Квантовая физика

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.

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.

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.

«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.

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.

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.

Нобелевскую премию по физике 2022 года вручили за изучение квантовой запутанности и технологий

«Квантовая физика настолько сложная, что ее никто не понимает», писал нобелевский лауреат Ричард Фейнман. И это не удивительно, так как даже Альберт Эйнштейн относился к ней настороженно, называя феномен квантовой запутанности «сверхъестественным» и «жутким». В вероятностной природе квантовой механики сомневался ирландский физик-теоретик Джон Белл и другие основоположники этой теории. Но несмотря на споры и разногласия, таинственный мир элементарных частиц стал драйвером современной цивилизации: интернет, компьютеры, смартфоны, лазеры, оптоволоконные сети и атомная энергетика существуют благодаря науке о квантах. Только представьте к чему могут привести дальнейшие открытия, которых с каждым годом становится все больше. Так, в 2022 году лауреатами Нобелевской премии по физике стали стразу трое ученых, которые независимо друг от друга проводили эксперименты с запутанными фотонами, сенсорными технологиями и безопасной передаче информации. К слову, не обошлось без квантовой телепортации, но обо всем по-порядку.

Нобелевская премия 2022

Каждый год Шведская королевская академия наук отмечает выдающиеся открытия в разных областях науки, способствуя ее развитию и популяризации в обществе. Всего за несколько лет научно-технический прогресс позволил физикам подтвердить существование черных дыр и гравитационных волн, разработать физические модели климата Земли и даже обнаружить далекие экзопланеты на орбите солнцеподобных звезд каждое из этих открытий удостоилось награды Нобелевского комитета.

Напомним, что Нобелевскую премию присуждают за открытия в области физиологии и медицины, физики, химии, экономических наук, литературы и миротворческой деятельности. Подробнее о премии и ее основателе мы рассказывали здесь, рекомендуем ознакомиться

Квантовая запутанность возникает в тот момент, когда две или более частицы становятся связанными между собой.

В 2022 году лауреатами Нобелевской премии по физике стали Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер. Трое физиков удостоились награды за эксперименты по квантовой запутанности, в основе которых лежат труды таких выдающихся ученых как Нильс Бор, Альберт Эйнштейн и Джон Белл все они хотели понять природу странного поведения элементарных частиц, способных находиться далеко друг от друга сохраняя между собой связь.

Как отмечают представители Шведской королевской академии наук, в будущем работы Аспе, Клаузера и Цайлингера сыграют важную роль в области квантовых вычислений и безопасной передачи данных, открывая новую главу в истории квантовой механики. Интересно, что исследователи работали независимо друг от друга пытаясь объяснить «жуткий» феномен запутанных элементарных частиц.

Больше по теме: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

Запутанность и неравенство

Итак, согласно принципам квантовой механики, частицы могут существовать одновременно в двух местах или более, а также не приобретают формальных свойств до тех пор, пока за ними не наблюдают. Но стоит кому-то проследить за положением или вращением одной элементарной частицы, как он становится наблюдателем за ее партнером (вне зависимости от расстояния между частицами). Именно это взаимодействие делает квантовую механику похожей на магию. Но как разобраться в причинах этого явления?

Квантовая механика на примере обыкновенных мячей

Представим машину, внутри которой находятся два запутанных мяча и мы их не видим. Единственное, что о них известно это серый цвет и две возможные характеристики мячи могут быть только белого и черного цвета. Но стоит машине одновременно выбросить их в противоположных направлениях, как наблюдатель ловит мяч и видит что он белый в эту же секунду второй мяч становится черным.

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

Объяснить это странное явление удалось с помощью «неравенства Белла», согласно которому частицы могут содержать секретную информацию или скрытые переменные, определяющие их свойства. Если Белл прав, то в системе должны присутствовать скрытые параметры, подтверждая гипотезу локального реализма при которой физические объекты существуют и оказывают влияние на свое ближайшее окружение.

Безумные эксперименты

В 1972 году Джон Клаузер и его покойный коллега Стюарт Фридман решили проверить предположения Белла показав, что частицы, в данном случае фотоны, не содержат скрытой информации. Подход американских физиков заключался в передаче свойств одной частицы к другой, несмотря на большие расстояния между ними.

Если объяснять на мячах, то в приведенном выше сценарии скрытой информации об их свойствах не существует. При этом цвет мяча, попавшего в руки наблюдателя, будет определен случайно. Стоит ли говорить, что в 1970-е годы академическое сообщество не воспринимало всерьез подобные предположения.

Квантовая запутанность может объяснить как устроен мир на уровне атомов

Мой научный руководитель считал, что эксперименты с запутанностью ужасная трата времени и что я разрушаю свою карьеру, рассказал Клаузер в интервью The Washington Post.

К счастью, Клаузер не был единственным физиком, заигрывающим с запутанностью его французский коллега Ален Аспе из Университета Париж-Сакле проводил похожие эксперименты в 1980-х, а Антон Цайлингер из Венского университета в 1990-х изучал запутанные квантовые системы, включающие в себя больше двух частиц. Он предположил, что запутанные состояния являются ключом к созданию новых способов хранения, передачи и обработки информации.

Не пропустите: Что квантовая физика может рассказать о природе реальности?

Квантовая информация

Представители Нобелевского комитета уверены, что в будущем новаторские эксперименты могут привести к созданию квантовой телепортации. Звучит провокационно, так что поясним речь не идет о телепортации человека из одного места в другое, как, например, в сериале «Звездный Путь». Увы, но такая телепортация удел научной фантастики.

Как объясняют Аспе, Клаузер и Цайлингер, феномен запутанности квантовых частиц может переносить информацию об объекте из одного места в другое, однако с крупными объектами подобное невозможно на сегодняшний день ученые могут перемещать только частицы вне зависимости от их массы (из-за принципа организации атомов).

Лауреаты Нобелевской премии по физике 2022 года: французскийученыйАлен Аспе, физик из Австрии Антон Цайлингери американский исследователь Джону Клаузер

Проведенные эксперименты показали, что поведение запутанных квантовых частиц полностью противоречит нашим представлениям о том, как должны вести себя независимые отдельные объекты, указано в заявлении Нобелевского комитета.

Но что насчет квантовых технологий? В 2016 году бывший ученик Цайлингера Цзянь-Вей Пан возглавил китайскую группу исследователей, которая запустила на орбиту спутник Micius с парой фотонов, расстояние между которыми составило более 1000 километров и не изменило их запутанного состояния.

Квантовая телепортация позволяет перемещать квантовое состояние от одной частицы к другой, являясь единственным способом передачи квантовой информации без единой потери.

Квантовая телепортация позволяет перемещать квантовое состояние от одной частицы к другой на расстоянии.

В это трудно поверить, но подобная демонстрация квантовых свойств прокладывает путь к созданию новейших инструментов по передаче информации, тотально защищенной от «взлома». Исследователи надеются, что в будущем все больше устройств покинут лаборатории и покорят реальный мир. В конечном итоге потенциальное применение принципов квантовой механики кажется безграничным. А как вы думаете, какие открытия ожидают нас в будущем? Ответ, как и всегда, ждем здесь и в комментариях к этой статье!

Миниатюрная вселенная показывает, что частицы могут возникать из пустого пространства

Cовременная физика переживает нелегкие времена. На одной стороне лежит квантовая теория, которая описывает устройство Вселенной на уровне атомов, а на другой Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО), согласно которой пространство и время могут искривляться под влиянием гравитации. Проблема заключается в том, что по отдельности и ОТО и квантовая механика работают прекрасно, но противоречат постулатам друг друга. По этой причине физики трудятся над созданием единой «теории всего» на протяжении последних 90 лет. Вот только с каждым новым открытием вопросов становится все больше, однако исследователи не оставляют попыток докопаться до истины результаты первого в своем роде эксперимента показали, что в искривленной и расширяющейся вселенной пары частиц появляются из пустого пространства. Полученный в ходе моделирования результат вновь возвращает нас к вопросу о том, как что-то может возникнуть из ничего. Словом, шаг вперед и два назад.

Первый в своем роде эксперимент, моделирующий космос с ультрахолодными атомами калия, предполагает, что в искривленной, расширяющейся вселенной пары частиц появляются из пустого пространства.

Откуда берутся частицы?

Первый в своем роде эксперимент, моделирующий космос с ультрахолодными атомами калия, предполагает, что в искривленной, расширяющейся вселенной пары частиц появляются из пустого пространства. Этот новаторский эксперимент призван к лучшему пониманию космических явлений, обнаружить которые непросто, ведь частицы могут возникать из пустого пространства по мере расширения Вселенной.

В ходе работы физики из Гейдельбергского университета в Германии охладили более 20 000 атомов калия в вакууме, используя для их замедления и понижения температуры лазеры.

Конденсат Бозе-Эйнштейна позволяет физикам управлять атомами

В результате экстремального охлаждения, атомы образовали небольшое облако (шириной примерно с человеческий волос), превратившись в квантовое, похожее на жидкость вещество конденсат Бозе-Эйнштейна.

Когда атомы становятся конденсатом Бозе-Эйнштейна ими можно управлять, направив на них свет, после чего установить их плотность, расположение в пространстве и то, какой эффект они оказывают друг на друга. Подробнее мы рассказывали в одной из предыдущих статей, не пропустите.

По сути новый эксперимент позволяет изменять свойства атомов, заставляя их следовать уравнению, которое в реальной вселенной определяет ее свойства, включая скорость распространения света и влияние гравитации вблизи массивных объектов. Как отмечают авторы научной работы, это первый эксперимент, в котором холодные атомы использовались для моделирования искривленной и расширяющейся (с ускорением) Вселенной.

На микро уровне Вселенная выглядит иначе, подчиняясь законам квантовой механики

Когда исследователи направили свет на замороженные атомы, они двигались так, словно возникающие в настоящей Вселенной пары частиц. Новый эксперимент позволяет объединить квантовые эффекты и гравитацию, что удивительно, так как физики не совсем понимают, как две противоречащие друг другу теории сочетаются во вселенной. Это также означает, что будущие эксперименты с могут привести к лучшему пониманию квантовых Вселенной и, возможно, приблизиться к созданию теории всего.

Больше по теме: Ученые приблизились к созданию новой теории квантовой гравитации

Вселенная вероятностей

Наша расширяющаяся вселенная, по сути, является вполне допустимым решением уравнений общей теории относительности. Однако скорость ее расширения создает проблемы для квантовой механики существует множество возможных состояний, в которых могут находиться частицы. Но возникает вопрос если пространство расширяется со все возрастающей скоростью, растет ли количество частиц в ней? И можно ли получить что-то из ничего?

Представим, что перед нами пустое пространство предел физического небытия, который при определенных условиях и манипуляциях неизбежно приведет к появлению чего-то. Так, столкновение двух частиц в бездне пустого пространства может привести к возникновению пары частица-античастица. Если мы попытаемся отделить кварк от антикварка, то новый набор пар должен возникнуть из пустого пространства между ними.

Ученые по-прежнему не могут объяснить все законы квантового мира, включая квантовую запутанность (ее называл жуткой Альберт Эйнштейн)

Теоретически достаточно сильное электромагнитное поле может вырвать частицы и античастицы из вакуума, даже без каких-либо начальных частиц или античастиц вообще, объясняют физики.

В начале 2022 года в простой лабораторной установке, использующей уникальные свойства графена, были созданы сильные электрические поля, позволяющие самопроизвольно создавать пары частица-античастица из ничего. Вы удивитесь, но предположение о том, что из пустоты можно создать что-то появились примерно 70 лет назад тогда эта мысль пришла в голову к одному из основателей квантовой теории Джулиану Швингеру и впоследствии получила подтверждение. Вселенная действительно создает что-то из ничего.

Еще больше интересных статей о том, каким законам подчиняется Вселенная и что это говорит о нашей реальности читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Это означает, что на фундаментальном уровне в нашей вселенной атомы можно разбить на отдельные частицы кванты, которые, однако, дальше не расщепить. То же самое верно как об электронах, нейтрино и их аналогов из антивещества. Та же участь ожидает фотоны, глюоны и бозоны (включая бозон Хиггса). Однако, если убрать все эти частицы, оставшееся пустое пространство таковым на самом деле не будет во многих физических смыслах.

Точно так же, как мы не можем отнять у Вселенной законы физики, мы не можем отнять у нее квантовые поля, которые ее пронизывают. С другой стороны, независимо от того, как далеко мы отодвинем любые источники материи, существуют две силы дальнего действия, последствия которых все равно останутся: электромагнетизм и гравитация.

Вселенная подчиняется законам гравитации, природу которой физики по-прежнему не понимают

Хотя мы можем создать хитроумные установки, гарантирующие, что напряженность электромагнитного поля в определенной области равна нулю, мы не можем сделать этого для гравитации; пространство не может быть полностью опустошено в каком-либо реальном смысле в этом отношении.

Не пропустите: Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?

Что-то из ничего

Продемонстрировать, что пустое пространство на самом деле таковым не является задача трудоемкая, но при этом реальная. Так, даже если создать идеальный вакуум, лишенный всех частиц и античастиц, а электрические и магнитные поля равны нулю, в вакууме все же будет присутствовать нечто такое, что физики могут назвать, скажем, максимальным ничто.

Так размышлял Джулиан Швингер в 1951 году, описав как (теоретически) можно создать материю из ничего: для этого потребуется сильное электрическое поле. И хотя его коллеги предлагали нечто подобное в 1930-х годах, именно Швингер смог точно определить необходимые для этого эксперимента условия, исходя из того, что в пустом пространстве так или иначе присутствуют квантовые флуктуации, рассказывают физики.

Частицы могут возникать из пустоты.

Вам будет интересно: Было ли у Вселенной начало?

Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, если квантовые поля существуют повсюду, то в любой выбранный промежуток времени и области пространства, будет присутствовать изначально неопределенное количество энергии. И чем короче рассматриваемый нами период времени, тем больше неопределенность в количестве энергии.

Фактически, единственным местом, где частицы возникают из пустоты это области в космосе, окружающие черные дыры и нейтронные звезды. Но на огромных космических расстояниях, отделяющих нас от наиболее приближенных объектов, наши предположения остаются исключительно теоретическими.

Вселенная хранит множество тайн, которые нам с вами еще предстоит раскрыть

Это интересно: Нобелевская премия по физике 2022: квантовая запутанность и телепортация

Но поскольку мы знаем, что электроны и позитроны буквально возникают из ничего (они просто вырваны из квантового вакуума электрическими полями) Вселенная демонстрирует невозможное. К счастью, существует множество способов изучения нашего странного мира, будь то математика, эксперименты с графеном (подробнее мы рассказывали ранее) или лазерами. И хотя мы по-прежнему далеки от истины и создания единой теории всего, сегодня мы не так уж и мало знаем о мире, в котором живем. Не так ли?

«Квантовый переворот времени» заставляет свет двигаться одновременно вперед и назад во времени

Законы, по которым работает Вселенная, весьма странные. И хотя физики смогли объяснить взаимодействие наблюдаемых небесных тел, на уровне элементарных частиц все намного сложнее. Так, сразу два отдельных исследования, проведенных осенью 2022 года, продемонстрировали так называемый «квантовый переворот времени» эксперимент, в котором фотоны могут одновременно двигаться вперед и назад во времени. И хотя речь не идет о создании Делориана, это открытие может помочь в разработке квантовых компьютеров и создании теории квантовой гравитации (той самой теории всего). Трудно поверить, но в ходе работы физикам удалось расщепить фотон (квант самого света) и наблюдать его как в прямом, так и в обратном временном состоянии, в очередной раз демонстрируя многочисленные странности квантового мира. Исследователи отмечают, что в основе проведенных экспериментов лежат самые загадочные принципы квантовой механики.

Странный квантовый мир

Квантовая механика объясняет как крошечные элементарные частицы взаимодействуют между собой создавая окружающий мир. И хотя мы практически не сталкиваемся с квантовым миром в повседневной жизни, представить современную жизнь без нее невозможно, из-за чего ученые уделяют ей много времени, постепенно раскрывая различные области ее применения.

Ведущим принципом квантовой механики является квантовая суперпозиция явление, продемонстрированное в ходе двухщелевого эксперимента, результат которого показал, что частицы могут одновременно находиться в двух или во всех возможных местах одновременно. Лучше прочего этот феномен описал физик Эрвин Шредингер в своем мысленном эксперименте с кошкой и коробкой (подробнее мы рассказывали здесь).

Больше по теме: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

В квантовом мире время может одновременно протекать в нескольких направлениях.

Но квантовая суперпозиция не единственный феномен физики элементарных частиц. Альберт Эйнштейн, к примеру, не мог смириться с таким явлением как квантовая запутанность, которую он называл «сверхъестественной». И его можно понять как могут элементарные частицы, находясь вдали друг от друга, оставаться взаимозависимыми?

Напомним, что квантовая запутанность возникает когда две или более частицы поддерживают между собой связь то, что происходит с одной частицей, моментально оказывает влияние на другую, несмотря на расстояние между ними. Согласитесь, объяснить это классическим способом невозможно, как, собственно, и должным образом представить. И тем не менее эти два принципа суть квантовой механики.

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области физики элементарных частиц и новейших технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Кошка в коробке

Квантовый эксперимент, в котором частица света может одновременно двигаться вперед и назад во времени, является еще одним примером странностей квантового мира. В ходе двух не связанных между собой экспериментах физикам удалось продемонстрировать явление под названием
«квантовый переворот времени», в основе которого, как вы могли догадаться, лежат квантовая суперпозиция и квантовая запутанность.

Совокупность всех состояний, в которых может одновременно находиться кот называется квантовой суперпозицией

Так как квантовая суперпозиция позволяет таким частицам как фотоны существовать в разных состояниях, а запутанность связывает их между собой, «квантовый переворот времени» позволяет фотонам существовать как в прямом, так и в обратном временных состояниях. Это означает, что частицы подчиняются одним и тем же законам физики, даже когда они находятся в перевернутом (или зеркальном) состоянии.

Не пропустите: Существует ли реальность без наблюдателя?

Объединив две основные концепции квантовой механики физики из Оксфордского университета расширили математические представления о том, как может выглядеть суперпозиция процессов, одновременно идущих вперед и назад во времени. (Суперпозиция процессов по мнению физиков, больше похожа на объект, вращающийся одновременно по и против часовой стрелки).

Мы воспринимаем время как стрелу, указывающую вперед. Но что, если это не так?

Представить этот «квантовый переворот времени» можно вновь воспользовавшись кошкой и коробкой будучи ни живой ни мертвой (т.е. в состоянии суперпозиции), кошка в коробке движется в прошлое и будущее одновременно. Да, кажется безумием. Но только на первый взгляд.

Квантовый переворот времени

Как пишет один из авторов нового исследования Эрик Лутц из Штутгартского университета, если квантовая механика допускает суперпозицию состояний, почему нельзя допустить суперпозицию процессов? Удивительно, но это утверждение удалось доказать в ходе проведенного эксперимента.

Читайте также: Нужна ли нам возможность путешествия назад в прошлое?

Выбрав фотон в качестве испытуемой частицы, физики успешно расщепили его с помощью специального оптического кристалла, при котором фотон существует в разных временных состояниях. Обе команды, как сообщает Live Science, наблюдали как расщепленная частица света проходит через кристалл. Повторив этот эксперимент необходимое количество раз, обе команды статистически доказали, что расщепленная частица может двигаться сразу в двух направлениях времени прямом и обратном.

Квантовый компьютер тихнологии будущего

Мы наблюдали квантовую интерференционную картину узор из светлых и темных полос, который мог существовать только в том случае, если фотон был расщеплен и двигался в обоих временных направлениях, говорится в работе.

В будущем это открытие, как отмечают его авторы, может помочь в создании теории всего (объединив квантовую механику с нашим понимаем гравитации), а также может оказаться полезным для квантовых вычислений.

Читайте также: С точки зрения квантовой физики время всего лишь иллюзия

Проведенные эксперименты в конечном итоге позволят исследователям наблюдать самые загадочные явления во Вселенной, став ключом к пониманию экзотической физики черных дыр и путешествий во времени и пространстве. Полученные результаты противоречат многим фундаментальным законам физики, которые в целом симметричны и не имеют предпочтительного направления времени (что ставит под сомнение известную и общепринятую сегодня концепцию стрелы времени).

Свет может одновременно вести себя и как частица и как волна

Отметим, что обе работы были недавно опубликованы на сервере препринтов arXiv и пока не прошли экспертную оценку (рецензирование). Ознакомиться с текстом исследований можно здесь и здесь. Напомним также, что новым этапом в развитии квантовых технологий может стать применение так называемых кристаллов времени, о чем мы ранее подробно рассказывали.

.В январе 2023 года ученные составили детальную карту расположения элементарных частиц в ядре атомного ядра.

Больше ста лет назад британский физик Эрнест Резенфорд провел ряд экспериментов, которые легли в основу нашего понимания строения атомов и радиоактивности. Открытие им атомного ядра (и первое искусственное превращение атомных ядер) привело к созданию новой концепции материи, согласно которой электроны, подобно планетам, движутся по орбитам вокруг атомного ядра, расположенного в центре. В 1911 году Резерфорд предположил, что ядро атома имеет положительный заряд, определяющий суммарное число электронов в атомной оболочке. В конечном итоге открытия Резерфорда, Нильса Бора, Ханса Гейгера и Петра Капицы показали, что атомное ядро действительно имеет положительный заряд, а окружающие его электроны (точнее, электронные облака) отрицательный. Примечательно, что открытия выдающихся физиков были сделаны без непосредственного наблюдения атомов, но сегодня все изменилось недавно исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории сообщили, что им удалось получить изображение ядра атома в электрическом поле. Впервые в истории.

Первое изображение атома

Атомы настолько малы, что увидеть их невооруженным глазом, даже с помощью самого мощного микроскопа, невозможно. По крайней мере так было до 2009 года, пока физики не сфотографировали атом и окружающие его электроны. На снимках, опубликованных в журнале Physical Review B, показаны подробные изображения электронного облака одиночного атома углерода.

Отметим, что это первый случай, когда ученым удалось непосредственно наблюдать внутреннюю структуру атома. До этого, начиная с 1980-х годов, физики отображали атомную структуру материала с помощью математики и методов визуализации.

Первый снимок атома углерода сделан учеными из Харьковского физико-технического института в Харькове, Украина в 2009 году. Полученные ими изображения электронов одного атома подтверждают принципы квантовой механики. На изображениb можно увидеть углеродную цепочку атомов.

Часть проблемы заключалась в том, что согласно принципам квантовой механики электрон не существует как отдельная точка, которую можно увидеть он распространяется вокруг ядра в облаке под названием орбиталь. Нежно-голубые сферы и расщепленные облака на изображении показывают два расположения электронов на орбиталях в атоме углерода. Эти структуры подтверждают ранние выводы ученых, так как соответствуют установленным принципам квантовой механики.

Больше по теме: Ученые наблюдали новый вид квантовой запутанности внутри атомных ядер

Метод электронной птихографии

Следующим шагом на пути к наблюдению атомной структуры стало изобретение ученых из Корнельского университета, которым удалось построить мощный детектор и установить мировой рекорд, утроив разрешение современного электронного микроскопа. Работа опубликована в научном журнале Science.

Этот инструмент представляет собой детектор пиксельной матрицы электронного микроскопа (EMPAD) со встроенными алгоритмами 3D-реконструкции, который смог уловить тепловое колебание атомов и получить их новое изображение в трех измерениях. До 2021 года все прошлые попытки представить и изучить отдельные атомы сводились к размытым изображениям.

Перед вами электронная птихографическая реконструкция кристалла ортоскандата празеодима (PrScO3), увеличенная в 100 миллионов раз.

Полученное в результате работы изображение стало возможным благодаря методу под название электронная птихография (ptychography) сканирующая техника получения изображений объектов, крайне малых размеров, таких как электроны и рентгеновское излучение.

Подробнее о том, как птихография позволит ученым обнаруживать отдельные атомы в трех измерениях и в каких еще областях науки можно применить эту технологию можно прочитать здесь.

Изображение ядра внутри атома

Итак, вот мы и подобрались к последнему по-настоящему поразительному открытию. На этот раз инструментом физиков стал не электронный микроскоп а релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC), в основе работы которого лежит принцип квантовой запутанности.

Напомним, что квантовой запутанностью называется связь двух (и более) частиц, свойства которых остаются одинаковыми вне зависимости от того, как далеко эти частицы находятся друг от друга. Альберт Эйнштейн, кстати, называл запутанность «сверхъестественной».

RHIC (The Relativistic Heavy Ion Collider) релятивистский коллайдер тяжелых ионов, расположенный в Брукхейвенской национальной лаборатории США.

Релятивистский коллайдер тяжелых ионов (RHIC) ускоритель частиц, предназначенный для изучения столкновений между тяжелыми ионами (золота, медь, уран и др.) на релятивистских скоростях. Как объясняют авторы изображения, принцип работы коллайдера напоминает метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), которая позволяет увидеть что происходит внутри мозга и других органов.

Читайте также: Главные научные открытия 2022 года по версии Hi-News.ru

Благодаря новому методу, физики смогли получить представление о внутреннем строении атомов, а также стать свидетелями нового типа квантовой запутанности. Исследование этого эффекта считается одним из самых перспективных в современной физике в ходе эксперимента ученые наблюдали за фотонами и ионами золота в момент их ускорения вокруг коллайдера RHIC и в результате заглянули внутрь атомных ядер.

Как увидеть атом?

Атомное ядро состоит из нейтронов и протонов, в составе которых находятся кварки и связывающие их глюоны. Благодаря серии квантовых флуктуаций в ходе эксперимента, фотоны вступили в взаимодействие с глюонами, образовав промежуточную частицу («ро»), немедленный распад которой образовал два так называемых «пиона» + и -. Полученная информация позволяет с детальной точностью отобразить расположение глюонов в ядре атома.

Перед вами интригующее изображение атома, наиболее приближенное к тому, как они на самом деле выглядят.

Тем не менее увидеть атом и его ядро собственными глазами невозможно. Новое изображение, опубликованное в начале 2023 года, сделано с большой выдержкой, но даже мощнейшие научные инструменты с трудом способны уловить элементарные частицы, так как они невероятно малы.

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!

Но вот что особенно важно и новое изображение структуры атомных ядер и предыдущие изображения, полученные в 2009 и 2021 годах, соответствуют теоретическим предсказаниям и фундаментальным принципам квантовой механики. К тому же это первое в истории экспериментальное наблюдение квантовой запутанности (и ее новой формы) между разнородными частицами.

Тем не менее субатомный мир остается загадкой для ученых, которые пытаются выяснить как формируется наша реальность. Задача непростая, согласитесь.

Все вокруг, включая нас самих состоит из крошечных, невидимых частиц, постоянно взаимодействующих между собой

Не пропустите: Мир в суперпозиции: три теории параллельных вселенных

К счастью, будущие эксперименты на RHIC (а также других коллайдерах и еще более мощных инструментах), позволят физикам не только детально изучить распределение глюонов внутри атомных ядер, но лучше понять сложно и таинственное устройство Вселенной. Больше о том, могут ли частицы появляться из ничего мы рассказывали в этой статье, рекомендуем к прочтению.

Если параллельные вселенные и правда существуют, сможем ли мы когда-нибудь об этом узнать?

Тема мультивселенной пользуется невиданной популярностью. Да что там, она буквально везде кинокомиксы, мультсериалы, компьютерные игры и даже оскароносные картины. Так, фильм студии А24 «Все везде и сразу», получил целых семь статуэток, включая номинацию за «лучший фильм», «лучший монтаж» и «дизайн костюмов». В фильме героиня Мишель Йео Эвелин Ван соединяется с версиями самой себя в параллельных вселенных, чтобы предотвратить разрушение мультивселенной. Эта захватывающая история, безусловно, выдумка, но вот идея не нова еще в XVI веке итальянский философ Джордано Бруно предполагал существование невидимых миров, в которых события развиваются иначе, однако физики всерьез обратились к этой идее через 400 лет. Сегодня официальная наука относится к теории мультивселенной скептически, однако ее многомировая интерпретация все чаще привлекает внимание.

Физика это одна из базисных наук и одно из основополагающих человеческих начинаний. Мы осматриваемся в вмире и видим, что он полон материи. Но что это за материя и каковы ее свойства? Дэвид Дойч, Структура реальности. Наука параллельных вселенных

Природа реальности

В 1801 году, изучая природу света, физик и астроном Томас Юнг продемонстрировал, что свет и материя могут одновременно вести себя и как частица и как волна. 127 лет спустя физики Гермер и Дэвиссон доказали, что такими же характеристиками обладают электроны, и, как выяснилось впоследствии, атомы и молекулы.

В первоначальном эксперименте источник света был направлен на пластину с двумя параллельными щелями, за которой располагался экран. На нем Юнг увидел яркие и темные полосы интерференцию световых волн подтверждение двойственной природы света и...реальности.

ОТО Эйнштейна описывает гравитацию, черные дыры, расширение вселенной и даже путешествия во времени.

Опыт Юнга лег в основу квантовой механики научной дисциплины, понять которую в полной мере не в силах даже ученые. В отличие от Общей теории относительности (ОТО), которая описывает универсальные пространственно-временные свойства физических процессов, квантовая механика объясняет устройство Вселенной на уровне атомов крошечных кирпичиков мироздания. Этот невидимый человеческому глазу мир лежит в основе Стандартной модели, однако противоречит постулатам ОТО и демонстрирует вероятностную и двойственную природу реальности.

Квантовая теория делает предсказания о реальности, но ничего не говорит о том, как именно она устроена.

Несоответствие ОТО и квантовой механики поражает, поскольку каждая из них прекрасно работает по отдельности. Эту проблему физики не могут решить на протяжении десятилетий, из-за чего наше понимание устройства и структуры Вселенной остается неполным и крайне противоречивым.

Мир в суперпозиции

Итак, согласно принципам квантовой механики, свет, атомы и молекулы могут вести себя и как частица и как волна одновременно. Но что это говорит об устройстве мироздания? В попытках ответить на этот вопрос австрийский физик-теоретик Эрвин Шредингер в 1935 году придумал необычный эксперимент, представив кота в коробке.

Находясь в состоянии суперпозиции кот одновременно ни жив, ни мертв

Возьмем коробку и поместим внутрь механизм с радиоактивным атомным ядром и емкость с ядовитым газом. Затем положим в нее кота и закроем крышку. Параметры эксперимента подобраны таким образом, что вероятность распада ядра составляет 50%, а значит через час животное либо умрет, либо нет. Ответ, однако, мы не узнаем пока не откроем коробку, а значит кот в течение часа будет находиться в суперпозиции то есть будет одновременно и жив и мертв.

Этот принцип называется квантовой суперпозицией и представляет собой состояние частицы до ее измерения. Суперпозицию ученые обозначают волновой функцией, которая описывает все возможные состояния частицы. Наиболее распространенными символами для обозначения волновой функции являются строчные и заглавные греческие буквы и .

Выходит, кот в эксперименте Шредингера и жив и мертв, прямо как фотон в опыте Юнга, который ведет себя и как частица и как волна одновременно. Да, квантовая механика демонстрирует нам абсурдность реальности, однако с точки зрения математики все верно. И хотя эксперимент Шредингера был задуман для демонстрации несостоятельности квантовой теории, это не помешало Вернеру Гейзенбергу и Нильсу Бору сформулировать ее интерпретацию в 1927 году.

Представление о свете как о потоке частиц, можно объяснить фотоэффект и теорию излучения.

Согласно Копенгагенской интерпретации квантовой механики, волновая функция неизбежно коллапсирует в одно из состояний то есть кот либо умрет, когда мы откроем коробку, либо останется жив. Как и фотон, который, проходя через одну щель предстает перед наблюдателем частицей, а не волной (и наоборот). Таким образом измерив, например, состояния электрона мы получаем два возможных ответа/состояния электрона (спин вверх или вниз).

Больше по теме: Нобелевская премия по физике 2022: квантовая запутанность и телепортация

Параллельные миры

Учитывая многочисленные странности квантовой теории, академическое сообщество с осторожностью относилось к ее интерпретации. Эйнштейн, например, не мог смириться с явлением квантовой запутанности необъяснимой связи двух частиц, неподвластной расстоянию между ними. И пока физики старались уйти от абсурдности теории, аспирант Принстонского университета Хью Эверетт намеренно акцентировал на ней внимание.

В 1954 году Эверетт предложил революционную интерпретацию квантовой механики, которую академическое сообщество не восприняло всерьез. Отцы-основатели квантовой теории сочли работу аспиранта не нужной и парадоксальной, отмечая, что она не имеет никакого отношения к Стандартной модели. Однако со временем идеи австрийского физика привлекли внимание космологов, изучающих эволюцию и структуру Вселенной.

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

Еще больше интересных статей о параллельных вселенных и последних открытиях в области физики и квантовых технологий читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там постоянно выходят статьи, которых нет на сайте!

Этот интерес понятен, ведь во Вселенной существуют далекие и ненаблюдаемые области, которые могут подчиняться неизвестным физическим законам. Безусловно, гипотеза о группе множественных вселенных, существующих параллельно друг другу, не имеет доказательств однако в то же самое время вытекает из принципов квантовой механики.

Какой бы абсурдной не казалась нам работа австрийского физика-теоретика, она опирается на основополагающий принцип квантовой теории корпускулярно-волновой дуализм. Эверетт предположил, что измеряя вращение электрона в суперпозиции, можно получить не только два возможных ответа, как гласит Копенгагенская интерпретация. Все потому, что все квантовые объекты можно описать с помощью волновой функции, а значит они могут находиться во множестве состояний до того, как мы начали их измерять. Таким образом результат измерения можно предсказать не всегда.

Телесериал 1990-х «Параллельные миры» (Sliders), рассказывает о небольшой группе молодых людей, заблудившихся в мультивселенной. Один из лучших сериалов жанра.

Вообще, диссертация Эверетта касается универсального значения волновой функции, описывающей единый квантовый мир бесконечный набор возможных состояний. Вот откуда взялись параллельные миры (несмотря на отсутствие каких-либо доказательств).

Эверетт предложил, что существует единственный объект квантовой онтологии волновая функция и только единственный путь эволюции волновой функции посредством уравнения Шрёдингера. Коллапсы не существуют, нет фундаментального разделения между системой и наблюдателем, нет специальной роли для наблюдателя, объясняет физик-теоретик Шон Кэролл.

Это, однако, не мешает космологам рассматривать интерпретацию Эверетта в контексте спорных космологических теорий, например, теории струн и космологической инфляции. Ну а полет фантазии традиционно достается писателям и сценаристам, позволяя вдоволь поразмышлять о том, какой может быть жизнь в мультивселенной.

Мультивселенная допускает все, а значит воображение может оказаться одной из форм виртуальной реальности.

Не пропустите: Четыре вида Мультивселенной: в какой из них находимся мы?

Мультивселенная Хокинга и Пенроуза

Хью Эверетт, однако, не был единственным ученым, готовым рассматривать непопулярные и радикальные гипотезы. Так, в 2017 году британский физик-теоретик Стивен Хокинг предположил, что Вселенная конечна и проще, чем нам кажется. Говоря о мультивселенной, Хокинг отмечал, что мир не сводится к уникальной вселенной и вместо бесконечного количества миров, вероятно, существует их ограниченное и небольшое количество.

Всерьез к теме множественности миров относится и лауреат Нобелевской премии по физике сэр Роджер Пенроуз. В 2020 году он заявил, что Вселенная могла существовать до Большого взрыва, что доказывает существование реликтового излучения (СМВ) слабого теплового излучения, равномерно заполняющего Вселенную. Считается, что СМВ хранит отпечатки истории и эволюции Вселенной.

В 1980-х годах Хокинг вместе с американским астрофизиком Джеймсом Хартлом разработал новую теорию возникновения Вселенной

Недавно физики заявили, что работают над созданием самой подробной карты всего вещества во Вселенной, подробнее об этой захватывающей работе можно прочитать здесь.

Ряд космологов поддерживает идеи Пенроуза, хотя доказательств в их защиту на сегодняшний день нет. И хотя мало кто сомневается в том, что Вселенная родилась после Большого взрыва, то, что происходило до него (и происходило ли вообще) неизвестно.

Теневые фотоны Дэвида Дойча

Квантовая механика и ее интерпретации требуют осторожного и не спекулятивного подхода, однако без новых идей добиться прогресса нельзя. Так, несмотря на отсутствие каких-либо доказательств существования мультиверса, физик-теоретик Дэвид Дойч предлагает новую интерпретацию интерференции.

Дополнив эксперимент Юнга, Дойч ведет наблюдение за одиночным фотоном, проходящим через единственную щель. Полученная интерференционная картина свидетельствует «о существовании бурлящего, невероятно сложного, скрытого мира теневых фотонов и огромного количества параллельных вселенных, похожих друг на друга и подчиняющихся одним и тем же законам физики», пишет Дойч.
Единственное различие между этими мирами заключается в том, что частицы в каждой вселенной находятся в разных положениях.

Дэвид Дойч британский физик-теоретик, профессор Оксфордского университета

Читайте также: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Мультивселенная Дойча, однако, не похожа на гипотетические миры описанные ранее в ней совершенно новые вселенные спонтанно отделяются друг от друга, как множество пузырьков в бокале шампанского. Некоторые из этих вселенных быстро исчезают, другие существуют долго, а третьи могут оказаться пристанищем для разумной жизни. Проблема заключается в том, что возможные обитатели этих теневых миров никогда не узнают о существовании друг друга.

Мультивселенная Дойча не похожа на предположения космологов и писателей-фантастов, а в ее основе лежит взаимодействие неизвестных науке теневых фотонов с известными нам квантами света. Эта мультивселенная напоминает сложную композицию похожих друг на друга но не идентичных миров, сосчитать которые невозможно.

Как устроена Вселенная, мы, возможно, так никогда и не узнаем, но можем предполагать

В книге «Структура реальности» Дойч приводит ряд аргументов, согласно которым число теневых вселенных превышает триллион, а его подход заключается в том, чтобы понять природу реальности. Для этого, как известно, необходимо мыслить нестандартно и не бояться новых, порой радикальных идей. «Отсюда вытекает, что реальность гораздо обширнее, чем кажется, и большая ее часть невидима», пишет он.

Вам будет интересно: Почему физики считают, что мы живем в Мультивселенной?

Дойч также объединяет физику, математику, философию, историю, эволюцию, путешествия во времени и мультивселенную, тем самым создавая единую теорию мироздания. И хотя наше восприятие мира ограниченно, именно знания, как полагает Дойч, являются ключом к пониманию мироздания и нашего места в нем.

«Все везде и сразу» называют Матрицей нашего времени. Согласны?

Пусть наши жизни коротки и не имеют четкого направления, но по крайней мере мы можем гордиться тем, с какой отвагой мы объединяем усилия в попытках понять вещи, куда более великие, чем мы сами, Шон Кэролл, «Вечность. В поисках окончательной теории времени»

Кстати, не можем не спросить: из всех возможных гипотез мультивселенной, какая нравится вам больше всего и почему? Ответ, как и всегда, ждем здесь и в комментариях к этой статье!

Результаты нового исследования показали, что свет ведет себя как волна и частица не только в пространстве, но и во времени.

Один из самых странных и известных экспериментов в физике двухщелевой эксперимент, лучше прочих иллюстрирует таинственную природу квантовой механики. Все потому, что свет, воспринимаемый нами как нечто обыденное, может вести себя и как частица и как волна одновременно, что удалось подтвердить экспериментальным путем в 2021 году. Однако первым на этот необычный феномен обратил внимание английский физик и математик Томас Юнг в 1801 году, когда заметил, что при сложении звуковых волн происходит ослабление и усиление звука. Предположив, что свет подобен звуку, Юнг решил провести эксперимент, в ходе которого направил пучок света на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого был установлен еще один, проекционный экран. Ширина прорезей, при этом, была приблизительно равна длине волны излучаемого света. Результатом эксперимента стала интерференционная картина, которая демонстрирует, что фотон как будто проходит через обе щели одновременно. Недавно, однако, ситуация усложнилась изменения, внесенные физиками в классический опыт Юнга, показали, что поведение фотонов меняется в зависимости от… времени.

Классический опыт Юнга

Прежде чем перейти к увлекательным результатам исследования, опубликованного в журнале Nature Physics, обратимся к классическому эксперименту Юнга, а также вспомним основные принципы квантовой механики. Так, по мнению автора этой статьи, читателю будет проще разобраться в происходящем.

Начнем с того, что споры о природе света в академических кругах велись с 18 века. Исаак Ньютон, например, считал, что свет состоит из потока частиц, а голландский физик и астроном Кристиан Гюйгенс, напротив, называл свет волнами, вибрирующими в некоем подобии эфира. Эти догадки основывались на волновой природе звуковых волн, которые распространяются по изогнутым трубам, огибая углы, в отличие от света. Более того, Ньютон заметил, что в воде скорость света менялась, что заставило его привнести в свою теорию необъяснимую силу, способную объяснить это странное явление.

Исаак Ньютон был убежден, что свет это частица, а не волна

Это интересно: Почему квантовая физика сродни магии?

Так как в те годы молодой ученый пользовался большой популярностью, оспорить его теорию никто не решался вплоть до 1801 года. Тогда, как упоминалось выше, Томас Юнг впервые наблюдал интерференцию. Причиной, по которой этот эрудированный ученый с опытом в разных областях науки, включая медицину, заинтересовался светом, стала препарация бычьего глаза, во время которой он размышлял о том, как глаза фокусируются на объектах на разных расстояниях. Впоследствии Юнг предложил теорию цветового зрения.

Юнг также восхищался Ньютоном, однако к 1800 году заметил кое-что неладное в корпускулярной теории. Так, свет вел себя по-разному между воздухом и водой одна его часть отражалась, а вторая преломлялась, что невозможно объяснить теорией Ньютона. Чтобы разобраться в происходящем, Юнг, как и его предшественники, обратился к звуку, заметив, что при пересечении двух звуковых волн, они интерферируют друг с другом. Со временем физик начал понимать, что явление интерференции может быть применимо и к свету.

Напомню, что интерференция возникает, когда два набора волн накладываются друг на друга. Ранее я рассказывала о результатах эксперимента, который показал, что квантовая запутанность существует между разнородными частицами.

Свет не так прост, как кажется

В 1801 году, размышляя над экспериментами Ньютона, Юнг выдвинул основную идею знаменитого эксперимента, однако его результаты впоследствии были раскритикованы академическим сообществом. Установка, предложенная Юнгом, в дальнейшем использовалась для демонстрации волновой природы света и способности электронов вести себя как волны и создавать интерференционные картины.

Ситуация изменилась многим позже благодаря становлению квантовой механики, когда физики (во многом благодаря опыту Юнга) перестали сомневаться в двойственной природе света, который, как мы знаем, может вести себя и как волна и как частица одновременно.

ВАЖНО: В 2021 году физики экспериментально подтвердили корпускулярно-волновой дуализм.

Становление квантовой механики

< Квантовая физика изучает устройство мира на микроскопическом уровне. В отличие от классической физики, сосредоточенной на исследовании макромира (включая космос и небесные тела), эта область исследований сконцентрирована на атомах крошечных кирпичиках мироздания, увидеть которые невооруженным глазом невозможно. Но это лишь малая часть странностей, встречающихся на пути ученых. Учитывая специфический характер квантовой механики, ее основателями были многие выдающиеся ученые, включая физика-теоретика Макса Планка, «отца» атома Нильса Бора, создателя Общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, физика Вернера Гейзенберга и многих других знаменитых деятелей науки. Все потому, что разобраться в происходящем было невероятно сложно.

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

Больше о других не менее странных явлениях квантовой механики читайте в нашей статье "Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?"

И все же первенство в создании современной квантовой теории принадлежит немецкому физику Максу Планку, который опубликовал новаторское исследование, продемонстрировав, что энергия в определенных ситуациях может проявлять характеристики физической материи. Отметим, что в те годы энергия считалась исключительно непрерывным волнообразным явлением, независимым от характеристик физической материи.

Теория Планка, напротив, утверждала, что энергия состоит из компонентов, похожих на частицы или кванты. Его работа помогла разрешить ранее необъяснимые природные явления, включая поглощение света на атомном уровне, за что в 1918 году он был удостоен Нобелевской премии по физике.

Затем Эйнштейн, Бор, Луи де Бройль, Шредингер и Дирак развили теорию Планка, подарив миру квантовую механику математическое приложение квантовой теории, согласно которому энергия является одновременно и материей и волной и зависит от рядя переменных. Таким образом, квантовая механика придерживается вероятностного взгляда на устройство мироздания, что сильно отличается от механики классической, в которой все точные свойства объектов поддаются вычислению.

Перед вами фото, сделанное в 1927 году в ходе V Сольвеевского конгресса. Все 29 участников до неузнаваемости изменили мир.

Сегодня квантовая механика и теория относительности являются основой современной физики и... ее главной проблемой. Подробнее о том, почему ОТО противоречит квантовой механике и что это означает для современной науки читайте в статье "Может ли квантовая механика объяснить существование пространства-времени?", рекомендую!

Как квантовая механика изменила мир?

Сегодня о «таинственной» квантовой физике не слышал разве что ленивый, так как ее используют для объяснения самых разных и даже не существующих явлений. Что неудивительно, ведь вряд ли в мире найдется ученый, который полностью понимает устройство Вселенной на микроуровне. Квантовая механика, тем не менее, окончательно и бесповоротно изменила мир, способствуя развитию и становлению современной цивилизации. Чтобы внести некоторую ясность и обосновать громкие заявления, перечислим основные достижения этой научной дисциплины.

• Компьютеры и смартфоны это ярчайший пример того, что подарила миру квантовая механика. Все потому, что работа современной электроники на основе полупроводников зависит от волновой природы электронов. И поскольку мы понимаем эту волновую природу, то можем манипулировать электрическими свойствами кремния для создания компьютерных чипов: получить их можно смешивая крошечные доли необходимых элементов друг с другом.
• 

  Вы читаете эту статью благодаря квантовой механике

  Компьютерные чипы питают и приводят в действие настольные компьютеры, ноутбуки, планшеты, смартфоны и даже мелкую бытовую технику. Без детального понимания квантовой природы материи создать их было бы невозможно.

• Лазеры и телекоммуникации: в классических волоконно-оптических телекоммуникациях, используемых для передачи сообщений по волоконно-оптическим кабелям, источниками света являются квантовые устройства лазеры. Да-да, каждый раз, когда вы делаете телефонный звонок, то прямо или косвенно используете лазер, или, если хотите, саму квантовую физику.
• 

  Лазеры это генераторы и усилители когерентного излучения в оптическом диапазоне

  Ключевой принцип лазера описан Эйнштейном в 1917 году в работе о статистике фотонов (хотя сам термин был введен позже) и их взаимодействии с атомами. Результатом этого взаимодействия является индуцированное (или когерентное) излучение, при котором оба фотона грубо говоря "клонируют" друг друга, т. е. имеют одинаковые частоту, фазу и направление.

• С помощью навигационных систем GPS, подключенных к Интернету, можно проложить путь в любое незнакомое место. Все потому, что навигацию на смартфонах обеспечивает глобальная система позиционирования сеть спутников, каждый из которых передает сигнал, принимаемый GPS-навигатором, определяющим местоположение с точностью до нескольких метров. Работа GPS основана на постоянной скорости света для преобразования времени в расстояние.
• 

  Каждый раз, когда вы пользуетесь смартфоном, чтобы добраться из пункта А в пункт Б, благодарите за него квантовую механику
  

  Для точной и синхронизированной работы спутниковой системы, в каждый из них встроены атомные часы, работающие благодаря принципам квантовой механики. "Тиканье" часов это колебание микроволн, которое приводит к переходу между двумя определенными квантовыми состояниями в атоме цезия (или рубидия, в некоторых часах).

Удивительно, правда? Несмотря на то, что квантовая физика загадочна и непостижима, представить повседневную жизнь без нее попросту невозможно.

Современный опыт Юнга

Томас Юнг провел свой знаменитый эксперимент без малого 222 года назад. По этой причине современный опыт выглядит несколько иначе физики пропускают 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.

Результат эксперимента, несмотря на модернизацию, не меняется: вместо того, чтобы пройти через ту или иную щель и накапливаться за каждой из них, фотоны переходят в определенные части экрана и избегают друг друга, что приводит к созданию чередующихся полос света и тьмы, то есть к интерференции. Так, однако, происходит не всегда оказалось, что в любой момент времени через аппарат проходит только один фотон.

Поведение фотонов меняется когда мы просто наблюдаем за ходом эксперимента. Реальность намного сложнее, чем кажется.

Это кажется нелогичным, но если посмотреть на фотон с математической точки зрения, приняв его за волновую функцию (абстрактную математическую функцию, представляющую состояние фотона/его местоположение), как все встает на свои места. Дело в том, что волновая функция ведет себя как волна а значит фотон попадает в обе щели. В результате новые волны исходят из каждой щели с другой стороны, распространяются и мешают друг другу.

Читайте также: Нобелевская премия по физике 2022: квантовая запутанность и телепортация

Таким образом мы можем сформулировать основную идею эксперимента с двумя щелями даже если пропускать фотоны через обе щели по одному за раз, то он все равно будет вести себя как волна, создавая интерференционную картину. Вот только эта волна вероятность, поскольку ученые не знают, через какую из двух щелей пройдет тот или иной фотон. Проблема заключается в том, что когда ученые пытаются определить какой именно фотон проходит через конкретную щель, интерференционная картина не возникает (что бы ученые не делали).

Эксперимент с отложенным выбором

Отметим, что в квантовой механике существует целый ряд классических двухщелевых экспериментов, включая эксперимент «с отложенным выбором» (так называемый «квантовый ластик с отложенным выбором»). Несмотря на странное название, идея достаточно проста испускаемые лазером фотоны попадают на двухщелевую пластину, за которой находится нелинейный оптический кристалл, который разбивает один фотон на пару запутанных фотонов (подробнее прочитать об этом явлении можно здесь).

Цель эксперимента заключается в формировании стандартной интерференционной картины, которую должен создать один из фотонов, а его «партнер» направиться к детектору. Этого, однако, не происходит: даже если второй фотон можно обнаружить после того, как первый попадает на экран, интерференционный картины не возникает.

Классический опыт Юнга, описание

Теоретически это означает, что наблюдение за фотоном может изменить события, которые уже произошли. Вот только как именно все это работает по-прежнему неизвестно, а значит перед нами одна из величайших загадок квантовой механики.

А вы знаете, что существуют разные интерпретации квантовой механики? Например, известно ли вам, что такое интерпретация Эверетта?

Как свет ведет себя во времени и пространстве?

Не прекращая попытки установить причину странного поведения фотонов, физики из Имперского колледжа Лондона опубликовали результаты инновационной работы в журнале Nature Physics, продемонстрировав, что опыт Юнга справедлив не только в отношении пространства, но и времени. В первоначальном эксперименте световые волны проходили через узкие промежутки в физическом пространстве, но в новой вариации физики использовали специальный материал, меняющий степень отражения света.

Когда на тонкий слой оксида индия электропроводящего прозрачного материала, который регулярно используется в сенсорных экранах смартфонов попадает интенсивный лазерный импульс, то он на крошечную долю секунды становится зеркалом. Этот материал, как говорится в работе, чрезвычайно быстро меняет свою отражательную способность, что сравнимо с частотой колебаний света.

Если бы вся история Вселенной от Большого взрыва до момента, когда вы читаете эту статью, длилась секунду, колебание света было бы равнозначно одному дню. Скорость переключения зеркал-щелей оказалась феноменальной считаные фемтосекунды, объясняет ведущий автор статьи Ромен Тироль.

Группе физиков удалось воссоздать двухщелевой эксперимент, который доказал волновую природу света во времени.

Если говорить совсем просто, то физики смогли наблюдать процессы интерференции света во времени после прохождения щелей световые волны то усиливали, то гасили друг друга (точно так же, как это происходит в классическом эксперименте Юнга). Однако на этот раз интерференция происходила на шкале времени.

Таким образом, 222 года спустя, ученые доказали, что свет ведет себя как частица и волна не только в пространстве, но и во времени.

Мы также узнали о существовании более точных способов измерения оптического отклика среды, а результаты исследования в будущем могут привести к созданию новых вычислительных технологий и спектроскопии (что пригодится при изучении черных дыр и других астрофизических явлений). Помимо теоретической и концептуальной ценности, подобные эксперименты продолжают служить источником новых знаний и проводятся для разных типов волн, включая электронные, звуковые и др.

Только представьте какое влияние новое открытие может оказать на вычислительную мощность квантовых компьюетров

Мы также не можем исключать и других последующих открытий, к которым сегодня никто не решается приступить. В конечном итоге мы слишком мало знаем о природе Вселенной, в которой неизученных областей намного больше, чем можно себе представить. А как вы думаете, к чему могут привести дальнейшие эксперименты в области квантовой физики? Ответ, как и всегда, будем ждать в нашем Telegram-чате, спасибо за внимание!

В квантовом мире частицы могут находиться в неопределенном состоянии, где они не имеют определенного местоположения или скорости. Это называется «суперпозицией».

Для всех нас привычным является то, что наше прошлое определяет наше будущее поступки, которые мы совершаем приводят нас к чему-то. Это обычное явление, о котором многие даже не задумываются, ведь все кажется таким очевидным, правда же? И да, и нет несмотря на очевидность происходящего, квантовая физика имеет иное мнение. Нобелевская премия по физике 2022 года подчеркнула проблемы, которые квантовые эксперименты создают для «локального реализма». Однако растущее число экспертов предлагает в качестве решения «ретропричинность», предполагая, что настоящие действия могут влиять на прошлые события, сохраняя тем самым локальность и реализм.

Реальность времени и вызов реализму

Чтобы дальше было хоть капельку проще, следует разобраться что же такое локальный реализм. В контексте квантовой механики, локальный реализм означает, что свойства объектов существуют независимо от того, измеряем ли мы их или нет, и что информация об этих свойствах может быть передана только со скоростью, не превышающей скорость света. Это противоположно нелокальному реализму, который предполагает, что свойства объектов не существуют, пока они не измерены, и что информация об этих свойствах может передаваться мгновенно на любые расстояния. Локальный реализм был одним из центральных принципов, приведенных в основополагающей работе Альберта Эйнштейна, Бориса Подольского и Натана Розена, известной как «EPR-парадокс».

Предложенная новая концепция предлагает альтернативный подход к пониманию связей причинности и корреляций (взаимосвязей случайных величин) в квантовой механике. Она считается жизнеспособным объяснением последних революционных экспериментов, потенциально защищающих основные принципы специальной теории относительности Эйнштейна.

В квантовом мире частицы могут быть связаны друг с другом, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга.

В 2022 году Нобелевская премия по физике была присуждена за экспериментальную работу, демонстрирующую, что квантовый мир может нарушать некоторые из наших фундаментальных представлений о том, как функционирует Вселенная.

Читайте также: Почему для детей время течет не так, как для взрослых.

Некоторые смотрят на эти эксперименты и считают, что они подвергают сомнению «локальность» — идею, что отдаленные объекты должны взаимодействовать через физического посредника. Некоторые также считают, что эти эксперименты подвергают сомнению «реализм» — идею, что опыт основывается на объективной реальности. В конечном итоге многие физики приходят к выводу, что «локальный реализм» умирает.

Однако, растущая группа экспертов считает, что мы можем сохранить оба этих понятия, используя третий подход. Они предлагают отказаться от предположения, что настоящие действия не могут влиять на прошлые события. Этот вариант, называемый «ретропричинностью», претендует на сохранение как локальности, так и реализма.

Может ли будущее влиять на прошлое?

Что же такое причинность? Начнем с известной всем фразы: корреляция не является причинно-следственной связью. Некоторые корреляции являются причинно-следственными связями, но не все. В чем же разница?

Ученые предлагают рассмотреть два примера. Один из них предполагает, что между иглой барометра и погодой существует корреляция — поэтому мы можем узнать о погоде, глядя на барометр. Однако никто не считает иглу барометра причиной погоды. Во втором примере говорится, что употребление кофе связано с повышением частоты сердечных сокращений. Здесь правильно сказать, что первое вызывает второе.

В квантовом мире есть не только частицы, но и волны, которые могут проходить через одновременно несколько пространственных путей.

Разница заключается в том, что если мы «покачаем» иглу барометра, то погода не изменится. Игла барометра и погода управляются третьим фактором — атмосферным давлением, поэтому они связаны. Если мы сами управляем иглой, мы нарушаем связь с атмосферным давлением, и корреляция исчезает.

Но если мы вмешиваемся, чтобы изменить потребление кофе, мы обычно изменим и частоту сердечных сокращений. Причинные корреляции это те, которые сохраняются, когда мы меняем одну из переменных.

Может быть интересно что такое четырехмерное пространство?

Сегодня наука, занимающаяся поиском таких устойчивых корреляций, называется «обнаружением причинно-следственных связей». Это громкое название для простой идеи: выяснить, что еще меняется, когда мы изменяем окружающую нас среду.

В повседневной жизни мы обычно считаем само собой разумеющимся, что последствия колебаний проявятся позже, чем сами колебания. Это предположение настолько естественно, что мы даже не замечаем, что делаем его.

Квантовая ретропричинность и ее значение

Квантовая угроза локальности (что удаленные объекты нуждаются в физическом посреднике для взаимодействия) проистекает из аргумента североирландского физика Джона Белла в 1960-х годах. Белл рассмотрел эксперименты, в которых два гипотетических физика, Алиса и Боб, получают частицы из общего источника. Каждый выбирает одну из нескольких настроек измерения, а затем записывает результат. Повторяясь много раз, эксперимент создает список результатов.

Белл осознал, что квантовая механика предсказывает наличие странных взаимосвязей в данных (которые теперь подтверждены). Эти корреляции подразумевают, что выбор настройки Алисы влияет на результат Боба и наоборот, даже если Алиса и Боб находятся на большом расстоянии друг от друга. Этот аргумент Белла представляет угрозу для теории специальной относительности Альберта Эйнштейна, которая является важной частью современной физики.

Существует некоторое количество экспериментов, которые могут поддерживать идею квантовой ретропричинности. Например, эксперименты с фотонами, которые предоставили некоторые доказательства того, что они могут обмениваться информацией о своих свойствах в прошлом.

Однако Белл предположил, что квантовые частицы не знают, какие измерения будут произведены в будущем. Ретропричинные модели утверждают, что выбор измерений Алисы и Боба влияет на частицы, находящиеся в источнике. Это может объяснить странные корреляции без нарушения специальной теории относительности.

По сути, ретропричинность это свойство квантовых частиц, которое позволяет им вести себя так, будто они влияют на свое прошлое. Это означает, что изменение состояния одной частицы может повлиять на состояние другой частицы, которая находится в прошлом относительно первой.

Могут ли черные дыры быть порталами для путешествий во времени?

Понятие ретропричинности достаточно сложно для понимания, поскольку оно противоречит нашему интуитивному представлению о времени и причинно-следственных связях. Однако именно это свойство квантовых частиц лежит в основе различных квантовых технологий, таких как квантовые компьютеры и квантовая криптография.

В настоящее время существует процветающая группа ученых, занимающихся вопросами квантовой ретропричинности, но эта тема все еще остается невидимой для некоторых экспертов в более широкой области, так как ее путают с другой точкой зрения, называемой «супердетерминизмом».

Теория супердетерминизма и ее влияние на физику

Супердетерминизм согласен с ретропричинностью в том, что выбор измерения и лежащие в его основе свойства частиц каким-то образом связаны.

Но супердетерминизм относится к этому как к взаимосвязи между погодой и иглой барометра. Он предполагает, что существует некая таинственная третья вещь «супердетерминант», которая контролирует как наш выбор, так и частицы, подобно тому, как атмосферное давление контролирует погоду и барометр.

Супердетерминизм связан с концепцией предопределения. Он утверждает, что все события в прошлом, настоящем и будущем были заранее предопределены и невозможно изменить ход событий.

Таким образом, супердетерминизм отрицает, что выбор измерений это то, чем мы можем свободно вилять по своему желанию, он предопределен. Свободные колебания нарушат корреляцию, как и в случае с барометром. Критики возражают, что супердетерминизм таким образом подрывает основные предположения, необходимые для проведения научных экспериментов. Они также говорят, что это означает отрицание свободы воли, поскольку что-то управляет и выбором измерений, и частицами.

Эти возражения не относятся к ретропричинности. Они делают научные открытия обычным свободным, волнообразным способом.

Ретропричинность и ее реалистичность

Критики этой гипотезы требуют экспериментальных доказательств, которые, на самом деле, уже получены и были удостоены Нобелевской премии. Теперь главная задача — доказать, что ретропричинность является лучшим объяснением этих результатов.

Одной из причин такой необходимости — возможность устранения угрозы для специальной теории относительности Эйнштейна. Ученые замечают, что это очень важно и удивительно, что изучение этого вопроса заняло столько времени. Сложности возникают из-за путаницы с супердетерминизмом.

В мире крайне много явлений, которые сложно объяснить, вся квантовая физика совершенно меняет наше представление о Вселенной и ее устройстве. Чтобы не запутаться следует подписаться на наш Telegram и Дзен!

Также, исследователи утверждают, что ретропричинность позволяет лучше понять, что микромир частиц не различает прошлое и будущее.

Однако, возможность посылать сигналы в прошлое вызывает наибольшее беспокойство и открывает дверь к парадоксам путешествий во времени. Но чтобы возник парадокс, необходимо, чтобы эффект в прошлом был измерен. Если, например, молодая бабушка не может прочитать совет не выходить замуж за дедушку, это означает, что мы бы не появились на свет, то есть парадокса не будет. В квантовом случае известно, что невозможно измерить все сразу.

Тем не менее предстоит работа по созданию конкретных моделей, которые обеспечат соблюдение этого ограничения, что нельзя измерить все сразу.

Климатологи считают, что с каждым годом волны жары будут становится все интенсивнее. Так какое же лето нас ждет в 2023 году?

Любите ли вы жару? Или напротив, держитесь подальше от Солнца? Вне зависимости от ответа и личных предпочтений, ученые считают, что нас ожидает все больше и больше солнечных дней. Так, аномальная жара в северо-западной Европе будет становится все более интенсивной, а на северозападе Тихого океана температура во многих местах уже превышает сезонную норму на 6 градусов Цельсия. В то же самое время на другую сторону земного шара обрушилась целая серия тайфунов, а впереди лесные пожары, ураганы и наводнения. По прогнозам специалистов, экстремальные периоды жары, обрушившиеся на планету в последние годы, станут неотъемлемой частью грядущего лета по всему миру, включая Россию. Согласно последним сообщениям синоптиков, лето 2023 года в нашей стране может стать самым жарким за последние 150 лет.

Антропогенное изменение климата климатические изменения, связанные с деятельностью человека. В результате хозяйственной и промышленной деятельности в атмосферу попадает огромное количество углеводородов, диоксида серы, диоксида азота, метана и твердых веществ.

Аномальная жара

Всего пару десятилетий назад проблемы, вызванные изменением климата, были не так очевидны. Переломным, вероятно, стало лето 2010 года, когда аномальная жара обрушилась на Северное полушарие, включая Европу, Северную Америку и Азию. В России жара стала одной из причиной массовых пожаров, сопровождавшихся густым смогом в городах и регионах. Более того, ее продолжительность и интенсивность не имели аналогов за более чем вековую историю наблюдений.

Эта погодная аномалия, увы, была не единственной мы буквально живем от одного температурного рекорда до другого, а волны жары становятся все более распространенными и продолжительными. Исследователи объясняют происходящее выбросами в атмосферу огромного количества удерживающего тепло углекислого газа и метана, что приводит к росту средней глобальной температуры на Земле.

С каждым годом планета становится все горячее так работает парниковый эффект

Вы наверняка заметили, что высокие температуры держатся даже в ночное время, а волны жары возникают в разных частях планеты одновременно. Экстремальная жара также приводят к засухам и масштабным лесным пожарам, которые охватили Канаду, Китай и Южную Азию, хотя лето еще не наступило.

Пожарные службы в Альберте борются с 92 лесными пожарами, почти треть из которых, по официальным данным, «вышли из-под контроля», а к 16 мая около 19 500 человек были вынуждены покинуть свои дома, сообщает CBC News.

Аномальная жара обрушилась на китайскую провинцию Юньнань (с умеренным климатом), температура в которой поднялась до 40 градусов по Цельсию. Эксперты отмечают, что жара пришла преждевременно и может нанести существенный ущерб посевам. Еще одним примером служит ситуация в испанской Кордове, где 29 апреля зафиксировали рекордно высокую температуру за всю историю наблюдений.

Больше по теме: Экстремальная жара может стать для Европы нормой в ближайшее время

Самый жаркий год в истории наблюдений

Согласно данным Всемирной метеорологической организации (ВМО), последние восемь лет стали самыми теплыми за всю историю наблюдений в мире. Так, в 2022 году средняя глобальная температура была примерно на 1,15C выше доиндустриальных уровней (1850-1900). Рост температур привел к масштабным засухам и разрушительным наводнениям, которые затронули миллионы человек и нанесли серьезный ущерб мировой экономике.

В 2022 году мы столкнулись с погодными катаклизмами, которые унесли слишком много жизней, подорвали продовольственную, энергетическую и водную безопасность. Обширные районы Пакистана были затоплены, а продолжительная засуха в Африке может привести к гуманитарной катастрофе, заявил генеральный секретарь ВМО профессор Петтери Таалас.

Всемирная метеорологическая организация при Организации Объединенных Наций занимается вопросами погоды, климата и водных ресурсов.

Эксперты ВМО используют шесть международных наборов данных для обеспечения достоверной оценки температуры, включая данные, основанные на климатологических данных с мест наблюдений, судов и буев в глобальных морских сетях. Эти же данные используются в ежегодных отчетах о состоянии климата, которые информируют международное сообщество о глобальных климатических показателях.

Каждое десятилетие, начиная с 1980-х годов, теплее предыдущего. Эта тенденция, по мнению исследователей, продолжится, а самыми жаркими за последние восемь лет стали 2016, 2019 и 2020 годы.

Отчет ВМО также включает наборы данных повторного анализа Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды и его Службы по изменению климата Copernicus, а также Японского метеорологического агентства (JMA). Масштабные объемы данных, а также сочетание наблюдений с смоделированными значениями позволяет оценивать температуру в любое время и в любом месте по всему земному шару, даже в районах с ограниченным объемом данных.

Экстремальная жара 2023

Изучив тенденции изменения температуры в самый жаркий летний день по всей северо-западной Европе и сравнив данные с тенденциями изменения средних летних температур, авторы работы, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters, пришли к выводу, что в период с 1960 по 2021 год северо-западная Европа нагревалась вдвое быстрее (на 0,6C), чем в среднем по региону в летние дни. Это означает, что в будущем в регионе могут чаще наблюдаться чрезвычайно жаркие дни.

Выявленная нами тенденция не отражена в современных климатических моделях. Неспособность смоделировать рост экстремальных температур на северо-западе Европы означает, что связанные с жарой последствия изменения климата могут быть намного хуже, чем ожидалось, пишут авторы научной работы.

Самые жаркие летние дни на северо-западе Европы часто связаны с движением горячего воздуха над Испанией или Сахарой (снимок 2019 года)

Результаты работы также показали, что в период с 1960 по 2021 год температура в Великобритании повышалась примерно на 0,25C за десятилетие (по сравнению с более чем на 0,5C за десятилетие на большей части территории Испании). Следовательно, потоки все более горячего воздуха, которые переносятся на север из этих регионов, приведут к росту температур, часто превышающей порог, который можно классифицировать как экстремальный.

Изменение климата приводит к тому, что в Испании и Северной Африке становится теплее быстрее, чем в северо-западной Европе.

Авторы исследования отмечают, что экстремальная жара может усугубить респираторные и сердечно-сосудистые заболевания и увеличить риск теплового удара, что создает дополнительную нагрузку на службы здравоохранения и скорой помощи. Ранее мой коллега Рамис Ганиев рассказывал о проблемах со здоровьем, которые могут возникнуть из-за аномальной жары, не пропустите!

Мировой океан и эффект Эль-Ниньо

Еще одним фактором, способным усугубить жару этим летом является так называемый эффект Эль-Ниньо (ENSO) повторяющийся климатический цикл, который из года в год оказывает серьезное влияние на глобальные погодные условия. Он чередуется между прохладной фазой, называемой Ла-Нинья, и теплой фазой Эль-Ниньо. Согласно данным NOAA, опубликованным 11 мая, Эль-Ниньо, вероятно, проявится в ближайшие месяцы и продлится до зимы.

Эксперты отмечают, что Эль-Ниньо имеет тенденцию повышать глобальную температуру в среднем на 0,2 градуса Цельсия. Среди причин роста температур нельзя не отметить и состояние мирового океана. На приведенной ниже карте показано, как в апреле в океанах по всему миру наблюдались рекордно высокие температуры:

Карта показывает разницу температур в океанах в период с апреля 2023 года по апрель 2023 года, а также разницу температур поверхности моря по сравнению со средним показателем за 1985-1993 годы.

Подробнее: Ученые увидели из космоса признаки резкого повышения температуры на Земле в ближайшее время

Мировой океан является главным индикатором здоровья планеты но в результате климатических изменений меняет свою структуру, течение и даже цвет. Напомним, что глобальное повышение температур ограничивает смешивание слоев воды в океане, уменьшая количество кислорода и питательных веществ, от которых зависит жизнь обитателей океанских глубин.

Ухудшение состояние Мирового океана также затрудняет прогнозирование грядущих событий. При этом согласно данным 2019 года, океаны поглощали 90% тепла, однако к 2100 станут поглощать в 5-7 раз больше (если не сократить количество вредных выбросов в атмосферу).

Эль-Ниньо может обернуться настоящей катастрофой. Будем надеяться что этого не произойдет

Не пропустите: Что происходит с океанами Земли?

Лето 2023 в России

20 мая научный руководитель Гидрометцентра Роман Вильфанд сообщил, что к концу месяца в центральные регионы России с большой вероятностью придет июльская жара. «Предварительные расчеты показывают, что с вероятностью более 80 процентов, ночная температура в период с 25 по 28 мая составит 1015 градусов, а дневная 2328», сказал синоптик.

При этом температуры, характерные для климатической нормы июля в центральной России зафиксировали уже 18 мая. В Петербург, однако, аномальная жара пришла еще раньше 15 мая температура достигла максимума за 10-дневный период 23,9 градуса.

Точно предсказать погоду на длительный период времени невозможно.

Хотите 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!

Некоторые эксперты ранее высказали предположение о том, что грядущее лето станет одним из самых теплых в истории наблюдений. Так, по словам эксперта в области изменения климата Михаила Юлкина, «все будет зависеть от того, дойдут ли до России волны жары из Атлантики».

Синоптики, тем не менее, не спешат соглашаться с климатологами. В конечном итоге метеорология наука не точная и составить долгосрочный прогноз на несколько месяцев вперед попросту невозможно. Так, специалист прогностического центра METEO Александр Шувалов считает, что высокие аномальные температуры летом 2023 года возможны только на юге Европейской России и на крайнем юге Сибири.

Пережить жаркое лето по-настоящему сложная задача.

Это интересно: Истинные масштабы изменения климата хуже чем считалось раньше


И все же, вне зависимости от того, кто прав, а кто нет, аномальная жара представляет собой серьезную угрозу для здоровья и особенно для жителей мегаполисов. Эксперты в области здравоохранения напоминают, что лучший способ пережить жару подготовиться к ней заранее. Подробнее о том, как сохранить здоровье себе и близким мы рассказывали здесь, не пропустите!

Первое свидетельство редкого распада бозона Хиггса является косвенным доказательством существования частиц, выходящих за рамки Стандартной модели.

Открытие бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН в 2012 году ознаменовало собой важную веху в физике элементарных частиц. Все потому, что бозон Хиггса или «частица Бога» отвечает за механизм появления масс у некоторых других элементарных частиц и подтверждает правильность Стандартной модели. Обнаружение этой неделимой частицы привело к лучшему пониманию Вселенной, а на протяжении последних десяти лет физики изучали бозона Хиггса, пытаясь установить различные способы его образования и распада. Так, согласно Стандартной модели, бозон Хиггса с массой около 125 миллиардов электронвольт может распадаться на Z-бозон и фотон, однако другие модели элементарных частиц прогнозируют иную скорость деградации. Это означает, что редкие случаи распада частицы Бога один из которых ученые наблюдали совсем недавно могут изменить наше представление о мироздании.

Современная физика частиц основана на Стандартной модели, описывающей электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие всех известных элементарных частиц.

Поле Хиггса

Давайте начнем с основ: квантовая теория поля утверждает, что все частицы, вращающиеся или нет, являются локальными возбуждениями или флуктуациями внутри квантовых полей. Эти поля играют важную роль в обеспечении соблюдения законов природы. Электромагнитное поле, гравитационное поле, электронное поле, поле Хиггса все это поля, которые пронизывают пространство.

Более того, существует квантовое поле для каждой из 12 известных частиц материи, а также поля для всех четырех фундаментальных взаимодействий. Выходит, в нынешнем описании природы каждая частица это волна в поле. Наиболее ярким примером является свет, способный быть и волной в электромагнитном поле и потоком частиц, называемых фотонами, одновременно. А в случае с бозоном Хиггса на первом месте стоит поле.

Согласно теории, через поле Хиггса, заполняющее пространство Вселенной, проходят абсолютно все частицы, из которых строятся атомы.

Поле Хиггса поле, обеспечивающее спонтанное нарушение симметрии электрослабых взаимодействий благодаря нарушению симметрии вакуума. Квантом этого поля является бозон Хиггса, получивший свое название в честь британского физика Питера Хиггса.

Впервые поле Хиггса было предложено в 1964 году как новый вид поля, заполняющего всю Вселенную и придающее массу всем элементарным частицам. Это означает, что собственной массы у частиц нет, они приобретают ее, взаимодействуя с полем Хиггса. И чем сильнее это взаимодействие, тем тяжелее становится частица. Фотоны, например, не взаимодействуют с этим полем и, следовательно, не имеют массы.

Как обнаружить бозон Хиггса?

Интересно, что просто взять и «обнаружить» где-нибудь бозон Хиггса нельзя его можно создать сталкивая частицы между собой. В результате столкновения бозон Хиггса преобразуется или распадается в другие частицы, обнаружить которые можно с помощью детекторов.

Большой адронный коллайдер (БАК) разгоняет протоны до околосветовой скорости и сталкивает их друг с другом, создавая каскад быстро распадающихся частиц.

Проблема заключается в том, что бозон Хиггса появляется примерно в одном из миллиарда столкновений в БАК. Тщательный статистический анализ огромных объемов данных выявил слабый сигнал этой неуловимой частицы в 2012 году.

Бозон Хиггса скалярная частица, а значит, не имеет спина (не вращается)

4 июля 2012 года коллаборации ATLAS и CMS объявили об открытии новой частицы. Несмотря на то, что открытие частицы Бога укрепило Стандартную модель, исследования на этом не закончились. Более того, одним из главных открытий, сделанных с 2012 года, связано с наблюдением крайне редкого распада бозона Хиггса.

Свойства бозона Хиггса

По данным ЦЕРН, масса бозона Хиггса составляет 125 миллиардов электронвольт. Это означает, что частица Бога в 130 раз массивнее протона, не заряжена и имеет нулевой спин квантово-механический эквивалент углового момента. Бозон Хиггса единственная элементарная частица без спина.

Больше по теме: Что такое бозон Хиггса и почему ученые хотели его открыть

Бозон Хиггса нельзя просто где-то обнаружить. Но его можно создать сталкивая частицы между собой на околосветовых скоростях

Исследователи полагают, что бозон Хиггса существовал в ранней Вселенной в условиях высоких энергий, из-за чего его распад происходит слишком быстро. Вот почему идентифицировать его удалось наблюдая за распадом частиц, которые указывали на частицу без спина и соответствовали теоретическим предсказаниям для «отсутствующего бозона».

Интересный факт
Фундаментальные частицы, такие как электроны и кварки, получают большую массу взаимодействуя с полем Хиггса (даже сам бозон Хиггса получает свою массу в результате взаимодействия с полем Хиггса). При этом протоны, состоящие из кварков, получают большую часть своей массы за счет энергии, которая удерживает их составляющие вместе.

Распад «частицы Бога»

Согласно Стандартной модели, если масса бозона Хиггса составляет около 125 миллиардов электронвольт, то бозон Хиггса распадется на Z-бозон (электрически нейтральный переносчик слабого взаимодействия) и фотон (переносчик электромагнитного взаимодействия) с вероятностью всего 0,15%. Словом, этот распад является невероятно редким событием, а его наблюдение может стать косвенным доказательством существования частиц, выходящих за рамки Стандартной модели.

И так как другие теории, расширяющие Стандартную модель, предсказывают иную скорость распада, измерение его скорости дает ценную информацию как о физике элементарных частиц, так и о природе бозона Хиггса.

Бозон Хиггса стал последней экспериментально открытой частицей Стандартной модели

В других теориях, например, бозон Хиггса не распадается непосредственно на Z-бозон и фотон. Вместо этого распады протекают через промежуточный «цикл» виртуальных частиц, которые появляются и исчезают, а обнаружить их невозможно. Эти виртуальные частицы могли бы включать в себя новые, пока еще не открытые частицы, которые взаимодействуют с бозоном Хиггса.

Не пропустите: Обнаружение нейтрино и как оно поможет разгадать тайны Вселенной

Редкий распад бозона Хиггса

В мае 2023 года исследователи ЦЕРН заявили, что впервые наблюдали распад бозона Хиггса не на пару b-кварк-b-антикварк, или на пару фотонов, или на две пары электрон-позитрон (антиэлектрон) и/или мюон-антимюон (как это происходит обычно), а на Z-бозон и фотон.

Используя данные о столкновениях на Большом адронном коллайдере, физики ATLAS и CMS провели обширные поиски распада бозона Хиггса на Z-бозон и фотон. Оба поиска использовали схожие стратегии, идентифицируя Zбозон по его распаду на пары электронов или мюоны более тяжелые версии электронов. Эти распады Z-бозона происходят примерно в 6,6% случаев. В ходе поисков физики также использовали передовые методы машинного обучения.

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

В новом исследовании ATLAS и CMS объединили наборы данных, собранные в ходе ранее проведенных экспериментов во время второго запуска БАК, который состоялся в период с 2015 по 2018 год. Результатом совместных усилий стало первое свидетельство распада бозона Хиггса на Z-бозон и фотон.

События-кандидаты от ATLAS (слева) и CMS (справа) для бозона Хиггса, распадающегося на Z-бозон и фотон, с Z-бозоном, распадающимся на пару мюонов.

Каждая частица имеет особые отношения с бозоном Хиггса, что делает поиск редких распадов Хиггса высокоприоритетным. Благодаря тщательному сочетанию отдельных результатов ATLAS и CMS мы сделали шаг вперед к разгадке еще одной тайны бозона Хиггса, сообщила журналистам координатор ATLAS по физике Памела Феррари.

Существование новых частиц может оказать существенное влияние на редкие случаи распада бозона Хиггса. Более того, новое исследование проверяет на прочность Стандартную модель. Эксперименты по поиску редких случаев распада бозона Хиггса запланированы на 2029 год, после завершения модернизации БАК.

Хотите 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!

Как физика частиц влияет на нашу жизнь?

Поразительно, но открытие бозона Хиггса является лишь началом пути. Исследователи надеются, что в будущем смогут понять, является ли частица Бога единственной в своем роде, может ли она объяснить как образовалась Вселенная и когда материя восторжествовала над антивеществом. Более того, изучая свойства и распад бозона Хиггса, физики, возможно, смогут обнаржить новые частицы и даже таинственную темную материю.

Но вот что удивительно бозон Хиггса оказывает и будет продолжать оказывать влияние на нашу жизнь, причем так, как вы, возможно, и не представляли. Это часть ответа на вопрос, почему мы и все, с чем мы взаимодействуем обладаем массой, испытываем любопытство к устройству Вселенной и ее эволюции.

Событие-кандидат на распад бозона Хиггса на Z-бозон и фотон
The ATLAS Collaboration

В поисках этой неуловимой частицы физики создали невероятные по своей силе технологии ускорителей и детекторов частиц, что привело к достижениям в области здравоохранения и аэрокосмической промышленности.

Только представьте, как может измениться наше представление о Вселенной, если ученые обнаружат существование частиц, не предсказанных Стандартной моделью. Подробнее о том, действительно ли мир стоит на пороге открытия «новой физики» мы рассказывали здесь, рекомендуем к прочтению!

Может ли новая теория гравитации ответить на величайшие загадки космологии?

История человечества настоящая сага с множеством действующих лиц. Веками мы ищем ответы на вопросы о том, кто мы, откуда пришли и куда движемся. По мере развития науки и технологий вопросов стало больше но и узнали мы немало. Оказалось, что наша планета крошечная голубая точка, вращающаяся вокруг самой обычной звезды, коих не счесть на просторах Вселенной. И чем больше мы узнаем о небесных объектах и устройстве космоса, тем меньше понимаем происходящее. Так, две ведущие физические теории общая теория относительности (ОТО) и квантовая механика идеально работают по-отдельности, но вместе нет. Более того, мы изучаем далекие галактики в попытках понять устройство мироздания и вводим разные переменные, например, темную материю, призванную объяснить величайшие загадки. Вот только доказательств ее существования по-прежнему нет, как нет и новой физической теории. Но почему и стоит ли ожидать революции в космологии? Давайте разбираться!

Что не так с космологией?

О том, что космология находится в кризисе, кажется, знают все. Причина кроется в несоответствии постоянной Хаббла. Это означает, что либо ученые делают что-то не так, либо на просторах Вселенной происходит нечто неведомое.

Постоянная Хаббла число, которое астрономы используют для измерения расширения Вселенной. Впервые о нем сообщил американский астроном Эдвин Хаббл, который обнаружил другие галактики за пределами Млечного Пути и пришел к выводу, что они постоянно удаляются от нас. Однако скорость, с которой это происходит (и почему) загадка. Да что уж там, каждый раз изучая вращение далеких галактик ученые приходят в недоумении.

Наша Вселенная расширяется с ускорением, что на самом деле довольно странно

Дело вот в чем звезды внутри галактик удерживаются вместе гравитацией силой тяжести которая предотвращает их выброс в межгалактическое пространство при вращении. Загадка же кроется в том, что самые удаленные части галактик движутся слишком быстро при этом не теряя звезд. Тот факт, что светила не выбрасываются в межзвездное пространство поражает астроном и является одной из величайших космологических загадок. Какая-то сила, должно быть, удерживает галактики вместе, но что это за сила и откуда она берется неизвестно.

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

На данный момент лучшее объяснение происходящему звучит так темная материя, оказывающая гравитационное воздействие на все небесные тела. Поиск этой таинственной материи является одним из ведущих направлений исследований, но несмотря на годы изучения и достижения, обнаружить доказательства существования темной материи до сих пор не удалось.

Новые идеи

К счастью, исследователи смотрят в разных направлениях пока одни занимаются темной материей, другие ищут альтернативные причины наблюдаемых космологических «проблем». Так, еще в 1980-х годах физик по имени Мордехай Милгром предположил, что в галактическом масштабе законы движения Ньютона могут незначительно отличаться от тех, которые наблюдаются на Земле.

По Милгрому, эта модифицированная ньютоновская динамика (MOND), может обеспечить дополнительную гравитационную силу, удерживающую галактики вместе. Но, как и в случае с темной материей, свидетельств в поддержку этой идеи крайне мало.

Астрономы склоняются в пользу идеи темной материи. Но что, если они ошибаются?

Различные исследования рассматривали то, какое влияние MOND может оказывать на орбиты удаленных объектов, таких как Плутон или космические аппараты «Пионер» и «Вояджер», но обнадеживающих результатов не последовало. Более того, многим астрономам эта идея не нравится, так как представляет собой, по сути, произвольную интерпретацию ньютоновской динамики (собственно вот она причина повсеместного интереса к темной материи).

Еще больше интересных статей в области космологии и физики читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Теперь же, ситуация может измениться все благодаря работе Джонатана Оппенгейма и Андреа Руссо из Университетского колледжа Лондона, которые выяснили, почему идея MOND Милгрома все-таки может быть верной. Работа, пока что не прошедшая экспертной оценки, дает MOND теоретическую основу, которая повышает привлекательность теории для астрономов и физиков.

Хорошо забытое старое

Исследование, опубликованное на сервере препринтов AiRXiv, основано на идее, которую Оппенгейм выдвинул несколько лет назад, чтобы примирить несовместимость между двумя великими основами современной физики: квантовой механикой и общей теорией относительности. Напомним, что квантовая механика объясняет устройство Вселенной в мельчайших масштабах, в то время как ОТО в самых больших масштабах.

И, как мы уже не раз рассказывали, характер обеих теорий совершенно противоположен: квантовая механика предполагает, что Вселенная вероятностна по своей природе, в то время как ОТО подразумевает, что она полностью классическая. Эта несостыковка создает дилемму, когда дело доходит до создания теории квантовой гравитации, которую физикам только предстоит разработать.

Квантовая гравитация направление исследований в теоретической физике, целью которого является квантовое описание гравитационного взаимодействия.

Подробнее о квантовой гравитации мы рассказывали здесь, не пропустите!

Идея Оппенгейма в том, что ОТО классическая теория, но в своей основе, однако, стохастическая то есть имеет случайный характер, скорее похожий на броуновское движение случайное движение частицы, взвешенной в жидкости. Такое видение позволяет объединить квантовую механику и теорию относительности математически совместимым образом.

Из этого «хорошо забытого» подхода также следует, что гравитация для нас с вами работает именно так, как описал Ньютон (и как наблюдают физики). А вот в галактических масштабах ускорение, обусловленное гравитацией, может изменяться на небольшую, но случайную величину, как если бы пространство-время вызывало какое-то броуновское движение масс внутри него.

Мы, возможно, неправильно понимаем гравитацию главную движущую силу Вселенной

Мы показываем, что стохастическая природа пространства-времени порождает дополнительную гравитационную силу, удерживающую галактики вместе. Энтропия, управляемая стохастической космологической постоянной, может объяснить кривые вращения галактик, а значит привлекать темную материю не нужно, пишут авторы научной работы.

Темная материя больше не нужна?

Идея Милгрома (и авторов нового исследования) может оказаться необходимым следствием объединения теории относительности и квантовой механики в единую структуру. Как минимум эту идею следует рассмотреть всерьез и провести ряд научных экспериментов, проверяющих природу ньютоновской динамики.

Авторы работы, все же, призывают быть осторожными, указывая, что помимо вращения галактик есть и другие причины предполагать существование темной материи. Например, гравитационная масса далеких галактик действует подобно линзе, преломляя проходящий мимо свет. И размер этого изгиба предполагает, что темная материя должна вносить свой вклад в эту массу.

Физики применяют широкий спектр подходов к очень сложным проблемам, таким как объединение квантовой механики с гравитацией. И это очень хорошо

Таким образом, прежде чем новая, альтернативная идея получит распространение, ее необходимо тщательно и подробно изучить, в частности, путем компьютерного моделирования броуновского движения пространства-времени и его влияния на массу. Ну а речь о полном отказе от темной материи не идет и вовсе.

Читайте также: Астрофизики обнаружили мосты из темной материи. Что это такое?

Выходит, у астрономов прибавилось работы, ведь помимо поисков темной материи как в космосе, так и на Земле, внимание придется уделить и идее Милгрома. Но именно так работает наука чем более открыто и непредвзято мы смотрим на Вселенную, тем больше шансов узнать еще несколько ее тайн.

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.

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.

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.

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!

Последние комментарии