Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Наука физика

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

11.09.2021 22:13:11 | Автор: admin

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

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

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

Квантовая реальность

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

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

Карло Ровелли на лекции в Риме / Marco Tambara/Wikipedia

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

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

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

Скрытая реальность

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

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

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

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

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

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

Взаимодействия объектов и пространство-время

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

Наше понимание пространства-времени вряд ли можно назвать полноценным.

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

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

Как понять квантовую теорию?

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

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

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

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

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

Читайте также: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

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

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

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

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

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

Подробнее..

Начало конца Вселенной тайны темной энергии

06.10.2021 00:07:09 | Автор: admin

Теория Большого взрыва гласит, что Вселенная возникла из одной невообразимо горячей и плотной точки под названием сингулярность более 13 миллиардов лет назад. Это произошло не в уже существующем пространстве. Скорее, это инициировало расширение и охлаждение самого пространства.

Наша Вселенная расширяется с самого момента своего рождения около 14 миллиардов лет назад. И хотя может показаться, что со временем этот процесс должен замедлится, этого не происходит. Вселенная, вопреки нашим ожиданиям, расширяется со все возрастающей скоростью. Благодаря главенствующей в космологии теории Большого взрыва мы знаем, почему другие галактики удаляются от нас по мере того, как пространство продолжает расширяться. Этот феномен объясняет слабое свечение, наблюдаемое повсюду во Вселенной (свечение это оставшееся тепло от рождения Вселенной, которое теперь остыло всего на несколько градусов выше абсолютного нуля). Словом, это удивительно мощное и элегантное объяснение того, как возникла наблюдаемая Вселенная. Но почему она расширяется все быстрее и быстрее? Концепция Большого взрыва, увы, не указывает на то, продолжит ли Вселенная расширяться и охлаждаться или же она в конечном итоге сократится до другой сверхгорячей сингулярности, тем самым, возможно, перезапустив весь цикл. Окончательная же судьба Вселенной, вероятно, зависит от свойств двух таинственных явлений темной материи и темной энергии. Дальнейшее изучение того и другого может показать, как погибнет Вселенная.

Как возникла Вселенная?

Итак, теория Большого взрыва объясняет создание самых легких элементов во Вселенной водорода, гелия и лития из которых «родились» все более тяжелые элементы в звездах и сверхновых. Продолжение Большого взрыва или космическая инфляция объясняет, почему Вселенная настолько однородна (равномерно составлена) и как галактики распределены в пространстве.

Интересно, что многие особенности современной Вселенной имеют смысл, только если пространство очень рано подверглось сверхбыстрому расширению. Теория инфляции гласит, что Вселенная резко расширилась за крошечную долю секунды после Большого взрыва, движимая фантастическими количествами энергии, содержащейся в самом пространстве. После этого периода Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться, но гораздо более медленными темпами.

в большинстве моделей инфляции флуктуации в чрезвычайно малых масштабах раздуваются, превращаясь в макроскопические различия. Эти различия невероятно крошечные и чтобы описать с их помощью реальность, потребуется новая теория физики.

Выходит, инфляция растянула пространство так быстро, что оно стало чрезвычайно однородным. Но пространство неоднородно: небольшие колебания плотности материи, присутствовавшие в ранней Вселенной, значительно усилились во время инфляции. Эти флуктуации плотности в конечном итоге создали крупномасштабную структуру Вселенной.

Подробнее о том, что представляет собой эта удивительная структура, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению!

Большой взрыв и темная материя

Несмотря на то, что теория Большого взрыва является общепринятой среди большинства исследователей, она не указывает на то, будет продолжит ли Вселенная расширяться и охлаждаться или же она в конечном итоге сократится до сверхгорячей сингулярности, возможно, перезапустив весь цикл. Окончательная судьба Вселенной, вероятно, зависит от свойств двух таинственных явлений темной материи и темной энергия. Именно дальнейшее изучение того и другого может показать, каким будет конец Вселенной.

Проблема заключается в том, что вся знакомая материя Земля, остальная часть Солнечной системы, звезды, галактики и межзвездный газ составляет лишь около одной шестой массы Вселенной. Но ученые могут видеть влияние остальной массы Вселенной ее-то они и называют темной материей.

Присутствие этой таинственной субстанции в галактиках заставляет их вращаться быстрее, чем если бы там была только обычная материя. Высокие концентрации темной материи заметно искривляют свет, идущий издалека. Однако его природа остается загадкой.

Ранее исследователи составили самую подробную карту распределения темной материи во Вселенной на сегодняшний день.

Напомним, что темная материя, вероятно, состоит из элементарных частиц, созданных в результате Большого взрыва, но еще не обнаруженных на Земле. Одна из причин, по которой физики хотят построить более мощные ускорители частиц, заключается в поиске темной материи. Но еще более таинственной, чем темная материя, является сила, которая, как считается, ответственна за расширение Вселенной.

Еще больше увлекательных статей о последних научных открытиях в области астрономии и космологии, читайте на нашем канале в Google News.

Темная энергия

Наблюдения далеких сверхновых звезд показывают, что пространство пронизано энергией той самой темной энергией, которая раздвигает объекты, подобно тому, как два положительных электрических заряда отталкиваются друг от друга. Эта таинственная субстанция, на долю которой приходится более 70% энергетического содержания Вселенной, может быть связана с той энергией, что породила Инфляцию.

И все же сегодня ученым практически ничего не известно о том, что такое темная энергия и как она воздействует на материю. Некоторые физики считают, что объяснение этого феномена может потребовать совершенно новых представлений о пространстве и времени.

Больше по теме: Действительно ли мир стоит на пороге открытия новой физики?

Когда астрономы смотрят в телескоп, они смотрят назад во времени. Они видят галактику Андромеды, ближайшую к нам крупную галактику, не такой, какая она сегодня, а такой, какой она была более 2 миллионов лет назад, потому что именно столько времени потребовалось свету галактики, чтобы пройти через космос к Земле.

Галактика Андромеды ближайшая Галактика Местной группы

Другие галактики находятся гораздо дальше в пространстве и времени. Космический телескоп Hubble способен видеть галактики, которым более 13 миллиардов лет и которые образовались вскоре после Большого взрыва. Были также проведены наблюдения реликтового излучения слабого свечения, оставшегося после Большого взрыва, которое помогает ученым получить представление о том, какой была ранняя Вселенная, особенно до образования первых звезд.

Это интересно: Что произошло в первые микросекунды после Большого взрыва?

Состав Вселенной и другие вопросы

Большинство исследователей полагают, что состав вселенной на удивление сложно определить, ведь помимо темной энергии, пространство также заполнено темной материей. (Обычная видимая материя составляет всего 5% Вселенной, в то время как темная материя и темная энергия составляют 26% и 69% соответственно). Другими словами, астрономы на самом деле не понимают, из чего состоит около 95% Вселенной.

Все потому, что понять и измерить темную материю и темную энергию больше чем сложно. Представьте, что вы бродите по темной комнате и время от времени прикасаетесь к слону, которого никогда не видели и отчаянно пытаетесь понять что это такое и как он выглядит. Исходя из этой аналогии, темная комната размером со Вселенную, и вместо того, чтобы прикасаться к слону, астрономы могут видеть только его воздействие на другие объекты.

Материя во Вселенной распределена не равномерно

Мы видим, что темная материя гравитационно взаимодействует с видимой материей и подозреваем, что она состоит из одной или нескольких неизвестных частиц. Темная энергия может быть пятой фундаментальной силой Вселенной. (Известны четыре: слабое взаимодействие, сильное взаимодействие, гравитация и электромагнетизм.)

Но точные свойства темной энергии и темной материи остаются загадкой, тем более что темная энергия, похоже, не более чем случайность. Некоторые физики, как пишет портал Astronomy.com, полагают, что темная энергия является причиной ускоренного расширения Вселенной и произошло около 5-6 миллиардов лет назад, с тех являясь доминирующей силой.

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

Самое простое объяснение темной энергии состоит в том, что это внутренняя энергия самого пространства. Альберт Эйнштейн первоначально ввел такую концепцию, чтобы учесть плоскую вселенную, когда излагал теорию относительности (ОТО). Так называемая космологическая постоянная Эйнштейна это сила отталкивания, которая противодействует силе притяжения гравитации, чтобы Вселенная не сжималась и не расширялась.

Сегодня никто не знает, будет ли Вселенная расширяться вечно или этот процесс когда-нибудь закончится

Но, в конце концов, Эйнштейн отказался от своей концепции после того, как Эдвин Хаббл наблюдал расширение Вселенной. Нобелевская премия по сверхновым в 1990-х годах возродила космологическую постоянную и в конечном итоге связала ее с темной энергией. И хотя астрономы не могут видеть темную материю напрямую, они могут определить ее местоположение по наблюдениям. Распределение темной материи (пурпурного цвета) в сверхскоплении Abell 901/902 показано на этой фотографии путем объединения изображения сверхскопления в видимом свете и карты области темной материи.

Не пропустите: Ученые приблизились к пониманию того, почему антиматерии во Вселенной меньше, чем материи

В заключении

И все же, для окончательного решения этой загадки ученым потребуется нечто большее, чем просто измерения. Лучшие физики-теоретики мира пытались разработать единую физическую теорию, которая полностью объясняет все аспекты Вселенной. Но до сих пор гравитация и квантовая физика не нашли точек соприкосновения, несмотря на то, что теоретики считают, что их объединение необходимо для любой теории, способной объяснить темную энергию. Исследователи также отмечают, что если вклад темной энергии будет расти по мере старения Вселенной, то со временем Вселенная будет расширяться все быстрее.

Другие галактики за пределами нашей Локальной группы которые сольются в единую гигантскую галактику по прозвищу Милкомеда в конечном итоге будут унесены на такие большие расстояния, что любые обитатели нашей Солнечной системы в далеком будущем не смогут их увидеть.

Местная Группа галактик, в которой находимся мы и наша соседка Галактика Андромеды

Вам будет интересно: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

В настоящее время астрономы планируют создание новых космических и наземных телескопов, а также более мелкомасштабное оборудование и проведение исследований. С помощью новейших инструментов они планируют дальнейшее изучение фундаментальных загадок Вселенной. Такой огромной и непрерывно расширяющейся.

Подробнее..

О чем говорит странная физика черных дыр? Обсуждаем самые невероятные гипотезы

10.10.2021 02:07:22 | Автор: admin

Черная дыра область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что даже фотоны не света не могут ее покинуть.

Миром правят идеи. Яблоко, упавшее на голову Исаака Ньютона, навело его на мысль о создании теории гравитации. Коперник, взглянув в телескоп, пришел к выводу, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Его открытия и идеи послужили началом научной революции. Столетия спустя Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности, в Стивен Хокинг всю свою жизнь посвятил изучению черных дыр. Труд каждого из них по отдельности, а также идеи и предположения великих ученых о Вселенной, позволили нам с вами наслаждаться фотографиями других «Солнечных систем» и разглядывать горы на Марсе, не выходя из дома. Между тем, Стивен Хокинг размышлял об удивительной физике черных дыр не имея на руках никаких данных, подтверждающих существование этих объектов (как и Эйнштейн). Его идеи, в конечном итоге, нашли научное подтверждение. Так, знаменитый парадокс черных дыр гласит, что мере того, как черная дыра испускает излучение, она испаряется, в конечном итоге полностью исчезая. Но если это так, то что в таком случае происходит с информацией? Недавно физики-теоретики пришли к выводу, что информация, как они теперь с уверенностью говорят, действительно ускользает их черной дыры. Но куда и что происходи с ней потом?

От идеи до фото черной дыры

Размышлять о самых таинственных объектах во Вселенной Хокинг начал в 1970-х годах. Представляя мощнейшую гравитацию черных дыр, окруженную горизонтом событий невидимым пузырем, отмечающим границу невозврата он понял, что теория Эйнштейна также означала, что горизонт событий черной дыры не может уменьшиться. Черная дыра только набирает массу, поэтому общая площадь поверхности ее горизонта событий только растет.

Это была невероятно смелая идея. Но Хокинг пошел еще дальше и предположил, что черные дыры могут не только «разделяться надвое», но и исчезать, словно мыльные пузыри. В 1973 году, в соавторстве с Джеймсом Бардином (сегодня сотрудник Вашингтонского университета) и Брэндоном Картером (научный сотрудник в Французского национального центра научных исследований), Стивен Хокинг изложил свои идеи.

Британский физик-теоретик Стивен Хокинг. Фото: The New York Times

В работе, в частности, содержалось несколько тревожных звоночков для физики, в том числе «Теорема об отсутствии волос», согласно которой площадь поверхности горизонта событий это мера всей информации, поглощаемой черной дырой. Иными словами, черной дыре все равно, потребляет она материю или антивещество. Эти объекты обладают всего тремя свойствами: массой, спином и электрическим зарядом. Никакие другие детали или «волосы» не регистрируются.

Но, сюрприз! Не так давно астрономы обнаружили, что у черных дыр есть "волосы", то есть дополнительные параметры, которые зависят от поглощенной материи. Как показали результаты работы, опубликованной в журнале Physical Review D, экстремальные черные дыры те, чей спин или электрический заряд полностью исчерпан действительно имеют несколько тонких волосков. Как отмечают авторы исследования, "волосы" черных дыр однажды можно будет уловить с помощью детекторов гравитационных волн (LIGO и VIRGO). Подробнее о Теореме об отсутствии волос я рассказывала в этой статье.

Вернемся к идеям Хокинга. Для начала вспомним знаменитое уравнение Эйнштейна E равно MC в квадрате энергия равна массе, умноженной на скорость света в квадрате. Энергия и масса это одно и то же. Они равноценны. Выходит, можно превратить массу в энергию и энергию в массу.

До 2015 года черные дыры являлись гипотетическими объектами.

Вокруг черной дыры, как известно, очень горячий газ и экстремально высокие температуры, сильные магнитные поля, и, возможно, много энергии. И эта энергия может проявляться в виде частиц, массы. А еще энергия всегда создает пары частица/античастица.

Такие частицы физики называют виртуальными частицами. Эти крошечные частички возникают, затем аннигилируют и … вновь становятся энергией. И это происходит вокруг нас постоянно.

Итак, если то же самое происходит вблизи черной дыры, вполне возможно, что одна из этих маленьких частиц попадет в черную дыру, а другая вырывается наружу. Сегодня исследователи считают, что выход частиц наружу возможен благодаря действию самой гравитации обычной гравитации с одним слоем квантовых эффектов. Между тем, в 1974 году Стивен Хокинг вычислил, что квантовые эффекты приведут к медленной утечке информации и взрыву черной дыры.

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

Старый взгляд на черные дыры

Стремление понять, что происходит с информацией в черной дыре, изменило фундаментальную физику. Сегодня на карту поставлено, играют ли эйнштейновская гравитация, которая управляет космосом, и квантовая механика, которая управляет микрокосмом, по одним и тем же правилам.

Все началось с осознания Хокингом того, что общая площадь горизонта черных дыр не может уменьшиться, отмечают исследователи.

Но без черных дыр, на которых можно было бы экспериментировать, идеи Хокинга нельзя было проверить. Примечательно, что подтверждение его идей было опубликовано этим летом в журнале Physical Review Letters. Команда, возглавляемая Максимилиано Изи, физиком из Массачусетского технологического института, и его коллегами, потратила годы на изучение деталей результатов LIGO (речь об обнаружении гравитационных волн, подробнее здесь) и в июле наконец объявила, что Хокинг был прав, по крайней мере, в отношении этого конкретного столкновения с черной дырой.

Гравитационные волны рябь пространства времени

Как пишет The New York Times, в 2017 году исследователи смогли заглянуть «внутрь» черных дыр с помощью компьютерной симуляции.

Результаты показали, что когда формируется новая черная дыра, она «вибрирует», генерируя разные тональности. Высокие тональности оказываются невероятно «громкими» в процессе рождения черной дыры. И определяя тональность физики подтвердили Теорему об отсутствии волос, согласно которой, напомню, черную дыру можно описать только тремя характеристиками.

Произведя расчеты, авторы нового исследования пришли к выводу, что черные дыры действительно увеличиваются в размерах как и предсказывал Хокинг в 1970-х годах.

Новый взгляд на черные дыры

И все же, множество вопросов по-прежнему не имеют ответа. И, честно говоря как видно из двух описанных выше исследований современная физика рисует крайне противоречивую картину. Так что даже наше представление горизонта событий тоже может измениться.

Интересно, что именно Стивен Хокинг, вместе с физиком-теоретиком Леонардом Сасскиндом, недавно выдвинули идею о том, что черная дыра не способна уничтожать информацию. При этом предполагается, что черная дыра поглощает все: пространство и время изгибаются в черную дыру, а вырваться оттуда не может ничто, даже кванты самого света.

Это означает, что любая информация о материале, который попал в черную дыру, навсегда исчезла. И единственное, что мы об этом знаем это то, что по мере того, как черная дыра поглощает материал, она становится все более массивной.

Попав в черную дыру, останетесь ли вы там навеки?

Фактически, каждый поглощенный черной дырой объект добавляет ей массу. И по мере того, как черная дыра эту массу набирает, ее горизонт событий становится больше. По сути, область, где пространство настолько искривлено, начинает расширяться тем больше, чем массивнее черная дыра. Самые массивные черные дыры во Вселенной, о существовании которых мы знаем, во много миллиардов раз превышают массу нашего Солнца.

Так возможно ли тогда если все попадает в черную дыру и остается там навеки что пространство и время тоже становятся узниками черной дыры? Что происходит со всей этой информацией, оказавшейся внутри космического монстра? Многие полагают, что чтобы ответить на эти вопросы, необходимо пересмотреть наше понимание черных дыр. Может быть, горизонта событий в истинном смысле не существует? Или существуют особые хитрости, с помощью которых извлечь оттуда информацию все-таки можно?

Вам будет интересно: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Не исключено, что существует некая форма энергии, которая со временем плавно покидает черную дыру (как и предсказывал Хокинг). А если учитывать последние открытия в области квантовой механики, и вовсе назревает вопрос могут ли квантовые эффекты, очень близкие к горизонту событий, действительно разделить нечто, называемое виртуальными частицами, на энергию самого пространства?

Спекулятивные идеи и развитие физики

Итак, если предположить, что масса черной дыры начинает уменьшаться, то со временем частицы начнут испариться. И, возможно, в этих виртуальных частицах есть что-то такое, что содержит некоторую информацию о черной дыре и о том, что в нее попало. Таким образом, горизонт событий может быть чем-то вроде информационной оболочки. Безусловно, это невероятно спекулятивное предположение, однако невероятно интересное.

Попав в черную дыру все объекты останавливаются во времени. И прямо на этой границе горизонта событий может находиться некая двумерная поверхность (представим это так), которая каким-то образом содержит всю информацию о том, что находится внутри черной дыры. Это, в свою очередь, порождает еще больше вопросов может ли вокруг черной дыры, где пространство и время уничтожены, существовать подобная «информационная оболочка»?

Сегодня астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры скрываются в сердце большинства галактик

Больше по теме: Как умирают черные дыры?

Все больше современных физиков задаются вопросом об устройстве Вселенной в более крупном масштабе. Кто знает, может быть, черные дыры демонстрируют нам основополагающую природу реальности что на самом деле существует двумерная поверхность чего-то, что содержит всю информацию обо всей Вселенной. Может быть, в каком-то смысле мы являемся частью этой гигантской информационной системы.

В конечном итоге, сама Вселенная может быть информацией, содержащейся в двумерной структуре, а не в трех измерениях, о которых нам сегодня известно.

Согласна, звучит не только спекулятивно, но и невероятно странно. Как-то и говорить о таком неловко. И все же, сегодня мы наблюдаем за черными дырами, фотографируем их и разглядываем. А подобные идеи могут подсказать физикам, в каком направлении им следует двигаться. В конце концов, изучая микромир, мы погружаемся в невероятно сложные структуры и наблюдаем нелогичное поведение элементарных частиц. Когда же мы смотрим в телескоп, то видим такие же сложные структуры, многие из которых, например черные дыры, на первый взгляд не имеют смысла.

Вселенная очень странное место.

Читайте также: Черные дыры могут оказаться порталами для путешествий сквозь пространство и время

Со временем, надеюсь, ученые смогут выяснить, как все устроено во Вселенной хотя бы на уровне черных дыр. А так как идеи движущая сила науки и цивилизации, новый взгляд на этих космических монстров может пролить свет на бесконечную темному как горизонта событий, так и бескрайнего космоса.

Подробнее..

Почему лошадиная сила до сих пор применяется для измерения мощности?

13.01.2022 22:10:33 | Автор: admin

Единица измерения «лошадиная сила» не имеет ничего общего с мощностью одной рабочей лошади

Мы привыкли, что мощность автомобилей измеряется в лошадиных силах. Только последние годы, с возросшей популярностью электромобилей (их история насчитывает порядка 200 лет), мощность иногда указывают в ваттах, но еще совсем недавно это вызывало недоумение, ведь речь идет об автомобиле, а не пылесосе. Да и зачем использовать другие единицы измерения, ведь на первый взгляд с лошадиной силой все предельно просто и понятно она соответствует мощности одной рабочей лошади. Но на самом деле это не так. К примеру, согласно данным, которые приводит Университета Калгари, кратковременно рабочая лошадь может развить мощность до 13-15 лошадиных сил. Вообще лошадиные силы правильнее было бы называть человеческими силами, так как один среднестатистический человек может развить чуть более одной лошадиной силы. Но почему же тогда придумали этот термин и используют по сей день, если он не соответствует действительности?

Кто и когда придумал термин лошадиная сила

Термин лошадиная сила был придуман Джеймсом Ваттом задолго до изобретения двигателя внутреннего сгорания в конце XVIII века. Этот шотландский инженер известен своими паровыми двигателями, которые на тот момент были невероятно эффективными. Однако он не преследовал цели точно указать мощность своих двигателей. Скорее наоборот, хотел прорекламировать и показать их превосходство над лошадьми.

Принцип, по которому Джеймс Ватт определял мощность двигателей, был достаточно прост. Из своих личных наблюдений он знал, что одна лошадь способна прокрутить мельничное колесо 144 раза за час. Используя это число, он подсчитал, что лошади способны толкать около 14 774 кг на 1 метр за одну минуту (32 572 фунта на 1 фут. Для удобства он округлил это значение до 33 000 фунтов на один фут в минуту (14 968,55 кг). Таким образом родилась единица измерения мощности.

Джеймс Ватт (Уатт), шотландский инженер, который придумал термин «лошадиная сила»

По сути, эта единица означает не мощность, а производительность. Но Ватта, как я сказал выше, не слишком заботила точность измерений. Главное, что покупателям было понятно, какой прирост производительности они получат, если купят один из его паровых двигателей. Бесспорно, машины действительно были гораздо более мощными, надежными производительными, чем лошади. Поэтому правдивость расчетов никого не интересовала.

Подписывайтесь на наш Яндекс.Дзен-канале, где вы найдете еще больше увлекательных материалов.

Со временем Ватт был признан инженерным гением. Ученые и инженеры настолько высоко оценили его новаторство и изобретательность, что единица измерения мощности в 1882 году была названа в его честь, то есть ватт. При этом для указания мощности моторов продолжали использовать лошадиные силы.

Таким образом, мы по сей день используем термин, созданный в рамках маркетинговой кампании. Но кого сейчас вообще заботит, соответствует он действительности или нет? Практически в каждом языке существует масса слов и терминов, которые уже давно оторваны от своего происхождения, и лошадиные силы один из них. Гораздо важнее, что узнав характеристику автомобиля, к примеру, 100 или 200 лошадиных сил, мы примерно понимаем, насколько у него мощный двигатель, и на что он способен.

Одна лошадиная сила составляет 735 Вт

Современное значение лошадиной силы

Разумеется, то определение лошадиной силы, которое было применено Ваттом, давно устарело. В настоящее время принято считать, что одна лошадиная сила это мощность, которая необходима, чтобы поднять груз весом 75 кг на высоту в один метр за одну секунду. Одна лошадиная сила составляет 735 Вт или 0,735 кВт.

Конечно, при определении мощности автомобильного никакие грузы не поднимают. Все гораздо проще этот параметр вычисляется путем умножения момента силы (крутящего момента) на частоту вращения вала. Крутящий момент это, по сути, силы, с которой крутится вал, или сила, которую необходимо приложить к валу, чтобы он остановился.

Крутящий момент сила, с которой вращается вал

Отсюда следует, что такие характеристики автомобиля, как динамика и максимальная скорость зависят не только от количества лошадиных сил, но и крутящего момента. В теории, коленчатый вал может вращаться без нагрузки с высокой скоростью, что обеспечит автомобиль большим количеством лошадиных сил. Однако его фактическая мощность может быть низкой в результате малого крутящего момента. Другими словами, под нагрузкой двигатель может не тянуть. Поэтому в характеристиках указывают не только мощность двигателя в л.с., но и крутящий момент, который указывается в Ньютонах на метр.

На практике же на крутящий момент мало кто обращает внимания, так как оба параметра взаимосвязаны. Знания мощности вполне обычно вполне достаточно, чтобы правильно оценить характер автомобиля. Напоследок отмечу, что средняя мощность легковых автомобилей в настоящее время составляет 117 лошадиных сил. Но существуют также настоящие монстры, как Hummer EV, мощность которого составляет 830 л.с..

Подробнее..

Квантовый мир как связаны стерильные нейтрино и темная материя?

25.11.2021 00:20:12 | Автор: admin

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

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

Из чего состоит все вокруг?

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

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

Бозон Хиггса многое изменил в мире элементарных частиц

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

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

Итак, что мы в итоге знаем о Вселенной?

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

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

Загадочные нейтрино

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

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

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

Физики поэтично называют разные типа кварков ароматами

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

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

Больше по теме: Физики открыли новую элементарную частицу тетракварк

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

В поисках стерильного нейтрино

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

Более двадцати лет физики ищут таинственное стерильное нейтрино

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

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

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

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

Детектор элементарных частиц MicroBooNE

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

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

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

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

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

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

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

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

Читайте также: Стоит ли доверять науке?

Причем здесь темная материя?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Подробнее..

Подвесные мосты оказались опаснее, чем считалось ранее

22.12.2021 22:10:11 | Автор: admin

Висячий мост через португальскую реку Пайва

На данный момент самым длинным висячим мостом в мире считается переправа через португальскую реку Пайва. Его строительство завершилось в мае 2021 года длина моста составила 516 метров и для прохождения через него требуется до 10 минут. Правда пройтись по этой переправе осмеливаются немногие, потому что из-за шагов большого количества людей мост сильно шатается в стороны и возникает опасность падения. Впрочем, эта проблема актуальна даже для огромного Бруклинского моста и многих других подобных сооружений. До сих пор считалось, что мосты начинают опасно шататься из-за синхронного движения людей когда они идут нога в ногу, возникает эффект маятника. Однако, в ходе недавнего исследования ученые выяснили, что мосты являются более опасными сооружениями и расшатываются, даже если люди идут не синхронно.

Интересный факт: в 2022 году рекорд самого длинного моста в мире будет побит. В чешском регионе Моравия начато строительство переправы от хребта Сламник до хребта Хлум. Мост длиной 721 метр будет опираться на тросы толщиной более 7 сантиметров.

Почему мосты шатаются при ходьбе?

О новой причине раскачивания мостов было рассказано в научном издании Science Alert. Еще раз стоит подчеркнуть, что полученные результаты не опровергают факт того, что мосты раскачиваются из-за эффекта маятника, вызванного синхронной ходьбой людей. Полученные данные лишь расширяют знания ученых об этом явлении. В ходе исследования стало ясно, что хождение по длинным и неустойчивым мостам опасно даже при условии, что шаги людей не совпадают.

Не каждый человек осмеливается ходить по подвесным мостам и этому есть причины

В рамках научной работы ученые изучали разные случаи опасного раскачивания мостов. В одних случаях все пешеходы шли синхронно, а в других каждый своим шагом.

Опасность подвесных мостов

Одним из самых ярких примеров экстремального раскачивания моста является случай, произошедший в 2000 году. В июне этого года открылся лондонский мост Миллениум, но первые посетители были обеспокоены тем, что при ходьбе он сильно шатается. В связи с этим мост был закрыт на два дня, а потом вовсе на пару лет его нужно было укрепить. В конечном итоге мост был заново открыт в феврале 2002 года.

Лондонский мост Миллениум

Еще один случай произошел в 2003 году. Тогда на Восточном побережье США произошло отключение электричества и многим людям пришлось пешком пройти через Бруклинский мост, который соединяет Нью-Йорк и Манхэттен. Из-за многочисленных шагов он начал сильно расшатываться и люди даже сообщали о возникновении головокружения и неспособности сохранить головокружение.

Люди на Бруклинском мосту в 2003 году

Изучив подробности об этих случаях, ученые пришли к выводу, что даже при асинхронном хождении, люди сильно раскачивают конструкцию. Это связано с тем, что каждый и них пытается сохранить равновесие и своими усилиями еще сильнее увеличивают эффект маятника. По словам авторов научной работы, это отличный пример отрицательного демпфирования, когда слабые колебания вызывают гораздо больший конечный результат, чем сильные. В случае с мостом Миллениум, для раскачивания конструкции было достаточно движений 165 человек. Если мост меньше, для нарушения его стойкости хватает еще меньшего количества людей.

Читайте также: Человечество изменило сушу до неузнаваемости. Но что насчет воды?

Обрушения подвесных мостов

Случаи обрушения подвесных мостов это далеко не редкость. Один из таких случаев произошел в 2016 году на территории Индонезии. В ходе проведения церемонии через мост между островами Нуса-Лембонган и Нуса-Ченинган проходило слишком много людей. Из-за большого веса (и, скорее всего, колебания конструкции), один из тросов лопнул и люди упали в воду. В результате этого ужасного происшествия пострадало около 34 человек.

Обрушение моста между островами Нуса-Лембонган и Нуса-Ченинган

Три года спустя очередной несчастный случай произошел в Китае, но в этом случае причиной была банальная глупость людей. На видеоролике видно, один переходивших на другую сторону реки в провинции Гуандун людей начал раскачивать мост, держащийся на веревках. Само собой разумеется, конструкция этого не выдержала и люди упали в воду. И таких случаях очень много новости о них появляются по несколько раз в год.

Ссылки на интересные статьи, смешные мемы и много другой интересной информации можно найти на нашем телеграм-канале. Подпишитесь!

В мире существует огромное количество мостов и они отличаются как по внешнему виду, так и по предназначению. На нашем сайте есть статья про десять самых длинных мостов в мире настоятельно рекомендую к прочтению. Вот ссылка.

Подробнее..

Наблюдатель без наблюдателя как отследить квантовые частицы?

29.12.2021 02:13:51 | Автор: admin

Исследователи нашли Способ отслеживать квантовые частицы, не наблюдая за ними

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

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

Кто в суперпозиции?

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

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

Кошка одновременно жива и мертва

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

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

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

Как увидеть то, чего нет?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Подробнее..

Гайд по теории Мультивселенной существуют ли другие миры?

28.08.2021 00:16:18 | Автор: admin

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

Физическая реальность может быть гораздо более обширной, чем просто участок пространства времени, который мы называем Вселенной. Наша космическая среда может быть сконструирована в невероятных масштабах, при этом наши астрономические инструменты невероятно ограничены. Мы, подобно муравьям, не знаем о том, насколько огромен мир вне муравейника. Так что некоторые физики-теоретики всерьез рассматривают теорию Мультивселенной, согласно которой наш мир лишь один из многих. Более того, применяя квантовую теорию к Вселенной, мы вынуждены признать, что она существует одновременно во многих состояниях. Иными словами, допустив применение квантовых флуктуаций к Вселенной, мы практически вынуждены признать существование параллельных миров. Интересно и то, что сочетание теории струн и «вечного» варианта инфляционной космологии (речь об инфляционной модели Вселенной) обеспечивает естественную основу для так называемой «ландшафтной Мультивселенной».

Теория Мультивселенной: Инфляция

Начнем с того, что концепция мультивселенной возникает сразу в нескольких областях физики (и философии), но наиболее ярким примером является теория инфляции, которая описывает гипотетическое событие, которое произошло, когда наша Вселенная была очень молодой менее секунды от роду. По данным NASA, за невероятно короткий промежуток времени Вселенная пережила период быстрого расширения, «раздуваясь», становясь все больше и больше.

Считается, что инфляция нашей Вселенной закончилась около 14 миллиардов лет назад. Однако инфляция не заканчивается везде одновременно. Исследователи считают, что, возможно, по мере того, как инфляция заканчивается в одном регионе, она продолжается в других.

Таким образом, в то время как инфляция закончилась в нашей Вселенной, могли существовать другие, гораздо более отдаленные регионы, где инфляция продолжалась и продолжается прямо сейчас. Более того, отдельные вселенные, как пишет LiveScience, могут «отщипывать» более крупные раздувающиеся, расширяющиеся вселенные, создавая бесконечное море вечной инфляции, заполненное многочисленными индивидуальными вселенными.

Инфляционная модель Вселенной.

В этом сценарии вечной инфляции каждая вселенная возникла бы со своими собственными законами физики, своей собственной коллекцией частиц, своим собственным расположением сил и своими собственными значениями фундаментальных констант, считают исследователи.

Это может объяснить, почему наша Вселенная обладает теми свойствами, какими обладает и в особенности теми, которые трудно объяснить с помощью таких концепций как темная материя или космологическая постоянная. «Если бы существовала мультивселенная, то у нас были бы случайные космологические константы в разных вселенных, и это просто совпадение, что та, которая есть у нас в нашей Вселенной, принимает значение, которое мы наблюдаем», считает Дэн Хелинг, космолог из Университета Аризоны и эксперт в области теории Мультивселенной.

Больше по теме: Почему физики считают, что мы живем в Мультивселенной?

Теория Мультивселенной: Наблюдения и доказательства

Интересно, что еще одним свидетельством существования мультверса являются наблюдения в нашей Вселенной должно было произойти так много всего, что существование жизни кажется невероятным. И если бы существовала только одна Вселенная, в ней, скорее всего, не должно было бы быть жизни. Но в мультивселенной вероятность существования жизни намного выше. Но эту теорию вряд ли можно назвать убедительной, поэтому большинство ученых по-прежнему скептически относятся к идее мультивселенной.

И тем не менее многие пытались найти более физические, убедительные доказательства ее существования. Например, если соседняя вселенная давным-давно оказалась рядом с нашей, она, возможно, столкнулась с ней, оставив заметный отпечаток.

Реликтовое излучение может хранить «отпечатки» других вселенных.

Этот отпечаток может быть в форме искажений космического микроволнового фонового излучения или реликтового излучения (света, оставшегося с тех времен, когда Вселенная была в миллион раз меньше, чем сегодня) или в странных свойствах галактик в направлении столкновения, согласно работе, опубликованной исследователями Университетского колледжа Лондона.

Вам будет интересно: Если существуют другие вселенные, то сталкиваются ли они с нашей?

Некоторые астрофизики пошли еще дальше, ища особые виды черных дыр, которые могли бы быть артефактами частей нашей Вселенной, отделившимися в свою собственную вселенную с помощью процесса под названием квантовое туннелирование.

Если бы некоторые области нашей Вселенной разделились таким образом, то оставили бы после себя «пузыри» в нашей Вселенной, которые превратились бы в эти уникальные черные дыры, которые, по словам исследователей, «могут существовать и сегодня».

«Потенциальное обнаружение этих черных дыр может затем указать на существование мультивселенной», считают физики-теоретики. Однако все эти типы поисков пока ни к чему не привели, так что на сегодняшний день Мультивселенная остается гипотетической.

Теория Мультивселенной: Реликтовое излучение

В 1964 году физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон работали в лаборатории Bell в Холмделе, штат Нью-Джерси, создавая сверхчувствительные микроволновые приемники для радиоастрономических наблюдений. Но что бы они делали, избавить приемники от фонового радиошума, который, как ни странно, казалось, шел со всех сторон одновременно, у них не получалось.

Пензиас связался с физиком из Принстонского университета Робертом Дике, который предположил, что радиошум может быть космическим микроволновым фоновым излучением (CMB), которое является первичным микроволновым излучением, заполняющим Вселенную.

Если другие вселенные и правда существуют, они могли оставить «отпечаток» в реликтовом излучении, равномерно заполняющем Вселенную.

Это история открытия реликтового излучения, простая и элегантная. За свое открытие Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию по физике в 1978 году, и не без оснований. Их работа открыла новую эру космологии, позволив ученым изучать и понимать Вселенную как никогда прежде.

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области астрофизики и космологии читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Интересно, что работа физиков также привела к одному из самых удивительных открытий в новейшей истории: уникальные особенности реликтового излучения могут стать первым прямым доказательством того, что бесконечное множество миров за пределами известной Вселенной действительно существует. Однако, чтобы правильно понять это необычное утверждение, необходимо совершить путешествие к началу времен.

Теория Мультивселенной: Большой взрыв

Согласно общепринятой теории происхождения Вселенной, в течение первых нескольких сотен тысяч лет после Большого взрыва наша Вселенная была заполнена невероятно горячей плазмой, состоящей из ядер, электронов и фотонов, которые рассеивали свет.

Примерно к 380 000 годам продолжающееся расширение нашей Вселенной привело к ее охлаждению до температуры ниже 3000 градусов Кельвина, что позволило электронам объединяться с ядрами с образованием нейтральных атомов, а поглощение свободных электронов позволило свету освещать темноту.

Доказательством этого в виде ранее упомянутого реликтового излучения является то, что обнаружили Пензиас и Уилсон. Их открытие, в конечном итоге, помогло установлению теории Большого Взрыва.

У Вселенной, как мы знаем сегодня, было начало.

Читайте также: Что произошло в первые микросекунды после Большого взрыва?

На протяжении многих эпох продолжающееся расширение охлаждало нашу Вселенную до температуры всего около 2,7К, но эта температура неравномерна. Различия в температуре возникают из-за того, что материя неравномерно распределена по всей Вселенной. Считается, что это вызвано крошечными флуктуациями квантовой плотности, которые произошли сразу после Большого взрыва.

В 2017 году, исследователи из Даремского университета Великобритании опубликовали работу, результаты которой предполагают, что «отпечатки» в реликтовом излучении (так называемые холодные пятна) могут быть свидетельством существования других миров. Авторы предположили, что пятна в микроволновом фоновом излучении появились в результате столкновения между нашей вселенной и другой.

В целом, пятна в реликтовом излучении можно считать первым доказательством существования мультивселенной миллиардов других вселенных, похожих на нашу собственную, пишут исследователи.

Теория Мультивселенной: Темная материя

Еще одним доказательством в копилку теории Мультивселенной добавляет новое, крайне интересное исследование. Его результаты, как пишет Vice, предполагают, что черные дыры, образованные из свернутых вселенных, порождают темную материю, а наша собственная Вселенная может выглядеть как черная дыра для посторонних.

Одни из самых таинственных объектов во Вселенной, черные дыры, могут являться источником темной материи.

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

Отмечу, что темная материя невидимая субстанция, на долю которой приходится большая часть массы Вселенной хотя и не излучает обнаруживаемый свет, все же существует, так как оказывает гравитационное воздействие на скопления галактик и другие излучающие объекты в космосе.

Для объяснения темной материи был предложен ошеломляющий спектр гипотез, но теперь ученые предположили, что первичные черные дыры гипотетические объекты, которые относятся к периоду зарождения Вселенной, «являются жизнеспособным кандидатом на темную материю». К такому выводу пришла международная команда исследователей из США, Японии и Тайваня, в работе, опубликованной в научном журнале Physical Review Letters в январе этого года.

Подробнее о том, могут ли первичные черные дыры являться источником темной материи и почему представляют такой интерес для ученых, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению!

И все же, на данный момент все эти концепции являются умозрительными, хотя физики ожидают, что новые способы наблюдения с помощью сложных телескопов в ближайшие годы помогут ответить на многие вопросы.

Теория Мультивселенной: И снова инфляция

Знаменитый британский физик-теоретик Стивен Хокинг умер 14 марта 2018 года, проведя десятилетия прикованным к инвалидному креслу и зависящим от синтезатора речи из-за страданий, вызванных боковым амиотрофическом склерозом. Последняя исследовательская работа ученая, опубликованная всего за 10 дней до его смерти, была написана вместе с профессором теоретической физики Томасом Хертогом и касалась мультивселенной.

Кто знает, в каком из бесчисленного множества миров живем мы?

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

Их работа, по сути, является расширением Теории инфляции, предполагающей, что до Большого взрыва Вселенная была наполнена энергией, которая была частью самого пространства, и эта энергия заставляла пространство расширяться с экспоненциальной скоростью. Именно эта энергия породила Большой взрыв и именно об этом мы с вами говорили ранее.

Это интересно: Узнаем ли мы когда-нибудь как появилась Вселенная?

Однако, поскольку инфляция, как и все остальное, носит квантовый характер, это означает, что во Вселенной должны быть области пространства, в которых инфляция заканчивается и начинается Большой взрыв. Вот только эти области никогда не смогут столкнуться друг с другом, поскольку они разделены областями раздувающегося пространства.

Теория Мультивселенной: Критика и выводы

В завершении следует сказать, что когда кто-то говорит о теории мультивселенной, это может звучать и дерзко и смиренно одновременно. Но у многих физиков совершенно иная реакция: по их мнению, идея мультивселенной ненаучна и, возможно, даже «опасна» тем, что может привести к неверно направленным научным усилиям.

Так, Пол Стейнхардт, профессор естественных наук в Принстонском университете, назвал теорию Мультивселенной «Теорией чего угодно», так как она совместима с произвольными наблюдениями и, следовательно, не имеет какого-либо эмпирического уклона.

Сегодня современная наука пока не может ни доказать, ни опровергнуть существование Мультивселенной.

Так или иначе, несмотря на критику теории множественности миров, данные научных исследований (о некоторых из которых рассказано в этой статье) позволяют выдвигать даже такие, кажущиеся на первый взгляд, безумными теории. В конце концов, возвращаясь к аналогии с муравейником, что мы знаем о мире, в котором живем?

А как вы думаете, существует ли Мультивселенная или усилия физиков направлены не в то русло? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье!

Подробнее..

Создан новый тип металла, в котором электроны ведут себя как жидкость

12.09.2021 22:01:38 | Автор: admin

В ходе нового исследования физики использовали новый материал толщиной с атом и инновационную новую систему визуализации, чтобы показать, что электроны могут вести себя как вода. Интересно, что гидродинамика электронов то есть то, как они движутся долгое время была в некотором роде научной загадкой, поскольку субатомные частицы летают быстрее, чем может наблюдать человеческий глаз.

Наш мир устроен сложнее, чем может показаться на первый взгляд. И хотя все мы любим простые ответы на сложные вопросы, они редко оказываются верными. Так, в начале XIX века английский химик Джон Дальтон, разработал новую теорию атома, которая хоть и не объясняла все наблюдаемые явления, но предваряла новые возможности в понимании того, как объединяются атомы и образуются химические вещества. Интересно, что до Дальтона в научных кругах преобладала идея о маленьких неделимых частицах, предложенная еще Демокритом и Левкипом, однако атом долгое время не представлял интереса для науки. И хотя Дальтон не сомневался, что атомы неделимы, наблюдалось нечто, казавшееся легче них самих. В те годы физики выдвинули предположение, согласно которому электрический заряд состоял из некоторых электрических атомов и аналогов, а в 1894 году ирландский физик Джордж Стони предложил называть «атом электричества» электроном. С тех пор утекло много воды, причем даже больше, чем можно было бы ожидать. Недавно исследователи из Бостонского университета создали новый образец металла, в котором движение электронов протекает так же, как вода течет по трубе. Новое открытие потенциально может привести к созданию нового типа электронного устройства.

Что такое электрон?

На самом деле ответить на вопрос о том, что представляет электрон не так уж и просто. Чтобы понять, как ученые пришли к выводу о его существовании, ненадолго обратимся к истории.

После того, как Стони озвучил термин «электрон», другие ученые работали над катодными лучами пучками, испускаемыми заряженными пластинами внутри стеклянных трубок, в которых практически не было воздуха. Со временем британский физик Уильям Крукс обнаружил, что эти пучки состоят из отрицательно заряженного вещества.

Научный прорыв состоялся в 1897 году, когда другой британский физик Дж. Дж. Томсон установил, что катодные лучи ни что иное, как поток отдельных частиц с одинаковыми массами и зарядами. Имея массу, составляющую примерно 1/1000 массы атома водорода, они казались крохотными.

И несмотря на то, что физики не до конца понимали, что эти странные субатомы собой представляли, термин «электрон» вошел во всеобщее употребление, а сам электрон позиционировался как носитель заряда. При этом вплоть до 1905 года научное сообщество полагало, что никаких атомов нет, однако в модели атома, выведенной из открытий Резерфорда, было кое-что привлекательное.

В классическом эксперименте с катодными лучами пучок направлен на широкий конец трубки (слева на рисунке), за исключением тех участков, для которых лучи блокируются металлическим крестом.

В самом сердце атома находилось тяжелое, положительно заряженное ядро, вокруг которого обращались крохотные электроны. Можно было подумать, что атом это наша Солнечная система в миниатюре, где в качестве Солнца выступает ядро, а электроны в качестве планет.

Интересуетесь наукой и хотите всегда быть в курсе последних научных открытий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Но несмотря на всю красоту этой модели, сегодня физики не рассматривают ее в качестве модели атома всерьез. Дело в том, что все, что движется по орбите ускоряется, а электрон, движущийся с ускорением, теряет энергию в форме света. Конец этой «путанице» с электроном, как известно, положил молодой физик Нильс Бор. Подробнее о работе выдающегося ученого и не только читайте в этой статье.

«Текучесть» электрона

Итак, сегодня под электроном ученые понимают стабильную отрицательно заряженную элементарную частицу. Она считается фундаментальной и является одной из основных структурных единиц вещества. Следует также отметить, что все электроны одинаковы, вне зависимости от того в состав какого атома они входят.

К основным свойствам электронов относят образование электронных оболочкек атомов. Движение электронов способствует возникновению электрического тока во многих проводниках. При ускорении электроны создают рентгеновское излучение, а также позволяют физикам изучать строение атомных ядер.

Но, как оказалось, электроны умеют кое-что еще. В новом исследовании, опубликованном в научном журнале Nature Communications, ученые сообщили об открытии нового типа металла, в котором электроны двигают текучим образом как вода вода в трубе путем взаимодействия с квазичастицами, под названием фононы.

Считается, что фононы возникают в результате колебаний в кристаллической структуре. Но это, мягко говоря, не совсем обычно в металлах электроны действуют как отдельные частицы то есть не набирают импульс, как группа.

Композит из ниобия и германия (NbGe2) небольших кристаллов нового материала, прикреплен к устройству для исследования поведения новой электронно-фононной жидкости. Вставка показывает расположение атомов материала.

Столь необычное поведение электронов, как оказалось, вызывает металлический сверхпроводник, который представляет собой синтез ниобия и германия, называемый дитетрелидом NbGe2 (рисунок выше). И хотя считается, что электроны «протекают» через материалы, обычно они не движутся по проводникам, как жидкость, а скорее, больше похожи на газ, отскакивая от примесей и дефектов в проводнике.

Читайте также: Корпускулярно-волновой дуализм подтвердили экспериментально. Что это значит?

К чему может привести новое открытие?

Ученые и раньше подозревали, что гидродинамический поток электронов, подобный жидкости, возможен, поэтому исследователи из Института Вейцмана решили проверить это с помощью уникальной методики изображения электронов, протекающих аналогично воде, текущей по трубе. Их успех является первым случаем визуализации «потока жидких электронов», что может привести к разработке новых электронных устройств.

Для наблюдения физики использовали графен наноматериал, разработанный в Манчестерском университете, толщиной в один атом углерода, который можно содержать в исключительной чистоте.

Графен революционный материал 21 столетия. Это самый прочный, самый легкий и электропроводящий вариант углеродного соединения.

Читайте также: Новый электронный микроскоп позволяет увидеть атомы живых клеток

Профессор Шахал Илани и команда кафедры физики конденсированных сред Института затем визуализировали поток электронов с помощью наноразмерного детектора, построенного из транзистора из углеродных нанотрубок, который может отображать свойства протекающих электронов с беспрецедентной чувствительностью.

Наша техника, по крайней мере, в 1000 раз чувствительнее альтернативных методов; это позволяет нам отображать явления, которые ранее можно было изучать только косвенно, сказал доктор Джозеф Сульпицио из команды Вейцмана.

Команда создала наноразмерные «каналы», предназначенные для направления текущих электронов, и увидела отличительную черту гидродинамического потока: точно так же, как вода в трубе, электроны в графене текли быстрее в центре каналов и замедлялись у стен.

Электричество это, по сути, обмен электронами в потоке, называемом током, через проводящую среду, поэтому движение электронов представляет большой интерес для технологических фирм, учитывая растущую зависимость общества от электричества.

Знание того, что электроны могут имитировать структуру обычной жидкости, теперь может повлиять на конструкцию электронных устройств, в том числе тех, которые требуют меньшего энергопотребления.

Следующий шаг, как отмечают исследователи, заключается в поиске других материалов в этой гидродинамической области с помощью электрон-фононных взаимодействий. Команда физиков также занимается контролем электронных гидродинамических жидкостей в таких материалах и разработкой новых электронных устройств. Так что будущее как электрона, так и наше с вами вероятно, будет полно удивительных открытий. Ждем с нетерпением.

Подробнее..

Наши радиосигналы могут услышать обитатели 75 звездных систем

23.09.2021 00:20:13 | Автор: admin

Перед вами список землеподобных планет, которые находятся в зоне обитаемости своих звезд. Недавно астрономы пришли к выводу, что наши радиосигналы достигли 75 звездных систем. Так что вполне возможно, нас кто-то слышит

Одним из моих любимых мультипликационных персонажей является Люррр правитель планеты Омикрон Персей 8 из уже культовой Футурамы. И хотя выглядит он не самым привлекательным образом, его супруга явно находит его симпатичным. Но речь не об этом, в конце концов мы с вами собрались не обсуждать внешность вымышленных инопланетных персонажей (хотя тема довольно занятная). Люррр в этой истории интересен тем, что больше всего на свете любитсмотреть земные телесериалы. Но так как Омикрон Персей 8 находится от Земли на расстоянии 1000 световых лет, телесигнал достиг их планеты когда земляне дружно отпраздновали трехтысячный год. Любимым же шоу инопланетного правителя оказался сериал 1990-х «Одинокая женщина адвокат» (у нее, кстати, самая короткая юбка в мире), но вещание передачи было прервано из-за пролитого на пульты управления пива. Что и послужило причиной вторжения омикронцев на нашу планету в 3000 году. Классный сюжет, правда? Но если говорить серьезно, то может ли нечто хотя бы отдаленно похожее на сюжет Футурамы произойти на самом деле? Ведь наша планета и правда вещает в открытый космос, причем уже более ста лет. К тому же, результаты нового исследования показали, что наши радиосигналы достигли 75 звездных систем. И кто знает какие телешоу могут понравится тамошним обитателям.

Нас кто-нибудь слышит?

Оглушительная космическая тишина наряду с расстояниями, представить которые мы не в силах, могут заставить любого мечтателя загрустить. Но новейшие открытия, сделанные с помощью мощнейших инструментов, напротив, воодушевляют. Ведь даже если нас и другую разумную цивилизацию разделяют сотни и миллионы световых лет, мы по-прежнему можем общаться. И для этого общения нет необходимости знать друг друга в лицо.

Если в наблюдаемой Вселенной есть или когда-то существовала разумная жизнь, она наверняка оставила что-то после себя, как это сделали мы, запустив в 1977 году космические аппараты «Вояджер» и «Пионер». Прямо сейчас они рассекают межзвездное пространство, являясь единственным материальным свидетельством того, что мы существуем. Или существовали в зависимости от того, кто и когда найдет наше послание.

Пластинки Вояджеров несут на себе не только научную информацию о человеческой цивилизации, но и нашу музыку, изображения и приветствия на 55 языках.

Больше по теме: В поисках межзвездных памятников или что останется после нас?

Но даже если никто никогда не обнаружит пластинки Вояджеров и Пионеров (или обнаружит, но не сможет расшифровать), они не единственное, что может рассказать обитателям иных миров о нашей цивилизации. Помните еще одно послание, которое астрономы отправили из ныне не существующей обсерватории Аресибо? Построенный в 1963 году, телескоп Аресибо использовался для исследований в области радиоастрономии, физики атмосферы и радиолокационных наблюдений объектов Солнечной системы.

Напомним, что радиосигнал был отправлен 16 ноября 1974 года в направлении шарового звездного скопления в созвездии Геркулеса M13 (Messier 13), что расположилось на расстоянии 25000 световых лет от Земли. И, как, вероятно, уже догадались наши постоянные читатели, авторами зашифрованного послания стали астрономы Фрэнк Дрейк и Карл Саган.

Радиосигнал длился 169 секунд, а длина волны составила 12,6 см. Послание Аресибо состоит из 1679 цифр и начинается с перечисления чисел от одного до десяти в двоичной системе. Сразу после следуют числа протонов в атомах азота, углерода, водорода, кислорода и фосфора основных элементов углеродной жизни. Третья часть послания описывает строительные блоки ДНК нуклеотиды, а четвертая часть спираль ДНК.

Мы отправили в космос множество сигналов и кто-нибудь, возможно, нас услышал.

Так что если в звездном скоплении М13 есть разумная жизнь, они уже очень скоро узнают о нашем существовании. Необходимо, однако, отметить, что сегодня М13 не находится в том же месте, что и в 1974 году, из-за орбиты скопления вокруг центра Млечного Пути. Но так как собственное движение М13 невелико, сообщение должно благополучно достигнуть адресата.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Читайте нас на платформе Пульс от Mail.ru, чтобы не пропустить ничего интересного!

В каких звездных системах нас услышат?

Астрономы уже давно пытаются понять насколько далеко распространяются наши радиосигналы как те, что мы отправляем намеренно в направлении определенных созвездий, так и те, что транслируются по радио и телевидению. Недавно астрономы из Корнельского университета вычислили размер сферы, которую наши радиосигналы охватили с тех пор, как покинули Землю, а также сосчитали звезды, которые находятся внутри нее. Полученные результаты показали, что потенциальные обитатели далеких миров должны быть в состоянии видеть Землю, проходящую мимо Солнца.

Более того, авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов airxiv (а значит не прошедшей экспертную оценку), составили новую 3D-карту галактики, на которой показаны звезды, которых достигли наши радиосигналы и которые могут в ответ видеть и слышать нас.

Вряд ли столько пространства пропадает впустую вы только посмотрите, сколько созвездий!

Читайте также: Потеря для науки разрушен телескоп, с помощью которого ученые искали инопланетян

Новая звездная карта

Как отмечают авторы нового исследования, их работа стала возможной благодаря каталогу Gaia новой 3D-карте нашей галактики, показывающей расстояние и движение более 100 миллионов звезд. Данные получены с космического аппарата Gaia Европейского космического агентства, который был запущен в 2013 году и отображает положение и движение около 1 миллиарда астрономических объектов.

Полученная карта дает астрономам совершенно новый способ изучения нашей галактической среды. Поскольку Gaia измеряет, как звезды движутся относительно друг друга, исследователи могут определить, как долго мы были видны их обитателям. По мнению астрономов, 75 звездных систем, которые могут видеть нас или скоро увидят, находятся в пределах сферы в 100 световых лет. Астрономы уже наблюдали экзопланеты, вращающиеся вокруг четырех из них.

Карта распространения радиоволн исходящих от Земли

Эти системы, как правило, хорошо изучены. Так, звездная система Ross128 является 13-й по близости к Солнцу и второй по близости с транзитной экзопланетой размером с Землю. А еще есть звездная система Траппист-1 с семью планетами размером с Землю, четыре из которых четыре расположились в обитаемой зоне. Ну а пока вы читаете эту статью, наши сигналы продолжают бороздить близлежащий космос.

Это интересно: Стоит ли искать инопланетную жизнь?

Как пишет издание Discover Magazine, авторы нового исследования также выбирают звездные системы, которые будут принимать наши сигналы в ближайшие 200 лет или около того, и также смогут нас видеть. «По меньшей мере 1715 звезд в пределах 326 световых лет находятся в правильном положении, чтобы обнаружить жизнь на транзитной Земле со времен ранней человеческой цивилизации, и еще 319 звезд войдут в эту особую точку обзора в ближайшие 5000 лет», отмечают астрономы.

Скалистые экзопланеты

Согласно имеющимся данным, по крайней мере у 25 процентов звезд имеются скалистые экзопланеты. Таким образом, в этой популяции должно быть по крайней мере 508 скалистых планет с хорошим видом на Землю. «Ограничение выбора расстоянием, пройденным радиоволнами от Земли — около 100 световых лет-приводит к примерно 29 потенциально обитаемым мирам, которые могли видеть прохождение Земли, а также обнаруживать радиоволны с нашей планеты», пишут авторы нового исследования.

Конечно, возможность существования жизни в этих мирах совершенно неизвестна. Но следующее поколение космических телескопов должно позволить астрономам изучить эти миры более подробно, определить состав их атмосферы и, возможно, увидеть континенты и океаны.

Правитель планеты Омикрон Персей 8 за своим любимым занятием.

Не пропустите: NASA отправило в космос карту, по которой инопланетяне смогут найти путь к Земле

А вот для аналогично оснащенных инопланетных глаз Земля уже давно выглядит интересной мишенью. Жизнь впервые появилась здесь около 4 миллиардов лет назад, в конечном итоге придав нашей атмосфере богатое содержание кислорода и других биомаркеров, таких как метан. Если инопланетные астрономы обнаружат подобные условия в других местах, это вызовет у них интерес. А еще может быть так, что кто-то прямо как Люррр из «Футурамы» каждый вечер слушает Bohemian Rapsody или бесчисленные радиопередачи, что нарушают молчание бескрайнего космоса.

Подробнее..

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

01.10.2021 02:03:59 | Автор: admin

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

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

Многомировая интерпретация квантовой механики

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Квантовая механика Мультивселенной

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

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

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

Читайте также: Тайны квантовой механики что такое квантовая запутанность?

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

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

Волновая функция квантовых состояний

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

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

Интерпретация Эверетта

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

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

Хью Эверетт. Изображение: TASS Наука

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

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

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

Разыскивается кот Шредингера! Живым или мертвым!

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

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

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

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

Выводы

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

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

Законы взаимодействия частиц кардинально отличаются от законов видимого мира

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

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

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

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

Подробнее..

Что такое кристаллы времени и почему ученые ими одержимы?

02.10.2021 00:05:41 | Автор: admin

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

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

Что такое «кристаллы времени»?

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

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

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

Изображение и перевод источник

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

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

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

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

Кристаллы Вильчека предлагают совершенно новый взгляд на эти объекты

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

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

Немного квантовой механики

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

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

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

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

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

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

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

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

Кристаллы времени и квантовые компьютеры

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

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

Кристаллы времени и квантовые компьютеры могут изменить мир

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

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

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

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

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

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

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

Как ученые создали кристаллы времени

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

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

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

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

Подробнее..

История одной премии хаос, климатические модели и сложные системы

08.10.2021 02:04:41 | Автор: admin


0
5 октября Нобелевский комитет определил лауреатов премии 2021 года по физике.

Каждый год СМИ сообщают о вручении той или иной Нобелевской премии в одной из пяти научных областей. Эти новости (знаю по себе) обычно остаются незамеченными среди бесчисленных инфоповодов со всех уголков земного шара. «Ну вручили и вручили, думаем мы, пролистывая ленту перед сном или за чашечкой утреннего кофе что там еще интересного-то»? Между тем, такое отношение к выдающимся интеллектуальным достижениям вряд ли можно счесть удовлетворительным. Да, мы привыкли к быстрому контенту два поста здесь, три репоста там, обязательно поставить лайк подруге и еще не забыть посмотреть серию любимого сериала. Но. Но! Готова поспорить, на самом деле вряд ли можно найти тему интереснее, чем Нобелевская премия. Судите сами химик и инженер, отец которого трудился над разработкой торпед, приобрел металлургический концерн, который впоследствии превратил в крупнейшего производителя вооружения в стране. Но больше всего прибыли ему принесло изобретение динамита. Да-да, Альфред Нобель и завещание свое придумал не просто так. Дело в том, что в 1888 году его «похоронили заживо». Когда его брат Людвиг погиб в Каннах, журналисты по ошибке разместили в газетах объявление о смерти не Людвига, а Альфреда Нобеля. Прочитав некролог, он с ужасом обнаружил, что его назвали «торговцем смертью». Именно тогда наш герой задумался над тем, каким его запомнит человечество.

История одной премии

Сегодня имя Альфреда Нобеля ассоциируется у большинства из нас с выдающимися научными достижениями. Но кто знает, стало бы это возможным не ошибись один неизвестный истории репортер. Ведь именно после того, как миллиардер прочел собственный некролог, он решил изменить завещание. Согласно новому завещанию, составленному Нобелем в 1895 году, большая часть его состояния отходила в фонд для присуждения пяти ежегодных премий «тем, кто в течение предыдущего года принес наибольшую пользу человечеству».

Завещание Альфреда Нобеля

Все мое движимое и недвижимое имущество должно быть обращено моими душеприказчиками в ликвидные ценности, а собранный таким образом капитал помещен в надежный банк. Доходы от вложений должны принадлежать фонду, который будет ежегодно распределять их в виде премий тем, кто в течение предыдущего года принес наибольшую пользу человечеству. Указанные проценты необходимо разделить на пять равных частей, которые предназначаются: одна часть тому, кто сделает наиболее важное открытие или изобретение в области физики; другая тому, кто сделает наиболее важное открытие или усовершенствование в области химии; третья тому, кто сделает наиболее важное открытие в области физиологии или медицины; четвертая тому, кто создаст наиболее выдающееся литературное произведение идеалистического направления; пятая тому, кто внес наиболее существенный вклад в сплочение наций, уничтожение рабства или снижение численности существующих армий и содействие проведению мирных конгрессов. Мое особое желание заключается в том, чтобы при присуждении премий не принималась во внимание национальность кандидатов.

Химик, инженер и избиратель Альфред Нобель.

Этими премиями, учрежденными по его завещанию, являются Нобелевская премия по физике, Нобелевская премия по химии, Нобелевская премия по физиологии или медицине, Нобелевская премия по литературе и Нобелевская премия за мир. Первое распределение премий состоялось 10 декабря 1901 года, в пятую годовщину смерти Нобеля.

Это интересно: Шкала Ландау умнейшие физики ХХ века

Как видите, Альфред Нобель, несмотря на создание динамита и владение крупнейшим заводом вооружений, был глубоко озабочен не только тем, каким его запомнят будущие поколения. Его решение о создании подобной премии в конечном итоге позволило объединить ученых из разных уголков мира и тем самым продвинуть науку (а вместе с ней и нашу цивилизацию) вперед, причем семимильными шагами. А вот многочисленные родственники Нобеля сочли себя обделенными и требовали признать завещание недействительным.

Эта история, однако, напоминает мне историю советского физика-теоретика Андрея Сахарова, лауреата Нобелевской премии мира 1975 года. Руководство СССР говорило о нем следующее: «этот человек вооружил нашу страну самым мощным в истории оружием, что сделало Советский Союз одной из двух супердержав». Участвуя в разработке первой водородной бомбы СССР, Сахаров, впоследствии, обрел статус диссидента и выступал за мир и ядерное разоружение.

Оригинальная обложка романа «Колыбель для кошки»

Интересный факт
В 1963 году писатель-фантаст Курт Воннегут в своем романе "Колыбель для кошки" поставил вопрос об отвественности ученых за свои изобретения. Сюжет произведения строится вокруг гениального изобретения доктора Феликса Хониккера вещества под названием "Лед-9", которое представляет собой кристаллическую модификацию воды с температурой плавления 45,8C. Один крошечный кристалл "Льда-9", попав в любой водоем, неизбежно приведет к гибели всего живого на Земле.

Таким образом, сама история создания Нобелевской премии является не просто «забавной (интересной и проч) историей», а поводом задуматься о таких серьезных вещах, как глобальное будущее человечества и ответственность за собственные действия и поступки.

Нобелевская премия по физике 2021

Интересно, что именно ответственность за изобретения и их использование стала одной из тем Нобелевской премии по физике 2021 года. Да, наконец-то можно говорить тем, кто отрицает глобальное потепление, что за создание климатических моделей, позволяющих предсказать будущие явления, вручили Нобелевскую премию. Так что щах и мат, отрицатели, но что-то я увлеклась.

Лауреаты Нобелевской премии 2021 года.

Итак, в этом году Нобелевская премия по физике присуждена одной половиной Сюкуро Манабе и Клаусу Хассельманну, а другой половиной Джорджо Паризи. Эти исследователи заложили основу наших знаний о климате Земли и о том, как человечество влияет на него, а также произвели революцию в теории неупорядоченных материалов и случайных процессов. Согласна, вторая часть звучит несколько сложнее первой. Но эта сложность должна лишь раззадоривать наше любопытство, а не наоборот, так что начнем.

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

Климатические модели

Общая картина изменения климата достаточно проста: удерживающие тепло газы в атмосфере превращают Землю в метафорическую теплицу, заставляя планету нагреваться. Но то, как именно произойдет это потепление через океаны планеты, ледяные щиты, горы, леса и города, подпитываемые всем, от утечек метана до двуокиси углерода чрезвычайно запутанно.

Мы погружены в сложность в каждом масштабе, который наблюдаем, и как ученые, спрашиваем: сколько деталей требуется для объяснения наблюдений? Должны ли мы отслеживать каждую молекулу воды, чтобы объяснить существование океана? заявил физик из Йельского университета Джон Веттлауфер на пресс-конференции, объявляющей о присуждении премии.

Сюкуро Манабе в Швеции в 2018 году. Он продемонстрировал, как повышенный уровень углекислого газа в атмосфере приводит к повышению температуры на поверхности Земли.

На самом деле сложные физические системы, такие как климат, часто определяются их беспорядком. Лауреаты этого года помогли миру разобраться в том, что казалось хаосом, описав эти системы и предсказав их долгосрочное поведение. Как пишет The New York Times, в 1967 году доктор Манабе разработал компьютерную модель, которая подтвердила критическую связь между основным парниковым газом двуокисью углерода и потеплением атмосферы.

Больше по теме: Все модели изменения климата показывают, что катастрофа стремительно приближается. Но почему?

Именно эта модель проложила путь для других, все более сложных. Более поздние модели доктора Манабе, в которых исследовались связи между условиями в океане и атмосферой, имели решающее значение для понимания того, как усиленное таяние ледяного покрова Гренландии может повлиять на циркуляцию океана в Северной Атлантике.

Клаус Хассельманн, немецкий физик и исследователь климата, на пресс-конференции в Мадриде в 2010 году. Он создал модель, которая связывает погоду и климат.

Примерно через десять лет после основополагающей работы доктора Манабе, его коллега физик Клаусс Хассельманн создал модель, которая связала краткосрочные климатические явления другими словами, дождь и другие виды погоды с долгосрочным климатом, таким как океанские и атмосферные течения.

Впоследствии его работа заложила основу для научных исследований, направленных на установление влияния изменения климата на конкретные события, такие как засухи, волны жары и сильные ливни.

Словом, недооценить работу Нобелевских лауреатов сложно. Это особенно хорошо знают наши постоянные читатели, так как мы часто пишем о климатических изменениях и моделях, с помощью которых эти изменения можно отследить. Кстати, результаты нового исследования, опубликованного в научном журнале Global Change Biology, показали, что если усилия по борьбе с глобальным потеплением останутся на нынешнем уровне, к 2500 году человечество может исчезнуть с лица Земли.

Скрытые закономерности

Другая половина Нобелевской примени присуждена за открытие в начале 1980-х годов «скрытых закономерностей в неупорядоченных сложных материалах», что сокрыты за кажущимися случайными движениями и завихрениями в газах или жидкостях. Его работа являются важным вкладом в теорию сложных систем, а также примечательно тем, что ее аспекты можно применить к нейробиологии, машинному обучению и формированию полета скворцов.

«Джорджио Паризи награжден за его революционный вклад в теорию неупорядоченных материалов и случайных процессов», говорится в заявлении Королевской Шведской академии наук.

Итальянский физик-теоретик Джорджо Паризи. Система, которая была им рассмотрена около 1980 года, называется спиновым стеклом, хотя разработанные методы и сформулированные принципы оказались применимыми к значительно более широкому спектру объектов.

Доктор Паризи итальянский физик-теоретик, родившийся в 1948 году в Риме, чьи исследования были сосредоточены на квантовой теории поля и сложных системах. Он получил степень доктора философии в Римском университете Сапиенца в 1970 году. Является профессором Римского университета Сапиенца.

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

Итак, какие системы ученые называют сложными? Те, что состоят из множества частей, взаимодействующих друг с как самостоятельные элементы. Их одновременное взаимодействие, будучи разнонаправленным, придает сложной системе ее отличительную черту, а именно появление новых свойств, которые отсутствуют на уровне отдельных элементов и не сводятся к характеристикам элементов, составляющих систему.

Уже исходя из одного определения, можно понять, насколько сложная эта тема. И описать ее с помощью математики невероятно трудно, ведь необходимо учесть все возможные варианты взаимодействия элементов друг с другом. А элементы, как известно, часто ведут непредсказуемо, так что в любой системе огромную роль играет Его Величество Случай.

Церемония вручения Нобелевской премии по физике, 2021 год.

Есть еще одна характеристика сложных систем: при взаимодействии со сложной системой одни и те же действия могут давать разный результат. В зависимости от состояния, в котором система находилась изначально. Все вышеописанное означает, что чтобы предсказать, как сложная система поведет себя в будущем, необходимо учесть огромное количество факторов, причем зачастую неизвестных.

Но около 40 лет назад Джорджо Паризи доказал, что совершенно случайные на первый взгляд факторы связаны между собой и даже подчиняются определенным правилам. Если попробовать объяснить совсем простыми словами, то работа итальянского физика позволяет свести воедино все неизвестные переменные. Их объединение, например, в «общий фактор неопределенности» значительно повышает точность не только расчетов, но и предсказаний.

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

Что вновь возвращает нас к предыдущим лауреатам и их работе по климатическому моделированию: работа Паризи позволяет климатологам строить значительно более точные модели происходящих климатических изменений, как в результате антропогенной деятельности, так и множество других факторов.

Развитие физического познания охватывает все новые области действительности. И физика сложных систем как раз одно из них.

В заключении же хочу сказать, что работа итальянского физика демонстрирует нам, что «понять лес, созерцая дерево не сложно. На самом деле это невозможно». Порядок, отмечает Паризи, существует только на соответствующем масштабе и хаос «на нижнем уровне» ему не помеха. Безусловно, можно искать закономерности и в климате и погоде но лишь на уровне статистики и учтя при этом множества прочих факторов сложные системы требуют неординарных решений.

Подробнее..

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

14.10.2021 02:14:53 | Автор: admin

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

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

Кристаллы Вигнера

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

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

Лауреат Нобелевсеой премии, физик-теоретик Юджин Вигнер.

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

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

Создать то, чего нет

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Только представьте кристалл, состоящий из электронов действительно существует.

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

Зачем нужны кристаллы Вигнера?

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

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

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

Кристалл электронов Вигнера (красный) внутри полупроводникового материала.

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

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

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

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

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

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

Подробнее..

Физики впервые связали два разных квантовых объекта

05.11.2021 02:01:15 | Автор: admin

Физика стремительно развивается, особенно квантовая механика

Наш мир устроен невероятно сложно. Если посмотреть в телескоп, то перед нами откроется целая Вселенная, бесконечная и расширяющаяся все быстрее и быстрее. От одной мысли о том, что в одной лишь наблюдаемой Вселенной существует около 10 триллионов галактик, может закружиться голова. Но отложив в сторону телескоп, мы вскоре понимаем, что вокруг нас (и внутри) обитают триллионы крошечных бактерий, микроорганизмов и вирусов, таких, как COVID-19. И если с помощью специальных инструментов посмотреть на этот скрытый мир поближе, мы, в конечном итоге узрим микромир, наполненный не только бактериями, но и атомами, из которых они состоят. В результате, мы сталкиваемся со сложным макромиром с его планетами и галактиками, и микромиром, работающим по своим собственным законам. Как отмечают физики, квантовая механика позволяет описать движение электронов и протонов, а также изучить, какими законами управляется микромир. Интересно, что одним из нерешенных и наиболее острых вопросов современной физики является несогласованность квантовой механики и Общей теории относительности Эйнштейна (ОТО), которая описывает, как устроен и наш мир и мир за пределами Земли. А недавно ученые пошли еще дальше. Они не только связали два квантово-запутанных объекта, но и изобрели новый подход для квантовых вычислений.

Погружение в квантовый мир

Будучи наукой, описывающий устройство окружающего мира, квантовая механика позволила человечеству обзавестись цифровыми технологиями, интернетом, лекарствами и медициной и даже освоить космическое пространство. Об этом мало кто задумывается, но если бы не создание квантовой механики в самом начале XX века, ничего этого просто не было бы. Так что если существует предполагаемый некоторыми исследователями Мультиверс, возможно, где-то есть мир, который каким-то удивительным образом избежал этой физической теории.

Нам же с вами невероятно повезло, так как квантовые технологии окружают нас буквально повсюду. Экран смартфона или компьютера, с которого вы читаете эту статью, светодиодная лампочка в вашей спальне все эти девайсы, как и все их составляющее, основаны на транзисторах. Такие системы как GPS используют атомные часы, а в оптоволоконных линиях связи используется лазерное излучение. И это не говоря о ядерной энергетике и оружии.

Современные квантовые технологии поражают воображение

Интересно, что лазеры, GPS навигаторы, томографы и транзисторы невозможно изобрести случайно, без понимания законов квантового мира. И все же, как это нередко случается в мире научных открытий, квантовой механике уделяется невероятно мало внимания, хотя она оказала огромное влияние на нашей развитие цивилизации. Более того, ее очень любят приплетать разного рода шарлатаны и мракобесы, как бы говоря «а вот квантовую физику никто не понимает, как и вот эти наши поля/чакры/ауры» и далее по списку.

Безусловно, квантовая механика сложная наука. И создавалась настоящими гениями. Но в ней все-таки можно попробовать разобраться, приложив усилия, любознательность и хорошее воображение.

Становление квантовой механики

Начиная с 1900 года ученые положили начало квантовой теории. Так как классическая механика была уже разработана и широко применялась, физики попытались совместить ее с некоторым набором «квантовых условий» тех, что противоречат классической физике, но при этом необходимы для объяснения полученных экспериментальных данных. На самом деле именно появление квантовой физики показало, что свет состоит из крошечных неделимых единиц, или квантов энергии, которую мы называем фотонами.

В 1925 году физик была опубликована революционная статья физика Вернера Гейзенберга (он предположил, что реальность не существует до тех пор, пока ее не наблюдают). И всего два года спустя, во время Сольвейской конференции в 1927 году, квантовая механика получила официальную формулировку. Подробнее о том, как развивалась эта удивительная область физики, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению.

Физики впервые связали два разных квантовых объекта

Начиная с этого времени, научный прогресс совершил самый настоящий рывок. Ученые нашли подход к исследованию конкретных и невероятно сложных задач, придумали удобные обозначения, которые лежат в основе Стандартной модели физики элементарных частиц. Интересно, что сейчас исследователи проводят серии экспериментов, результаты которых этой модели не соответствуют. Подробнее о том, почему некоторые ученые говорят о рождении «новой физики» можно прочитать здесь.

После 1927 года споры между учеными нарастали. Так, Альберт Эйнштейн не мог смириться с концепцией, предложенной физиком Нильсон Бором, согласно которой атомы напоминают крошечные модели Солнечной системы, так как электроны вращаются вокруг ядра, подобно планетам. Но проведенные последующие эксперименты показали, что электроны ведут себя по-другому, нежели планеты Солнечной системы.

Сегодня мы знаем, что электрон перемещается с одной орбиты сразу на другую, будто бы не пересекая пространство между ними. Этот процесс физики называют «квантовым скачком». Но есть еще одно, пожалуй, самое странное свойство квантовой механики. И это квантовая запутанность.

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

Квантовая запутанность

Несмотря на критику квантовой теории, Альберт Эйнштейн полагал, что ей чего-то не хватает. Чего-то, что позволило бы описать свойство частиц, в том числе их местонахождение в тот момент, когда никто за ними не наблюдает (здесь речь идет об эксперименте Юнга, подробнее мы рассказывали вот тут). И в 1935 году гениальный ученый нашел ее слабое место невероятно странное явление, противоречащее все известным существующим законам квантовую запутанность.

Квантовая запутанность теоретическое предположение, которое вытекает из уравнений квантовой механики. Запутанность гласит, что две частицы могут запутаться, если находятся довольно близко друг к другу. Их свойства при этом становятся взаимосвязанными.

Но и это еще не все. Если разделить эти частицы и отправить их в разные стороны (как и предлагает квантовая механика), они все равно останутся запутанными и будут неразрывно связаны. Эту невозможную связь Эйнштейн предложил назвать «сверхъестественной связью на расстоянии».

Квантовая механика один из важнейших и наиболее сложных разделов физики

Допустим, кто-то взял пару перчаток, разделил их и положил каждую в отдельный чемодан. Затем один чемодан отправили вам, а второй в Антарктиду. До того момента, пока чемоданы закрыты, вы не знаете, какая из перчаток там лежит. Но открыв чемодан и обнаружив в нем левую перчатку, мы со 100% уверенностью узнаем, что в чемодане в Антарктиде лежит правая перчатка, даже если в него никто не заглядывал, физик Брайан Грин в передаче о квантовой запутанности для National Geographic.

Теперь же эта история получила невероятное продолжение. Команда ученых провела крупное международное исследование, которое раскрывает скрытые структуры квантовых запутанных состояний. Но обо всем по-порядку.

Как связать два квантовой-запутанных объекта?

В 2020 году исследователям из Института Нильса Бора Копенгагенского университета удалось связать два очень разных квантовых объекта. Результат имеет несколько потенциальных применений в сверхточном зондировании и квантовой связи. Полностью ознакомиться с текстом научной работы можно в журнале Nature Physics.

Запутанность является основой для квантовой связи и квантового зондирования. По сути, это квантовая связь между двумя объектами, которая заставляет их вести себя как единый квантовый объект.

Исследователям удалось создать запутанность между механическим генератором вибрирующей диэлектрической мембраной и облаком атомов, каждый из которых действует как крошечный магнит. Эти очень разные сущности удалось запутать, соединив их с фотонами квантами света. Атомы могут быть полезны при обработке квантовой информации, а мембраны или механические квантовые системы в целом могут пригодиться для хранения квантовой информации.

Солгасно принципу квантовой запутанности, две частиц могут быть связаны находясь друг от друга на огромных расстояниях

Профессор Юджин Ползик, возглавлявший эту работу, заявил: С помощью этой новой техники мы находимся на пути к расширению границ возможностей запутывания. Чем больше объекты, чем дальше они друг от друга, чем более они разрозненны, тем более интересной становится запутанность как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. С новым результатом стало возможным переплетение между очень разными объектами.

Примечательно, что запутанные системы могут оставаться идеально коррелированными, даже если они находятся на расстоянии друг от друга именно эта особенность так тревожила ученых 100 лет назад.

Появление новых квантовых технологий

В 2021 году международная команда ученых, в которую вошли исследователи из Шотландии, Тайваня и Южной Африки, предложила новый и быстрый инструмент для квантовых вычислений и связи.

«Квантовые состояния, запутанные во многих измерениях, являются ключом к нашим новым квантовым технологиям, где большее количество измерений означает более высокую квантовую пропускную способность (быстрее) и лучшую устойчивость к шуму (безопасность), что имеет решающее значение как для быстрой и безопасной связи, так и для ускорения безошибочных квантовых вычислений, пишут авторы нового исследования.

Исследователям удалось добиться невероятных результатов.

Это интересно: Почему квантовая физика сродни магии?

В ходе работы им удалось изобрести новый подход к исследованию «многомерных» квантовых состояний, сократив время измерения с десятилетий до минут. Этот подход команда протестировала на 100-мерном квантовом запутанном состоянии. Им удалось показать, что основную информацию квантовой системы сколько измерений запутано и до какого уровня чистоты можно получить за считанные минуты.

Новый подход требует только простых «прогнозов», которые можно легко выполнить в большинстве лабораторий с помощью обычных инструментов. Используя свет в качестве примера, физики применили полностью цифровой подход для выполнения измерений. Проблема, как сообщают авторы, заключается в том, что, хотя состояния высокой размерности легко создаются, особенно с запутанными частицами света (фотонами), их нелегко измерить арсенал инструментов для их измерения и управления практически пуст.

Вы не сможете увидеть всю картинку целиком, поэтому получить точные данные очень сложно. Способ обойти эту проблему сделать томографию, как это делают врачи, создавая изображение из многих, многих срезов того или иного объекта, объясняют авторы научной работы.

Кто знает, к чему приведут новейшие открытия

Используя разработанный подход, исследователи предположили, что существует набор измерений, который содержит важную информацию о том и другом объекте. Говоря техническим языком, физики объединили эти два подхода к измерению, чтобы сделать несколько проекций (которые выглядят как томография) и измерить видимость результата. Их метод в результате позволил выявить скрытую информацию, которую можно было извлечь из силы квантовых корреляций во многих измерениях.

Не пропустите: Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?

Сочетание скорости и информации, получаемой с помощью нового, «томографического» подхода, означает, что ключевые квантовые параметры, такие как размерность и чистота квантового состояния, могут быть определены быстро и количественно. Работа опубликована в журнале Nature Communications, ознакомиться с текстом можно здесь.

Сейчас команда рассматривает свой подход как фактор, способный повлиять на исследования реальных квантовых каналов связи, где быстрое измерение имеет решающее значение.
Вот такой он, сложный, парадоксальный и удивительный мир научных открытий. Посмотрим, что будет дальше, но кажется, физики нащупали что-то по-настоящему интересное.

Подробнее..

Физики получают все больше доказательств существования новой, неизвестной силы природы

12.11.2021 02:07:54 | Автор: admin

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

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

Стандартная модель физики элементарных частиц

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

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

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

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН позволяет физикам изучать взаимодействия элементарных частиц

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

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

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

Доказательства «новой физики»

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

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

Новая физика маячит на горизонте

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

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

Больше по теме: У Вселенной может быть пятое измерение

Эти прелестные кварки

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

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

Ранее физики из ЦЕРН сообщили об обнаружении нового типа частиц тетракварков

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

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

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

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

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

Подробнее..

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

04.12.2021 02:04:13 | Автор: admin

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

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

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

Ход времени

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

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

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

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

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

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

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

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

Альберт Эйнштейн опубликовал теорию относительности 106 лет назад.

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

Не пропустите: Что такое общая теория относительности Эйнштейна?

Можно ли отправиться в прошлое?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Переход на квантовый уровень

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

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

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

Читайте также: Существуют ли путешествия во времени без парадоксов?

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

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

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

Термодинамика хранит в себе множество тайн о нашем мире и Вселенной

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

Не пропустите: Возможны ли путешествия во времени?

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

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

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

Стрела времени

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

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

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

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

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

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

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

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

Выводы

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Подробнее..

Астрофизики обнаружили мосты из темной материи. Что это такое?

07.12.2021 02:17:33 | Автор: admin

Ученые находят «мосты» темной материи, которые могут раскрыть будущее нашей галактики

Ранее в этом году мы рассказывали о новой карте темной материи, создание которой во многом принадлежит искусственному интеллекту (ИИ). Эта подробная карта показывает ранее не обнаруженные нитевидные структуры, соединяющие галактики. Достижения ИИ сильно помогают ученым, которые используют его для создания еще одной карты темной материи, на этот раз в локальной Вселенной, охватывающей намного меньшую область. Интересно и то, что создание подобной, невероятно точной карты, может привести к новому пониманию темной материи и внести наконец ясность относительно будущего нашей Вселенной. Карта содержит ранее неизвестные «скрытые мосты», которые связывают галактики, а также показывает ранее неизвестные «мосты», благодаря которым все галактики в локальной Вселенной связаны в единую сеть из нитевидных структур. Ученые надеются, что их карта, опубликованная вместе с их статьей в научном журнале Astrophysical journal, сможет дать новое представление о темной материи и истории нашей Вселенной.

Скелет из темной материи

Существование таинственной субстанции, занимающей около 85% всей материи во Вселенной, сегодня не доказано. В то же самое время все больше и больше ученых не сомневаются в том, что темная материя действительно существует. Эту ситуацию можно сравнить с гравитационными волнами, существование которых предсказал Альберт Эйнштейн, однако обнаружить их удалось несколько лет назад.

Подробнее об открытии гравитационных волн можно прочитать в увлекательной статье моего коллеги Артема Сутягина

История существования темной материи началась, разумеется, после публикации общей теории относительности (ОТО) 106 лет назад. Немногим позже астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики удаляются от Земли (и друг от друга) со все возрастающей скоростью. Последующие десятилетия такие выдающиеся умы как Нильс Бор, Макс Планк, Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг и другие трудились над созданием квантовой теории.

Тот самый конгресс: V Сольвеевский конгресс (1927): 1-й ряд (слева направо): Ирвинг Ленгмюр, Макс Планк, Мария Кюри, Хендрик Лоренц, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен, Шарль Гюи, Чарльз Вильсон, Оуэн Ричардсон. 2-й ряд (слева направо): Петер Дебай, Мартин Кнудсен, Уильям Брэгг, Хендрик Крамерс, Поль Дирак, Артур Комптон, Луи де Бройль, Макс Борн, Нильс Бор. Стоят (слева направо): Огюст Пикар, Эмиль Анрио, Пауль Эренфест, Эдуард Герцен, Теофил де Дондер, Эрвин Шрёдингер, Жюль Эмиль Вершафельт, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг, Ральф Фаулер, Леон Бриллюэн.

Хотя непосредственно наблюдать темную материю невозможно, так как она не вступает в электромагнитное взаимодейтсвие с фотонами, она является общепринятым понятием. Ученые сделали много выводов о существовании и поведении темной материи, наблюдая ее гравитационное влияние на другие космические объекты.

Космологи считают, что темная материя служит нитевидным каркасом космической сети, которая, в свою очередь, составляет крупномасштабную структуру Вселенной, частично управляющую движением галактик и других космических систем.

Больше по теме: Наша Вселенная становится горячее, выяснили ученые

Еще одной трудной задачей является прямое измерение распределение темной материи в нашей локальной Вселенной, поэтому в ходе работы астрофизики использовали искусственный интеллект для создания новой карты.

«Локальная вселенная», в которую входим и мы, представляет собой область радиусом около 1 миллиарда световых лет, где галактики и связанные с ними космические объекты «по существу заморожены в своих современных конфигурациях», а эффекты космической эволюции незначительны, объясняют астрономы.

Как рассказал Big Think один из авторов научной работы Донхуй Чжон, доцент астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете, изучать распределение темной материи гораздо проще в наиболее удаленных объектах, так как они точно отражают невероятно далекое прошлое нашей Вселенной. «Со временем, по мере того как крупномасштабная структура Вселенной росла, сложность Вселенной возрастала, поэтому по своей сути сложнее проводить измерения темной материи локально,» пишут авторы исследования.

Карта темной материи в локальной вселенной.

На изображении выше более мелкие нитевидные объекты (желтые) действуют как скрытые мосты между галактиками. Гравитационное влияние темной материи на галактики обозначено черными точками. Характерные черты Вселенной показаны красными точками, а крестиком отмечен Млечный Путь.

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

Новая карта темной материи

Итак, космические веб-карты, созданные ранее, основывались на моделировании эволюции Вселенной за 13,8 миллиарда лет до наших дней. Такие усилия требовали огромного объема вычислений и по сути не давали точных представлений о локальной вселенной, что побудило исследователей разработать новый подход.

Для новой карты они сосредоточились на использовании машинного обучения для создания модели, основанной на распределении и движении галактик. Это позволило им оценить, как распределяется темная материя.

Крупномасштабная карта Вселенной во всей красе

ИИ был обучен моделированию галактик, похожих на Млечный Путь, с помощью Illustris-TNG продолжающейся серии симуляций, в которой представлены галактики, темная материя, газы и другая материя. Как объяснили журналистам авторы научной работы, если ввести конкретную информацию в модель, она сможет заполнить пробелы, опираясь на уже обработанные данные. Ученые дополнительно подтвердили отображение, применив его к реальным локальным данным галактик из каталога Cosmicflows-3, содержащего информацию о расстояниях почти 18 тысяч галактик.

Это интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

Скрытые мосты

Полученная исследователями карта изумительна. Только вдумайтесь, впервые мы можем рассмотреть основные структуры в локальной Вселенной и в том числе в Млечном Пути. Астрофизики также описали близлежащие галактики и «локальную пустоту» близлежащую область пустого пространства. Более того, карта позволила ученым обнаружить новые структуры.

В частности, они надеются более подробно изучить обнаруженные ими небольшие нитевидные структуры, которые, по-видимому, связывают галактики между собой. Исследователи назвали их "скрытыми мостами".

Чжон считает, что эти нити могут подарить представление о будущем нашей Галактики. Один из конкретных вопросов, заслуживающих внимания, заключается в том, столкнется ли Млечный Путь в конечном итоге с галактикой Андромеды.

Космические нитевидные структуры и мы. Какие крохотные, правда?

«Поскольку темная материя доминирует в динамике Вселенной, она в основном определяет нашу судьбу», говорят авторы исследования.

Таким образом, астрофизики могут «попросить» компьютер разработать карту на миллиарды лет, чтобы увидеть, что произойдет в локальной вселенной. Более того, теперь они могут создать новую модель, чтобы буквально отправиться в виртуальное путешествие назад во времени. Дальнейшие исследования определенно точно сделают наши карты точнее, а количество новых данных о галактиках, полученных в результате новых астрономических исследований, ошеломляет. Так что интересные временами нас с вами ждут, друзья. Ну а о том, можно ли путешествовать во времени читайте в этой статье, надеюсь, вам понравится.

Подробнее..

Могут ли странные квантовые объекты объяснить наше существование?

21.12.2021 02:02:49 | Автор: admin

Q-balls странные квантовые объекты, способные вызывать гравитационные волны

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

Частица за частицей

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

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

Тетракварки были обнаружены в 2020 году

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

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

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

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

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

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

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

Причем здесь гравитационные волны?

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

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

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

Гравитационные волны могут разрешить кризис космологии

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

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

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

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

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

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

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

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

Распад Q-ball ключ к созданию гравитационных волн

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

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

Вероятно, скоро мы узнаем о Вселенной много нового

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

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

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

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

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

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

Подробнее..

Погружение в теорию хаоса непредсказуемость и эффект бабочки

04.01.2022 20:12:25 | Автор: admin

Можно ли отправиться в прошлое, изменить его и вернуться обратно?

Кто из нас не мечтал о путешествиях во времени? Например, о путешествии в прошлое чтобы спасти кого-то от фатальной ошибки, собрать доказательства нераскрытых преступлений и увидеть наконец, как жили наши далекие предки в африканской саванне. Эта тема настолько популярна, что в Голливуде от нее откажется разве что ленивый. Исследователи, однако, утверждают, что мир не ведет себя аккуратно и упорядоченно. Если бы это было так, идентичные события всегда приводили бы к одним и тем же моделям «побочных эффектов», а будущее было бы полностью предсказуемым и даже предрешенным. К счастью, теория хаоса утверждает обратное и полная случайность тоже не про нас. Мы существуем где-то посередине, в мире, который часто кажется случайным, но на самом деле подчиняется определенным правилам и законам. Согласно теории хаоса малейшие изменения могут привести к радикальным последствиям в будущем в другом месте и в другое время.

Теория хаоса гласит, что небольшие изменения приводят к большим последствиям.

Теория хаоса

В 1970-х годах американский математик и метеоролог Эдвард Лоренц не только открыл хаос (что было событием случайным) но также определил его ключевой механизм, отметив странное свойство повторение (построение траектории с течением времени) любых двух близлежащих точек приводит к их разделению.

По сути, хаос это наука о неожиданностях, о нелинейности и непредсказуемости. В то время как большинство научных областей имеют дело с предположительно предсказуемыми явлениями, такими как гравитация, электричество или химические реакции, теория хаоса являет собой фактическую невозможность предсказания или контроля, например турбулентности, погоды, экономики, состояния мозга и так далее.

Наш мир устроен бесконечно сложно

Эти явления часто описываются с помощью фрактальной математики, которая отражает бесконечную сложность природы. Многие природные объекты обладают фрактальными свойствами, включая облака, деревья и реки, однако многие системы, в которых мы живем, демонстрируют сложное, хаотичное поведение.

Признание хаотической, фрактальной природы нашего мира может подарить нам его новое понимание. Хаос это не просто беспорядок. Он исследует переходы между порядком и беспорядком, которые часто происходят удивительным образом.

Принципы хаоса

Один из принципов хаоса предложенных Лоренцом тот самый эффект бабочки. Если бабочка хлопает крыльями в России, это, возможно, приведет к урагану где-то в Нью-Мексико. Согласна, звучит как полная бессмыслица, но эта связь реальна. Если бы бабочка не взмахнула крыльями в нужной точке пространства/времени, урагана бы не произошло.

Еще один принцип заключается в том, что небольшие изменения в начальных условиях приводят к резкому изменению результатов. В конце-концов наша жизнь является постоянной демонстрацией этого принципа. Кто знает, каковы будут долгосрочные последствия обучения миллионов детей хаосу и фракталам?

Фракталы это бесконечно сложные паттерны, которые создаются путем многократного повторения простого процесса в непрерывном цикле обратной связи. Движимые рекурсией, фракталы представляют собой образы динамических систем картины Хаоса. Геометрически они существуют между нашими привычными измерениями.

На микроуровне все происходит иначе

Важно понимать, что закономерности внутри хаоса скрыты, так как они очень чувствительны к любым, даже самым крошечным изменениям. Это означает, что похожие, но не идентичные ситуации могут привести к совершенно разным результатам. Другой способ при этом гласит: в хаотичном мире последствия могут быть совершенно несоразмерны их причинам. И хотя правила детерминированы, будущее непредсказуемо в долгосрочной перспективе.

Поскольку хаос настолько чувствителен к небольшим изменениям, существует почти бесконечное количество способов, следующих правилам, и нам необходимо знать невероятное количество подробностей о настоящем и прошлом, чтобы точно определить, как будет развиваться мир.

Теория хаоса утверждает, что небольшие изменения могут привести к последствиям. Но одной из центральных концепций теории является невозможность точного предсказания состояния системы.

Фрактал, с математической точки зрения, это, прежде всего, множество с дробной, промежуточной, не целой размерностью.

Это интересно: Можно ли верить прогнозам погоды?

Точно так же мы не можем перепроектировать некоторую часть информации о прошлом, просто зная текущие и даже будущие ситуации. При этом путешествие во времени не помогает восстановить прошлую информацию, так как даже при движении назад во времени хаотическая система все еще в игре и приводит к непредсказуемым последствиям.

И хотя эффект бабочки является классической поэтической метафорой, иллюстрирующей теорию хаоса, хаотическая динамика также проявляется в реальном контексте, включая рост популяции тигров и вращение лун Плутона. Чудеса.

Не забудьте подписаться на наш канал в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте

Существует ли эффект бабочки?

Итак, поскольку мы не можем знать все начальные условия сложной системы в достаточной (т.е. совершенной) детализации, надеяться предсказать конечную судьбу этой самой системы мы тоже не сможем. Однако результаты исследования в области квантовой физики, проведенное Лос-Аламосской Национальной лаборатории, показали, что так называемый эффект бабочки можно преодолеть в квантовой сфере, чтобы «расшифровать» потерянную информацию, по существу обратив время вспять.

Безусловно, эффект бабочки отлично смотрится в теориях о путешествиях во времени, однако результаты исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, показали, что никаких доказательств эффекта бабочки в квантовой механике не существует.

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

Как пишут авторы научной работы, мысленный эксперимент по «расшифровке» информации с помощью операций, обращающих время вспять, «как ожидается, приведет к тому же эффекту бабочки, что и в знаменитом рассказе Рэя Брэдбери «И грянул гром» путешественник во времени наступает на насекомое в далеком прошлом, но вернувшись назад понимает, что мир полностью изменился.

Больше по теме: Компьютерная симуляция доказала эффекта бабочки не существует

Но как выяснили исследователи квантовая система может эффективно исцелять и даже восстанавливать информацию, которая была зашифрована в прошлом и для этого не нужен хаос и эффект бабочки. С помощью компьютерного моделирования авторы исследования обнаружили, что во время путешествий во времени мир остается прежним, а это значит, что в квантовой механике эффекта бабочки не существует.

Путешествие во времени требует изменения прошлого даже простого добавления путешественника во времени, отмечают исследователи. Более того, понятие хаоса в классической физике и в квантовой механике должно пониматься по-разному.

Термин эффект бабочки появился в 1972 году

Нельзя не отметить и результаты еще одного интересного исследования, которые гласят, что на квантовом уровне путешествия во времени возможны. Подробнее о результатах можно прочитать здесь. И, конечно, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram так вы всегда будете в курсе последних событий из мира науки и высоких технологий!

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2022, umnikizdes.ru