограммированной реальности, предназначенной для воспроизведения «реальности», то имеет ли это значение для нашей повседневной жизни?

Вероятно, нет, но подобные размышления полезны. Мы должны позволить себе смиренно смотреть в новые мощные телескопы и искать кого-то разумного в нашем космическом блоке. В противном случае это путешествие может плохо закончиться, подобно опыту динозавров, которые доминировали на Земле до тех пор, пока астероид Чиксулуб не уничтожил все живое.

И все же симуляция или реальность?

Но что делать с информацией о том, что наша Вселенная не более чем лабораторное творение? Это вполне неплохо для нашей нынешней ситуации. Ведь если кроме нас во Вселенной есть кто-то еще, то сможем ли мы их обнаружить? Вряд ли, ведь мы сильно отстаем от потенциально существующих разумных цивилизаций. И все же Леб полагает, что мы должны быть начеку пока ищем эти технологически продвинутые миры.

Вам будет интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

В конечном итоге понимание их существования может помочь нам понять причину, по которой существуем мы. Но эта история удивительна и убедительна одновременно, а еще немного пугает если верить и предыдущем теориям Леба, то мы, скорее всего не единственные, претенденты на статус класса А. Как вы думаете, прав ли британский астроном? Может ли вся наша жизнь оказаться компьютерной игрой? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Подробнее..

Что такое многомировая интерпретация квантовой механики?

19.01.2022 00:07:08 | Автор: admin

Если существует множество миров, то чем мы заняты в них?

Стандартным способом понимания квантовой физики является Копенгагенская интерпретация предложенная Нильсом Бором, одним из создателей современной физики. Согласно интерпретации квантовый мир полностью отделен от нашего повсеместного опыта, к тому же, начинается с парадокса. Собеседником Бора был его аспирант физик-теоретик Вернер Гейзенберг. Вместе они обсуждали как реальные, так и мысленные эксперименты, рассматривая предложения и возражения Эйнштейна, Шредингера, Паули, Пола Дирака и других. Гейзенберг, например, считал, что из квантовой теории должна вытекать единственно верная интерпретация, доказать которую можно в процессе дальнейших исследований. Эйнштейн, однако, не мог смириться с тем, что вытекает из этого предположения существование «параллельных вселенных», в каждой из которых действуют одни и те же законы природы. И действительно, подобные предположения нелегко согласовать с нашим восприятием Вселенной.

В двух местах одновременно

Одной из самых странных идей, появившихся в физике 20-го века, является многомировая интерпретация квантовой механики, которая пытается объяснить загадочные и противоречащие эффекты этой теории. Согласно Копенгагенской интерпретации каждый физический эксперимент, вне зависимости от того, относится ли он к явлениям повседневной жизни или к явлениям атомной физики, должен быть описан в понятиях классической физики. Вместе они образуют язык, с помощью которого мы описываем наши опыты и результаты.

Вот только заменить эти понятия нечем, а их применимость ограничена соотношением неопределенностей. Выходит, мы должны иметь в виду ограниченную применимость классических понятий и не пытаться выходить за рамки этой ограниченности. И чтобы лучше понять этот парадокс, необходимо сравнить интерпретацию опыта в классической и квантовой физике.

Некоторые физики считают, что могут существовать разные частицы, разные силы, даже разное количество измерений пространства по сравнению с тем, что мы видим вокруг нас.

Явления, о которых идет речь, похожи на квантовую интерференцию, при которой квантовая частица, проходящая через двойную щель, создает интерференционную картину, что может произойти только в том случае, если частица проходит через обе щели одновременно.

Интерпретация многих миров объясняет такое положение вещей идеей о том, что на самом деле в эксперименте участвуют две вселенные Напомним, что явление интерференции происходит при взаимодействии двух и более волн одинаковой частоты, распространяющихся в различных направлениях.

В одной из этих вселенных частица проходит через одну щель, в то время как в другой проходит через вторую. В остальном эти вселенные идентичны. Интерференционная картина возникает потому, что эти вселенные находятся в квантовой суперпозиции.

Это интересно: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Копенгагенская интерпретация

Итак, интерпретация многих миров гласит, что все, что может произойти, на самом деле происходит в параллельной вселенной. Таким образом, должно существовать бесконечное число параллельных вселенных, содержащих все, что когда-либо могло произойти. В одной из таких вселенной вы политик, в другой знаменитый музыкант.

Согласна, принять эту идею нелегко, особенно ввиду других проблем с интерпретацией многих миров. Так, она предсказывает, что все возможные исходы действительно случаются, но не объясняет, почему физики видят наиболее вероятный результат в сто раз чаще, чем другие. По этой причине многие ученые остаются при своем мнении и продолжают искать более правдоподобные интерпретации.

Квантовая запутанность явление, которое мы не можем объяснить

Одна из таких предложена физиками из университета Гриффита в Австралии. Они полагают, что нашли альтернативную интерпретацию, которая решает противоречащие проблемы квантовой механики и способна объяснить странные странные результаты научных исследований.

На первый взгляд, новая интерпретация имеет некоторое сходство с интерпретацией многих миров, предполагая реальное существование множества различных параллельных вселенных. Но есть важные отличия каждая из этих вселенных развивается в соответствии с классической ньютоновской физикой, отмечают исследователи.

Однако эти вселенные могут взаимодействовать посредством «отталкивания», которая не позволяет частицам в разных вселенных приближаться друг к другу близко. «Все квантоподобные эффекты возникают из-за существования этого взаимодействия», пишут авторы научной работы. «В отсутствие межмирового взаимодействия миры развиваются независимо в соответствии с чисто ньютоновской динамикой».

Больше по теме: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Так сколько же существует вселенных?

Исследователи утверждают, что согласно квантовой теории может существовать «множество взаимодействующих миров». Это утверждение немедленно решает проблему вероятности, так как квантовые вероятности не играют никакой роли ни в одном из миров. Парадоксально, но физики говорят, что «вероятности возникают только потому, что наблюдатели не знают, в каком мире они на самом деле находятся».

Выходит, миры развиваются по-разному, в зависимости от того, что на самом деле происходит в каждом из них. Это позволяет сгруппировать их в классы в соответствии с макроскопическими результатами.

никто точно не знает, какие квантовые процессы в реальном мире ответственны за соткание ткани пространства-времени.

Физики продолжают изучать ряд примеров, в которых отталкивающее взаимодействие между различными мирами приводит к различным квантовым эффектам, которые они видят. В интерпретации множества взаимодействующих миров физики представляют себе два параллельных мира, в каждом из которых частица направляется к барьеру. В одном мире частица отскакивает от него, но в другом отталкивание между частицами дает второй импульс, необходимый для преодоления барьера.

По мнению авторов исследования, увеличение числа миров все больше походит на предсказаная квантовой механики.

И все же впереди еще много проблем. Возможно, наиболее серьезным и, следовательно, наиболее интересным является то, как интерпретация множества взаимодействующих миров справляется с квантовой запутанностью.

Подробнее о том, что это такое мы рассказывали здесь.

Оригинальная копенгагенская интерпретация квантовой механики все еще популярна, а новая теория может привести к проверяемым предсказаниям. Ключ находится в количестве миров, которые на самом деле составляют вселенную или мультивселенную. Но если это так, что двумя вселенными дело не кончится — их количество стремиться к бесконечности.

Если существуют другие вселенные, то сколько их?

Но если существует конечное число миров, значит ученые рано или поздно смогут это доказать. Безусловно, для этого потребуется время, но результаты однозначно стоят проверки и наших ожиданий. Идея мультивселенной становится популярной, а квантовая механика наш ключ к поиску других миров. А как вы думаете, если параллельная вселенная существует, как в ней сложилась ваша жизнь? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Подробнее..

Мир в суперпозиции три теории параллельных вселенных

20.01.2022 00:15:27 | Автор: admin

Как описать все, что мы видим и делаем, в одном уравнении?

ХХ век позволил нам заглянуть внутрь самого мироздания. Мы знаем, что состоим из атомов, которые вырвались в космическое пространство из недр сверхновых звезд. Эти мельчайшие частицы химических элементов, состоящие из ядра и электронов, навсегда изменили наше представление о Вселенной и нас самих, а также привели к появлению квантовой механики. Эта область физики чрезвычайно точно описывает взаимодействие элементарных частиц между собой. Но когда мы пытаемся описать нашу повседневную жизнь с помощью квантовой теории, начинаются проблемы. Ведь если одна частица может находиться в двух местах одновременно, то можем ли мы, подобно коту Шредингера, находиться в суперпозиции? И если прямо сейчас я сделаю прыжок вправо, сделает ли прыжок влево другая я в параллельном мире?

Копенгагенская интерпретация

На сегодняшний день существует три основных теории, способных объяснить устройство Мультиверса: копенгагенская интерпретация, интерпретация «множества миров» или «волновой функции» и «параллельные браны» теории струн. Последнюю мы отложим для следующей статьи и сосредоточимся на двух других объяснениях.

Совокупность всех возможных состояний, в которых может существовать объект, называется суперпозицией, которая состоит из «волновой функции».

Квантовая механика требует гладкой, полностью детерминированной волновой функции математического выражения, которое передает информацию о частице в виде многочисленных возможностей ее местоположения и характеристик. Но она также требует чего-то, что реализует одну из возможностей и устраняет все остальные.

Узнать жив или мертв кот можно лишь открыть коробку

Копенгагенская интерпретация была разработана в 1920-х годах физиками Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, которые утверждали, что частица не имеет материального существования до тех пор, пока не будет подвергнута измерению (наблюдению). И ведет эта теория прямиком к мысленному эксперименту Шредингера.

Читайте также: Физики придумали как спасти кота Шредингера

Нужно поместить кошку в запечатанную коробку вместе с небольшим количеством радиоактивного материала и счетчиком Гейгера. Если счетчик Гейгера обнаруживает распад радиоактивного материала, то запускает выброс ядовитого газа, который убивает кошку. Но пока коробка запечатана, кот находится в суперпозиции он одновременно и жив и мертв. Только когда коробка открыта, кот перейдет в то или иное состояние.

Кот Шредингера находится в суперпозиции

Шредингер считал, что подобного не может быть и что квантовая суперпозиция не работает с большими объектами, такими как кошки, потому что организм не может быть одновременно живым и мертвым. Таким образом, он пришел к выводу, что Копенгагенская интерпретация должна быть ошибочной изначально.

Не пропустите: Что произошло в первые микросекунды после Большого взрыва?

Интерпретация множественности миров

Альтернатива Копенгагенской интерпретации была предложена в 1957 году аспирантом Принстонского университета Хью Эвереттом. Он изучал физику под руководством Джона Уилера, который представлял себе структуру Вселенной как бурлящее субатомное царство квантовых флуктуаций.

В своей диссертации, озаглавленной «Теория универсальной волновой функции», Эверетт утверждал, что универсальная волновая функция реальна и не коллапсирует, как в Копенгагенской интерпретации. В этом случае каждый возможный результат квантового измерения реализуется в каком-то «мире» или вселенной, и по этой логике должно существовать очень большое или бесконечное число вселенных.

Волновая функция коллапсирует, допуская существование других миров

Согласно многомировой интерпретации квантовой механики все возможные события на самом деле происходят, но в каждой Вселенной может произойти только один результат. Требуется бесконечное число параллельных Вселенных, чтобы учесть все варианты, но эта интерпретация столь же верна, как и любая другая. Нет никаких экспериментов или наблюдений, которые бы исключали существования других миров.

Интересно, что многомировая интерпретация квантовой физики Эвереттом получила незначительную поддержку со стороны физического сообщества, так что он провел всю свою трудовую жизнь вне академических кругов. Сегодня его имя встречается все чаще, а недавно мы подробно рассказывали о его теории.

Еще больше интересных статей о том, что представляет собой Вселенная, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте

Согласно многомировой интерпретации квантовой механики все возможные события на самом деле происходят, но в каждой Вселенной может произойти только один результат. Требуется бесконечное число параллельных Вселенных, чтобы учесть все варианты, но эта интерпретация столь же верна, как и любая другая. Нет никаких экспериментов или наблюдений, которые бы исключали существование других миров.

Стивен Хокинг и теория инфляции

Знаменитый британский физик Стивен Хокинг скончался 14 марта 2018 года, проведя десятилетия прикованным к инвалидному креслу из-за бокового амиотрофического склероза. Заключительная исследовательская работа Хокинга, опубликованная всего за 10 дней до его смерти, была написана совместно с Томасом Хертогом, бельгийским профессором теоретической физики и касалась мультивселенной.

В статье, озаглавленной «Плавный выход из вечной инфляции?» Хокинг и Хертог предположили, что быстрое расширение пространства-времени после Большого взрыва, возможно, происходило неоднократно, создавая множество вселенных.

Стивен Хокинг допускал, что Мультивселенная существует

Теория инфляции предполагает, что до Большого взрыва Вселенная была наполнена энергией, которая была частью самого пространства. Именно эта энергия заставляла пространство расширяться с возрастающей скоростью и привела к Большому взрыву.

Больше по теме: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Но так как инфляция (как и все остальное) носит квантовый характер, она, должно быть, прекратилась в разное время в разных местах. Это означает, что должны существовать области пространства, в которых заканчивается инфляция и начинается Большой взрыв. Вот только эти области никогда не смогут столкнуться друг с другом, так как разделены раздувающимся пространством.

Выходит, сегодня никто не может ответить на вопрос о существовании Мультивселенной. Но у ученых появляется все больше идей и инструментов, с помощью которых мы можем попытаться понять как устроен мир. Физик Андрей Линде также является сторонником идеи Мультиверса и недавно мы подробно рассматривали его точку зрения, рекомендуем к прочтению.

Подробнее..

На Большом адронном коллайдере обнаружены экзотические Х-частицы. Почему это важно?

04.02.2022 16:10:50 | Автор: admin

«Частица Икс» с незапамятных времен обнаружена внутри Большого адронного коллайдера

Наша история началась с Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад. Согласно теории, за миллионные доли секунды после своего рождения Вселенная представляла собой плазму из элементарных частиц глюонов и кварков. Затем за очень короткий промежуток времени эта плазма остыла, а из ее частиц образовались известные нам протоны и нейтроны. Компанию им составили различные нестабильные частицы неизвестной структуры так называемые частицы Х, о существовании которых мир узнал в 2003 году. Тогда японский коллайдер Belle предоставил первые свидетельства существования X-частиц. Эти частицы, однако, распадались слишком быстро, так что изучить их структуру физикам не удалось. Теперь же ученые смогли воссоздать материю первых мгновений жизни Вселенной и наконец обнаружили загадочные частицы. Здорово, не так ли? Вот только плохо изученные частицы не вписываются в существующие модели формирования вещества.

Как проверить квантовую теорию?

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволил исследователям проводить по-настоящему удивительные эксперименты, проверяя верна ли квантовая теория. Так, с помощью БАК был обнаружен знаменитый бозон Хиггса, а обнаружение предсказанных частиц Х стало настоящим прорывом.

В поисках таинственных частиц неизвестной структуры, физики из Массачусетского технологического института (MIT) создали в коллайдере кварк-глюонную плазму, сталкивая на огромной скорости ионы свинца. Эти столкновения породили десятки тысяч самых разных частиц. Но как среди них поймать Х-частицы, которые, только возникнув, мгновенно распадаются?

Постепенно возникли частицы и взаимодействия, образующие наш Мир.

Используя методы машинного обучения для анализа более 13 миллиардов столкновений тяжелых ионов, ученые смогли точно определить 100 частиц «X» особого типа частиц под названием X (3872), названных в честь предполагаемой массы частицы. Каждое из этих 13 миллиардов столкновений, вероятно, породило десятки тысяч заряженных частиц.

Хотите знать больше о последних научных открытиях в области квантовой механики? Подписывайтесь на наш канал в Telegram так вы точно не пропустите ничего интересного!

С помощью программы, которая смогла просеять чрезвычайно плотный набор данных, ученым удалось выбрать ключевые переменные, которые, вероятно, были результатом распада X-частиц. Они увеличили масштаб сигналов и наблюдали пик при определенной массе, указывающий на их присутствие. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letter.

Таинственная частица откроет нам представление о самых ранних моментах существования Вселенной.

Результаты нового исследования позволят ученым заглянуть в самое сердце Большого взрыва. Кварк-глюонная плазма заполнила вселенную в первые миллионные доли секунды ее жизни, еще до того, как сформировалось то, что мы называем материей молекулы, атомы или даже протоны или нейтроны, объясняют физики.

Это интересно: Наблюдатель без наблюдателя: как отследить квантовые частицы?

Структура Х-частиц

Итак, при чрезвычайно высоких температурах триллионы градусов протоны, нейтроны и другие подобные им частицы распадаются и растворяются в высокоэнергетической суспензии кварков и глюонов (кварк-глюонная плазма). Один из методов, примененных физиками, стало столкновение тяжелых ионов: столкновение атомных ядер друг с другом на очень высоких скоростях.

Эксперименты на БАК заключались в том, чтобы разбивать тяжелые атомы свинца вместе, которые оставляли после себя следы информации в кварк-глюонной плазме ее создание стало возможным только в XXI веке, однако обнаружить в ней что-либо чрезвычайно сложно.

Никто раньше не пытался обнаружить X-частицы (3872) при столкновениях тяжелых ионов, так как это очень сложная задача, рассказали физики в пресс-релизе исследования.

Частица была создана внутри Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе.

Так как ядра атомов содержат скопления протонов и нейтронов, частицы на самом деле состоят из еще более крошечных частиц кварков. Для образования более крупных частиц, кварки связываются с глюонами еще более мелкими частицами, действующими как агенты малой ядерной силы.

Читайте также: Могут ли странные квантовые объекты объяснить наше существование?

Некоторые физики полагают, что X(3872) может быть частицей с четырьмя кварками: тетракваркоми. Типичные протоны и нейтроны состоят из трех кварков, но тетракварки странные, и обычно им требуются высокие энергии, чтобы оставаться вместе. В последнее десятилетие физики наблюдали другие примеры тетракварков в ускорителях частиц, подробнее можно прочитать здесь.

Частица была создана внутри Большого адронного коллайдера в ЦЕРН.

Не исключено также, что X-частицы (3872) на самом деле состоят из мезонов. Это еще один тип субатомных частиц, которые состоят из одного кварка и одного антикварка двойника кварка из антивещества. Мезоны, в свою очередь, иногда могут мимолетом оказаться на Земле.

Это происходит, когда высокоэнергетические космические лучи сталкиваются с известной нам материей. Однако более крупной частицы, состоящей из множества мезонов, физики никогда не видели.

Как объясняют авторы научной работы, если X (3872) созданы из мезонов, то перед нами признак того, что Вселенная изобиловала такими «экзотическими» частицами сразу после своего рождения. «В ближайшие годы у нас будет больше данных, и мы узнаем, какие частицы производила Вселенная в самом начале своего пути», — отмечают исследователи.

Не пропустите: Что нужно знать о новой квантовой теории времени?

Суперпозиция частиц-Х

По мнению ученых, которые не принимали участия в исследовании, частицы X(3872) могут и вовсе оказаться суперпозицией обычной пары очаровательных кварков или тетракварков, либо молекулами. К сожалению, экспериментальные неопределенности по-прежнему велики и не позволяют делать убедительные выводы сразу по нескольким причинам. Однако сам факт того, что физики смогли измерить состояние X (3872) при столкновении тяжелых ионов, является чрезвычайно важным открытием.

Явление при котором крошечные квантовые частицы находятся в двух местах одновременно, называется квантовой суперпозицией. Так как квантовая механика дисциплина сложная и мало понятная, речь в ней идет не о действиях, а состояниях. Например, когда электрон или фотон находится в суперпозиции, то делает все сразу, как бы накладываясь друг на друга будучи при этом и частицей и волной одновременно.

Теперь, определив сигнатуру X-частиц, физики могут определить ее внутреннюю структуру: протоны и нейтроны состоят из трех тесно связанных кварков, но исследователи считают, что частица X будет выглядеть совершенно иначе. По крайней мере, они знают, что новая частица содержит четыре кварка, но как они связаны сегодня неизвестно.

В будущем кварки и глюоны в плазме можно будет использовать, чтобы разбить частицу на части и посмотреть, что находится внутри.

Сейчас исследователи продолжают работу над сбором большего количества данных. «В ближайшие несколько лет мы соберем гораздо больше информации. Это расширит наше представление о типах частиц, которые в изобилии рождались в ранней Вселенной,» отмечают физики.

Этот эксперимент будет пополнен и другими данными благодаря работе космического телескопа Джеймс Уэбб. Этот новейший астрономический инструмент способен заглянуть внутрь Большого взрыва. Так или иначе, нам с вами впору готовиться к величайшим открытиям, способным объяснить сложную структуру Вселенной. Подробнее о том, как и когда Джеймс Уэбб начнет свою научную деятельность, мы рассказывали в этой статье, рекомендуем к прочтению.

Подробнее..

Наша Вселенная это голограмма? И при чем тут черные дыры?

05.03.2022 16:07:52 | Автор: admin

Мы знаем о гравитации со времен Ньютона, но по-прежнему пытаемся ее понять

Одна из наиболее многообещающих попыток объяснить гравитацию это попытка взглянуть на нее иначе, например, как на что-то вроде голограммы трехмерного эффекта, который появляется на плоской двумерной поверхности. Идея заключается в том, что нам лишь кажется, что мы живем в трехмерной вселенной на самом деле изменений может быть только два. Такой взгляд на мир называется голографическим принципом. Итак, представим, что некоторая удаленная двумерная поверхность содержит все данные, необходимые для полного описания нашего мира, и, как и в голограмме, эти данные проецируются в трех измерениях. Подобно персонажам на экране телевизора, мы живем на плоской поверхности, которая выглядит так, будто у нее есть глубина.

Как понять Вселенную

Безусловно, голографическая Вселенная кажется абсурдом. Но когда физики, исходя из расчетов, предполагают нечто подобное, это означает, что всевозможные фундаментальные физические проблемы например природа черных дыр и согласование гравитации и квантовой механики становятся проще. Если совсем просто, то законы физики имеют больше смысла, когда описаны в двух измерениях, а не в трех.

Однако существуют важные различия. Во-первых, не существует прямых доказательств того, что наша Вселенная является двумерной голограммой. Во-вторых, подобные вычисления не то же самое, что математическое доказательство.

Голограмма это изображение системы, полученное при помощи меньшего количества измерений, способное вместить в себя всю информацию из оригинальной системы.

Больше по теме: Наша Вселенная родилась в лаборатории?

Скорее, это интригующие предположения. Сомнения вызывает также тот факт, что проверить эту теорию экспериментальным путем невозможно. И все же, сама идея того, что наша Вселенная голограмма, возникла из пары парадоксов, которые касаются странной физики черных дыр.

Хранят ли черные дыры информацию?

В 1974 году знаменитый физик-теоретик Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры испускают небольшое количество излучения с течением времени. Когда эта энергия уйдет с горизонта событий внешнего края черной дыры черная дыра должна полностью исчезнуть. Эта идея породила так называемую проблему потери информации в черной дыре.

Долгое время считалось, что физическая информация не может быть уничтожена: все частицы сохраняют свою первоначальную форму, а если они изменяются, то влияют на другие частицы. Таким образом в конце жизненного цикла черной дыры можно определить исходное состояние набора частиц.

Кто знает, быть может наш мир и вся Вселенная это голограмма

Но тут возникает проблема: если черная дыра исчезает, то вся информация, присутствующая в любом поглощенном объекте, по-видимому, исчезает тоже.

В конце ХХ века исследователи предположили, что когда объект оказывается внутри черной дыры, то оставляет после себя своего рода 2D-отпечаток, информация о котором закодирована на горизонте событий. Позже, когда излучение покидает черную дыру, оно улавливает отпечаток этих данных.

Это интересно: Вселенная расширяется быстрее, чем предполагали ученые?

Таким образом информация на самом деле не исчезает бесследно. Проведенные расчеты показали, что хранить информацию можно только на двумерной поверхности черной дыры. И с помощью этой информации можно полностью описать любые, казалось бы, трехмерные объекты внутри нее.

Вся информация, содержащаяся в некой области пространства, может быть представлена как голограмма

Напомним, что черные дыры ведут себя в соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна. Но крошечные частицы за пределами черных дыр играют по правилам Стандартной модели физики элементарных частиц, которая описывает Вселенную в абсолютных мельчайших масштабах.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш канал в Telegram. Так вы точно не пропустите ничего интересного!

От черных дыр до всей Вселенной

Взгляд на всю Вселенную как на двумерный объект, который лишь кажется трехмерным, может помочь решить некоторые более серьезные проблемы в теоретической физике. Дело в том, что математика работает вне зависимости от того, идет ли речь о черной дыре, планете или целой Вселенной.

Более того, рассматривая вселенную в двух измерениях, исследователи смогли создать теорию струн широкую структуру, в которой основными строительными блоками Вселенной являются одномерные струны, а не частицы четко согласованной с хорошо установленными законами физики элементарных частиц. Можно даже сказать, что голографический принцип объединил теорию гравитации с теориями физики частиц.

И да, все это все сильно отличается от утверждения о том, что наша Вселенная а не эта странная гипотетическая является голограммой.

математически, Вселенная требует только двух измерений. Все остальное лишь иллюзия

Но несмотря на отсутствие доказательств, голографический принцип предсказывает, что существует предел того, сколько информации может содержать пространство-время, потому что наше кажущееся трехмерным пространство-время кодируется ограниченным количеством 2D-информации.

Читайте также: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Голографическая двойственность также предполагает, что трехмерная вселенная, подобно пространству внутри черных дыр, математически связана с двумерной вселенной. И если математика действительно является языком Вселенной, то когда-нибудь ученые найдут ответы на многочисленные вопросы о том, является ли наш мир симуляцией, частью бесконечной Мультивселенной или чем-то совершенно иным, о чем никто на нашей голубой планете пока не знает.

Подробнее..

С точки зрения квантовой физики время всего лишь иллюзия

30.04.2022 18:11:56 | Автор: admin

Время абстрактная величина или математическое понятие, существующее в нашем представлении реальности.

Мы воспринимаем время как стрелу, указывающую вперед. К тому же, пространство и время неразрывно связаны между с собой. Их дуэт проявляется в движении и развитии материи. Что же до главой силы во Вселенной, то гравитация искусно вплетает материальные объекты в ткань пространства-времени и дуэт превращается в трио. Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна удивительно точно описывает Вселенную. Но квантовая механика нарушает эту гармонию, ведь в мире субатомных частиц все устроено иначе. Две фундаментальные физические теории не согласуются друг с другом, что привело к кризису в современной физике. Но что, если взглянуть на ситуацию радикально по-другому? Существует ли вообще время? И если нет, то как тогда устроена Вселенная?

Что такое время?

Начнем с того, что структуру реальности абсурдно ставить под сомнение. Ведь мы только и делаем, что сверяемся со временем. Отмечаем дни рождения и другие ежегодные праздники, да уж там, вся наша жизнь это одно большое расписание, график, к которому мы привыкли. Более того, все тонкие фрагменты времени, назовем их так, создают нас и повседневную жизнь повсюду.

Но если предположить, что радикальный пересмотр физической теории это правильный путь, способный все расставить по своим местам, для начала нужно понять что такое время.

Физики определяют время как последовательность событий из прошлого в настоящее и в будущее. Время также можно рассматривать как четвертое измерение реальности, используемое для описания событий в трехмерном пространстве. Следовательно, для нас время движется вперед, как стрела.

Время во Вселенной может не существовать вовсе

И если Вселенную рассматривать как замкнутую систему, ее энтропия (степень беспорядка) не может уменьшиться. Это означает, что Вселенная не может вернуться в прежнее состояние, следовательно, время не может обернуться вспять. Вроде бы, все верно, но недавно физики нащупали кое-что интересное: на квантовом уровне время течет иначе, а частицы могут путешествовать в прошлое.

Можно ли отследить квантовые частицы без наблюдателя? Ответ ловите в этой статье и не забудьте подписаться на наш канал в Telegram, чтобы всегда оставаться курсе последних научных открытий!

Уравнения, на которых построена физическая наука, гласят, что квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным стрелам времени (вперед и назад во времени). А значит, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад. Подробнее о том, как физики пришли к такому выводу, мы рассказывали ранее.

Движение вперед

Достижения в области физики предполагают, что времени действительно не существует, по крайне мере в нынешнем его понимании. Многие ученые всерьез рассматривают эту возможность. Как выяснили исследователи из Австралийского католического университета, новая физическая теория ставит под сомнение само существование времени в нашей реальности.

На квантовом уроне времени не существует.

Важно понимать, что данный подход обусловлен математическими уравнениями. Если взять трехмерный набор координат, например, (x, y, z) и убрать из него «z», предположив, что ее «больше не существует», решение уравнения покажет другой результат. Подобные решения привели физиков к теории квантовой гравитации.

Мы не так часто об этом задумываемся и все же, как считаете, было ли у Вселенной начало? Исследователи считают, что она существовала всегда, в бесконечном прошлом и лишь недавно превратилась в то, что мы называем Большим взрывом. Продолжение можно прочитать здесь.

Безусловно, пересмотр нашей реальности это немалый подвиг. Особенно, когда речь заходит о теории петлевой квантовой гравитации или теории струн. И несмотря на то, что обе теории в некотором смысле потерпели неудачу, мечта Альберта Эйнштейна о создании теории всего вдохновляет ученых. Но есть еще кое-что интересное: теория петлевой квантовой гравитации допускает отсутствие времени как фундаментального понятия реальности.

Теория квантовой гравитации

Знаменитый мысленный эксперимент Эдвина Шредингера с кошкой и коробкой, внутри которой находится радиоактивное вещество это парадокс. Если мы откроем коробку, то кошка умрет из-за распада вещества. Но пока коробка закрыта и мы не видим кошку, она находится в квантовой суперпозиции, а значит и жива и мертва одновременно.

Для нас время может быть всего лишь иллюзией

Квантовая механика это область исследований, которая рассматривает, как частицы взаимодействуют между собой, находясь в суперпозиции. Это также означает, что частица может находиться в двух или даже во «всех» возможных местах одновременно. Конечно, путь к прогрессу тернист, однако ученые не были готовы к тому, насколько странной становится квантовая механика.

Загвоздка в том, что квантовая суперпозиция противоречит ОТО, которая была интегрирована в стандартную модель физики элементарных частиц с тех самых пор, как Эйнштейн впервые сформулировал ее в начале 1900-х годов.

Согласно ОТО, существующие физические объекты ведут себя ответ на силу гравитации. Время течет поразному в зависимости от того, где и как вы путешествуете в пространстве и является одним из ключевых законов Вселенной в рамках стандартной модели.

Но несмотря на популярную тенденцию подвергать сомнению природу времени, его физическая «реальность» не вызывает сомнений. Время является неотъемлемой частью Вселенной, а граница между событиями, которые были измерены, не определяет их исход.

Мы воспринимаем время как социальный конструкт

Согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, квантовый мир существует так же как и реальный мир. Это разделение показывает нам что происходит в природе, когда ранее неопределенные вещи становятся определенными. Выходит, время может быть фундаментальным. Но может и нет. То же самое происходит с воспринимаемой нами стрелой времени.

Больше по теме: Что такое многомировая интерпретация квантовой механики?

Новая эра физики

Но если пойти еще дальше и предположить, что время единственное, что удерживало человечество с самого зарождения цивилизации, будет уничтожено, то что останется Согласно классической физике, на выходе мы получим «причинно-следственную связь», то есть идею, согласно которой одно событие влечет за собой другое.

Это понятие не поддается никаким абсолютным понятиям и существует абстрактно, полагают исследователи.

В попытках связать математические уравнения с реальностью, ученые предполагают, что если времени не существует, то оно не оказывает прямого влияния на нашу жизнь, даже если продвигает физику в новую эру. Дело в том, что мы воспринимаем время как социальный конструкт, который является для нас реальностью, а измеряем мы его просто посмотрев на часы.

И даже если время на самом деле не существует, наша жизнь будет идти своим чередом.

О том, как продвигаются исследования в этой области, можно узнать в одной из предыдущих статей, рекомендуем к прочтению.

В конечном итоге это довольно удобно, так как человеческий мозг с трудом справляется с такими понятиями, как бесконечность и ткань пространства-времени. Но так как взаимодействие элементарных частиц между собой вызывает массу вопросов, а ответы на них нам пока неизвестны, физики и математики над этим работают.

Подробнее..

Квантовый мир как связаны стерильные нейтрино и темная материя?

25.11.2021 00:20:12 | Автор: admin

Квантовый мир скрывает множество тайн, крохотную часть из которых мы пытаемся постичь

Самые распространенные частицы природы, за исключением фотонов (частиц света) это нейтрино. Они не имеют заряда и исходят от Солнца, а также от сверхновых и других космических событий. Более того, около триллиона нейтрино прямо сейчас проходят через вашу руку! Ученые выделяют несколько типов или разновидностей нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино, а также надеются на существование четвертого типа «стерильных нейтрино». Если они действительно существуют, то помогли бы разрешить несколько фундаментальных загадок в физике, например, почему нейтрино имеют массу, в то время как теории предсказывают, что массы у этих частиц быть не должно? Стерильные нейтрино также связывают с таинственный субстанцией, которая заполняет 85% наблюдаемой Вселенной темной материей, пронизывающей космос. Наличие этих загадочных частиц предсказывали ранее проведенные эксперименты, но вот незадача: теория также предсказывает возможное существование не только «стерильных» нейтрино, но и множества других, дополнительных частиц. Эти нейтрино могли бы взаимодействовать друг с другом посредством своих собственных тайных сил где-то на задворках Вселенной. Но обо всем по порядку.

Из чего состоит все вокруг?

С точки зрения физики мы состоим из кварков и лептонов. Как объясняет в своем видео для Пост-Науки доктор физико-математических наук Данилов Михаил Владимирович, нейтроны состоят из u-кварков и d-кварков и составляют атомные ядра. Из атомных ядер и электронов образуются атомы, которые затем объединяются в молекулы, образуя абсолютно все, что мы видим вокруг себя.

Согласитесь, довольно простая картина. Электроны в атомах удерживаются за счет электромагнитного взаимодействия, а его переносчик фотоны. Кварки внутри протона и нейтрона удерживаются за счет сильного взаимодействия, переносчиками которого появляются глюоны.

Бозон Хиггса многое изменил в мире элементарных частиц

За счет сильного взаимодействия протоны и нейтроны удерживаются в ядре атома, а слабое взаимодействие ответственно за переход нейтрона в протон, электрон и антинейтрино. Тут, однако, необходимо отметить, что у каждой частицы есть своя античастица, которая отличается от частицы отрицательным зарядом, отмечает Данилов.

Но несмотря на столь элегантную и простую на первый взгляд картину, природа не так проста. И доказательством тому служит существование еще одного набора кварков и лептонов, которые физики называют поколениями. Интересно, что эти частицы тяжелее обыкновенных кварков и лептонов, но вокруг нас их нет. Они возникают лишь в редких случаях.

Итак, что мы в итоге знаем о Вселенной?

В природе существуют кварки и лептоны. Кварки принимают участие в сильном взаимодействии, лептоны нет.

По сути, эти крошечные частицы фундамент всего, что мы видим. Обнаруженный в 2012 году Бозон Хиггса, кажется, завершил картину, так как именно он дает массу всем остальным частицам Стандартной модели. Подробнее о том, что такое Стандартная модель и как физики дробят материю на атомы, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению.

Загадочные нейтрино

Но вернемся к нейтрино. В 1990-х годах во время экспериментов по изучению этих таинственных частиц произошло нечто странное: в детекторе появилось слишком много частиц. В 2002 году ученые начали еще один эксперимент, чтобы выяснить, что произошло. Это испытание также показало удивительные результаты но по-другому.

Нейтрино это загадочные квантовые частицы, которые имеют массу, но очень малы и их трудно измерить. Они удивительны, потому что масса, которую они содержат, не учитывается в Стандартной модели, описывающей субатомный мир.

Эти избыточные частицы в ранних экспериментах взволновали ученых. Дело в том, что они выглядели как возможные признаки существования так называемых «стерильных нейтрино», мешающих нормальным нейтринным ароматам (как их поэтично называют физики): стерильные нейтрино взаимодействовали бы с другими частицами только с помощью гравитации, тогда как известные три аромата нейтрино с помощью слабого взаимодействия.

Физики поэтично называют разные типа кварков ароматами

И все же они могут оказывать влияние на другие нейтрино из-за странного свойства, которым обладают все эти частицы: способности «колебаться» или менять аромат. Частица, например, электронное нейтрино, может превратиться в тау или мюонное нейтрино, и наоборот. Обычно это преобразование происходит, когда нейтрино преодолевают определенное расстояние, но, похоже, оно происходит быстрее в других экспериментах.

Однако в 2013 году существование стерильных нейтрино было поставлено под сомнение, поскольку исследования, проведенные в Институте Макса Планка в Германии по ранней вселенной, не обнаружили их следов, как, например, объясняет в этой связи журнал Quanta.

Больше по теме: Физики открыли новую элементарную частицу тетракварк

С тех пор появились предположения о возможности существования не одного стерильного, а множества дополнительных нейтрино, которые могли бы взаимодействовать друг с другом посредством своих собственных тайных сил в месте во Вселенной, которое мы до сих пор не знаем.

В поисках стерильного нейтрино

Детектор нейтрино LSND, расположенный в Национальной лаборатории Лос-Аламоса и мини-ускоритель нейтрино MiniBooNE в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) позволили исследователям прийти к удивительным выводам.

Более двадцати лет физики ищут таинственное стерильное нейтрино

Интересный факт
Ранее считалось, что мюонные нейтрино могут превращаться в стерильные нейтрино, а затем в электронные нейтрино этот процесс может происходить быстрее, чем простое переключение мюонного аромата на электронный.

В своих экспериментах физики генерируют поток мюонных нейтрино и направляют их на детектор, расположенный на расстоянии 470 метров. Детектор гигантский резервуар, заполненный 170 метрическими тоннами чистого жидкого аргона ждет, чтобы поймать нейтрино в момент столкновения с ядром одного из атомов аргона. Такие столкновения крайне редки, и единственными их признаками являются вторичные частицы, образующиеся в результате взаимодействия.

Как пишет Scientific American, ученые объявили о результатах, полученных с помощью детектора MicroBooNE 27 октября, заявив, что не увидели никаких признаков, свидетельствующих о наличии дополнительных частиц.

Да, это немного странно, говорит представитель MicroBooNE Бонни Флеминг из Йельского университета. «В более ранних экспериментах наблюдались дополнительные частицы, похожие на электроны или фотоны», отмечает он.

Детектор элементарных частиц MicroBooNE

Это интересно: Ученые приблизились к пониманию того, почему антиматерии во Вселенной меньше, чем материи

Однако MicroBooNE может гораздо точнее определить направление движения частиц и энергию, которую выделяют частицы. Это означает, что физики могут решить, является ли что-то электроном или фотоном. Настоящий триумф эксперимента заключается в том, что технология работает настолько хорошо.

Тем не менее, исследователи практически уверены в том, что там, где они искали, нет лишних электронов или фотонов, что ослабляет надежды на обнаружение стерильных нейтрино. Если бы мюонные нейтрино могли быстро превращаться в стерильные нейтрино, а затем в электронные нейтрино, электроны появились бы в детекторе.

Детектор находится недостаточно далеко от своего источника, чтобы возникло обычное колебание мюонного нейтрино в электронное нейтрино

Но если нет лишних электронов или фотонов, то что это за избыточные частицы, которые были зарегистрированы LSND и MiniBooNE? Один из вариантов ответа заключается в том, что необъяснимые столкновения нейтрино на самом деле не происходили ни в одном из предыдущих экспериментов и что в случае с MiniBooNE исследователи просто пропустили некоторые помехи внутри детектора в ходе эксперимента.

Детектор находится недостаточно далеко от своего источника, чтобы возникло обычное колебание мюонного нейтрино в электронное нейтрино.

Другие соглашаются. «Очень маловероятно, что в детекторе произошла какая-то ошибка», рассказал журналистам физик-теоретик Северо-Западного университета Андре де Гувеа. Должен быть новый источник либо электронов, либо фотонов, либо чего-то похожего на электроны или фотоны. Возможно, говорит он, происходит что-то более сложное.

Эти частицы могут распадаться на другие например, на обычное нейтрино и нечто экзотическое, например «темный фотон» (двоюродный брат обычных фотонов, физики предполагают его существование, однако никаких доказательств их существования на сегодняшний день нет).

Читайте также: Стоит ли доверять науке?

Причем здесь темная материя?

И все же, стерильные нейтрино остаются привлекательной перспективой для физиков. Они, вероятно, являются побочным продуктом теорий, пытающихся объяснить, почему нейтрино вообще имеют массу. Более того, эти таинственные частицы могут помочь объяснить, что такое темная материя.

Дело в том, что некоторые виды стерильных нейтрино сами могут быть кандидатами на темную материю, или же быть частью «темного сектора», в котором частица темной материи оказывается связана со стерильными нейтрино или распадается на них. И выяснение того, что происходит в этих экспериментах с нейтрино, может стать первым шагом к ответу на эти более масштабные вопросы.

Это действительно интересно, потому что все очевидные возможности уже проверены, считают исследователи.

Так как темная материя не вступает в электромагнитное взаимодействие с фотонами света, наблюдать ее непосредственно невозможно

Вам будет интересно: Может ли темная материя формироваться из обычной материи?

Как предложил Джанет Конрад, физик из Массачусетского технологического института (MIT), и Карлос Аргуэльес-Дельгадо, физик из Гарвардского университета, стерильные нейтрино могут распадаться на набор невидимых частиц: они подтвердили бы существование темного сектора, выведенного в качестве альтернативы невозможности обнаружения «неповрежденных» стерильных нейтрино.

Напомню, что темная материя не состоит из обычных частиц, таких как электроны, протоны или электроны, поэтому считается, что она должна состоять из частицы, не распознаваемой Стандартной моделью.

Исторически стерильные нейтрино были кандидатами для объяснения состава темной материи, поэтому проверка того, что они доминируют в темном секторе с помощью невидимых частиц, которые являются их прямыми потомками, также объяснило бы, почему Вселенная находится в постоянном расширении.

Возможно, ученые вскоре обнаружит нечто такое, что навсегда изменит современную физику

Больше по теме: Ученые считают, что темная материя может скрываться в дополнительном измерении

Словом, хорошо то, что у нас есть инструменты для дальнейшего изучения этого вопроса так что, надеемся, что ученые докопаются до сути. Поиск стерильных нейтрино продолжается, следите за новостями и подписывайтесь на наш канал в Telegram, так вы точно не пропустите ничего интересного!

Подробнее..

Наблюдатель без наблюдателя как отследить квантовые частицы?

29.12.2021 02:13:51 | Автор: admin

Исследователи нашли Способ отслеживать квантовые частицы, не наблюдая за ними

В 2017 году исследователи из Кембриджского университета, кажется, добились невозможного они открыли способ наблюдать квантовые частицы, не наблюдая при этом за ними напрямую! Одна из фундаментальных идей квантовой теории гласит, что квантовые объекты способны существовать в двух состояниях одновременно: и волны и частицы. При этом ни одна частица не может существовать без другой пока обе не будут измерены наблюдателем. Работа британских исследователей представляет квантовые частицы в совершенно новом свете, потенциально помогая другим ученым понять их движение и поведение. Интересно, что открытие служит предпосылкой для знаменитого мысленного эксперимента Эрвина Шредингера: если поместить в коробку колбу с радиоактивным веществом и специальным механизмом, ее открывающим, а следом взять кошку и закрыть ее в этой коробке, кошка окажется в суперпозиции совокупности всех состояний, в которых может одновременно находиться кошка. В некотором смысле исследователи смогли изучить «запретную область» квантовой механики, отслеживая движения квантовых частиц, не наблюдая за ними напрямую.

Квантовая механика фундаментальная физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (молекул, атомов, атомных ядер, частиц)

Кто в суперпозиции?

Сегодня мы знаем о существовании целого зоопарка элементарных частиц, которые удалось классифицировать в Стандартную модель невидимые глазу частицы являются фундаментальными кирпичиками Вселенной. Атомы, из которых мы состоим, зародились в результате вспышек сверхновых звезд где-то на космических просторах. Мы едва поспеваем за каждым новым открытием в области квантовой механики все происходит стремительно.

Но вернемся к коту в суперпозиции волновой функции если по-научному. Целью мысленного эксперимента Шредингера был ответ на вопрос о том, когда квантовая суперпозиция и реальность становятся вероятностью.

Кошка одновременно жива и мертва

Вот что говорят по этому поводу авторы работы, опубликованной в журнале в Physical Review: Каждый раз, когда частица взаимодействует с окружающей ее средой, она оставляет своего рода «метку», благодаря которой информация кодируется в частицах.

По сути, исследователи сформировали теорию, которая позволяет им сопоставлять эти «метки» без необходимости непосредственного наблюдения за частицами их движение можно отследить не измеряя их, а наблюдая за воздействием частиц на окружающую среду.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Как увидеть то, чего нет?

Как отмечают авторы исследования, метки, которые генерируют частицы, взаимодействуют с окружающей средой но лишь тогда, когда никто за ними не наблюдает прямо как в знаменитом эксперименте с кошкой. Так что физики взяли на себя создание способа отслеживания секретных движений квантовых частиц.

Если говорить совсем просто, то когда частицы движутся, они «помечают» свое окружение. Каждая такая метка или взаимодействие с окружающей средой кодирует информацию внутри частиц, объясняет Дэвид Арвидссон-Шукур, один из авторов исследования и аспирант Кавендишской лаборатории Кембриджа.

Фундаментальные «истины» квантовой физики можно проверить с помощью уже имеющихся данных и новой информации. Так что ждем новых и невероятных новых захватывающих открытий.

Следуя «меткам» исследователи обнаружили, что могут декодировать информацию от частиц в конце эксперимента то есть когда за частицами наблюдают. Это позволяет следить за движением частиц и узнать гораздо больше информации об их странном поведении. Новый метод позволяет отслеживать отображения «отмеченных» взаимодействий без непосредственного наблюдения за ними.

Вам будет интересно: Парадокс Вигнера: что нужно знать о двойственности реальности?

Ну а теперь самое интересное этот способ отслеживания ненаблюдаемых квантовых частиц позволит ученым проверить извечные предсказания квантовой механики. В недалеком прошлом волновая функция считались абстрактными вычислительным инструментом, используемыми только для прогнозирования результатов квантовых экспериментов.

Волновая функция величина, полностью описывающая состояние микрообъекта (например, электрона, протона, атома, молекулы)

Но исследование показало, что информация, закодированная в каждой квантовой частице после каждого взаимодействия, напрямую связана с волновой функцией, которая, в свою очередь, тесно связана с фактическим состоянием частиц. Вот так ученым удалось исследовать «запретную область» квантовой механики: определить путь квантовых частиц, когда за ними никто не наблюдает.

Читайте также: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Что же до ближайшего будущего, то нас однозначно ожидает череда удивительных открытий в области квантовой механики. Недавно мы рассказывали о путешествии во времени в квантовом мире оказалось, что на квантовом уровне время может идти как вперед, так и назад. Вот такая физика, сложная но изумительная.

Подробнее..

Обнаружены новые элементарные частицы. Почему это важно?

24.06.2022 16:14:05 | Автор: admin

Обнаружены новые элементарные частицы. Неужели новая физика маячит на горизонте?

Мы — часть Вселенной. И это не просто слова. Каждое живое существо на нашей планете состоит из крошечных, невидимых глазу элементарных частиц. То же касается всей видимой материи, которую астрономы наблюдают с помощью телескопов. К счастью, для изучения атомов не нужно отправляться в космическое путешествие физики прекрасно справляются с этой задачей на Земле. Например, с помощью Большого адронного коллайдера (БАК) ускоряя частицы и дробя материю на атомы. Так, за последние годы мир узнал о существовании самых разных частиц бозона Хиггса, тетракварков и энионов. Все эти частицы создают реальный мир и могут многое рассказать об устройстве Вселенной, например, о таинственной темной материи, увидеть которую никому не удалось. Недавно исследователи сообщили об открытии «кузена» бозона Хиггса, а также об аномалиях, предположительно вызванных стерильными нейтрино.

Нейтрино загадочные квантовые частицы, массу которых трудно измерить. Нейтрино удивительны, так как масса, которую они содержат, не учитывается в Стандартной модели элементарных частиц, описывающей субатомный мир.

Мир элементарных частиц

Общая теория относительности (ОТО) с невероятной точностью описывает законы физики как на Земле так и в космосе. Эйнштейн также предсказал существование гравитационных волн и черных дыр, правда, он считал, что их обнаружение невозможно. Но несмотря на открытия последних лет, ОТО не может описать Вселенную целиком.

Масла в огонь подливает квантовая механика фундаментальная физическая теория, которая описывает природу в масштабе атомов и субатомных частиц. Считается, что они пронизывают Вселенную и формируют фундаментальные силы природы.

Интересный факт
Основная проблема построения научной теории всего состоит в том, что квантовая механика и общая теория относительности (ОТО) имеют разные области применения. Квантовая механика в основном используется для описания микромира, а общая теория относительности применима к макромиру.

Существует четыре фундаментальных силы или взаимодействия гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия. В совокупности они составляют основу известных природных явлений.

Напомним, что Стандартная модель элементарных частиц описывает электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие. Фотоны, например, опосредуют электромагнетизм, а крупные частицы, такие как W и Z-бозоны, опосредуют слабое ядерное взаимодействие, которое управляет ядерным распадом на субатомном уровне.

Но чем больше физики погружаются в изучение микромира, тем больше у них возникает вопросов. И особенно о нейтрино самых распространенных в природе частицах, увидеть которые нельзя. Большинство нейтрино поступают от Солнца, но некоторые образуются в верхних слоях атмосферы. Словом, современная физика пока не может описать Вселенную целиком.

Больше по теме: Физики доказали существование энионов третьего царства частиц

Стерильные нейтрино

Итак, сегодня мы знаем о существовании трех типов или разновидностей нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Многие исследователи полагают, что существует четвертый аромат стерильные нейтрино.

Свое название эти частицы получили исходя из предположения о том, что они взаимодействуют с другими частицами исключительно за счет гравитации. А вот оставшиеся три разновидности могут объяснить природу темной материи.

Нейтрино входит в число самых распространенных частиц во Вселенной, но поймать их сложно. Так как у этих частиц практически нет массы и электрического заряда. Отследить их можно только по слабому ядерному взаимодействию.

Темная материя таинственная невидимая и неуловимая субстанция, на долю которой приходится 85% всей материи во Вселенной. В то же самое время одними из возможных частиц, составляющих темную материю, могут быть стерильные нейтрино.

Особое отношение физиков к нейтрино обусловлено их странными свойствами электронное нейтрино может превратиться в тау- или мюонное нейтрино, и наоборот. Это объясняет интересный квантомеханический эффект под названием нейтринные осцилляции когда один вид нейтрино превращается в другой, или же становится антинейтрино.

Поисками нейтрино ученые занимаются по всему миру

Ряд аномалий, выявленных еще в 1990-х годах во время экспериментов по изучению нейтрино, подтвердила работа 2002 года, а также исследования последних лет. К тому же новый эксперимент, проведенный глубоко под землей, также зафиксировал наличие аномалий, Так что либо стерильные нейтрино действительно существуют, либо все наши знания физики ошибочны.

Еще больше интересных статей читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте

Осевой бозон Хиггса

Существование бозона Хиггса было предсказано в 1964 году физиком-теоретиком Питером Хиггсом, но обнаружить частицу удалось лишь на Большой адронном коллайдере (БАК) десять лет назад. Считается, что именно бозон Хиггса придает массу всем остальным частицам Стандартной модели и фактически ее подтверждает.

Но недавно физики из Бостонского университета сообщили об обнаружении родственной бозону Хиггса частицы так называемой осевой бозон Хиггса. К такому выводу исследователи пришли без помощи БАК, что удивительно. Более того, наличие у «частицы Бога» родственника свидетельствует о недостатках современной физической теории, включая неточность Стандартной модели элементарных частиц.

Кстати, обнаружить «кузена» бозона Хиггса удалось в ходе настольного оптического эксперимента, который проводился на обычном столе, сообщает Live Science.

Большой адронный коллайдер позволил обнаружить частицы, существование которых предсказывали десятилетия назад

Стандартная модель включает два типа частиц: бозоны, к которым относятся глюоны и гравитоны; и фермионы, которые составляют материю и включают в себя нейтрино, электроны и кварки. Однако поиски частиц, способных полностью объяснить природу Вселенной, частенько заводят физиков в тупик. Так что исследователи ожидают новый запуск БАК после почти трехлетнего перерыва и надеются обнаружить больше частиц, что скрываются на просторах Вселенной.

Читайте также: Физики получают все больше доказательств существования новой, неизвестной силы природы

Стандартная модель навсегда

По словам авторов научной работы, опубликованной в журнале Nature, осевой бозон Хиггса создает магнитное поле. А еще эта частица может являться частью темной материи, из которой состоит большая часть Вселенной.

Чтобы обнаружить таинственную частицу ученые использовали редкоземельный трителлурид квантовое вещество с двухмерной кристаллической структурой. В нем электроны самоорганизуются в волну, в которой плотность заряда периодически увеличивается или уменьшается.

Бозон Хиггса частица, которая переносит взаимодействие между другими частицами и имеет инертную массу

По словам исследователи, осевой бозон Хиггса возник, когда в квантовом веществе при комнатной температуре имитировали определенный набор волн. Для дальнейшего наблюдение за новой частицей физики использовали рассеивание света.

Изначально мы просто исследовали светорассеивающие свойства этого вещества. Но потом обнаружили аномальные изменения, которые намекали на существование чего-то нового, объясняют авторы научной работы.

Самое главное в этой истории заключается в том, что появление осевого бозона Хиггса все еще согласуется со Стандартной моделью элементарных частиц. Теоретически, новый бозон Хиггса может объяснить существование темной материи. Правда, для этого нужна новая теория, которая согласовывалась бы с существующими экспериментами и еще не обнаруженными частицами. Так что говорить о новой физике пока рано.

Не пропустите: Физика частиц и новейшие технологии: что нас ждет в ближайшие 10 лет?

Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия новой физики

С другой стороны ряд ранее опубликованных исследований свидетельствует об аномалиях и обнаружении новой силы природы. Подробнее о том, что эта за сила и почему физика стоит на пороге перемен мы рассказывали здесь, рекомендуем к прочтению.

Подробнее..

Физики зафиксировали тысячи молекул в одном квантовом состоянии

01.05.2021 18:17:16 | Автор: admin

Ух! Переда вами бозонный аналог перехода от конденсата Бозе-Эйнштейна к сверхтекучей жидкости Бардина-Купера-Шриффера в газе Ферми.

Автором нового исследования, опубликованное в журнале Nature, похоже удалось решить одну из самых важных задач квантовой физики они продемонстрировали как привести несколько молекул сразу в единое квантовое состояние. Напомню, что когда группа частиц, охлажденных до абсолютного нуля, разделяет единое квантовое состояние и вся группа начинает вести себя так, как если бы это был один атом, физики говорят о конденсате Бозе-Эйнштейна. Этого состояния, безусловно, достичь трудно, но когда это происходит, открывается целый мир новых возможностей. Ученые проделывали это с атомами на протяжении десятилетий, но проделай они то же самое с молекулами, сегодня мы, вероятно, обладали бы разными формами квантовых технологий. Но поскольку молекулы больше атомов и имеют гораздо больше движущихся частей, большинство попыток обуздать их не увенчались успехом. Впрочем, так было до конца апреля этого года в ходе нового исследования команда физиков охладила атомы цезия, а затем ограничила молекулы таким образом, чтобы они находились на двумерной поверхности и могли двигаться только в двух направлениях. В результате получился набор практически идентичных молекул в едином квантовом состоянии.

Что такое конденсат Бозе-Эйнштейна

Как известно, и свертекучесть, и сверхпроводимость это результаты изменения в поведении скоплений квантовых частиц при низких температурах. Явление, связанное с этим, включает в себя создание совершенно нового состояния вещества. Помимо трех известных состояний вещества жидкостей, газов и твердых тел существует четвертое плазма. Она возникает при нагревании газа до температур, при которых атомы теряют электроны и превращаются в заряженные ионы. Ионы часто образуются в химических реакциях, например в той, где соль (хлорид натрия) растворяется в воде, производя ионы натрия и хлора, или в тех, при которых нагревается газ.

Интересно и то, что плазма является наиболее часто встречающимся веществом во Вселенной поскольку в основном из нее состоят звезды, которые составляют основную массу галактик (не считая темной материи). С плазмой мы сталкиваемся и в обычной жизни когда смотрим на пламя или на типы телевизоров с плоским экраном. Но на холодном конце шкалы температур имеется пятое состояние вещества конденсат Бозе-Эйнштейна.

Стандартная модель физики элементарных частиц разделяет частицы на две группы, которые не подчиняются принципу запрета: фермионы (электроны и кварки) и бозоны (фотоны). Бозоны обычно друг с другом не взаимодействуют и многие из них могут сосуществовать в одном квантовом состоянии.

Конденсат Бозе-Эйнштейна образуется, если охладить газ до почти абсолютного нуля.

В конденсате Бозе-Эйнштейна огромное число частиц связаны друг с другом таким образом, что эта связь позволяет им вести себя подобно одному большому бозону, наделяя вещество такими необычными свойствами, как способность захватывать свет. Название «бозе-эйнштейновский» отсылает к модели, используемой для описания коллективного поведения частиц «бозе-эйнштейновской» статистике одним из двух вариантов того, как могут вести себя квантовые частицы. Другой вариант это статистика Ферми-Дирака.

Интересуетесь физикой и новостями из мира высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Как зафиксировать молекулы в одном квантовом состоянии?

В ходе нового исследования, опубликованного в журнале Nature 28 апреля, команда ученых из Чикагского университета охладила атомы цезия почти до абсолютного нуля в этом состоянии каждый атом стационарен, а все электроны находятся на нижнем уровне; теоретически это происходит при -273,15 градусах по Цельсию (0 градусов по шкале Кельвина). Это происходило в несколько этапов.

Первым было охлаждение всей системы до 10 нанокельвинов на волосок выше абсолютного нуля. Затем они упаковали молекулы в ползучее пространство так, чтобы те были прижаты плашмя. «Как правило, молекулы хотят двигаться во всех направлениях, и если позволить им это, то они становятся менее стабильны. Мы ограничили молекулы таким образом, чтобы они находились на двумерной поверхности и могли двигаться только в двух направлениях», пишут авторы исследования.

Читайте также: Почему квантовая физика сродни магии?

Проф. Чен Чин в лаборатории в Чикагском университете. Его лаборатория объявила о прорыве в приведении нескольких молекул в одно квантовое состояние. Это одна из самых важных целей в квантовой физике.

В результате получился набор практически идентичных молекул выстроенных в линию с абсолютно одинаковой ориентацией, одинаковой частотой колебаний и в одном и том же квантовом состоянии. Ученые описали этот молекулярный конденсат как чистый лист новой чертежной бумаги для квантовой инженерии.

«Это абсолютно идеальная отправная точка. Например, если вы хотите создать квантовые системы для хранения информации, вам нужно начать с чистого листа, прежде чем вы сможете отформатировать и сохранить эту информацию», отметил ведущий автор исследования Чен Чин из Чикагского университета в интервью изданию Sciencealert.

Примечательно, что до сих пор ученым удавалось связать вместе до нескольких тысяч молекул в таком состоянии и они только начинают исследовать его потенциал. Как объясняют авторы научной работы, в традиционном понимании химии мы обычно думаем о том, что несколько атомов и молекул сталкиваются и образуют новую молекулу. Но в квантовом состоянии все молекулы действуют вместе, проявляя коллективное поведение. Это открывает совершенно новый способ изучения того, как молекулы могут взаимодействовать друг с другом, чтобы превратиться в молекулы нового типа.

Вам будет интересно: Действительно ли мир стоит на пороге открытия новой физики?

Результаты работы, как надеются ее авторы, в будущем могут лечь в основу форм квантовых технологий. Помимо прочего, благодаря своей богатой энергетической структуре холодные молекулы могут способствовать прогрессу в квантовой инженерии и квантовой химии. В общем, на лицо все свидетельства того, что в скором времени нас ожидаем много удивительных открытий.

Подробнее..

Корпускулярно-волновой дуализм подтвердили экспериментально. Что это значит?

26.08.2021 02:02:21 | Автор: admin

Перед вами первый в истории снимок света и как волны, и как частицы. Фото сделано в лаборатории Фабрицио Карбоне (Fabrizio Carbone) в Федеральной политехнической школе Лозанны

Иногда вещи, которые на первый взгляд кажутся невероятно простыми, на самом деле оказываются чуть ли не самыми сложными. Взять, к примеру, свет. Древние цивилизации испытывали больше трудностей в понимании его природы, чем в понимании вещества чего-то, к чему можно прикоснуться. Сегодня мы знаем, что свет это не только способ переноса энергии от Солнца к Земле, делающей жизнь на нашей планете возможной, но и невидимая сеть из фотонов, которая позволяет электромагнетизму работать на расстоянии. Интересно, что до конца XVII века существовало две противоположные теории света. Так, Ньютон считал, что свет состоит из крошечных частиц, которые он назвал корпускулами. Но другие ученые, включая современников английского физика, полагали, что свет состоит из волн, как рябь, движущаяся по поверхности воды. Многим позже шотландскому физику Джеймсу Клерку Максвеллу удалось объединить Ньютоновские корпускулы и волновую теорию света, создав теорию, в которой эти явления были хорошо собраны воедино.

Интересный факт
В работе 1801 года английский физик Томас Юнг описал создание двух узких пучков лучей, идущих от одного и того же источника. Опыт показал, что световые волны интерферируют друг с другом, приводя к появлению на экране темных и светлых полос. Используя пару узких щелей Юнг в конечном итоге заставил свет охватить весь листок бумаги.

Природа света

Сегодня мы знаем, что свет может вести себя как частица и как волна. Но достигнуть этого понимания было непросто. Так, к началу XIX века было известно, что волны света могут интерферировать друг с другом (то есть усиливать или ослаблять друг друга).

Если бросить в воду два камушка, в некоторых точках водной глади волны от этих камней будут одновременно подниматься, усиливая друг друга и порождая интенсивную волну. При этом в других точках они будут колебаться в противоположных направлениях и гасить друг друга. В ходе эксперимента Томас Юнг увидел на листе бумаги светлые и темные полосы это означает, что световые волны подвергались такому же процессу интерференции.

Интерференция волн. Изображение: Юлия Кузьмина для ПостНауки

Основоположником волновой теории света был Христиан Гюйгенс, развивал ее Опасен-Жен Френель, а Джеймс Клерк Максвелл описал электромагнитное поле и электромагнитное излучение в своих уравнениях, сделав возможным понимание природы света. На основе интерференции можно строить голограммы и объяснить интерференцию и дифракцию.

Однако свет можно также рассматривать как поток частиц фотонов или квантов света. В основе корпускулярной теории лежат идеи Исаака Ньютона. В ХХ веке эти положения развил Макс Планк. Интересно, что используя представление о свете как о потоке частиц, можно объяснить фотоэффект и теорию излучения. В настоящее время считается, что свет может проявлять себя и как волна и как поток частиц.

Читайте также: Расплетая радугу как тайны света привели человечество к открытию темной материи?

Корпускулярно-волновой дуализм

Итак, свет может в любой момент времени вести себя как частица или волна, однако демонстрировать одно из двух состояний одновременно он не может. Если эксперимент требовал от него свойств волны, то свет вел себя как волна и то же самое для частицы. Позже этот принцип стал известен как корпускулярно-волновой дуализм.

Эту по-настоящему странную картину в итоге удалось завершить французскому физику Луи де Бройлю в 1924 году. Если свет, который рассматривается как волна, может вести себя как поток частиц, то, возможно, частицы, например электроны, могут вести так, как если бы они были волнами.

Древние греки считали, что свет является формой огня, предполагая, что он направлялся из глаз к объектам, которые человек мог видеть.

По сути, концепция де Бройля иллюстрировала, насколько квантовая физика подрывала старые предположения, ведь составляющими веществами материи были электроны, или вещества, а фотоны образовывали невидимый свет. И тем не менее, при некоторых обстоятельствах они вели себя как волны, а при других как частицы. Как только квантовый мир ворвался в мир классической физики, прежние различия стали менее определенными.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Между тем, идея о том, что электроны могут проявлять волновые свойства, отлично вписывалась в модель атома Нобелевского лауреата Нильса Бора. В ней электрон мог занимать только определенные орбитали вокруг ядра и прыгать между орбиталями в квантовых скачках при потере или получении энергии в виде фотона. Напомню, что структура волны электрона, окружающая ядро атома, также известна под названием «орбиталь».

Квантовая революция

Основоположник современной атомной физики, Нильс Бор, пытался разрешить экзистенциальную дилемму квантовой механики. Он изобрел принцип дополнительности, согласно которому в некоторых экспериментах квантовые объекты будут локализованы и действовать как частицы, а в других различных экспериментах точно такой же квантовый объект будет распространяться и действовать как волна.

В 2018 году исследователи из Университета Рочестера в статье, опубликованной в научном журнале Optica, сообщили, что разрешили эту странную и неизбежную корпускулярно-волновую двойственность, обнаружив тесную связь между двойственностью и другой столь же странной особенностью квантовой механики, а именно квантовой запутанностью. Подробнее о том, что представляет собой это удивительное явление, я рассказывала в этой статье.

Ведущий автор исследования Сяофэн Цянь и его коллеги пришли к выводу, что каждая из особенностей квантовой странности запутанность и двойственность точно контролирует другую.

Запутанность это квантово-механическое поведение двух частиц, в котором ни одна из них не может быть описана отдельно, независимо от описания другой, даже если частицы разделены огромным расстоянием. Это то же самое свойство, которое нобелевский лауреат по физике Эрвин Шредингер использовал для объяснения своего знаменитого мысленного эксперимента с участием кошки, счетчика Гейгера и небольшого количества яда в запечатанной коробке.

Совсем недавно запутанность стала важным элементом в продолжающемся развитии квантовых вычислений и квантовой информатики.

Новое открытие вытекает из открытия о двойственности, сделанного Уильямом Вуттерсом и Войцеком Зуреком, двумя аспирантами-физиками Техасского университета в Остине, когда они размышляли о знаменитом эксперименте по оптике, проведенном Томасом Юнгом. В 1979 году Вуттерс и Зурек предсказали, что в одном и том же эксперименте можно измерить как волнообразное рассеяние, так и частичную локализацию света, но сумма измеренных величин не может быть больше.

Исследователи из Рочестера, однако, отмечают, что эксперимент с двумя щелями Юнга также может привести к тому, что обе меры будут равны нулю, что противоречит принципу дополнительности Бора. Согласно общепринятой интерпретации, это означает, что ни частицы, ни волны нет, но свет все еще можно обнаружить, говорит Цянь.

Это исследование мало назвать революционным результатом является первое полное описание взаимодополняемости недостающей части головоломки квантовой запутанности. Описывая способ учета запутанности, наряду с наличием волн и частиц, работа исследователей из Рочестера означает, что каждый эксперимент Юнга, связанный с двойственностью, даст измеренную сумму с точным значением, которая удовлетворяет условиям, изложенным Бором более девяти десятилетий назад.

Вам будет интересно: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

Новые особенности

Но вернемся к корпускулярно-волновому дуализму. Для количественной проверки его фундаментального принципа и взаимодополняемости необходима квантовая составная система, которой можно управлять с помощью экспериментальных параметров. После того, как Нильс Бор ввел концепцию «взаимодополняемости» в 1928 году, лишь несколько идей были проверены экспериментально.

Таким образом, концепция дополнительности и корпускулярно-волнового дуализма все еще остается неуловимой и еще не полностью подтверждена экспериментально.

Но эта проблема, как и любая другая, имеет решение. Так, исследовательская группа из Института фундаментальных наук (IBS, Южная Корея) воспользовалась результатами опытов в «схеме однофотонной интерферометрии с частотной гребенкой» (оптическая схема, которую физики использовали для демонстрации однофотонной интерферометрии с частотной гребенкой, для проверки предсказанных ранее соотношения дополнительности).

Новое, разработанное исследователями устройство двухлучевой интерферометр генерирует фотоны когерентного сигнала (кванты), которые используются для измерения квантовых помех. Затем кванты проходят по двум отдельным путям, прежде чем достичь детектора.

Сопряженные холостые фотоны используются для получения информации о пути частиц с контролируемой точностью, что позволяет количественно оценивать комплементарность, пишет портал Phys.org со ссылкой на исследование.

Схема эксперимента. PPLN1 и PPLN2 это СПР кристаллы, BS1, BS2 и BS3 светоделители, DA и DB детекторы холостой моды. PD фотодетектор, фиксирующий квантовую интерференцию между сигнальными фотонами.
T. H. Yoon / Science Advances, 2021; Перевод N+1

Физики также отмечают, что данные, полученные ими на этой установке ранее, могут быть использованы для исследования связи предсказуемости, видимости и квантовой запутанности. В ходе эксперимента им удалось управлять числом фотонов в «холостых модах» с помощью маломощного лазера и, следовательно, чистотой состояний сигнальных фотонов. Полученные результаты продемонстрировали, что экспериментальные данные довольно точно описываются выведенными соотношениями.

Интересный факт
Как пишет в своей книге "Физика для каждого образованного человека" Спектор Анна Артуровна, фотоэлементы сделали возможным звуковое кино. На кинопленку стали наносить звуковую дорожку прозрачные окошки различной площади. Свет через них достигал фотоэлемента, затем преобразовывался в электрический сигнал и подавался на громкоговоритель.

В целом, из всего вышеописанного можно сделать вывод, к которому в свое время пришел один из выдающихся исследователей ХХ века, физик Ричард Фейнман. «Решение загадки квантовой механики заключается в понимании эксперимента с двумя щелями», писал он.

Все потому, что результаты нового исследования, вероятно, будут иметь фундаментальные последствия для лучшего понимания принципа дополнительности и количественного соотношения двойственности волны и частицы. Вообщем, фундаментальные силы природы, кажется, все больше поддаются изучению.

Подробнее..

Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

01.10.2021 02:03:59 | Автор: admin

Согласно Многомировой интерпретации квантовой механики, существует множество миров, расположившихся параллельно в том же пространстве и времени, что и наш с вами дом

Ну что, поговорим немного о квантовой механике? Согласна, довольно сложная тема, но эта сложность лишь придает ей пикантности и остроты. Как и многочисленные предположения о существовании Мультивселенной и параллельных реальностей. К слову сказать, современная физика изобилует подобными идеями, но мы с вами остановимся на одной из, по моему скромному мнению, самых интересных из них многомировой интерпретации квантовой механики или интерпретации Эверетта. В 1954 году, будучи аспирантом Принстонского университета, физик Хью Эверетт пришел к революционной интерпретации нерелятивистской квантовой механики, которую полностью развил за два последующих года. Однако научное сообщество не придало особого внимания трудам Эверетта, так как работа не вела к новым предсказаниям и к тому же выглядела парадоксальной и в целом ненужной. Более того, его труд никак не повлиял на основную линию развития теоретической физики и создание Стандартной модели физики элементарных частиц. И все же, десятилетия спустя работа Эверетта привлекла внимание космологов. И хотя практических последствий она по-прежнему не принесла, это не значит, что видение мира, описанное в работе выдающегося физика, не стоит нашего с вами внимания.

Многомировая интерпретация квантовой механики

Итак, для начала давайте оговорим кое-что важное: когда физики размышляют о Мультивселенной, скорее всего, они думают о космологической мультивселенной. Да, звучит как минимум грандиозно, но так оно и есть. Просто речь идет не о наборе отдельных вселенных. Скорее, эти идеи относится к совокупности областей пространства, настолько далеких, что они для нас попросту ненаблюдаемы. К тому же, там действуют свои, неизвестные для нас законы.

Некоторые физики считают, что могут существовать разные частицы, разные силы, даже разное количество измерений пространства по сравнению с тем, что мы видим вокруг нас.

Но что такое космологическая вселенная? Удивительно, но объяснение звучит проще, чем кажется наука космология изучает свойства и эволюцию Вселенной. Ни больше ни меньше. А Вселенная, как мы знаем, та еще штучка родилась около 14 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется, расширяется и расширяется со все возрастающей скоростью.

Вселенная, как мы знаем сегодня, расширяется с ускорением. Но почему это происходит физики сказать не могут.

Больше по теме: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

И когда физики говорят о космологической вселенной они вовсе не веселятся, воображая бесконечное множество копий самих себя, как, например, в мультсериале «Рик и Морти», главные герои которого с помощью «портальной пушки» путешествуют по этому самому Мультиверсу, нередко уничтожая целые миры. Нет, физики, конечно, любят смотреть на путешествия вечно пьяного дедули и его робкого внука и размышлять о подобном, но идея космологической вселенной естественно возникает как следствие других (не менее спекулятивных идей), включая теорию струн и космологическую инфляцию.

Многие исследователи полагают, что так как эти идеи сами по себе являются умозрительными, космологическую мультивселенную следует рассматривать как умозрительную в квадрате. Безусловно, она действительно может существовать, но единственное, что можно сказать по этому поводу прямо сейчас мы не знаем.

Однако множественные «миры» квантовой механики это нечто совершенно иное. Они находятся недалеко но лишь потому, что они вообще нигде не «расположены». И они естественным образом вытекают из простейшей версии нашей наиболее проверенной физической теории квантовой механики.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Квантовая механика Мультивселенной

Но чтобы понять почему это так, следует вспомнить как работает квантовая механика. Давайте рассмотрим электрон элементарную частицу, имеющую определенное фиксированное значение величины, называемой спином. Когда мы измеряем его вращение, то получаем только один из двух возможных ответов: он вращается вверх или вниз относительно любой оси, которую мы использовали для его измерения.

Наш мир намного больше и сложнее, чем мы можем себе представить. Но шанс разгадать фундаментальные тайны Вселенной у нас есть.

Странно, да? Почему всего два возможных ответа? Но еще более странно то, что мы не всегда можем предсказать, каким будет результат измерения. Мы можем подготовить электрон в суперпозиции спина вверх и спина вниз, так что будет некоторая вероятность наблюдения каждого результата. Напомним, что физики описывают состояние электрона в терминах «волновой функции», которая демонстрирует какая часть состояния электрона имеет спин «вверх», а какая »вниз». Также ученые используют волновую функцию для вычисления вероятности каждого результата измерения.

Читайте также: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

Однако чем больше экспериментов проводят ученые, и чем глубже становится их понимание квантовой механики, тем больше кажется, что волновая функция действительно существует. Она не просто характеризует наши знания, это реальное физическое состояние электрона.

Таким образом, все квантовые предметы можно описать лишь с помощью вероятностей, а волновая функция и вовсе дарит шанс на существование любого количества различных состояний, в которых может находиться объект. Но стоит начать наблюдать за ним, или измерить его, как объект принимает одно из известных состояний по крайней мере, с вашей точки зрения.

Волновая функция квантовых состояний

Интересно и то, что волновая функция, скажем так, разделяет физиков. Многие придерживаются Копенгагенской интерпретации, согласно которой мы никогда не сможем узнать, что происходит в этой нечеткой области предварительного измерения. Другими словами, квантовая теория делает предсказания о реальности, но ничего не говорит о том, как именно она устроена.

Это интересно: Физики полагают, что параллельные вселенные существуют и скоро это можно будет доказать

Интерпретация Эверетта

Итак, мы выяснили, что измерение это взаимодействие квантового объекта с прибором. В результате этого взаимодействия измеряемый объект переходит из одного макростсояния в другое. И вот тут-то, как говорится, собака зарыта согласно копенгагенской интерпретации такова наша объективная реальность, для существования которой не нужны дополнительные обоснования. И Хью Эверетт высказался против подобной трактовки.

По Эверетту, волновая функция не коллапсирует. Это означает, что существует бесконечное множество параллельных копий воплощений нашей физической реальности, ведь волновая функция описывает единый квантовый мир бесконечный набор возможных состояний. Измерение этих состояний позволяет физикам выделять классические проекции, в которых они сами и находятся в качестве наблюдателей. И если результат измерения это выбор из всего двух состояний (спин вверх или спин вниз), то после измерения в дело вступает волновая функция, порождая два мира, в одном из которых спин вверх, а в другом вниз.

Хью Эверетт. Изображение: TASS Наука

Как пишет физик Алексей Левин в статье Тасс, можно предположить, что различные ветви единой волновой функции, описывающие параллельные миры, осциллируют во времени не в фазе и потому друг для друга как бы не существуют.

Эрвин Шредингер, основатель квантовой теории, который глубоко скептически относился к ее правильности, подчеркивал, что эволюция квантовых систем естественным образом приводит к состояниям, которые могут быть измерены как обладающие совершенно иными свойствами. Его «кот Шредингера», как известно, увеличивает квантовую неопределенность в вопросах о смертности кошек. До измерения кошке нельзя присвоить свойство жизни (или смерти). И то, и другое или ни то, ни другое сосуществуют в целой преисподней возможностей.

Повседневный язык плохо подходит для описания квантовой дополнительности, отчасти потому, что повседневный опыт с ней не сталкивается. Практические кошки взаимодействуют с окружающими молекулами воздуха, среди прочего, совершенно по-разному в зависимости от того, живы они или мертвы, поэтому на практике измерение производится автоматически, и кошка продолжает жить (или умирать).

Разыскивается кот Шредингера! Живым или мертвым!

Но запутанные истории описывают вопросы, которые в реальном смысле являются котятами Шредингера. Их полное описание требует, чтобы в промежуточные моменты времени мы учитывали обе из двух противоречивых траекторий свойств.

Контролируемая экспериментальная реализация запутанных историй является деликатной, потому что она требует, чтобы мы собирали частичную информацию о нашем измерении. Обычные квантовые измерения как правило собирают полную информацию за один раз например, они определяют определенную форму или определенный цвет а не частичную информацию, охватывающую несколько раз.

Но это можно сделать действительно, без больших технических трудностей. Таким образом, физики могут придать определенное математическое и экспериментальное значение распространению идеи множественности миров в квантовой теории и продемонстрировать ее обоснованность.

Не пропустите: Почему физики считают, что мы живем в Мультивселенной?

Выводы

В заключение хочу добавить, что сам сам Эверетт никогда не продвигал идею множественности миров или Мультивсерса. Еще до того, как он защитил докторскую диссертацию, он принял предложение о работе в Пентагоне и занимался проблемами холодной войны (некоторые его работы были настолько секретными, что до сих пор засекречены) и, по сути, исчезли с академического радара. Только в конце 1960-х годов идея набрала некоторый импульс, когда ее подхватил и с энтузиазмом продвигал Брайс Девитт из Университета Северной Каролины, который написал:

Каждый квантовый переход, происходящий в каждой звезде, в каждой галактике, в каждом отдаленном уголке Вселенной, расщепляет наш локальный мир на Земле на мириады копий самого себя.

Законы взаимодействия частиц кардинально отличаются от законов видимого мира

Вам также будет интересно: Существуют ли доказательства того, что мы живем в Мультивселенной?

Интересно и то, что первая версия докторской диссертации Эверетта (позже измененная и сокращенная) на самом деле называлась «Теория универсальной волновой функции». И под «универсальным» Эверетт подразумевал следующее:

Поскольку утверждается универсальная значимость описания функции государства, можно рассматривать сами функции государства как фундаментальные сущности, и можно даже рассматривать государственную функцию всей вселенной. В этом смысле эту теорию можно назвать теорией «универсальной волновой функции», поскольку предполагается, что вся физика вытекает только из нее.

И все же, множество вопросов остаются без ответа. Но это нормально, так как физики любят решать сложные вопросы. Так что мы должны быть благодарны за то, что Хью Эверетт завещал нам богатый набор параллельных вселенных, в одной из которых, мы, судя по всему, и находимся. Так что смело передаю привет самой себе из параллельной вселенной, чем бы другая «я» сейчас не занималась.

Подробнее..

Что такое кристаллы времени и почему ученые ими одержимы?

02.10.2021 00:05:41 | Автор: admin

Кристалл времени новая фаза материи, которую физики пытались реализовать в течение многих лет

О чем вы думаете когда слышите о кристаллах времени? Мне сразу представляется что-то наподобие тессеракта из мультивселенной Марвел или очередное безумное изобретение гениального Рика из «Рик и Морти». Только представьте таинственные кристаллы времени, способные перенести их обладателя как в прошлое, так и в будущее. Но, я, конечно, пересмотрела научной фантастики и в реальности кристаллы времени или кристаллы Вильчека не способны перемещать кого-либо или что-либо во времени. И все же, физики ими буквально одержимы. Причина этой одержимости на самом деле проста: по сути, кристалл времени это особая фаза материи, которая постоянно меняется, но, похоже, не использует энергии. Только представьте, объект, части которого движутся в регулярном, повторяющемся цикле, поддерживает это постоянное изменение без сжигания какой-либо энергии. Вообще. Кристаллы времени также являются первыми объектами, которые спонтанно нарушают «симметрию перемещения во времени» обычное правило, согласно которому стабильный объект будет оставаться неизменным на протяжении всего времени. Кристаллы времени одновременно стабильны и постоянно меняются через определенные промежутки времени.

Что такое «кристаллы времени»?

В 2012 году лауреат Нобелевской премии по физике Фрэнк Вильчек предположил существование нового типа кристалла. Так как большинство кристаллов имеют повторяющуюся в двух или трех измерениях структуру, Вильчек представил иную концепцию кристалла, структура которого воспроизводится четырежды: три из них соответствуют измерениям пространства, а четвертое измерению времени.

Если вы думаете о кристаллах в пространстве, то вполне естественно также подумать о классификации поведения кристаллов во времени, говорил он тогда.

Так как новой структуре требовалось название, Вильчек обозначил ее «кристаллом времени». И эта история, вероятно, так бы и осталась гипотетической, если бы в 2018 году ученые не поняли, как эти необычные структуры можно синтезировать в лабораторных условиях. Сегодня физики считают, что кристаллы времени могут формироваться в естественной среде, а сам процесс намного проще, чем предполагали большинство исследователей.

Изображение и перевод источник

На самом деле многие называют временные кристаллы удачей для человечества, так как их можно использовать в практических целях, например, при создании сверхточных атомных часов, гироскопов и других устройств. А еще они представляют мощнейший потенциал для развития квантовых компьютеров.

Это интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Таким образом, кристалл времени это новая категория фаз материи, расширяющая определение того, что такое «фаза». Все другие известные фазы, такие как вода или лед, находятся в тепловом равновесии: составляющие их атомы перешли в состояние с наименьшей энергией, допускаемой температурой окружающей среды, и их свойства не меняются со временем.

А вот кристалл времени — это первая фаза «выхода из равновесия»: он обладает порядком и совершенной стабильностью, несмотря на то, что находится в возбужденном и развивающемся состоянии.

Кристаллы Вильчека предлагают совершенно новый взгляд на эти объекты

Интересно и то, что кристаллы времени также являются первыми объектами, которые спонтанно нарушают «симметрию перемещения во времени» обычное правило, согласно которому стабильный объект будет оставаться неизменным на протяжении всего времени. Временной кристалл одновременно стабилен но при этом постоянно меняется не поглощая никакой энергии.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Немного квантовой механики

Рассмотрим алмаз кристаллическую фазу скопления атомов углерода. Скопление управляется одними и теми же уравнениями повсюду в пространстве, но оно принимает форму, которая имеет периодические пространственные изменения, с атомами, расположенными в точках решетки. Физики говорят, что таким образом происходит «спонтанное нарушение симметрии переноса пространства» только состояния равновесия с минимальной энергией спонтанно нарушают пространственную симметрию таким образом.

По сути, Вильчек представил себе многокомпонентный объект в равновесии, очень похожий на алмаз. Но этот объект нарушает симметрию перемещения во времени: он подвергается периодическому движению, возвращаясь к своей первоначальной конфигурации через регулярные промежутки времени.

При этом изначально предложенный Вильчеком временной кристалл сильно отличался, скажем, от настенных часов объекта, который также подвергается периодическому движению. Стрелки часов сжигают энергию и останавливаются, когда садится батарея. Кристалл времени Вильчека работает бесконечно, поскольку система находится в своем сверхстабильном равновесном состоянии.

Понять что такое кристаллы времени сложно. Но физики любят решать сложные задачи

Итак, давайте представим ряд частиц, каждая из которых имеет магнитную ориентацию (спин), которая указывает вверх, вниз или с некоторой вероятностью в обоих направлениях. Теперь представим, что первые четыре вращения изначально направлены вверх, вниз, вниз и вверх. Спины будут квантово механически колебаться и быстро выравниваться, если смогут.

Но случайное взаимодействие между ними может привести к тому, что ряд частиц застрянет в своей определенной конфигурации, не в состоянии перестроиться или установить тепловое равновесие. Они будут указывать вверх, вниз, вниз и вверх бесконечно.

Больше по теме: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Как недавно обнаружили исследователи, локализованные системы со многими телами могут демонстрировать особый порядок, который станет вторым ключевым компонентом кристалла времени: если перевернуть все вращения в системе (в нашем примере вниз, вверх, вверх и вниз), мы получим другое стабильное локализованное состояние со многими телами. Более того, недавно исследователям удалось поместить кристаллы времени в квантовый компьютер.

Кристаллы времени и квантовые компьютеры

Важно понимать, что кристаллы времени, как и другие квантовые явления, нарушают некоторые известные физические законы в частности, первый закон движения Исаака Ньютона. И если ученым действительно удалось поместить кристаллы Вильчека в квантовый компьютер как указано в препринте научной работы их открытие может изменить мир всего за одну ночь.

Да-да, кристаллы времени способны в корне изменить правила игры для квантовых компьютеров. В конце концов, они работают на самом важном молекулярном и даже частичном уровне, извлекая выгоду из таких идей, как прохождение электронов вокруг твердых материалов (буквально, что такое электричество!), и, по-хорошему, представляют собой огромную проблему для ученых.

Кристаллы времени и квантовые компьютеры могут изменить мир

На более практическом уровне существуют способы, с помощью которых квантовые компьютеры предлагают особый доступ к идеям, с которыми традиционные электронные компьютеры просто не могут справиться. Именно здесь вступают в игру кристаллы времени если последующая экспертная оценка покажет, что выводы авторов нового исследования является достоверными.

Вам будет интересно: В Китае создан квантовый компьютер, который решил самую сложную задачу за 200 секунд

Электронные компьютеры, подобные тому, на котором вы, возможно, читаете эту статью, используют логические элементы, которые включаются и выключаются, поэтому все в вашем компьютере зависит только от двух состояний: включено и выключено, светло и темно, 1 и 0, словом, вся двоичная система. Введение кубитов (квантовых битов, которые часто представляют собой один атом элемента с тщательно контролируемым электроном) еще сильнее усложняет ситуацию, как за счет добавления большего количества возможных состояний (а не просто вкл-выкл), так и за счет добавления всей основы квантовой неопределенности.

Теперь представьте, что число от 1 до 100 на самом деле является результатом чего-то вроде плана создания вечного двигателя. На самом деле существуют тысячи, миллионы или даже больше возможностей. Вместо того чтобы пытаться «заставить» двоичный компьютер выполнять работу неудобным способом, квантовый компьютер мог бы помочь ученым более естественно представить, что происходит.

Команда Google и еще 100 ученых из разных стран трудятся над созданием квантового компьютера

Именно здесь кристаллы времени открывают море возможностей, а не только квантовые вычисления кубитов. Кристаллы времени стабильны, но пульсируют с интересными интервалами, что означает, что они могут помочь ученым изучать такие вещи, как повторяющиеся закономерности или случайные числа с аналогичными последствиями в естественных науках и за их пределами.

Читайте также: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

Как ученые создали кристаллы времени

В ходе нового исследования группа из более чем 100 ученых со всего мира работала вместе с командой Google Quantum AI (совместной инициативой Google, НАСА и некоммерческой ассоциации космических исследований университетов, цель которой ускорить исследования в области квантовых вычислений и компьютерных наук). В статье ученые описывают создание специальной микроскопической установки, в которой временной кристалл окружен сверхпроводящими кубитами.

Квантовый компьютер находится внутри криостата, который представляет собой камеру переохлаждения с регулируемой температурой, которая поддерживает все материалы при правильной, чрезвычайно низкой температуре для продвинутых состояний, таких как сверхпроводящие или кристаллы Вильчека.

Возможно в самом ближайшем будущем будут созданы невероятно быстрые и мощные квантовые компьютеры

Как пишет Quanta Mafgazine, если выводы исследователей подтвердятся, то это будет первая полностью успешная демонстрация кристалла времени. В целом же, неудивительно, что Google возглавляет движение в направлении мощных квантовых вычислений, ну а мы с вами будем ждать экспертной оценки и дальнейших исследований. Кто знает, может быть кристаллы времени и квантовые компьютеры и правда многое изменят.

Подробнее..

Ученые впервые сфотографировали кристаллы Вигнера. Рассказываем что это такое и как физикам это удалось

14.10.2021 02:14:53 | Автор: admin

Физики сделали первое в истории изображение кристалла Вигнера странного материала с ячеистым рисунком внутри другого материала, полностью состоящего из электронов.

Наша планета удивительна. Жизнь на ней настолько разнообразна, что существует множество тел и веществ, как естественных (животные и люди, планеты и звезды) так и искусственных (созданных человеком). Эти вещества и тела бывают твердыми и жидкими, например, вода и кристаллы. Последние особенно интересны, так как представляют собой твердые тела, атомы в которых расположены закономерно, образуя так называемую кристаллическую решетку. По сути, естественное состояние кристалла это форма правильных симметричных многогранников, которая основана на их внутренней структуре. То есть на одном из нескольких определенных и регулярных расположений, составляющих вещество частиц (ионов, атомов и молекул). Согласитесь, действительно интересно. Именно так в 1934 году размышлял Юджин Вигнер, один из основателей теории симметрии в квантовой механике. Он предсказал, что электроны в материалах теоретически могут выстраиваться в правильные кристаллические структуры, благодаря тому, что отталкиваются друг от друга. Таким образом, если энергия кристаллического отталкивания между парой электронов больше, чем энергия их движения, то их расположение приведет к тому, что полная энергия будет наименьшей, а мы получим систему, аналогичную твердому телу.

Кристаллы Вигнера

Несмотря на размышления знаменитого физика, его кристаллы на протяжении десятилетий оставались исключительно теоретической конструкцией. Причина заключается в том, что Вигнеровские кристаллы могут образовываться только при экстремально низких температурах и малом количестве свободных электронов в материале.

Напомним, что энергия движения электронов значительно превосходит энергию электростатических взаимодействий. Этот фактор не позволяет упорядочить частицы, которые во много тысяч раз легче атомов, в единую систему.

Лауреат Нобелевсеой премии, физик-теоретик Юджин Вигнер.

Вопрос, поставленый Вигнером, долгое время являлся ведущим вызовом в области физики конденсированного вещества: в обычных условиях внутри проводника электроны практически не взаимодействуют друг с другом. Но стоит изменить условия, как электроны начинают «замерзать», превращаясь в систему, аналогичную твердому телу. Однако запечатлеть такой кристалл на камеру невероятно трудно, так что авторам нового исследования пришлось применить творческий подход.

Вигнеровский кристалл это кристалл, электроны в котором строго упорядочены, а потенциальная энергии их связи превышает кинетическую энергию движения.

Создать то, чего нет

Авторам нового исследования, опубликованного в журнале Nature 29 сентября, удалось (хоть и не впервые) создать максимально правдоподобный кристалл Вигнера и даже изучить его свойства. Собранные учеными визуальные данные являются наиболее убедительным доказательством существования этих удивительных объектов.

В прошлом многие исследователи создавали кристаллы Вигнера, и Nature News отмечает, что у них были некоторые убедительные доказательства. Так, летом этого года сразу три отдельные группы исследователей создали кристалл, полностью состоящий из электронов.

Захватывающее первое изображение кристалла Вигнера показывает электроны, сжатые в плотный повторяющийся узор, словно крошечные крылья голубой бабочки.

Больше по теме: Создан новый тип металла, в котором электроны ведут себя как жидкость

Чтобы понять, как физикам удалось создать Вигнеровский кристалл, напомним, что внутри обычных проводников, таких как серебро или медь, или полупроводников, таких как кремний, электроны проносятся так быстро, что едва успевают взаимодействовать друг с другом. Но при очень низких температурах они замедляются и начинают «ползать», а отталкивание между отрицательно заряженными электронами начинает преобладать. Таким образом, эти невероятно быстрые и подвижные частицы останавливаются и выстраиваются в повторяющийся, похожий на соты узор, при этом сводя к минимуму общее потребление энергии.

Чтобы лицезреть создание Вигнеровского кристалла, исследователи работали с полупроводниками толщиной в один атом, охлажденными до сверхнизких температур: физики поймали электроны в зазор между слоями толщиной в атом двух вольфрамовых полупроводников. Затем, проложив электрическое поле поперек зазора (чтобы избавиться от любых потенциально разрушительных избыточных электронов), ученые охладили свой «электронный сэндвич» до 5 градусов выше абсолютного нуля. И о чудо некогда быстрые электроны остановились, оседая в повторяющейся структуре кристалла Вигнера.

Еще больше интересных статей о последних научный открытиях в области квантовой механики и не только, подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет. на сайте!

Физики обрели способность замедлять движение электронов, превращая их в кристаллическую структуру.

Затем, с помощью устройства под названием сканирующий туннельный микроскоп (STM), исследователи просмотрели получившийся кристалл. Как пишет Live Science, STM работают, подавая небольшое напряжение на острый металлический наконечник, прежде чем запустить его прямо над материалом.

Это заставляет электроны прыгать с наконечника на поверхность материала. Скорость, с которой электроны отскакивают от наконечника, зависит от того, что находится под ними, поэтому исследователи могут создать изображение контуров 2D-поверхности, похожих на шрифт Брайля, путем измерения тока, протекающего по поверхности в каждой точке, сообщают авторы научной работы.

Однако ток, обеспечиваемый STM, поначалу был слишком велик для тонкого электронного льда, «плавя» его при контакте. Чтобы остановить это, ученые вставили одноатомный слой графена прямо над кристаллом Вигнера, позволяя кристаллу взаимодействовать с графеном. Это взаимодействие, в свою очередь, может спокойно считывать STM (почти как ксерокс).

Только представьте кристалл, состоящий из электронов действительно существует.

Полностью проследив изображение, отпечатанное на листе графена, STM сделал первый снимок кристалла Вигнера, доказав его существование вне всяких сомнений.

Зачем нужны кристаллы Вигнера?

Итак, получив убедительные доказательства существования этих удивительных объектов, ученые могут использовать их для поисков ответов на вопросы о том, как несколько электронов взаимодействуют друг с другом, например, почему кристаллы располагаются в виде сот и как они «плавятся». Ответы на эти вопросы могут подарить нам представление о некоторых из самых неуловимых свойств крошечных частиц.

Способность приручать электроны чего ученые достигли, используя мельчайшие различия в атомных структурах двух слоев вольфрама знаменует собой невероятное экспериментальное достижение, которое до сих пор ускользало от самых опытных лабораторий в области физики.

Что же открытий в квантовой механике, то тут также можно ожидать новостей квантовые флуктуации вблизи абсолютного нуля вызывают квантово-фазовые переходы между свободно текущими жидкостями и квантовыми кристаллами, такими как кристаллы Вигнера. Считается, что эти квантовые переходы важны во многих других квантовых системах.

Кристалл электронов Вигнера (красный) внутри полупроводникового материала.

Как только авторы нового исследования получили кристалл Вигнера и начали изучать его свойства, их коллеги из Гарварда решили подвергнуть полученную структуру «квантовому плавлению», которое, по-видимому, похоже на обычное плавление, но в таком малом масштабе, что и представить едва ли возможно. И все же, несмотря на возникающие сложности, первый снимок Вигнеровского кристалла однозначно продвинет исследования вперед.

Это интересно: Корпускулярно-волновой дуализм подтвердили экспериментально. Что это значит?

Так, например, уже известно, что кристаллы Вигнера незначительно изменили электронную структуру графена, которую мог уловить сканирующий туннельный микроскоп STM. Чтобы убедиться, что они создали именно кристалл Вигнера, физикам пришлось пинговать его отдельными фотонами, выбивая электрон и создавая так называемый «экситон», который они смогли обнаружить.

Новое открытие находится прямо на границе материи, переходящей от частично квантового материала к частично классическому материалу, и обладает многими необычными и интересными явлениями и свойствами, пишет Quana Magazine со ссылкой на авторов исследования.

Кристаллы представляют огромный интерес для ученых из самых разных областей науки.

И все же, чтобы окончательно понять, что предсавляют собой кристаллы Вигнера и где им можно найти применение, потребуется немало времени. Но мы, вроде, никуда не торопимся. К тому же, Вигнеровские кристаллы далеко не единственные. О том, что такое кристаллы времени и почему ученые ими одержимы, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению.

Подробнее..

Физики получают все больше доказательств существования новой, неизвестной силы природы

12.11.2021 02:07:54 | Автор: admin

Последние исследования предполагают существование новой фундаментальной силы природы, которая, если будет доказана, приведет к революции в современной физике

В начале этого года ряд экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) показал удивительные результаты оказалось, что кварки превращаются в другие частицы под воздействием неизвестной силы. Иными словами, полученные данные свидетельствуют о возможном существовании новой фундаментальной силы природы, что ставит под сомнение основные принципы Стандартной модели наиболее общепринятой физической теории, описывающей все, что мы знаем о материи, составляющей окружающий мир. Но так как ученые люди осторожные, говорить о «крахе Стандартной модели» или новой силе природы рано необходимо больше исследований и больше доказательств. И все же, работа физиков из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), которая предрекает скорый конец нашим представлениям о физике, вдохновила ученых из Кембриджского университета, да так, что те доказали наличие постоянной аномалии в мире мельчайших элементарных частиц: неизвестная науке сила природа действительно ожидает своего часа, чтобы объяснить квантовую гравитацию, Большой взрыв, темную материю и в конечном итоге создать Теорию всего.

Стандартная модель физики элементарных частиц

Разговоры о появлении новой физики ведутся не первый год. На самом деле, исследователи предсказывали существование Бозона Хиггса еще в 1960-х годах ХХ века, однако обнаружить частицу удалось лишь в 2012 году. Теперь же внимание физиков приковано к неуловимым и нестабильным частицам под названием B-мезон.

В-мезоны представляют собой парные нестабильные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются. Как предполагает Стандартная модель физики частиц, элементарные кирпичики материи шесть видов лептонов и шесть сортов (иногда говорят ароматов) кварков. Все вместе эти частицы называются фермионами. Все больше исследований физики элементарных частиц проводятся в ЦЕРН на БАК.

В-мезоны неуловимые и нестабильные парные кварки, которые движутся вместе и быстро распадаются.

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволяет физикам изучать взаимодействия элементарных частиц

По сути, физики из ЦЕРН заняты «прогоном» элементарных частиц и их столкновением друг с другом на Большом адронном коллайдере. Эти эксперименты позволяют обнаружить ранее неизвестные свойства нейтронов, протонов и электронов.

По мнению некоторых исследований, в ближайшие пару лет физики окончательно смогут подтвердить наличие новой силы природы. Напомню также, что Большой адронный коллайдер достигает в длину 100 километров, а диаметр этого гигантского ускорителя частиц превышает 25 км.

Подробнее о том, какие именно эксперименты позволили ученым сделать вывод о присутствии неизвестного фактора при взаимодействии элементарных частиц мы рассказывали здесь, рекомендую к прочтению.

Доказательства «новой физики»

Итак, существующие на сегодняшний день данные сподвигли исследователей оценить существование до сих пор неизвестной силы, которая влияет на то, как кварки превращаются в другие частицы. Работа ученых из Кембриджа, по сути, является продолжением предыдущего исследования физиков из ЦЕРН, опубликованного в марте прошлого года физикам удалось обнаружить неожиданное поведение некоторых прелестных b-кварков.

Стандартная модель гласит, что этот аромат кварков должен распадаться на равные количества электронов и мюонов, когда те подвергаются процессу распада. Однако эксперимент LHCb обнаружил, что этот процесс производит больше электронов, чем мюонов.

Новая физика маячит на горизонте

Оказалось, что распад мюона происходит только при 85% частоты распада электрона. Исследователи отмечают, что полученный результат вряд ли может быть случайностью.

Для ученых эти результаты означают, что еще не обнаруженная частица, которую они назвали лептокварком считается, что она влияет на процесс распада и способствует образованию этих дополнительных электронов, что если подтвердится приведет к краху Стандартной модели.

Больше по теме: У Вселенной может быть пятое измерение

Эти прелестные кварки

Но вернемся к нашим баранам, то есть кваркам. Измерения, проведенные физиками из Лаборатории Кавендиша Кембриджского университета, показали аналогичные результаты. В ходе работы физики изучили два новых распада кварков тех, что использовались в работе исследователей из ЦЕРН. Команда получила тот же результат, но с некоторыми различиями в распаде мюонов.

Как объясняют авторы научной работы, одним из лучших способов поиска новых частиц и сил является изучение b-кварков экзотических кузенов верхних и нижних кварков, которые составляют ядро каждого атома.

Ранее физики из ЦЕРН сообщили об обнаружении нового типа частиц тетракварков

Хотя b-кварки не существуют в больших количествах естественным образом, Большой адронный коллайдер способен производить миллиарды из них каждый год и все они регистрируются специально разработанным детектором под названием LHCb. Именно на распад b-кварков может влиять неизвестная сила природы или частица. И оба проведенных эксперимента бросают вызов Стандартной модели.

Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области физики элементарных частиц и квантовых технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram! Так вы точно не пропустите ничего интересного!

В ближайшие год-два мы должны многое узнать о фундаментальных законах Вселенной

Тот факт, что мы наблюдали тот же эффект, что и наши коллеги в марте, безусловно, увеличивает вероятность того, что мы действительно находимся на грани открытия чего-то нового», отмечает один из исследователей Гарри Клифф.

Хотя результаты, о которых мы говорили в этой статье не являются окончательными, обе научные работы представляют больше доказательств того, что во Вселенной существует неизвестная нам фундаментальная сила природы. Или частица. И она ждет, пока мы ее откроем.

Подробнее..

Время на квантовом уровне течет иначе. Но как? И что это означает для физики?

04.12.2021 02:04:13 | Автор: admin

Законы квантового мира очень сильно отличаются от тех, что мы можем непосредственно наблюдать

До начала ХХ столетия считалось, что время есть величина абсолютная. Но после того, как Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО), стало понятно, что время понятие более субъективное и имеет отношение к наблюдателю, который его измеряет. И все же, многие продолжали трактовать время так, словно это прямая железнодорожная линия, двигаться по которой можно только вперед или назад. Но что, если эта железнодорожная линия ветвится или вовсе имеет окружные пути, двигаясь по которым поезд возвращается на станцию, которую уже проезжал? Иными словами, можно ли путешествовать в будущее или прошлое? Начиная со знаменитого романа Герберта Уэллса «Машина времени», научные фантасты придаются фантазиям во всю. Но в реальной жизни представить нечто подобное невозможно. Ведь если бы кто-то в будущем изобрел машину времени, неужто он бы не предупредил нас об угрозе пандемии COVID-19 или об ужасных последствиях глобального потепления? Но к нам так никто и не прибыл. Быть может, стоит посмотреть на время под другим углом?

Квантовая механика раздел теоретической физики, описывающий физические явления, действие в которых сравнимо по величине с постоянной Планка.

Ход времени

Наше понятие времени восходит к картине, описанной Исааком Ньютоном: стрела времени движется только вперед, лишая нас всякой возможности вернуться назад, в прошлое. В то же самое время ОТО гласит, что ход времени различен для наблюдателей в разных гравитационных полях.

Это означает, что у поверхности Земли время течет медленнее, так как сила гравитации на планете сильнее, чем на орбите. И чем сильнее гравитационное поле, тем больше этот эффект. Подробнее о том, почему время на вершине горы и на пляже течет по-разному, можно прочитать здесь.

Выходит, законы движения Ньютона положили конец идее абсолютного положения времени в пространстве, а теория относительности и вовсе поставила на этой идее крест. Более того, как пишут в своей книге «Кратчайшая история времени» физики Стивен Хокинг и Леонард Млодинов, путешествия во времени возможны.

Обложка замечательной книги Стивена Хокинга и Леонарда Млодинова, настоятельно рекомендуем к прочтению

Это интересно: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Теория относительности показывает, что создание машины времени, способной переместить нас в будущее действительно возможно. Все, что нужно сделать после ее создания войти внутрь, подождать некоторое время, а затем выйти и обнаружить, что на Земле время шло иначе, нежели для вас. То есть намного быстрее. Безусловно, никто на планете не обладает подобными технологиями, но их появление вопрос времени. Ведь если хорошенько подумать, то что нужно для изобретения такой машины?

Во-первых, она должна разгонятся до околосветовых скоростей (напомню, что скорость света достигает 300 000 км/с), а во-вторых, следует вспомнить знаменитый парадокс близнецов, при помощи которого физики пытаются доказать противоречивость специальной теории относительности, которая гласит, что с точки зрения «неподвижных» наблюдателей все процессы у двигающихся объектов замедляются.

Согласно специальной теории относительности (СТО) все физические законы одинаковы для всех свободно двигающихся наблюдателей, независимо от их скорости.

Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности 106 лет назад.

Немного проясним данный способ предполагает, что машина времени, в которую вы вошли, взлетает, разгоняется до околосветовой скорости, движется так какое-то время (в зависимости от того, как далеко вперед во времени вы направляетесь) и затем возвращается назад. Когда путешествие заканчивается, покинув машину времени вы понимаете, что для вас прошло намного меньше времени, чем для всех жителей Земли вы совершили путешествие в будущее. Но если отныне мы воспринимаем время по-другому, быть может, законы физики подскажут, как путешествовать в прошлое?

Не пропустите: Что такое общая теория относительности Эйнштейна?

Можно ли отправиться в прошлое?

Первый намек на то, что человек может совершать путешествия во времени, появился в 1949 году, когда австрийский математик Курт Гедель нашел новое решение уравнений Эйнштейна. Или новую структуру пространства-времени, допустимую с точки зрения ОТО.

Вообще, говоря об уравнениях Эйнштейна, важно понимать, что они удовлетворяют множество разных математических моделей Вселенной. Эти модели различаются, например, начальными или граничными условиями.

И чтобы понять, соответствуют ли они Вселенной, в которой мы живем, мы должны проверить их физические предсказания.

Кстати, если вы давно не пересматривали «Назад в будущее» самое время)

Гедель, будучи математиком, прославился тем, что доказал не все истинные утверждения можно доказать, даже если дело сводится к попытке доказать все истинные утверждения, например, с помощью простой арифметики. Таким образом, подобно принципу неопределенности, теорема Геделя о неполноте может быть фундаментальным ограничением нашей способности познавать и предсказывать Вселенную.

Принцип неопределенности принцип, сформулированный Гейзенбергом и утверждающий, что нельзя одновременно точно определить и положение, и скорость частицы; чем точнее мы знаем одно, тем менее точно другое.

Интересно, что пространство-время Геделя имело любопытную особенность: Вселенная в его представлении вращалась как целое. А вот Эйнштейн был очень огорчен тем, что его уравнения допускают подобное решение. Общая теория относительности в его понимании не должна позволять путешествия во времени. Уравнение Геделя, однако, не соответствует Вселенной, в которой мы живем, но его труд позволил миру взглянуть на время (а заодно и на Вселенную) иначе.

Итак, пространство-время, как известно, тесно взаимосвязаны. Это означает, что вопрос о путешествиях во времени переплетается с проблемой перемещения на скоростях, превыщающих 300 000 км/с, то есть скорость света. А когда речь заходит о фотонах, общая теория относительности, увы, уходит на задний план, а ее место занимает квантовая механика.

Подробнее о том, что изучает квантовая механика, а главное как, мы рассказывали в этой статье, рекомендую к прочтению!

Переход на квантовый уровень

Не так давно команда физиков из Университетов Вены, Бристоля, Балеарских островов и Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI-Вена) показала, как квантовые системы могут одновременно развиваться по двум противоположным временным стрелкам (вперед и назад во времени). Иными словами, квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени.

Квантовые системы могут двигаться как вперед, так и назад во времени

Ранее, чтобы понять почему, ученые установили, что время знает только одно направление вперед. Так что нам с вами придется вспомнить второй закон термодинамики. Он гласит, что в замкнутой системе энтропия системы (то есть мера беспорядка и случайности внутри системы) остается постоянной или увеличивается.

Читайте также: Существуют ли путешествия во времени без парадоксов?

Если наша Вселенная представляет собой замкнутый цикл, свернутый в клубок, ее энтропия никогда не может уменьшиться, а это означает, что Вселенная никогда не вернется в более раннюю точку. Но что, если бы стрела времени «посмотрела» на явления, где изменения энтропии невелики?

Второй закон термодинамики это статистический закон, в среднем верный для макроскопической системы. В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционируют в сторону ситуаций с более низкой энтропией, пишут авторы научной работы.

Вот что говорит об этом Джулия Рубино, научный сотрудник Университета Бристоля и ведущий автор новой статьи: «Давайте предположим, что в начале газ в сосуде занимает только его половину. Затем представьте, что мы удаляем клапан, который удерживал его в пределах половины сосуда, так что газ теперь может свободно расширяться по всему сосуду».

Термодинамика хранит в себе множество тайн о нашем мире и Вселенной

В результате мы увидим, что частицы начнут свободно перемещаться по всему объему сосуда. Со временем газ займет весь сосуд. «В принципе, существует ненулевая вероятность того, что в какой-то момент газ естественным образом вернется, чтобы занять половину сосуда, только эта вероятность становится меньше, чем больше становится количество частиц, составляющих газ», объясняет Рубино.

Не пропустите: Возможны ли путешествия во времени?

Если бы существовало только три частицы газа вместо огромного количества газа (состоящего из миллиардов частиц), эти несколько частиц могли бы снова оказаться в той части сосуда, откуда они первоначально стартовали. Вот такая физика.

ОТО допускает путешествия во времени в будущее. С прошлым все намного сложнее

Далее, как вы могли догадаться, следует второй закон термодинамики так называемый статистический закон, который является верным в среднем для макроскопической системы. «В микроскопической системе мы можем видеть, как система естественным образом эволюционирует в сторону ситуаций с более низкой энтропией», отмечают исследователи.

Стрела времени

Чтобы разобраться еще подробнее, отметим, что в ходе нового исследования физики задавались вопросом о последствиях применения описанной выше парадигмы в квантовой области. Согласно принципу квантовой суперпозиции, отдельные единицы (например, свет) могут существовать одновременно в двух состояниях, как в виде волн, так и в виде частиц, проявляясь в том или ином виде в зависимости от того, что именно вы тестируете.

Вам будет интересно: Предполагает ли квантовая механика множественность миров или что такое интерпретация Эверетта?

Команда Рубино рассмотрела квантовую суперпозицию с состоянием, которое развивается как назад, так и вперед во времени. Измерения показали, что чаще всего система в конечном итоге движется вперед во времени. Если бы не небольшие изменения энтропии, система действительно могла бы продолжать развиваться как вперед, так и назад во времени.

Разрушение суперпозиции состоянии при взаимодействии с окружением с течением времени Изображение Joint Quantum Institute

Так как же эти сложные физические понятия соотносятся с реальным человеческим опытом? Неужели наконец-то пришло время начать собирать вещи для путешествия назад во времени? Увы.

«Мы, люди, являемся макроскопическими системами. Мы не можем воспринимать эти квантовые суперпозиции временных эволюций», говорит Рубино. Для нас время действительно движется вперед. Возможно, это тот случай, когда мир немного не определился.

И действительно на самом фундаментальном уровне мир состоит из квантовых систем (которые могут двигаться вперед и назад). Более глубокое понимание того, как описать течение времени на уровне этих элементарных составляющих, могло бы позволить физикам сформулировать более точные теории для их описания и, в конечном счете, получить более глубокое понимание физических явлений мира, в котором мы живем.

Еще больше интересных статей обо всем на свете, а также о путешествиях во времени и Мультивселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Выводы

Однако не все согласны с тем, что различие между макроскопическим и микроскопическим является четким. Как пишет Popular Mechanics, Рамакришна Подила, доцент кафедры физики и астрономии Университета Клемсона в Южной Каролине, говорит, что статистика многих частиц по сравнению со статистикой отдельных частиц является более точным способом описания вещей.

Даже у одной частицы есть свои собственные, уникальные микросостояния. Подила считает, что в нашем стремлении понять время мы ставим уравнения выше физической реальности и упускаем главное.

Связывание стрелы времени с энтропией или коллапсом квантово-механической системы (как указано в статье) это не формальные утверждения, а популярные методы, которые просты в использовании. Даже то, что время движется вперед, само по себе не аксиома, а теория, которую астрофизик Артур Эддингтон придумал и популяризировал в 1927 году.

Время и пространство неразрывно связаны, но правильно ли мы их понимаем?

Больше по теме: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Так что, возможно, идея о том, что пространство и время сливаются в один переплетенный континуум, имеет право на жизнь. С тех пор как Альберт Эйнштейн сформулировал теорию относительности, мы перестали воспринимать пространство как трехмерную фигуру, а время — как одномерное.

Время стало четвертым элементом четырехмерного вектора, описывающего пространство и время, — говорит Рубино. Это единая, динамичная сущность, над которой мы все еще ломаем голову.

В заключение же хочу не только поблагодарить читателя за внимание, но и вновь процитировать ученых: «Хотя время часто рассматривается как непрерывно увеличивающийся параметр, наше исследование показывает, что законы, управляющие его течением в квантово-механических контекстах, намного сложнее. Это может означать, что нам нужно переосмыслить то, как мы представляем эту величину во всех тех контекстах, где квантовые законы играют решающую роль».

Из-за квантовой суперпозиции ход времени в микромире не имеет определенного направления исчезает грань между причиной и следствием.

Полностью ознакомиться с текстом научной работы можно в журнале Nature. Кстати, как вы думаете, можно ли путешествовать во времени и что новое исследование говорит нам о Вселенной? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье!

Подробнее..

Могут ли странные квантовые объекты объяснить наше существование?

21.12.2021 02:02:49 | Автор: admin

Q-balls странные квантовые объекты, способные вызывать гравитационные волны

Каждый из нас хочет знать кто мы, откуда и куда движемся. Ответы на эти вопросы предлагают самые разные люди, от философов до священников и физиков-теоретиков, но именно последние обладают наибольшими знаниями о Вселенной. До начала ХХ века, однако, никто и предположить не мог, что элементарных частиц окажется так много, что из них можно составить целый «зоопарк». Лишь в 1925 году на смену старой квантовой теории пришла квантовая механика, которая основывается на волновых уравнениях и принципе неопределенности, а ее положения значительно отличаются от положений механики классической. Всего за несколько десятилетий было обнаружено множество элементарных частиц, а их взаимодействие друг с другом легло в основу Стандартной модели. Запуск Большого адронного коллайдера (БАК) и последующее обнаружение «частицы Бога» по-научному Бозон Хиггса стало лишь началом в понимании нашего сложного мира. Каждый год ученые открывают новые частицы, параллельно пытаясь ответить на вопрос о том, почему мы существуем.

Частица за частицей

Одной из последних обнаруженных физиками частиц является тетракварк (подробнее про их открытие я рассказывала вот здесь). Если совсем кратко, то тетракварки представляют собой частицу экзотической материи, которая содержит два тяжелых кварка и два легких антикварка. Кварки, как, вероятно, помнит читатель, являются фундаментальными строительными блоками Вселенной, из которых состоит вся материя.

Кварки также являются частицами, из которых могут состоять адроны — первая группа элементарных частиц. До недавнего времени считалось, что нейтроны состоят из трех кварков, но новая частица адрона состоит из четырех. Исследователи отмечают, что тетракварк самая долгоживущая частица из всех известных.

Тетракварки были обнаружены в 2020 году

Не пропустите: Ученые приблизились к пониманию того, почему существует Вселенная

Еще одной новинкой в нашем зоопарке оказались энионы. Это не просто новые частицы, они настолько необычны, что физики отнесли их к третьему царству элементарных частиц.

Критерий деления элементарных частиц на два царства это значение спина, квантового числа, которое характеризует собственный момент импульса частицы. Иными словами, если спин отдельно взятой частицы определяется целым числом перед вами бозон, а если полуцелым фермион.

Теперь же утверждение о том, что каждая последняя частица во Вселенной от космических лучей до кварков является либо фермионом, либо бозоном, кажется, придется пересмотреть. Вот что говорит об этом Фрэнк Вильчек, лауреат Нобелевской премии по физике из Массачусетского технологического института: «Раньше у нас были бозоны и фермионы, а теперь у нас есть это третье царство элементарных частиц».

В ходе научного исследования ученые доказали, что энионы принадлежат к отдельному классу элементарных частиц.

В ходе недавнего исследования физикам наконец удалось доказать, что энионы ведут себя как нечто среднее между поведением бозонов и фермионов. Более того, их поведение в точности соответствует теоретическим предсказаниям.

Больше по теме: Ученые из ЦЕРН стоят на пороге открытия новой физики

Причем здесь гравитационные волны?

Итак, освежив в памяти Стандартную модель, которая объясняет как взаимодействуют невидимые глазу частицы создавая реальность, идем дальше: если взаимодействие элементарных частиц создает наш мир, то может ли физика объяснить наше существование?

Очень похоже на то. По крайней мере астрофизики полагают, что в начале Вселенной существовал дисбаланс между материей и антивеществом. И чтобы понять, откуда он взялся, ученые обратились к гравитационным волнам.

Гравитационные волны это изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Если совсем просто, то они искажают пространство-время. Подробнее о том, что такое гравитационные волны и когда и как их открыли читайте в увлекательном материале моего коллеги Артема Сутягина.

Гравитационные волны могут разрешить кризис космологии

Команда физиков-теоретиков, возглавляемая Грэмом Уайтом из Института физики и математики Вселенной Кавли, сосредоточилась на явлении, под названием Q-ball. Как и во многих концепциях теоретической физики, Q-ball относительно трудно объяснить.

Между тем, одна из самых больших космологических загадок заключается в том, почему Вселенная состоит из гораздо большего количества материи, чем антивещества. Совсем недавно команда физиков-теоретиков поняла, где искать ответ необходимо обнаружить гравитационные волны, создаваемые причудливыми квантовыми объектами под названием Q-ball.

Не будем также забывать, что у каждого вида обычной частицы материи есть партнер из антивещества с противоположными характеристиками. Так что когда материя взаимодействует с антивеществом, они уничтожают друг друга. Именно этот факт и делает наше существование загадкой, поскольку космологи почти уверены, что на заре Вселенной было равное количество вещества и антивещества.

Гравитационные волны, зафиксированные детектором LIGO, произошли из-за столкновения черных дыр

Но если все эти партнеры по материи и антивеществу должны были уничтожить друг друга, Вселенная бы осталась без материи вообще. Но материя, как мы знаем, существует, и исследователи начинают постепенно понимать в чем весь сыр-бор.

Вам будет интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

Одна из потенциальных причин может заключаться в Q-ball-ах теоретических «комках», которые образовались сразу после Большого взрыва, до того, как Вселенная начала расширяться. Эти объекты должны содержать свою собственную асимметрию материи и антивещества. Это означает, что внутри каждого Q-ball-а существуют неравные доли материи и антивещества.

И если бы Qball-ы высвободили больше материи, чем антивещества, то стали бы причиной гравитационной ряби в пространстве-времени. Согласно результатам нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, в таком случае обнаружить Q-ball-ы можно было бы с помощью гравитационных волн. Но как?

Распад Q-ball ключ к созданию гравитационных волн

По сути, Q-ball-ы это скопления заряженных полей, которые превратились в комки и слиплись. Однажды склеенные, они, как правило, служат долго, пережив фоновое излучение, возникшее в результате расширения Вселенной. Но вот в них потенциально интересно, так это то, что происходит, когда Q-ball распадаются.

Распад Q-ball происходит быстро и яростно. Причем настолько, что они образуют гравитационные волны! Более того, эти события распада относительно распространены, и у ученых должны быть средства для их обнаружения. Обсерватории гравитационных волн, такие как LIGO, уже обнаружили гравитационные волны от других источников, сравнимые по силе и частоте с волнами, вызванными распадающимися Q-ball-ами.

Вероятно, скоро мы узнаем о Вселенной много нового

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram так вы точно не пропустить ничего интересного!

Отметим, что до сих пор не было обнаружено гравитационных волн, приписываемых распадам Q-ball-ов. Тем не менее, доктор Уайт и его коллеги с оптимизмом смотрят в ближайшее будущее:

Почти наверняка мы скоро обнаружим сигнал с начала времен, подтверждающий эту теорию о том, почему мы и остальной мир материи вообще существуем. Это захватывающее утверждение, и оно должно интересовать любого, кто кровно заинтересован в том, почему материя вообще существует, пишут авторы научной работы.

Разобраться как устроен наш мир непросто, но, кажется, реально

И напоследок хочется напомнить видимо в ближайшие годы нас ожидает огромное количество открытий. Ранее в этому году мы рассказывали о "новой силе природы" ученые из ЦЕРН действительно стоят на пороге открытия новой физики.

Так что ждем с нетерпением дальнейших исследований и стараемся разобраться в невероятно сложной для человеческого понимания физике строительных блоков нас самих и нашей Вселенной.

Подробнее..

Как стать невидимым? Ученые, кажется, нашли ответ

05.12.2021 00:03:58 | Автор: admin

Ученые обнаружили необычный способ превращения твердых объектов в невидимые с помощью рассеяния световых волн

Кто из нас в детстве не мечтал о шапке-невидимке? Или о волшебном плаще, надев который, вас не увидит ни одно живое существо на свете. Да, истории эти, кажется, стары как мир и абсолютно точно являются выдумкой. Но не спешите прощаться с шапкой-невидимкой: результаты нового исследования показали, что невидимость никакая не выдумка и даже не научная фантастика. Скажем больше еще в апреле исследователи разработали уникальную световую волну, которая при прохождении через объект делает объект невидимым для камер и даже человеческого глаза! Чтобы найти волшебную световую волну, команда направила свет на непрозрачный слой случайно расположенных наночастиц оксида цинка. Они рассчитали, как рассеивается свет порошком оксида цинка и как он рассеивался бы, если бы порошка там вообще не было. «Каждый из этих паттернов световых волн изменяется и отклоняется очень специфическим образом, когда вы посылаете его через неупорядоченную среду», пояснил профессор Стефан Роттер из Института теоретической физики в официальном заявлении.

Как сделать невидимым твердый объект?

Причина, по которой мы видим тот или иной объект, заключается в рассеянии световых волн, отражающихся от источника света на предмет, а затем в человеческий глаз. Недавно ученые нашли способ сделать твердые объекты невидимыми, причем довольно странным образом заставляя световые волны проходить сквозь непрозрачные материалы, как будто их там вообще не было.

Исследования, проведенные в Венском техническом университете и Утрехтском университете, позволили рассчитать конкретную разновидность световой волны, которая может проникать в объект. Хотя можно подумать, что все световые волны одинаковы, это не так.

Особые световые волны, похоже, бросают вызов законам отражения света. Специально созданный луч света не изменялся объектом, через который он проходил только слегка приглушался, что приводило к почти идеальной невидимости.

Результаты исследования означают, Исследование означает, что ученые могут не только смотреть на то, что находится за объектом, но и сквозь него

Больше по теме: Расплетая радугу как тайны света привели человечество к открытию темной материи?

Уникальные световые волны

В ходе эксперимента профессор Роттер и профессор Аллард Моск использовали слой непрозрачного порошка оксида цинка наночастицы, расположенные случайным образом и точно рассчитали, как рассеивается свет через неупорядоченную среду и как бы он рассеивался, если бы порошка там вообще не было.

Обладая полученными знаниями, исследователи обнаружили, что определенный тип световой волны («инвариантные к рассеянию световые режимы») был зарегистрирован детектором на другой стороне слоя непрозрачного порошка оксида цинка точно таким же образом хотя и немного слабее, чем при отправке световых волн.

Более того, существует теоретически неограниченное количество световых волн! Это означает, что, хотя их трудно вычислить, их можно найти.

Эта новая разработка может оказаться полезной для процедур визуализации в биомедицинских приложениях. «Одним из аспектов, который нас очень волнует, является тот факт, что световые поля, которые мы ввели в нашу работу, кажутся особенными не только в паттернах выходного поля, которые они создают за объектом, но и внутри него», рассказал профессор Роттер в интервью The Independent.

Видимые и невидимые волны света, а также области их применения

Особенность, заключающаяся в том, что эти поля напоминают поля в свободном пространстве, может быть очень полезна для глубокого изучения материалов с высоким рассеянием, с которыми, как правило, очень сложно работать, пишут авторы научной работы.

Как добавил профессор Роттер, в этой области необходимы дальнейшие исследования, поскольку развитие подобной невидимости твердых тел потенциально может привести к решению некоторых проблем медицинского характера. И непосредственно сделать невидимым человека сегодня, конечно, нельзя биологические системы полны движения, например, та же кровь, которая течет по телу. Это затрудняет вычисление закономерностей, необходимых для прохождения света через объект, так как измерения должны выполняться быстрее, чем масштаб самого движения.

Вам будет интересно: Квантовый мир: как связаны стерильные нейтрино и темная материя?

И все же, данные полученные в ходе эксперимента уже сегодня могут помочь ученым, которые хотят изучать более мелкие структуры, такие как клетки, к тому же, профессор Роттер считает, что это только вопрос времени когда измерительные инструменты станут достаточно быстрыми и дешевыми, чтобы открыть целый мир новых возможностей. Полностью озакомиться с результатами научной работы можно в журнале Nature Photonics

Человеческий глаз воспринимает лишь малую часть видимого спектра

Нельзя не отметить, что открытие Роутера и его команды являются ошеломительным. Ведь теперь мы правда можем заставить предметы буквально исчезать из виду, а затем появляться вновь. Более того, с помощью трюков камеры ученые могут делать снимки того, что находится за объектом, а затем проецировать волны на поверхность объекта, заставляя его как бы исчезать. К счастью, они также работают над чем-то более приземленным: например, способами изгибать свет вокруг объекта, по сути, заставляя его исчезать, или просто рассеивать свет, скрывая объект из виду.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, так вы точно не пропустите ничего интересного!

Квантовая «невидимость»

Готовы удивиться еще сильнее? В 2019 году канадская биотехнологическая компания Hyperstealth разработала (и запатентовала) материал под названием «квантовая невидимость». Так, если надеть этот материал, то вы и правда станете человеком-невидимкой! Но только под определенным углом с которого он просматривается, к тому же, скрытый объект должен быть расположен на определенном расстоянии.

Интересно, что основы для этой супер ткани были заложены еще в 2010 году, теперь же широкая публика может этим изобретением наслаждаться. Ну как, широкая униформы, которые разрабатывает компания, используются в армиях Канады, США, Индии, Словакии, Новой Зеландии и Иордании.

В будущем камуфляж у военных станет частично невидимым.

Читайте также: Разработан невидимый для камер камуфляж

В пресс-релизе, ознакомиться с которым можно здесь, содержится информация об особенностях работы «квантовой невидимости». Главная технология, позволяющую использовать новый «плащ-невидимку» это похожий на пластик материал. Он-то и обеспечивает «невидимость».

Лучи света, попадая в микроскопические линзы, рассеиваются и смываются. Таким образом, все, что находится на определенном расстоянии позади материала становится неразличимыми. Этот новый вид материала не только изгибает лучи в видимом спектре, но также в ультрафиолете и инфракрасном свете, отмечают создатели материала.

Интересно, что в патенте описано 13 различных вариантов материала, способных работать в разных условиях. Вот только широкой общественности особенности конструкции новой технологии не раскрываются. (Зато теперь полицейские, вероятно, смогут скрываться за невидимыми щитами).

Не пропустите: В Китае создан квантовый компьютер, который решил самую сложную задачу за 200 секунд

Новый материал делает вас невидимым под определенными углом

Безусловно, нам с вами предстоит еще долгий путь, прежде чем шапки-невидимки можно будет заказать на дом с доставкой (или плащ-невидимка в стиле Гарри Поттера), но, благодаря открытию ученых из Австрийского университета Вены и Нидерландского университета Утрехта мы стали на один шаг ближе к мечте. Хотели бы себе такой плащ? Ответ ждем здесь, а также в комментариях к этой статье!

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2022, umnikizdes.ru